CN113960632A - 一种海底管缆埋设水下定位***及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底管缆埋设水下定位***及其工作方法,涉及海底管缆埋设领域。海底管缆埋设犁作业时,海底管缆埋设犁不可视,缺乏有效的方法实时获取埋设犁姿态。本发明包括埋设海缆施工船、埋设犁、勘测船、超短基线换能器、设于埋设犁上的多个超短基线信标;在埋设犁上设立物体坐标系,根据埋设犁的结构形状和尺寸,确定超短基线信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆在物体坐标系下的位置向量,不同埋深对应不同海缆导管位置;作业时,以超短基线换能器为原点,建立全局坐标系,通过超短基线信标定位,获得超短基线信标的位置信息。本技术方案方法简单,工作可靠,可以实时精确获取海底管缆的实时位置。
Description
技术领域
本发明涉及海底管缆埋设领域,尤其涉及一种海底管缆埋设水下定位***及其工作方法。
背景技术
海底管缆埋设犁作业时,由于海底管缆埋设犁不可视,缺乏有效的方法实时获取埋设犁姿态,进而得知海底管缆的实时位置。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进,提供一种海底管缆埋设水下定位***,以达到获取埋设犁姿态,进而得知海底管缆的实时位置的目的。为此,本发明采取以下技术方案。
一种海底管缆埋设水下定位***,包括埋设海缆施工船、由埋设海缆施工船拖动的埋设犁、位于海缆施工船后侧的勘测船、设于勘测船上的超短基线换能器、设于埋设犁上的多个超短基线信标;在埋设犁上设立物体坐标系,根据埋设犁的结构形状和尺寸,确定超短基线信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆在物体坐标系下的位置向量,不同埋深对应不同海缆导管位置;
作业时,以超短基线换能器为原点,建立全局坐标系,通过超短基线信标定位,获得超短基线信标的位置信息,即获得超短基线信标处在全局坐标系下的位置向量。
在进行海底管缆埋设时,埋设海缆施工船拖动埋设犁前行,并将位于海缆施工船上的海底管缆通过埋设犁不断埋入海床;勘测船上的超短基线换能器向下浸入水中,超短基线换能器接收来自埋设犁上的超短基线信标的信号,得到海底管缆埋设犁的实时深度,位置以及姿态,并根据埋设犁的结构尺寸来获取海底管缆的实时位置。
本技术方案通过:
1、采用超短基线来确定海底管缆埋设犁的位置。
2、采用超短基线信标的组合,来确定埋设犁的姿态。
3、根据得到的姿态和埋设犁的结构尺寸,来确定海底管缆的实时位置。
方法简单,工作可靠,可以实时精确获取海底管缆的实时位置。
作为优选技术手段:所述的埋设犁包括犁体、斜向后设置的海缆导管,所述的犁体的形状、尺寸固定,犁体周边设有所述的超短基线信标;所述的海缆导管与犁***置固定。犁体不发生展开、收扰、收缩等变形情况,犁体的形状、尺寸固定,可以方便姿态的确定。在犁体姿态确定后,由于海缆导管与犁***置固定,则可以准确定出海底管缆的实时位置。
作为优选技术手段:所述的犁体呈方体,每一角上均设有超短基线信标,超短基线信标与犁体固定连接。犁体姿态计算方便,且位于超短基线信标位于犁体的角上,超短基线信标之间的距离和为最大,有利于降低因测量误差而对犁体姿态判断造成的影响,使得到的犁体姿态更为准确。
作为优选技术手段:犁体的四个点对应超短基线四个信标,在埋设犁上设立物体坐标系,根据埋设犁的结构形状和尺寸,确定四个端点处信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆在物体坐标系下的位置向量不同埋深对应不同海缆导管位置;
由于换能器与GPS装置搭配使用,因此通过换能器确定的位置向量即为GPS***坐标系参考下的位置信息。由于埋设犁为刚体结构,通过对物体坐标系下的关系向量与GPS坐标系下的位置向量之间的转换关系的求取,可以推算出埋设犁相对换能器的相对位置和姿态关系,进而,便确定了埋设犁在GPS坐标系下的位置和姿态。
作为优选技术手段:物体坐标系的姿态由埋设犁物理姿态决定,通过信标位置针对两个坐标系下的位置向量,根据逆向运动学,求得两坐标系之间的旋转矩阵;设定犁体姿态为依次绕Z轴、Y轴、X轴旋转α、β、γ角度决定,其旋转矩阵为:
