[发明专利]用于计算两个水下兴趣点之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向的组合计量方法

说明书

本发明涉及一种用于计算两个兴趣点之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向的计量方法。该方法包括：在海床上安置(S1)远程声学信标声学定位系统；校准(S2)系统，以确定信标相对于彼此的位置；在海床上部署(S3)配置有点云获取装置的航行器；产生(S4)每个兴趣点周围的多个场景，以便获取点云，每个点云包括代表兴趣点的点以及代表至少两个部署在所述兴趣点周围的声学信标的点；处理(S5)点云以便计算点在公共参考坐标系中的坐标，所述公共参考坐标系由信标阵列定义并以其中一个声学信标的位置为中心；并且根据图像集的点在声学信标阵列所定义的参考坐标系中的坐标，计算(S7)两个兴趣点之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向。

背景技术

使本发明涉及海底计量学的一般领域。本发明更精确地涉及用于计算两个海底兴趣点之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向的目的的计量方法。

非限制性应用领域是计算分别安置在海底的两根管道上的法兰之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向。这两根管道用于输送碳氢化合物，如来自海底生产井的石油和天然气。

在海底碳氢化合物的运输领域，众所周知，可以依靠连接器将两个位于海底的管道连接在一起。这种连接器是管道型的水下构筑物，可以水平延伸并安置在海底(用作“弯管(spool)”)，或者至海底上纵向延伸(用作“跨接管(jumper)”)。

为了确定这种连接器的确切形状和尺寸，必须事先准确地知道安置在海底并通过连接器连接的两根管道或水下构筑物上的法兰之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向。通常用于进行这些测量的技术是海底计量。

计算两根管道的用于连接的相应法兰之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向的海底计量方法种类繁多。最广泛使用的计量方法是，基于部署在海底的声学信标阵列(称为“长基线”(long base line,LBL)定位)。这种长基线声学系统通过声学法测量兴趣点与部署在海底上的三个(或多个)声学信标之间的距离来确定海底兴趣点的位置。由于信标用于获取距离，因此在这些测量基础之上，还必须增加通过部署在海底构筑物上的预定点处的陀螺仪和倾斜仪所进行的姿态测量和取向测量。

通过基于长基线阵列的方法获取的结果通常是准确的。相比之下，所采用的声学信标对海底噪声敏感，并且基于声学信标的测量方法需要很长时间才能实现。此外，该方法需要事先在陆地上进行准备以确定测量点与实际兴趣点(即管道的用于连接的法兰的中心)之间的偏移。

另一种已知的海底测量方法是，利用带有加速度计和陀螺仪的惯性导航系统来确定两根管道的相应法兰之间的距离和高度。

这种方法的主要优点是不受海底能见度差的潜在恶劣条件的影响，并且不受周围海底噪声的影响。相比之下，该方法使用的惯性导航系统存在其传感器漂移的问题，这些漂移需要随后通过与声学定位系统配合使用来校正。此外，姿态测量结果只能通过与水底构筑物接触来获取。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种不存在上述缺点的计量方法。

根据本发明，该目的通过组合的计量方法来实现，该计量方法用于计算两个海底兴趣点之间的距离、滚转姿态和俯仰姿态以及相对取向。该方法连续地包括：

在海底定位远程声学定位系统的声学信标阵列，在每个兴趣点的周围部署至少三个声学信标，并且部署两个附加声学信标；

校准远程声学定位系统，以确定所述声学信标相对于彼此的相对位置或绝对位置；

在海底部署具有点云采集功能的水下航行器；

使用水下航行器在每个兴趣点周围采集多个场景，以便获取多个点云，每个点云包括代表兴趣点的点，以及代表部署在所述兴趣点周围的至少两个声学信标的点；

处理所述多个点云以便计算所述点在公共参考坐标系中的坐标，公共参考坐标系由声学信标阵列定义的并以其中一个声学信标位置为中心；并且