Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методов и средств геодезического контроля технического состояния подводных переходов 7
1.1 Аналитический обзор отечественной и зарубежной документации, регламентирующей подводные инженерные съемки 7
1.2 Анализ методов и технических средств геодезического контроля 10
1.2.1 Однолучевые эхолоты 10
1.2.2 Гидролокаторы бокового обзора 12
1.2.3 Многолучевые эхолоты 16
1.2.4 Акустические профилографы 20
1.2.2 Трассопоисковые системы 23
1.3 Геодезическое обеспечение контроля подводных переходов 26
2 Назначение необходимой точности и пространственно-временной достаточности данных при выполнении геодезического контроля подводных переходов 33
2.1 Назначение необходимой высотной точности контроля 33
2.2 Назначение необходимой плановой точности подробности геодезического контроля подводных переходов 43
2.3 Назначение необходимой временной достаточности для задач геодезического контроля подводных переходов 62
3 Разработка методик геодезического контроля технического состояния подводных переходов трубопроводов 72
3.1 Методика выполнения работ однолучевым эхолотом 72
3.2 Методика выполнения работ гидролокатором бокового обзора 76
3.3 Методика выполнения работ многолучевым эхолотом 81
3.3.1 Подготовка к съемке 81
3.3.2 Выполнение съемки многолучевым эхолотом 86
3.4 Методические решения по обработке и фильтрации данных 92
4 Опыт практической реализации методик геодезического контроля на подводных переходах трубопроводов и гидротехнических сооружениях 98
4.1 Внедрение разработанных методик при геодезическом контроле подводного перехода через р. Обь 98
4.1.1 Геодезический контроль подводного перехода через реку Обь приборным комплексом на основе однолучевого эхолота 100
4.1.2 Геодезический контроль подводного перехода через реку Обь приборным комплексом на основе многолучевого эхолота 114
4.2 Внедрение разработанной методики при геодезическом контроле подводного перехода трубопровода через пролив Невельского 128
4.3 Внедрение разработанной методики при геодезическом контроле причальной стенки на реке Обь 133
Заключение 138
Список использованных источников 139
- Многолучевые эхолоты
- Назначение необходимой плановой точности подробности геодезического контроля подводных переходов
- Выполнение съемки многолучевым эхолотом
- Внедрение разработанной методики при геодезическом контроле подводного перехода трубопровода через пролив Невельского
Введение к работе
Актуальность темы исследований. В системе обеспечения надёжности и безопасности трубопроводного транспорта наибольшую сложность представляют пересечения трубопроводами рек, каналов, озёр и водохранилищ - подводные переходы.
С точкя зрения взаимодействия с окружающей средой, переходы трубопроводов через водные преграды являются наиболее уязвимыми и подверженными отрицательному воздействию со стороны природных факторов участками. На каждом из этих участков при их строительстве всегда нарушается естественный природный баланс, а трубопроводы, в свою очередь, подвержены определённым специфическим воздействиям, зачастую труднопрогнозируемым.
Неисправности, в виде оголений и провисов трубопроводов в русловой части, возникающие вследствие нарушения действующих норм при строительстве и эксплуатации, приводят в результате к материальным затратам по ремонтам и реконструкции переходов.
При эксплуатации подводных переходов магистральных трубопроводов основной причиной аварии является разрыв трубы в результате вибрации, кручения, происходящих после ее оголения и провиса. В значительной степени, указанные негативные явления можно предотвратить или ослабить, однако геодезический контроль переходов производится нерегулярно, не повсеместно и по устаревшим методикам.
Таким образом, в настоящее время актуальной задачей является разработка методики выполнения геодезического контроля технического состояния подводных переходов трубопроводов, которая основана на внедрении интегрированных приборных комплексов на основе GNSS технологий, новейшего гидроакустического оборудования и геоинформационных технологий, позволяющих производить контроль пространственного положения трубопроводов на основе 3D моделирования.
Разработке геодезических методов контроля деформаций зданий, инженерных сооружений и технологического оборудования посвящено множество научных трудов таких отечественных ученых, как Брайт П.И., Гуляев Ю.П., Жуков Б.Н., Клюшин Е.Б., Рязанцев Г.Е., Столбов Ю.В., Уставич Г.А. и др.