相应的,通过rnn结果配合,α、β、γ计算公式为:
如果,β=90,α=0或者β=-90,α=0时候,γ为如下:
γ=Atan2(r12,r22)(β=90,α=0)
γ=-Atan2(r12,r22)(β=-90,α=0)
其中,海缆导管位置坐标即向量参数;海缆导管距离海床表面深度由海底勘察数据获得该点深度H与海缆导管处深度h做差求得;海缆导管姿态信息即为三个轴的转动角度信息,为α、β、γ。至此,埋设犁的姿态和位置均确定。c为cos的简写,如cβ为cosβ,cα为cosα,cγ为cosγ,s为sin的简写,如sα为sinα,sβ为sinβ,sγ为sinγ。参数r11、r12、r13、r21、r22、r23、r31、r32、r33由位置向量关系可以求得。
本发明的另一个目的是,提供一种海底管缆埋设水下定位***的工作方法:
其包括以下步骤:
1)获得定位依据,定位依据包括埋设犁(2)的形状和尺寸及超短基线信标在埋设犁(2)上的位置,埋设犁(2)的形状和尺寸包括犁体(8)、海缆刚性导管(9)的形状和尺寸;
2)建立坐标系;以超短基线换能器为原点,建立全局坐标系,通过超短基线信标定位,获得四个信标的位置信息,即获得四个信标处在全局坐标系下的位置向量犁体的四个点对应超短基线四个信标,在埋设犁上设立物体坐标系,根据埋设犁的结构形状和尺寸,确定四个端点处信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆在物体坐标系下的位置向量
3)求解信标所在位置的坐标;作业时,由于换能器与GPS装置搭配使用,因此通过换能器确定的位置向量即为GPS***坐标系参考下的位置信息;由于埋设犁为刚体结构,通过对物体坐标系下的关系向量与GPS坐标系下的位置向量之间的转换关系的求取,可以推算出埋设犁相对换能器的相对位置和姿态关系,进而,便确定了埋设犁在GPS坐标系下的位置和姿态;计算模型如下:
物体坐标系的姿态由埋设犁物理姿态决定,通过信标位置针对两个坐标系下的位置向量,根据逆向运动学,求得两坐标系之间的旋转矩阵;设定犁体姿态为依次绕Z轴、Y轴、X轴旋转α、β、γ角度决定,其旋转矩阵为:
参数rnn由位置向量关系可以求得;
相应的,通过rnn结果配合,α、β、γ计算公式为:
如果,β=90,α=0或者β=-90,α=0时候,γ为如下:
γ=Atan2(r12,r22)(β=90,α=0)
γ=-Atan2(r12,r22)(β=-90,α=0)
其中,海缆导管位置坐标即向量参数;海缆导管距离海床表面深度由海底勘察数据获得该点深度H与海缆导管处深度h做差求得;海缆导管姿态信息即为三个轴的转动角度信息,为α、β、γ;至此,埋设犁的姿态和位置均确定。
在步骤3)中,位置的计算在处理器中进行,处理器的工作包括步骤:
31)通讯
超短基线换能器通过串口与处理器相连,处理器接收由超短基线换能器发送的正常参数为9600波特、8位数据、1个停止位和无校验位的消息帧;
32)处理
321)处理器获得上位机信息之后,先进行关键信息的提取,此处使用python的serial库完成串口信息的获取;之后对字节byte格式的信息进行转码,转成字符串str信息;
322)对字符串信息切片,获取四个信标的坐标和深度信息,一个坐标有四个参数;对四个参数的信息,由字符串str格式转化成浮点数float64格式,方可对参数进行计算;
323)在计算中,使用math库的操作,对含有未知参数和已知参数的方程进行线性排列,成为如下的线性方程组,求得所需内容;
通过反三角函数,由rnn反解出埋设犁的偏转角信息;
33)交互
331)位置信息通过相应协议,由处理器发送给UI显示模块,数据通信采用了socket的TCP方式,即server-client模式;Client用于返送数据;Server用于接受数据后保存到数据库里;
332)存储,因为存在通信频率的不同,所以信息无法做到发一条接一条;因此需要缓存内容,对处理模块发出的每一条信息进行存储,然后由UI模块逐条提取并显示;
34)显示
341)埋设犁建模数据通过OpenGL建模,能在操作窗口中对视图角度进行拖动,以便360°的查看埋设犁姿态情况;
