CN112684305A - 一种海缆探测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海缆探测技术领域，具体地涉及一种海缆探测方法及其装置，包括以下步骤：S1：探测装置实时获取目标海缆上方的多个感应电动势，并记为感应电动势集Q₁、Q₂，以及探测装置到海床的距离M；S2：数据传输模块将Q₁、Q₂和M传送到数据处理模块；S3：数据处理模块根据Q₁、Q₂绘制相应的探测曲线N1、N2；S4：数据处理模块对探N1、N2进行曲线拟合分别得到曲线方程f1、f2，并通过曲线方程f1、f2得到感应电动势μ_a、μ_b；S5：数据处理模块计算感应电动势μ_a、μ_b的比值p，通过比值p与距离M计算得到海缆埋深H。本发明中的方法较为简单便捷，实用性强。

Description

一种海缆探测方法及其装置

技术领域

本发明涉及海缆探测技术领域，更具体地，涉及一种海缆探测方法及其装置。

背景技术

海缆是用绝缘材料包裹的电缆，铺设在海底，用于电信传输。随着社会经济 的飞速发展，特别是互联网的***式发展，与其息息相关的通信技术也得到了飞 跃式发展，在全球信息通信的技术要求下，海缆已成为跨海通信的主要手段，在 全球范围内的广泛使用，当前，全球范围内的海缆数不胜数，跨越于五大洋的海 床之中。但是自海缆大量应用以来，由于各种原因，海缆线路面临诸多安全问题。 一方面海底自然灾害如底壳运动，会对海缆造成损害，另一方面，锚害、捕鱼甚 至各类海上工程都可能损害海缆。为了维护和维修海缆，就需要对海缆进行探测 以确定其路和埋设深度。

中国专利CN102854536B公开了一种五棒式边长可调型海缆探测天线阵及 其探测方法,包括天线阵列和数据传输模块，天线阵列的数据通过数据传输模块 由有线方式传输到上位机；天线阵列的探棒，每根探棒上绕有线圈，探棒采用磁 性材料，构成电感式探棒，探棒之间无数据连接，线阵列包括五根探棒和一个正 方形框架，其中四个探棒分别固定在正方形框架的四条边上，且以所在边为其轴 线方向，四个探棒始终位于所在边的中间位置，第五个探棒设置于正方形中心， 且与另四个探棒所在平面，即正方形所在的平面垂直，正方形边长可调节，实现 调节中心探棒到其余探棒的距离。但在实施过程中发现，其探测天线阵过于复杂， 在海水环境中移动过于麻烦，且探测数据过多，后续对探测数据的处理过于麻烦。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的缺陷，提供一种海缆探测方法及其装置，可以 简单快捷地探测海缆埋深信息。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

提供了一种海缆探测方法，包括以下步骤：

S1：探测装置实时获取目标海缆上方的多个感应电动势，并记为感应电动势 集Q₁、Q₂，同时获取探测装置到海床的距离M；

S2：数据传输模块将感应电动势集Q₁、Q₂和距离M传送到数据处理模块；

S3：数据处理模块根据感应电动势集Q₁、Q₂绘制相应的探测曲线N₁、N₂；

S4：数据处理模块对探测曲线N₁、N₂进行曲线拟合分别得到曲线方程f₁、 f₂，并通过曲线方程f₁、f₂得到感应电动势μ_a、μ_b；

S5：数据处理模块计算感应电动势μ_a、μ_b的比值p，通过比值p与距离M 计算得到海缆埋深H。

本方案中通过对根据实测数据绘制的探测曲线进行拟合，得到曲线方程后再 求取两个曲线方程对应的感应电动势μ_a、μ_b，结合μ_a、μ_b的比值与探测装置与海 床的距离得到海缆的埋深，这样通过两组数据拟合两个曲线方程，不用再求取方 向角等过多数据，只需求取感应电动势比值的比值，和探测装置到海床的距离即 可求解出海缆的埋深，较为简单方便。