Вопросам геоинформационных технологий посвящены научные труды Журкина И.Г., Карпика А.П., Лисицкого Д.В. и др.
Теоретические основы выполнения съёмок акваторий заложены в трудах Буденкова И.А., Глумова В.П., Каморного В.М., Коугия В.А., Сорокина А.И.
Вопросам практического использования современных гидрографических технологий посвящены труды Баландина В.Н., Казанцева И.В., Фирсова Ю.Г.
Необходимо отметить опыт таких предприятий, как «Гидромастер», «Форт21», «Подводсевис», «ЭКОНГ Инжиниринг» (Москва), «Интершельф», «Ленарк» (Санкт-Петербург), «Петр» (Воронеж), «Пирс» (Омск), в совершенствовании методов мониторинга подводных переходов и создании автоматизированных приборных комплексов геодезического контроля подводных переходов
трубопроводов на основе однолучевого эхолота и гидролокатора бокового обзора.
В настоящее время ни один из комплексов не включает в себя такое эффективное средство контроля, как многолучевой эхолот.
Целью диссертационной работы является разработка методических решений и практическая реализация оптимальной методики геодезического контроля подводных переходов на объектах Западной Сибири и Дальнего Востока.
Задачи исследований:
исследовать вопросы точности, подробности и временной достаточности геодезического контроля подводных переходов трубопроводов, разработать и обосновать рекомендации по их назначению;
установить классификационные признаки подводных переходов трубопроводов по степени их сложности для назначения определенного вида геодезического контроля в зависимости от присвоенной категории;
разработать методики выполнения геодезического контроля подводных переходов на основе приборных комплексов, включающих в себя однолучевые и многолучевые эхолоты;
практически реализовать разработанную методику на различных типах подводных переходов и гидротехнических сооружениях с использованием принципов 3D моделирования, с рекомендациями по оптимальному применению способов фильтрации результатов геодезических измерений.
Объектами исследования являются технические средства и методы геодезического контроля для обеспечения безопасной эксплуатации подводных переходов трубопроводов.
Методы исследований. В работе использованы методы цифрового моделирования, статистической обработки результатов измерений и методы вероятностно-статистического анализа.
Научная новизна заключается в следующем:
разработаны методические решения по назначению точности и пространственно-временной достаточности геодезического контроля подводных переходов трубопроводов и даны рекомендации по их назначегшю, учитывающие особенности технических средств геодезических измерений;
разработана и реализована методика контроля приборным комплексом на основе многолучевого эхолота, позволяющая выполнять полное обследование дна, впервые для подводных переходов трубопроводов Западной Сибири и Дальнего Востока;
предложена классификация подводных переходов по категориям сложности и обоснованы критерии оценки погрешностей выявления неисправных участков трубопроводов;
разработан и реализован алгоритм обработки данных с получением 3D моделей подводных трубопроводов на основе данных многолучевого эхолота.
Научная значимость работы заключается в разработке:
критериев назначения максимально допустимых погрешностей и пространственно-временной достаточности геодезического контроля подводных переходов трубопроводов;
классификации подводных переходов по степени сложности с целью назначения оптимальных методов и средств геодезического контроля;
3) алгоритма обработки и фильтрации результатов геодезических измере
ний многолучевым эхолотом, служащих основой для 3D моделирования и фор
мирования единого геоинформационного пространства.
Практическое значение работы состоит в следующем:
приборный комплекс на основе многолучевого эхолота для подводных переходов повышенной сложности успешно применен для геодезического контроля подводного перехода трубопроводов диаметром 530 мм через пролив Невельского на глубинах до 25 м;
технологическая реализация приборного комплекса осуществлена для геодезического контроля подводной части причальной стенки на реке Обь, принадлежащей компании «Роснефть». Сфера применения разработанного комплекса может быть расширена для контроля подводных частей других инженерных сооружений;
результатом применения комплекса на основе многолучевого эхолота является высокая детализация геодезических данных и возможность 3D моделирования подводных переходов, увеличивающая эффективность и безопасность выполнения водолазных работ с уменьшением объема их производства до 60 %;
приборный комплекс на основе однолучевого эхолота эффективно используется в ООО «Газпром трансгаз Сургут» на подводных переходах через малые реки Западной Сибири.