342)数字信息从数据库中读取之后,反应到操作界面上。
有益效果:本技方案通过采用超短基线来确定海底管缆埋设犁的位置,采用超短基线信标的组合,来确定埋设犁的姿态,根据得到的姿态和埋设犁的结构尺寸,来确定海底管缆的实时位置。其结构简单,操作方便,工作可靠,可以实时监测海底管缆埋设犁深度,位置以及姿态,根据埋设犁的结构尺寸来获取海底管缆的位置。从而可以更好地控制海底管缆埋设,为海底管缆埋设提供技术保障。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明的埋设犁的俯视图。
图3是本发明的埋设犁的侧视图。
图4是本发明的坐标系建立参考图。
图中:1、埋设海缆施工船;2、埋设犁;3、勘测船;4、超短基线换能器;5、超短基线信标;6、海底管缆;7、海床;8、犁体;9、海缆刚性导管。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示,本发明包括埋设海缆施工船1、由埋设海缆施工船1拖动的埋设犁2、位于海缆施工船后侧的勘测船3、设于勘测船3上的超短基线换能器4、设于埋设犁2上的4个超短基线信标5;
在进行海底管缆6埋设时,埋设海缆施工船1拖动埋设犁2前行,并将位于海缆施工船上的海底管缆6通过埋设犁2不断埋入海床7;勘测船3上的超短基线换能器4向下浸入水中,超短基线换能器4接收来自埋设犁上的超短基线信标5的信号,得到海底管缆6埋设犁2的实时深度,位置以及姿态,并根据埋设犁2的结构尺寸来获取海底管缆6的实时位置。本技术方案通过:采用超短基线来确定海底管缆6埋设犁2的位置;采用超短基线信标5的组合,来确定埋设犁2的姿态;根据得到的姿态和埋设犁2的结构尺寸,来确定海底管缆6的实时位置。其方法简单,工作可靠,可以实时精确获取海底管缆6的实时位置。
如图2、3所示,为了更为准确、快速地获得位置,所述的埋设犁2包括犁体8、斜向后设置的海缆导管9,所述的犁体8的形状、尺寸固定,犁体8周边设有所述的超短基线信标5;所述的海缆导管9与犁体8位置固定。犁体8的形状、尺寸固定可以方便姿态的确定。在犁体8姿态确定后,由于海缆导管9与犁体8位置固定,则可以准确定海底管缆6的实时位置。
为提高位置计算的快速性、准确性,所述的犁体8呈方体,每一角上均设有超短基线信标5,超短基线信标5与犁体8固定连接。犁体8姿态计算方便,且位于超短基线信标5位于犁体8的角上,超短基线信标5之间的距离和为最大,犁体8姿态计算更为准确。
如图4所示,犁体8的四个点对应超短基线定位***的四个信标,在埋设犁上设立物体坐标系body frame,根据埋设犁的结构形状和尺寸,可以确定四个端点处信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆6在物体坐标系下的位置向量不同埋深对应不同海缆导管9位置。
物体坐标系的姿态由埋设犁物理姿态决定,通过信标位置针对两个坐标系下的位置向量,根据逆向运动学,求得两坐标系之间的旋转矩阵(Rotation Matrix)。设定犁体(8)姿态为依次绕Z轴、Y轴、X轴旋转α、β、γ角度决定,其旋转矩阵为:
由逆向运动学,以信标A为例,设:
由前述公式,可得两者之间的具体系数关系为:
因此可以得出三个等式组,同理,对B、C、D三个信标中的其他两组向量进行相同的转换,可得出另外两组三个含参等式组。对三组关系等式线性排列,可以得到:
此时方程便可求解,参数rnn得解具体数值。由于可以同时获得四组信标的信息,因此其中未用来计算的第四组数据用来检查计算结果准确度。
如果,β=90,α=0或者β=-90,α=0时候,γ为如下:
γ=Atan2(r12,r22)(β=90,α=0)
γ=-Atan2(r12,r22)(β=-90,α=0)
其中,海缆导管(9)位置坐标即向量参数;海缆导管(9)距离海床表面深度由海底勘察数据获得该点深度H与海缆导管(9)处深度h做差求得;海缆导管(9)姿态信息即物体坐标系在全局坐标系下的转动关系,即α、β、γ。
提供一种海底管缆埋设水下定位***的工作方法:其包括以下步骤:
1)获得定位依据,定位依据包括埋设犁(2)的形状和尺寸及超短基线信标在埋设犁(2)上的位置,埋设犁(2)的形状和尺寸包括犁体(8)、海缆刚性导管(9)的形状和尺寸;