进一步地，上述的步骤S1中得到感应电动势集Q₁、Q₂步骤如下：先设定探 测频率，探测装置在与目标海缆的轴线非平行的水平方向上移动并根据探测频率 获取感应电动势。

进一步地，上述的感应电动势集Q₁、Q₂为目标海缆上方不同水平面上的感 应电动势的集合。

进一步地，上述的探测装置上固定有第一探测线圈和第二探测线圈，第一探 测线圈和第二探测线圈同时通过电磁感应分别获得感应电动势集Q₁、Q₂。

进一步地，上述的步骤S1中距离M为第一探测线圈中心到海床的距离。

进一步地，上述的步骤S3中绘制探测曲线N₁、N₂的步骤如下：先求出感应 电动势集Q₁、Q₂中感应电动势的绝对值，再以探测装置在水平方向上的移动距 离为x轴，感应电动势值大小为y轴将感应电动势集Q₁、Q₂中感应电动势的绝 对值对应绘制成探测曲线N₁、N₂。

进一步地，上述的的步骤S4中通过最小二乘法进行曲线拟合，其中曲线方 程f₁、f₂对应为关于第一探测线圈或第二探测线圈中心到目标海缆距离r₁、r₂的 方程；通过曲线方程f₁、f₂得到感应电动势μ_a、μ_b具体包括以下步骤：

S41：分别计算探测曲线N1、N2各个数据点的曲率，和计算曲线方程f₁、 f₂取不同r₁、r₂值下的曲率；

S42：分别对应比较步骤S41中探测曲线N₁与曲线方程f₁得到的曲率，探 测曲线N₂与曲线方程f₂得到的曲率，分别取曲率最小值对应的感应电动势，即 为μ_a、μ_b。

进一步地，上述的步骤S5中计算得到海缆埋深H的具体公式为：

H＝r₁-M，

其中，r为第一探测线圈中心到目标海缆的距离，M为第一探测线圈中心到 海床的垂直距离，l为第一探测线圈和第二探测线圈的距离，p为的μ_a与μ_b比值。

本发明还提供一种海缆探测装置，包括本体、固定设置于本体底部的距离探 测装置、数据传输模块，数据处理模块、均与数据处理模块电连接的第一探测线 圈和第二探测线圈，第一探测线圈固定设置于本体的底部，第二探测线圈固定设 置于本体的顶部；还包括与本体顶部固定连接的操作杆。其中距离探测装置为高 度计。

进一步地，还包括定位装置，定位装置与数据传输模块通信电连接，用于获 取探测装置当前位置坐标信息；显示装置，显示装置与数据处理模块通信电连接， 用于显示数据处理模块得到的探测曲线。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明公开一种海缆探测 方法，利用最小二乘法对根据实测数据绘制的探测曲线进行拟合，得到曲线方程 后再求取两个曲线方程对应的感应电动势μ_a、μ_b，结合μ_a、μ_b的比值与探测装置 与海床的距离得到海缆的埋深，这样通过两组数据拟合两个曲线方程，不用再求 取方向角等过多数据，只需求取感应电动势比值的比值，和探测装置到海床的距 离即可求解出海缆的埋深，较为简单方便；另外本发明公开一种海缆探测装置， 其只需两个探测线圈即可获取两个感应电动势集，这样的装置较为简单、紧凑， 适合于在海底中移动，实用性较强。

附图说明

图1为实施例1海缆探测方法的流程图；

图2为应用实施例1海缆探测方法得到的探测曲线；

图3为实施例2海缆探测装置的应用示意图；

图4为实施例2海缆探测装置的电连接方框示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实 际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省 略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利 的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明 的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的 方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和 简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的 方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解 为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上 述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描 述：

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种海缆探测方法，包括以下步骤：

S1：探测装置实时获取目标海缆101上方的多个感应电动势，并记为感应电 动势集Q₁、Q₂，同时距离探测装置获取探测装置到海床102的距离M；

S2：数据传输模块将感应电动势集Q₁、Q₂和距离M传送到数据处理模块；

S3：数据处理模块根据感应电动势集Q₁、Q₂绘制相应的探测曲线N₁、N₂；

S4：数据处理模块对探测曲线N₁、N₂进行曲线拟合分别得到曲线方程f1、 f2，并通过曲线方程f1、f2得到感应电动势μ_a、μ_b；

S5：数据处理模块计算感应电动势μ_a、μ_b的比值p，通过比值p与距离M 计算得到海缆埋深H。

本实施例中的步骤S1中先设定探测频率，探测装置在与目标海缆101的轴 线非平行的水平方向上移动并根据探测频率获取感应电动势，得到感应电动势集 Q₁、Q₂。

探测装置得到的感应电动势ε可表示为：

根据几何关系进一步转化为：

其中，

N为线圈匝数，ω为目标海缆101电流频率，I_max为目标海缆101峰值电流，μ₀为常数，S为线圈截面积，η为探测装置和目标海 缆101连线与竖直方向的夹角，r为探测装置与目标海缆101的距离，h为探测 装置与目标海缆101的垂直距离，x为探测装置与目标海缆101的水平距离。