На защиту выносятся следующие научные положения:
методические решения по назначению точности и пространственно-временной достаточности геодезического контроля подводных переходов;
методические решения по внедрению в производство оптимальных методов и технических средств контроля технического состояния подводных переходов;
технологическая реализация комплексного геодезического контроля на подводных переходах и гидротехнических сооружениях с использованием методов 3D моделирования.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и представлялись на следующих конференциях и семинарах:
Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2006» (24-28 апреля 2006 г., г. Новосибирск);
Научно-практическом семинаре «Актуальные вопросы съёмки рельефа дна» (20-21 февраля 2008 г., г. Санкт-Петербург);
Четвертом Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2008», (22-24 апреля 2008 г., г. Новосибирск);
- Пятой международной конференции «Освоение шельфа России и СНГ-2008»
(27-28 мая 2008 г., г. Москва);
Четвёртой Международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов» (6-11 октября 2008 г., г. Геленджик);
Отраслевом совещании по вопросу «Техническое обслуживание подводных переходов трубопроводов ОАО "Газпром". Состояние, проблемы, пути их решения» (24-27 ноября 2008 г., ООО «Газпром трансгаз Москва», г. Москва);
V Международной выставке и научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2009» (20-24 апрекля 2009 г., г. Новосибирск).
Личный вклад автора заключается в разработке критериев назначения точности измерений для геодезического контроля подводных переходов трубопроводов. Выполнены технологические решения по размещению: антенны многолучевого эхолота Kongsberg Simrad ЕМ3002, датчика пространственной ориентации судна, антенны GPS-компаса (гирокомпаса) и GNSS-антенны на специально спроектированном малом промерном судне. Автором выполнены экспериментальные исследования, отраженные в диссертации, обработка и анализ результатов исследований.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 (6 - в соавторстве) научных работах, в том числе 2 работы опубликовано в журнале, входящем в перечень изданий, определенных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка используемых источников. Основное содержание диссертации изложено на 150 страницах, содержит 23 таблицы и 73 рисунка. Список литературных источников включает 164 наименования.
Многолучевые эхолоты
Многолучевые эхолоты определяют глубины в поперечном направлении в обе стороны от акустической антенны. Эти системы организованы таким образом, что поперечный профиль, получаемых глубин находится под прямым углом к направлению движения судна. По мере того, как судно движется, поперечный профиль глубин зондирует полосу на дне, формируя в результате так называемую «полосу обзора», состоящую из множества акустических лучей, только один из которых является вертикальным. Ширина полосы обзора может задаваться либо фиксируемым углом обзора (угол между крайними лучами), либо физической шириной, которая является переменной величиной, и изменяется с глубиной. Выбором междугалсового расстояния можно добиться совмещения или перекрытия смежных промерных полос и таким образом обеспечить так называемую «площадную» съёмку рельефа - непрерывное акустическое освещение дна по мере перемещения съёмочного судна по промерным галсам [146, 158].
В отличие от однолучевого эхолота, многолучевой эхолот измеряет не глубины, а наклонные дальности от дна до приёмной антенны и угловое отклонение оси каждого луча от вертикали. На основе этой информации и вычисляется глубина по каждому лучу. Современные многолучевые эхолоты способны измерять ещё и интенсивность отражённого сигнала по каждому лучу и на основе этой информации создавать геометрически правильное акустическое изображение участка дна в виде гидролокационного снимка. Этот снимок является координатно-привязанным непрерывным растровым изображением дна, аналогом гидролокационной «мозаики» [133].
Принцип работы многолучевого эхолота заключается в излучении веерообразного импульса, направленного ко дну. Акустическая энергия отражается от дна. Для приема эхосигналов эхолот формирует лучи с заданными углами, используя для этого технологию электронного формирования лучей. Время распространения акустических сигналов между моментами излучения и приема определяют специальные алгоритмы детектирования дна. Используя методы трассирования лучей, возможно рассчитать глубину и поперечное горизонтальное расстояние от приемной антенны до центра области, освещенной каждым лучом. Испускаемый луч имеет большую угловую ширину поперек направления движения и маленькую вдоль направления движения; и наоборот, многочисленные лучи, формируемые во время приема, являются широкими вдоль направления движения и узкими в поперечном направлении. Пересечение этих лучей на дне представляют собой акустически освещенные области, называемые «пятна контакта» к центрам которых и относят вычисляемые глубины (рисунок 3).