2)建立坐标系;以超短基线换能器为原点,建立全局坐标系,通过超短基线信标定位,获得四个信标的位置信息,即获得四个信标处在全局坐标系下的位置向量犁体的四个点对应超短基线四个信标,在埋设犁上设立物体坐标系,根据埋设犁的结构形状和尺寸,确定四个端点处信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆在物体坐标系下的位置向量
3)求解信标所在位置的坐标;作业时,由于换能器与GPS装置搭配使用,因此通过换能器确定的位置向量即为GPS***坐标系参考下的位置信息;由于埋设犁为刚体结构,通过对物体坐标系下的关系向量与GPS坐标系下的位置向量之间的转换关系的求取,可以推算出埋设犁相对换能器的相对位置和姿态关系,进而,便确定了埋设犁在GPS坐标系下的位置和姿态;计算模型如下:
物体坐标系的姿态由埋设犁物理姿态决定,通过信标位置针对两个坐标系下的位置向量,根据逆向运动学,求得两坐标系之间的旋转矩阵;设定犁体姿态为依次绕Z轴、Y轴、X轴旋转α、β、γ角度决定,其旋转矩阵为:
参数rnn由位置向量关系可以求得;
相应的,通过rnn结果配合,α、β、γ计算公式为:
如果,β=90,α=0或者β=-90,α=0时候,γ为如下:
γ=Atan2(r12,r22)(β=90,α=0)
γ=-Atan2(r12,r22)(β=-90,α=0)
其中,海缆导管位置坐标即向量参数;海缆导管距离海床表面深度由海底勘察数据获得该点深度H与海缆导管处深度h做差求得;海缆导管姿态信息即为三个轴的转动角度信息,为α、β、γ;至此,埋设犁的姿态和位置均确定。
在步骤3)中,位置的计算在处理器中进行,处理器的工作包括步骤:
31)通讯
超短基线换能器通过串口与处理器相连,处理器接收由超短基线换能器发送的正常参数为9600波特、8位数据、1个停止位和无校验位的消息帧;
32)处理
321)处理器获得上位机信息之后,先进行关键信息的提取,此处使用python的serial库完成串口信息的获取;之后对字节byte格式的信息进行转码,转成字符串str信息;
322)对字符串信息切片,获取四个信标的坐标和深度信息,一个坐标有四个参数;对四个参数的信息,由字符串str格式转化成浮点数float64格式,方可对参数进行计算;
323)在计算中,使用math库的操作,对含有未知参数和已知参数的方程进行线性排列,成为如下的线性方程组,求得所需内容;
通过反三角函数,由rnn反解出埋设犁的偏转角信息;
33)交互
331)位置信息通过相应协议,由处理器发送给UI显示模块,数据通信采用了socket的TCP方式,即server-client模式;Client用于返送数据;Server用于接受数据后保存到数据库里;
332)存储,因为存在通信频率的不同,所以信息无法做到发一条接一条;因此需要缓存内容,对处理模块发出的每一条信息进行存储,然后由UI模块逐条提取并显示;
34)显示
341)埋设犁建模数据通过OpenGL建模,能在操作窗口中对视图角度进行拖动,以便360°的查看埋设犁姿态情况;
342)数字信息从数据库中读取之后,反应到操作界面上。
以上图1-4所示的一种海底管缆埋设水下定位***是本发明的具体实施例。已经体现出本发明实质性特点和进步,可根据实际的使用需要,在本发明的启示下,对其进行形状、结构等方面的等同修改,均在本方案的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种海底管缆埋设水下定位***,其特征在于:包括埋设海缆施工船(1)、由埋设海缆施工船(1)拖动的埋设犁(2)、位于海缆施工船后侧的勘测船(3)、设于勘测船(3)上的超短基线换能器(4)、设于埋设犁(2)上的多个超短基线信标(5);在埋设犁上设立物体坐标系,根据埋设犁的结构形状和尺寸,确定超短基线信标(5)在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆(6)在物体坐标系下的位置向量,不同埋深对应不同海缆导管(9)位置;
