产品展示
C19型快速ROⅤ
一、引言

海底检测技术在过去的数年有了长足的进步,但海底作业效率和成本一直是行业关注的重点之一,再加上海底基础设施数量的猛增,对海底资产普查的方法需要不断创新,解决方案既要改善成本效率,还要保证数据质量,并且能够引领未来的技术平台。

为此,我们开发了C19型快速ROV--海底快搜猎头鲨,其检测效率可以达到传统ROV的2倍,也兼顾AUV的很多优点,还毋需拿上拿下来回充电+后处理,不容易丢,是当前中浅海最理想的的海底快搜模式,一个航次,省下的船费就很令人心动。

就海洋作业而言,降本增效是必要的前置条件,为此我们开发了这款兼顾ROV和AUV优点的复合产品。C19型快速ROV几乎可以搭载大部分的声学设备,各种声呐传感器,还可以搭载高清摄像头、静态照相机,包括管缆搜索器,监控数据实时传送、在线处理,发现疑点可以立即停船,被动拖航和主动搜索立即转换,是水下比较理想的海洋仪器平台,它在水声仪器和海底检测之间搭起一个很好的桥梁,提高了海底检测、搜索的效率。

C19型快速ROV可对海底的状况进行实时收集、处理和视像化,并为搜索、测量、物探和地质工作提供快速服务,尤其适合海上油气、风电等的海底管缆维护检测,甚至是海底军事搜索。能够长时间的进行高效水下作业,通过脐带控制水下ROV有效运行。流线型的动力外形有效降低了水流阻力,被动拖曳和主动搜索两种模式即时转换,被动拖曳时在5节水流下也具备良好的水下深度、姿态、航向控制能力。

海底管道是海上油气田的重要组成部分,由于长期在海洋复杂环境下工作,易受渔业活动、地质灾害等各种复杂因素影响,出现悬空、平面位移、管体损伤等情况,因此准确探明海底管道的状态和位置,可用来预防和排除海底管道的安全隐患。

传统的水下管道检测方法是使用DP2支持船和工作级ROV,通过拖曳式侧扫声呐或浅剖,用ROV定点检查的工作模式。由于ROV框架式的方外形阻力很大,水下速度只能在1.5节以下,并且在强海流条件下容易受到干扰,调查活动完后造成的船舶和人员耗费巨大。深海采用自主水下航行器AUV近底检测已经很成熟,但价值不菲且容易丢失,功能也不如ROV可靠。另外,一般较小的自主水下航行器不适宜安装大型传感器,如管道跟踪器对导航精度有很高的要求,仍然离不开母船支持,并且需要来回充电和读取数据,进行后处理,发现问题再回到疑点处采用ROV复查。

采用快速ROV可以以5节的速度进行拖航检查,并且能适应6节航速度进行声学数据传输,可以适应最高6级的恶劣海况,作业窗口期大为延长。

 

二、作业方法

采用侧扫、浅剖和传统ROV摄像,ROV在清水区搭载高分辨率摄像机和超高解析度静态照相机,在浑水区采用三维成像声呐。配备UHD超高解析度静态照相机、4K高分辨率摄像机和水下三维前视声呐,能提供更好的管道勘察的数据,形成更快速得数字图像,见下图所示。

快速ROV巡检效果图

作业流程通常是先使用侧扫声呐和浅地层剖面仪采用大量程低分辨率对路由区进行“普扫”,发现疑似点再采用小量程高分辨率进行“精扫”,然后降低高度进行探测,甚至从两侧沿着海底慢慢抵近观察,获得静态清晰资料,通过对比管道位置变化,判断管道可能存在的问题和具体位置。如果管道没有裸露,具备一定埋深,可以配装TSS440贴底爬行进行检测。采用TSS440同样可以探明其它埋入泥沙的金属或者导电物体。

C19型快速ROV几乎可以搭载所有形式的调查传感器,以较快速度进行测量,更具备优势的是在线实时显示功能,发现问题可随时切换成局部多角度精细检查,完成后也可随时切换成路径普扫。搭载TSS440的C19型快速ROV见下图所示。

搭载TSS440的正视图

搭载TSS440的侧视图

搭载TSS440的C19型快速ROV的腹部特写

三、主要技术特点

C19型快速ROV是专门为中浅海、浑浊、激流水域设计的一种快速巡检海底管缆的水下机器人,为了提升水下检查速度,C19型快速ROV在设计上做了以下技术改正:

⑴快速ROV兼顾普通ROV和AUV两者特点,AUV的外形,ROV的操控,效率大为提高。

⑵具备快检和细查两项功能,一个航次既可查清问题,节约工期和出海费用。

⑶减少海水阻力,C19型快速ROV将外形设计成飞机一样流畅的水动力布局,推进器进水通道布局合理。管道声学测量工作设计时速5节,可以适应最高6级恶劣海况,为普通ROV或者AUV检查速度的2~3倍。

⑷采用碳纤维外壳,轻而坚固,便于上下船吊放作业。

⑸实时在线检查提供海底检查数据,遥测数据通过光纤同步传输至水面监控站。发现问题可以及时停车投入定点详细检查,细查结束又可马上恢复快检。

⑹光纤传输,信息和数据的传递和交换带宽大,采集的资料质量高。

⑺为了有效控制水下高度的稳定,采用核潜艇的上围壳设计,布置可调水平翼和方向舵,随时根据海底测距声呐数值调整水平翼和方向舵角度,像飞机一样在海中流畅穿行。主动搜索和被动拖曳时方向舵可以360°适应转向。

⑻前段设弹性防撞导流罩,减少阻力,防止不小心撞坏。

⑼底面下开设不同部位的孔槽,方便安置不同功能传感器。同时安装多个传感器,一个航次解决很多问题。

⑽配备10个大推力螺旋桨。其中 4个水平矢量布置,负责前后、左右等水平方向任一角度平动,还可左右转弯;另外4个垂直布局,负责上下升降移动,还可调整本体爬升俯仰姿态,水中定点详细探查时具备稳定悬停能力。后置两个加强前行推力。

⑾复杂的多推进器设计,在软件的辅助下,可有效克服海流对拖体造成的偏航影响。

⑿设计成飞机起落架外形的海底爬行履带,可以在背部4个垂直推进器的作用下形成抓地力,依靠履带附着海床上抵近观察,形成稳定清晰的录像画面。一些受破坏的海域可能存在强水流。本机还可以在4个水平矢量推进器和尾端2个加强推进器的综合作用下,抵御强水流。

⒀重心和浮心布局合理,适应水下高速稳定航行。

⒁采用控制软件,可以原地转弯和左右移动,并可精准控制离地高度,能修正航向对准测线,大量节省了转弯和对准测线时间,测量精度高。

⒂三维图像模型还可以使用户更好地了解管道及其附属结构与海床的关系,给施工修复带来极大方便。

⒃可以搭载更多的传感器。包括以往的传感器(MBES,SSS,HD摄像机,管道跟踪器)和新传感器(UHD静态摄像机,激光标尺,三维激光成像仪,超高清摄像机)等。

⒄动力充足,可满足复杂的探测设备和较大的作业供电。

 

抵近观察,拍摄三面同步高清影像效果(图片来自于网络)

四、设备组成结构

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产品配置

⑴水深耐压等级:500米;

⑵推进器数量10个,水平4个,垂直4个,后尾加强2个;

⑶海底爬行履带2条;

⑷拖缆长度:标配1000(可根据要求加长至2000米);

⑸搭载能力:(空气中净重)60Kg

⑹总功率:220/380V  20KW

⑺体积尺寸(mm)258960×730(×宽×高)(高度不含天线);

⑻前进推进力:100kgf

⑼垂直推进力:60kgf

⑽空气中重量:约350KG

⑾配备前视主摄像头:4路200万实时无延迟高清低照度星光级彩色摄像头;

⑿高清摄像头:超高清4K摄像机;

⒀高清照相机:超高解析度静态照相机

⒁水下闪光灯:两侧分布共2路;

⒂照明系统:4路高亮度LED汽车级远光大灯;

⒃控制箱显示器:飞利浦19寸高清显示器 2个(1主控,2参数);

⒄配套光电复合缆拖曳能力:3吨;

⒅配套光电复合缆破断能力:6吨。

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结构组成

 

1、前端左右旋转照明摄像装置;2、三维前视声呐;3、海底测距声呐;4、浅地层剖面仪;5、激光标尺;6、闪光灯;7、后端左右旋转照明摄像装置;8、超高解析度静态照相机;9、超高清4K摄像机。

 腹部搭载设备示意图


 

10、防撞导流罩;11、垂直推进器;12、ROV本体;13、起吊钩;14、垂直稳定翼;15、方向舵;16、调控水平翼;17、水上卫星定位;18、尾拖加强板;19、矢量水平推进器;20、控制拖缆;21、加强推进器;22、海底爬行履带;23、两侧平衡附体。

 C19水下机器人主体结构图

五、搭载设备应用场景

巡检油气管线性价比比较好的方案是粗扫采用挂侧扫声纳+浅地层剖面仪等声学设备,也可考虑增设三维前视声呐。细查采用抵近观察,清水区用超高解析度静态照相机拍照,同时用超高清4K摄像机进行视频拍摄,浑浊区只能用两维或者三维前视声呐。埋深较深时可考虑挂载TSS440管缆跟踪器。下面就来简要说明三类搭载设备的应用场景。