本实施例中的感应电动势集Q₁、Q₂为目标海缆上方不同水平面上的感应电 动势的集合。

本实施例中的探测装置上固定有第一探测线圈和第二探测线圈，第一探测线 圈和第二探测线圈同时通过电磁感应分别获得感应电动势集Q₁、Q₂。

其中第一探测线圈得到的感应电动势ε₁可表示为：

其中，K为常数，r₁为第一探测线圈中心到目标海缆101的距离，l为第一 探测线圈与第二探测线圈的距离；

第二探测线圈得到的感应电动势ε₂可表示为：

其中，K为常数，r₂为第二探测线圈中心到目标海缆101的距离，l为第一 探测线圈与第二探测线圈的距离；

进一步地，感应电动势ε₁和感应电动势ε₂的比值表示为：

本实施例中的步骤S1中距离M为第一探测线圈中心到海床102的距离。

如图2所示，本实施例中的步骤S3中绘制探测曲线N₁、N₂的步骤如下：以 探测装置在水平方向上的移动距离为x轴，以感应电动势为y轴将感应电动势集 Q₁、Q₂中数据的绝对值对应绘制为探测曲线N₁、N₂。其中曲线A

本实施例中的的步骤S4中通过最小二乘法进行曲线拟合，其中曲线方程f₁、 f₂为关于第一探测线圈或第二探测线圈中心到目标海缆101距离r₁、r₂的方程； 通过曲线方程f₁、f₂得到感应电动势μ_a、μ_b具体包括以下步骤：

S41：分别计算探测曲线N₁、N₂各个数据点的曲率，和计算曲线方程f₁、f₂取不同r₁、r₂值下的曲率；

S42：分别对应比较步骤S41中探测曲线N₁与曲线方程f₁得到的曲率，探 测曲线N₂与曲线方程f₂得到的曲率，分别取曲率最小值对应的感应电动势，即 为μ_a、μ_b。

本实施例中的步骤S5中计算得到海缆埋深H的具体公式为：

H＝r₁-M，

其中，r₁为第一探测线圈中心到目标海缆101的距离，M为第一探测线圈中 心到海床102的垂直距离，l为第一探测线圈和第二探测线圈的距离，p为的μ_a与μ_b比值。

实施例2

如图3、图4所示，本实施例提供一种海缆探测装置，包括本体1、固定设 置于本体1底部的距离探测装置2、数据传输模块3、数据处理模块4、均与数 据处理模块4电连接的第一探测线圈5和第二线圈6、定位装置7、显示装置8， 第一探测线圈5固定设置于本体1的底部，第二探测线圈6固定设置于本体1的 顶部，本体1顶部还固定连接有操作杆9，定位装置7与数据传输模块4通信电 连接，显示装置8与数据处理模块4通信电连接。其中距离探测装置2为高度计， 显示装置8可采用LED或LCD显示屏等常规的显示屏或电脑、平板、手机等附带显示屏的电子设备，这里不作限定。

在本实施例中，先设定探测频率，控制探测装置在目标海缆101上方与目标 海缆101轴线非平行的方向运动，距离探测装置2获取第一探测线圈5到海床 102的距离、第一探测线圈5和第二探测线圈6获取目标海缆101上方的感应电 动势、定位装置7获取探测装置的位置坐标信息，均通过数据传输模块3向数据 处理模块4发送，数据处理模块4根据获得的感应电动势和坐标信息绘制探测曲 线，然后将探测曲线通过显示装置8显示。可以理解的是，本实施例中各个部件 中的通信方式为有线通信或无线通信连接，这里不作限定。

