[发明专利]一种浅滩掩埋管道超声探测回波模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种浅滩掩埋管道超声探测回波模型的建立方法，包括以下步骤：基于掩埋管道的简化亮点模型、结合几何声线法，构造由亮点、换能器、亮点与换能器之间的声程确定的浅滩掩埋管道超声探测回波模型；根据主动激励信号、简化后的亮点模型的传递函数、镜像反射点产生的几何亮点回波、换能器的指向性函数、以及信号时延，仿真出几何亮点的回波信号，使用MATLAB设计仿真参数，得到仿真回波信号；搭建实验室条件下模拟掩埋管道的水箱实验环境，获取实验信号；基于百分比均方误差，将仿真回波信号与实验信号做对比，验证浅滩掩埋管道超声探测回波模型的可行性。本发明进一步提高了管道定位精确度，为优化检测方法提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及浅滩掩埋管道超声探测领域，尤其涉及一种浅滩掩埋管道超声探测回波模型的建立方法。

背景技术

管道运输是输送石油、天然气和水等资源的主要方式，在我国，管道铺设量庞大，有超过60％的管道服役已超过20年，每年都有一定数量管道泄漏事故发生。长输油气管道敷设过程中不可避免地要穿越浅滩积水地带(河流、沼泽、水塘、以及稻田等)，按照相关的设计规范，该地带内的输送管道应埋设在土层1米以下。一旦发生管道腐蚀泄露，在抢修作业时很难从水面上直接精准地确定管道待修部位。按照常规的管道修复方式必须先修建围堰，排出围堰内的积水，并开挖管道周边土方，才能实施管道抢修作业^[1]。

传统方法会造成误工和巨大的资金浪费，延长管道抢修周期。若超过原油管道停输时间，在各种极端环境因素的作用下势必造成原油凝管，从而扩大原油渗漏事件。因此，为了减少作业成本，保证作业安全，提高管道抢修的工作效率，首先就要将围堰作业减小到一定面积，其中最关键的环节是精确定位到管道的掩埋位置。

目前常用的探测手段主要是基于主动声呐技术来获取复杂或非均匀介质(海洋、河流、淤泥、滩涂、以及浑水等)下的目标(如输油管道)位置和特征，包括：浅层剖面仪、合成孔径声呐、三维海底成像等^[2]-[6]。但是，这些技术应用在管道测量时，通常需要在远距离发射声波信号，使声波穿透海水-泥沙两种介质得到回波，只能定性地获得管道的声呐图像和深度方位，无法精确定位管道的径向横截面，更无法精确测定管道的边缘位置信息。

发明内容

本发明提供了一种浅滩掩埋管道超声探测回波模型的建立方法，本发明基于简化的亮点模型，利用几何声线法构造管道横截面圆位置的几何模型，通过数值仿真结果和水箱实验结果的对比分析验证模型的准确性，为进一步提高管道定位精确度和优化检测方法提供理论支撑，详见下文描述：

一种浅滩掩埋管道超声探测回波模型的建立方法，所述建立方法包括以下步骤：

基于掩埋管道的简化亮点模型、结合几何声线法，构造由亮点、换能器、亮点与换能器之间的声程确定的浅滩掩埋管道超声探测回波模型；

根据主动激励信号、简化后的亮点模型的传递函数、镜像反射点产生的几何亮点回波、换能器的指向性函数、以及信号时延，仿真出几何亮点的回波信号，使用MATLAB设计仿真参数，得到仿真回波信号；

搭建实验室条件下模拟掩埋管道的水箱实验环境，获取实验信号；

基于百分比均方误差，将仿真回波信号与实验信号做对比，验证浅滩掩埋管道超声探测回波模型的可行性。

其中，所述简化亮点模型具体为：

以换能器位置为原点O，以管道径向横截面为二维平面，当n个间隔为d的换能器组成换能器阵列时，构造各个换能器与管道位置关系坐标系；

换能器阵列的工作形式为单个换能器依次发射并接收回波，在管道边缘将对应产生n个亮点位置，得到对应的接收回波信号。

进一步地，所述构造由亮点、换能器确定浅滩掩埋管道超声探测回波模型具体为：