侧扫声纳

侧扫声纳主要用于探测出露和悬空的海底管道。

浅地层剖面仪

浅地层剖面仪生成的图像可用于识别浅部地层产状、内部结构,各种浅层灾害地质因素,而且还能够判断海底管道等埋藏物与海床的空间位置关系,确定其埋藏深度或裸露高度。

海底底质、气水界面、外界噪声、海况等多种海上环境因素对探测效果有较大影响。有人实践证明,使用浅地层剖面仪探测管径小于101.6mm的管道效果较差。在探测直径较小或者埋深较大的管道时,应适当降低船速、降低距离海底高度,一般距离海底4~8m为宜,调查过程中拖缆长度应大于探测深度的3倍以上。

TSS440管缆探测器

TSS440管缆跟踪器是世界上最先进的海底管道、海底电缆跟踪器之一,又叫探测器、定位器,是一种采用电脉冲感应原理的水下金属探测工具,在水下能找到埋地10米的金属管道或者电缆。其特点是工作要尽量贴近海底,最好是0.5米以内,探测器与本体最好保持2米以上距离,而且有严格的导航精度要求,因此沿着海底稳定爬行非常必要。

TSS440是一种在金属探测方面比较创新的发明,无所谓金属,甚至可导电的其它物体是否暴露或者埋藏在海地面以下,都可以探测到。工作原理是通过向三组线圈发送交变的电流,产生交变的磁场,感应被探测金属上产生交变电流,从而在金属周围又会产生交变磁场,又可以反过来感应440上的的三组线圈,通过探测3个通道各诱发交变电流的大小,可以决定金属相对水下机器人的位置。事实上线圈感应的是线圈到金属的距离,而安装的高度计感应的是高度计到海地面的距离,只要预先输入线圈到高度计的距离补偿,就可以通过简单的加减计算出电缆到海地面的距离,也就是金属的埋设深度。

 

TSS440显控软件界面

六、搭载浅底层剖面仪探测的施工流程

作业前,根据施工图坐标进行拖船的路径规划,将ROV吊放至工作海域,拖放入轨正常后通过ROV顶部的北斗信号装置进行位置校准,进行快速普扫,根据需要释放合适长度拖缆,并设定离地工作高度,然后自主走航测量掩埋管线。当普扫时发现可疑点,即刻停船,操纵拖船上的缆车释放合适长缆,控制ROV向后航行至可疑位置,缓慢降低高度,对疑似区域盘旋摄像,然后在一侧落地,并背部喷水产生向下抓地力,用履带驱动,慢慢靠近进行精细拍摄;拍完后起飞,落到另一侧,同样履带驱动进行精细拍摄,这样既可获得详尽的清晰录像资料。然后升空至合适离地高度,继续开动拖船进行普扫。普扫结束,回收ROV到船上。

快速ROV可以在多种测量方法之间进行转换,只需要对传感器配置进行微调,实现一台机器解决多种问题。这种切换非常简单,只需要转动相机俯视角度,降低机器的高度,在快速高清摄像模式和三维激光成像模式之间切换,或者增设管线跟踪器,可以无缝地从局部管道检测模式切换到普扫路径检测。

七、施工中需要注意的问题

海底巡查采用水面船拖曳,其拖缆底端的拖体要保持在距海底5米的高度上航行,拖缆的长度一般应为深度的3倍。对于300m的水深,其拖缆长1000。在这样长的拖缆下,拖体容易受海流影响偏离预定航线。偏移距离甚至可达几十米,会偏离预期探测目标。当海底起伏不平时,要适当降低船速,提高距海底的高度。高度增加,数据质量会变差;高度减少,将限制其探测的交叉覆盖率,并增加与海底碰撞的危险。要根据现场情况灵活掌握。

 

新进的调查技术也同样带来了新挑战,通过快速ROV高速度获取的大量数据,要保持高注意力的跟踪,以便跟上检测速度,同步准确进行识别并做出提示,以及去除大量无效重复信息。

快速巡检ROV示意图

快速ROV希望能帮助您迅速完成海洋探查和海洋信息搜索,为您的海洋科学研究提供有效的技术检测手段和好用装备。

【图片说明】配置TSS440系统的插图为升级版,突显了方向舵和短基线水声定位系统SBL,采用了不同颜色加以区分;配置TSS440系统的快速ROV没有对应配置动画。少量资料和图片来源于网络,并进行了适应的剪裁。

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