[发明专利]一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法

说明书

本发明公开了一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法，属于水下石油管道监测技术领域，本发明根据水下机器人与管道的位置，以及水下溶解氧传感器的有效灵敏度，设定水下机器人有效探测的稳态区域；在稳态区域基础上，设计水下机器人有效探测的暂态指标；水下机器人根据暂稳态性能，离线规划出全局参考轨迹，设定动态追踪监测控制器，作用于水下机器人的驱动装置，实现管道的动态监测；设定溶解氧阈值，对该石油管道区域进行实时精准的泄漏监测。本发明通过水下机器人的协作提高监测自主性，另一方面通过暂稳态约束提高监测效率，既能减少能耗，又能实现对水下石油管道实时可靠的动态监测。

技术领域

本发明属于水下石油管道监测技术领域，尤其涉及一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，海洋将成为人类生存与发展的新空间。海洋中的石油是人类工业发展最为重要的资源来源，其中水下石油管道作为海上石油运输的主要手段，是海上石油工业不可或缺的重要设施。然而，水下环境特性复杂，如海沟、洋流、甚至海洋地质灾害(地震)，以及石油管道泄漏的突发性，使得水下石油管道监测的实时性与自主性普遍不高。

从现有技术中检索发现，公开号为CN106514660A的专利申请公开了一种海底管线检测用水下机器人，该方案以有缆水下机器人为载体，采用管道夹持装置和行走装置，并结合船舶的作业平台以完成对海底管线的全面检测。该方法尽管能完成对管道的巡航检测，但受缆线的限制，其监测范围有限。同时，上述方法需要大型船舶提供平台支持，造价昂贵，不能规模化部署。

再有，公开号为CN204083823U的专利申请公开了基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，该方案受“紫外光照射到有碳氢化合物可激发荧光效应”这一现象启发，将水下机器人上搭载荧光传感器，进而通过荧光现象来判断管道是否发生泄漏。荧光传感器的性能依赖较好的视觉环境，然而水下透明度较低、水中微小生物易产生散射，同时水中大型生物易产生遮挡，上述约束均能降低紫外线的穿透力，从而降低荧光传感器对管道的监测性能。同时，水下机器人需对区域进行大范围监测，然而水下机器人搭载的电池容量有限且不易更换，这种大范围监测方式限制了监测效率的提升。因此，有必要设计一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法，一方面通过水下机器人的协作提高监测自主性，另一方面通过暂稳态约束提高监测效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种监测自主性强、效率高的考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：

一种考虑暂稳态性能的水下石油管道动态监测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1：利用安装有溶解氧传感器的水下机器人对水下石油管道进行动态监测，依据溶解氧传感器在石油泄露点C＝[C_x,C_y,C_z]附近的灵敏度概率密度分布，确立探测半径r与灵敏度δ的相关性；确定在有效灵敏度δ_min下的有效探测半径R，在石油泄露点附件确定有效探测的稳态区域η＝[C_x±R,C_y±R,C_z±R]；其中，C_x、C_y和C_z分别为X轴、Y轴以及Z轴位置；

步骤2：依据有效探测的稳态区域η＝[C_x±R,C_y±R,C_z±R]，建立暂态指标函数其中，ξ为转换误差变量，和为常量参数α₁，α₂表示正常数，γ和β(ξ)为大于1的常数，λ(ξ)为有限时间收敛项，可令控制系统有限时间内收敛到期望轨迹，