作业时,以超短基线换能器(4)为原点,建立全局坐标系,通过超短基线信标(5)定位,获得超短基线信标(5)的位置信息,即获得超短基线信标(5)处在全局坐标系下的位置向量;
在进行海底管缆(6)埋设时,埋设海缆施工船(1)拖动埋设犁(2)前行,并将位于海缆施工船上的海底管缆(6)通过埋设犁(2)不断埋入海床(7);勘测船(3)上的超短基线换能器(4)向下浸入水中,超短基线换能器(4)接收来自埋设犁上的超短基线信标(5)的信号,得到海底管缆(6)埋设犁(2)的实时深度,位置以及姿态,并根据埋设犁(2)的结构尺寸来获取海底管缆(6)的实时位置。
2.根据权利要求1所述的一种海底管缆埋设水下定位***,其特征在于:所述的埋设犁(2)包括犁体(8)、斜向后设置的海缆刚性导管(9),所述的犁体(8)的形状、尺寸固定,犁体(8)周边设有所述的超短基线信标(5);所述的海缆刚性导管(9)与犁体(8)位置固定。
3.根据权利要求2所述的一种海底管缆埋设水下定位***,其特征在于:所述的犁体(8)呈方体,每一角上均设有超短基线信标(5),超短基线信标(5)与犁体(8)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种海底管缆埋设水下定位***,其特征在于:物体坐标系的姿态由埋设犁物理姿态决定,通过信标位置针对两个坐标系下的位置向量,根据逆向运动学,求得两坐标系之间的旋转矩阵;设定犁体(8)姿态为依次绕Z轴、Y轴、X轴旋转α、β、γ角度决定,其旋转矩阵为:
α、β、γ计算公式为:
如果,β=90,α=0或者β=-90,α=0时候,γ为如下:
γ=Atan2(r12,r22)(β=90,α=0)
γ=-Atan2(r12,r22)(β=-90,α=0)
其中,r11、r12、r13、r21、r22、r23、r31、r32、r33为参数,海缆导管(9)位置坐标即向量参数;α、β、γ为海缆导管(9)姿态信息。
6.采用权利要求1所述的一种海底管缆埋设水下定位***的工作方法,其特征在于包括以下步骤:
1)获得定位依据,定位依据包括埋设犁(2)的形状和尺寸及超短基线信标在埋设犁(2)上的位置,埋设犁(2)的形状和尺寸包括犁体(8)、海缆刚性导管(9)的形状和尺寸;
2)建立坐标系;以超短基线换能器为原点,建立全局坐标系,通过超短基线信标定位,获得四个信标的位置信息,即获得四个信标处在全局坐标系下的位置向量犁体的四个点对应超短基线四个信标,在埋设犁上设立物体坐标系,根据埋设犁的结构形状和尺寸,确定四个端点处信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆在物体坐标系下的位置向量
3)求解信标所在位置的坐标;作业时,由于换能器与GPS装置搭配使用,因此通过换能器确定的位置向量即为GPS***坐标系参考下的位置信息;由于埋设犁为刚体结构,通过对物体坐标系下的关系向量与GPS坐标系下的位置向量之间的转换关系的求取,可以推算出埋设犁相对换能器的相对位置和姿态关系,进而,便确定了埋设犁在GPS坐标系下的位置和姿态;计算模型如下:
物体坐标系的姿态由埋设犁物理姿态决定,通过信标位置针对两个坐标系下的位置向量,根据逆向运动学,求得两坐标系之间的旋转矩阵;设定犁体姿态为依次绕Z轴、Y轴、X轴旋转α、β、γ角度决定,其旋转矩阵为:
参数rnn由位置向量关系可以求得;
相应的,通过rnn结果配合,α、β、γ计算公式为:
如果,β=90,α=0或者β=-90,α=0时候,γ为如下:
γ=Atan2(r12,r22)(β=90,α=0)
γ=-Atan2(r12,r22)(β=-90,α=0)
其中,海缆导管位置坐标即向量参数;海缆导管姿态信息即为三个轴的转动角度信息,为α、β、γ;至此,埋设犁的姿态和位置均确定。
7.根据权利要求6所述的工作方法,其特征在于:在步骤3)中,位置的计算在处理器中进行,处理器的工作包括步骤:
31)通讯
超短基线换能器通过串口与处理器相连,处理器接收由超短基线换能器发送的正常参数为9600波特、8位数据、1个停止位和无校验位的消息帧;
32)处理
321)处理器获得上位机信息之后,先进行关键信息的提取,此处使用python的serial库完成串口信息的获取;之后对字节byte格式的信息进行转码,转成字符串str信息;