本发明是参照本申请实施例的方法、设备(***)的流程图或方框图来描述 的，应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程或方框、 以及流程图或方框图中的流程或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用 计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生 一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生 用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定 的功能的装置。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非 是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明 的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施 方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进 等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海缆探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：探测装置实时获取目标海缆上方的多个感应电动势，并记为感应电动势集Q₁、Q₂，同时获取探测装置到海床的距离M；

S2：数据传输模块将感应电动势集Q₁、Q₂和距离M传送到数据处理模块；

S3：数据处理模块根据感应电动势集Q₁、Q₂绘制相应的探测曲线N₁、N₂；

S4：数据处理模块对探测曲线N₁、N₂进行曲线拟合分别得到曲线方程f₁、f₂，并通过曲线方程f₁、f₂得到感应电动势μ_a、μ_b；

S5：数据处理模块计算感应电动势μ_a、μ_b的比值p，通过比值p与距离M计算得到海缆埋深H。

2.根据权利要求1所述的一种海缆探测方法，其特征在于，所述步骤S1中得到感应电动势集Q₁、Q₂步骤如下：先设定探测频率，探测装置在与所述目标海缆的轴线非平行的水平方向上移动并根据探测频率获取感应电动势。

3.根据权利要求2所述的一种海缆探测方法，其特征在于，所述感应电动势集Q₁、Q₂为目标海缆上方不同水平面上的感应电动势的集合。

4.根据权利要求3所述的一种海缆探测方法，其特征在于，所述探测装置上固定有第一探测线圈和第二探测线圈，第一探测线圈和第二探测线圈同时通过电磁感应分别获得感应电动势集Q₁、Q₂。

5.根据权利要求4所述的一种海缆探测方法，其特征在于，所述步骤S1中距离M为第一探测线圈中心到海床的距离。

6.根据权利要求5所述的一种海缆探测方法，其特征在于，所述步骤S3中绘制探测曲线N₁、N₂的步骤如下：先求出感应电动势集Q₁、Q₂中感应电动势的绝对值，再以探测装置在水平方向上的移动距离为x轴，感应电动势值大小为y轴，将感应电动势集Q₁、Q₂中感应电动势的绝对值对应绘制成探测曲线N₁、N₂。

7.根据权利要求6所述的一种海缆探测方法，其特征在于，所述步骤S4中通过最小二乘法进行曲线拟合，其中曲线方程f₁、f₂对应为关于第一探测线圈或第二探测线圈中心到目标海缆距离r₁、r₂的方程；通过曲线方程f₁、f₂得到感应电动势μ_a、μ_b具体包括以下步骤：

S41：分别计算探测曲线N₁、N₂各个数据点的曲率，和计算曲线方程f₁、f₂取不同r₁、r₂值下的曲率；

S42：分别对应比较步骤S41中探测曲线N₁与曲线方程f₁得到的曲率，探测曲线N₂与曲线方程f₂得到的曲率，分别取曲率最小值对应的感应电动势，即为μ_a、μ_b。

8.根据权利要求7所述的一种海缆探测方法，其特征在于，所述步骤S5中计算得到海缆埋深H的具体公式为：

H＝r₁-M，

其中，r₁为第一探测线圈中心到目标海缆的距离，M为第一探测线圈中心到海床的垂直距离，l为第一探测线圈和第二探测线圈的距离，p为的μ_a与μ_b比值。

9.一种用于权利要求1至8所述的海缆探测方法的装置，其特征在于，包括本体(1)、固定设置于所述本体(1)底部的距离探测装置(2)、数据传输模块(3)、数据处理模块(4)、均与所述数据处理模块(4)电连接的第一探测线圈(5)和第二探测线圈(6)，所述第一探测线圈(5)固定设置于本体(1)的底部，所述第二探测线圈(6)固定设置于所述本体(1)的顶部；还包括与所述本体(1)顶部固定连接的操作杆(9)。

10.根据权利要求9所述的海缆探测方法的装置，其特征在于，还包括：

定位装置(7)，所述定位装置(7)与所述数据传输模块(3)通信电连接，用于获取探测装置当前位置坐标信息；

显示装置(8)，所述显示装置(8)与所述数据处理模块(4)通信电连接，用于显示数据处理模块(4)得到的探测曲线。

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