[发明专利]一种海底缆线电磁搜索-定位-跟踪一体化探测方法

说明书

本发明公开了一种海底缆线的电磁信号搜索、缆线定位、跟踪巡检一体化自主探测方法。自主水下机器人布放前，基于海缆敷设日志在海底缆线两侧设定初探航路点；自主水下机器人放入水后进行初次Z形往复航行搜索海底缆线电磁信号，当电磁信号达到设定阈值时执行海底缆线跟踪探测任务。在海缆跟踪过程中，若目标电磁信号强度低于设定阈值，则认为海底缆线跟踪丢失，基于丢失点的位置信息进行再次Z形航路规划及跟踪搜索。在机器人对海底缆线自主跟踪探测过程中，基于海底缆线辐射电磁信号对海底缆线进行相对定位，并基于该相对定位结果进行电磁信号引导下的机器人自主跟踪控制。本发明可为自主水下机器人执行海底缆线自主巡检任务总体设计及实施提供指导。

技术领域

本发明涉及海洋工程于技术领域，更具体地，涉及到海底缆线的运行及维护领域。

背景技术

海底缆线主要包括海底电缆、海底光缆及海底光电复合缆。海底光缆通信由于其大容量、高质量、低价格等优势成为国际间最主要的通信手段，占据了全球95％以上的国际间数据通信量。随着5G、云业务等互联网相关业务的迅速发展对数据通信的爆炸式增长需求，对海底光缆带宽及数量的需求迅速增加。海底电缆在海洋风力发电、岛屿间电力传输等电能传输领域发挥着巨大作用。海底缆线经常受到海啸、地震、抛锚等自然和人为因素的干扰，而经常处于损伤、断裂、悬置等非正常运行工况。例如，2004年2月27日在国际海底光缆汕头登陆站附近的海缆保护区内，因挖沙船非法作业导致亚欧国际海底光缆故障，造成通信中断10余天。因此，准确探明海缆路由、日常跟踪巡检是海底缆线日常维护中的重要任务。而海底缆线尤其在近海领域多处于海床埋藏状态，以最大程度减小自然和人为因素对海缆系统运行带来的风险。海底光缆尤其是海底光缆直径细小，加之海床埋藏状态，导致常规水下声学、光学检测设备难以准确定位其路由信息。水下电磁探测技术为细径埋设海缆探测提供了新的解决途径。

目前工程实践中针对海底缆线探测任务，多采用遥控水下机器人搭载电磁探测传感器，并用科考母船进行释放和回收。作业过程中，首先将作业母船锚定，然后遥控水下机器人专业领航员操作机器人下潜并搜索电磁信号，所探测到的电磁信号实时反馈到科考母船上的上位机，由领航员基于电磁信号数据反馈进行决策和遥控水下机器人的运动操纵。当领航员认为已经搜索到海底缆线的电磁信号时，根据电磁信号的有向性，操纵机器人按照电磁信号较大的方向航行。

上述目前工程中使用的海底缆线电磁探测方法基本以科考母船上领航员为中心，极大依赖于领航员的工程实践经验。探测作业对科考母船和领航员的依赖度极高，作业自主性水平和作业效率较低。且由于依赖于水面科考母船，因此对作业海况要求较高。

发明内容

本发明的目的在于针对海底缆线，提供一套完整的海底缆线电磁搜索、定位、跟踪一体化流程和方法。本发明考虑了海底缆线探测机器人从布放入水、搜索海底缆线电磁信号、执行海底缆线跟踪到电磁信号丢失后再次搜索等一系列实际工况和任务。本发明旨在完成真实海况及海底缆线路由条件下的跟踪探测和定位，为海底缆线跟踪探测提供了一整套符合海洋工程实践、智能化程度较高的作业流程和方案。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括如下内容。

海底缆线电磁搜索、定位、跟踪一体化探测规划和控制流程算法的输入。航路点1经纬度O₁(N₁ E₁)、航路点2经纬度O₂(N₂ E₂)，探测航行时间阈值(t_tol,sum)，探测航行距离阈值(d_tol,sum)，电磁信号阈值(B_val)、目标点接收圆阈值(d_acp)、首次Z形航线长度(L₁)，Z形航线转角(θ₁)、初次最大允许搜索范围(d_alo,1)、再次最大允许搜索范围(d_alo,2)、再次走航式Z形航线长度(L₂)，Z形航线转角(θ₂)。