322)对字符串信息切片,获取四个信标的坐标和深度信息,一个坐标有四个参数;对四个参数的信息,由字符串str格式转化成浮点数float64格式,方可对参数进行计算;
323)在计算中,使用math库的操作,对含有未知参数和已知参数的方程进行线性排列,成为如下的线性方程组,求得所需内容;
通过反三角函数,由rnn反解出埋设犁的偏转角信息;
33)交互
331)位置信息通过相应协议,由处理器发送给UI显示模块,数据通信采用了socket的TCP方式,即server-client模式;Client用于返送数据;Server用于接受数据后保存到数据库里;
332)存储,因为存在通信频率的不同,所以信息无法做到发一条接一条;因此需要缓存内容,对处理模块发出的每一条信息进行存储,然后由UI模块逐条提取并显示;
34)显示
341)埋设犁建模数据通过OpenGL建模,能在操作窗口中对视图角度进行拖动,以便360°的查看埋设犁姿态情况;
342)数字信息从数据库中读取之后,反应到操作界面上。
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CN202111113887.1A CN113960632B (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种海底管缆埋设水下定位***及其工作方法 |
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KR101782456B1 (ko) * | 2016-05-31 | 2017-09-27 | 유한회사 티오씨 | 해저케이블 매설장치 및 그 방법 |
CN108535751A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-09-14 | 上海瑞洋船舶科技有限公司 | 水下定位装置及定位方法 |
CN210038143U (zh) * | 2019-03-28 | 2020-02-07 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 | 一种海洋扫海施工霍尔锚的定位装置 |
CN111708093A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-25 | 国网浙江省电力有限公司舟山供电公司 | 一种多模式海缆埋深探测方法及探测*** |
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2021
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN203240094U (zh) * | 2013-05-23 | 2013-10-16 | 国家电网公司 | 一种海底管线定位敷设*** |
CN204676554U (zh) * | 2015-04-17 | 2015-09-30 | 武汉理工大学 | 一种沉管水下施工定位*** |
KR101782456B1 (ko) * | 2016-05-31 | 2017-09-27 | 유한회사 티오씨 | 해저케이블 매설장치 및 그 방법 |
CN108535751A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-09-14 | 上海瑞洋船舶科技有限公司 | 水下定位装置及定位方法 |
CN210038143U (zh) * | 2019-03-28 | 2020-02-07 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 | 一种海洋扫海施工霍尔锚的定位装置 |
CN111708093A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-25 | 国网浙江省电力有限公司舟山供电公司 | 一种多模式海缆埋深探测方法及探测*** |
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