Поскольку измерения наклонных дальностей производятся с движущейся платформы (судна), имеющей шесть степеней свободы (три поступательные и три вращательные); то для расчета глубин и их планового положения необходимы, точные измерения широты, долготы, вертикального перемещения, а также углов крена; дифферента и курса [135].
Передающая и приемная антенные решетки многолучевого эхолота, предназначенные для созданиях двух вееров лучей, имеют конфигурации в виде латинской буквы «L» или «Т» - крест Миллса. Каждая антенная решетка состоит из множества одинаковых преобразователей, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга по одной линии? Антенны могут быть плоскими или криволинейными. Каждая из. антенных решеток создает сложный основной лепесток диаграммы .направленности, узкий в направлении продольной оси антенной решетки-. Пересечение лепестков, характеристики, направленности передающей и приемной антенных решеток создает узкий «луч». Каждый цикл излучения акустической энергии передающей антенной называется «посылка».
Все многолучевые эхолоты используют единый подход при определении глубин. Производится акустическое освещение полосы обзора на основе эхосигналов.по наклонным лучам с известными углами приема и такими образом рассчитываются глубины. Время распространения акустического- сигнала по каждому лучу пересчитывается» в наклонную дальность, а затем- с учетом угла луча и данных профиля/ скорости звука-рассчитываются с глуби на центра пятна луча и его горизонтальное отстояние от центра антенны.
Таким. образом, задачей является преобразование времени прохождения сигнала до дна и обратно в глубины в полосе обзора. Наклонные дальности-определяются с использованием амплитудного-и (или) фазового метода.
Амплитудное детектирование основывается на определении времени, когда передний фронт сигнала встретится1 с дном. Обычно такое определение основывается на расчете центра тяжести» огибающей сигнала или на методе согласованного фильтрации.
Фазовое детектирование основывается-на нахождении времени нулевой фазы с использованием двух и.более подсекций приемной»антенны.
Амплитудное детектирование; как правило; используется на внутренних лучах (от 0 до- 45 от вертикали),, а фазовое4 детектирование обычно применяется на внешних лучах (от 45 до 100) Многолучевые системы съемки обычно создаются с таким расчетом; чтобы между соседними лучами оставались промежутки от 0.5 до 3. Вґ соответствии с физической природой, достижимый промежуток между лучами не может быть менее 0.5 при сохранении приемлемых портативных габаритов электронной аппаратуры, обеспечивающей формирование лучей.
Точность многолучевого эхолота с широкой полосой обзора определяется способностью многолучевой системы-различать реальные углы-лучей при меняющихся условиях. Качество и точность данных, получаемых на крайних лучах, зависит от размера пятна акустического контакта.
Аналогично однолучевому эхолоту, чем меньше угол луча, тем лучше система способна определить истинную глубину и получить высокое разрешение объектов на дне. Поскольку величина пятна облучения увеличивается в направлении крайних лучей, благодаря расширению лучей, стабильность и точность данных уменьшается, что ведет к понижению-качества данных по направлению к крайним лучам. По этой причине, как правило, накладываются ограничения на использование внешних лучей, что сокращает ширину полосы обзора - акустического покрытия дна при единичном.проходе многолучевой съемкой.
При детектировании дна многолучевой эхолот дает три типа данных:
1) Угол луча, вдоль которого распространялся акустический сигнал относительно антенны;
2) Время распространения акустического сигнала (до дна и обратно);
3) Распределение интенсивности акустического сигнала при его приеме во времени.
Эти-части информации должны быть интегрированы с данными других датчиков для того, чтобы можно было определить, истинное положение измеренной глубины.
Измерения наклонных дальностей и углов, лучей, в. многолучевой системе являются более сложными, чем в однолучевом эхолоте. Имеются многочисленные факторы, вносящие дополнительные погрешности в измерения, выполняемые с помощью многолучевого эхолота. Необходимо учитывать: величину угла луча, угол падения луча на дно, угловую ширину излученного и принятого лучей, точности определения пространственных углов (крена и дифферента) и вертикального перемещения, алгоритм детектирования дна и вариации в профиле вертикального распределения скорости звука в воде [158].
Многолучевые системы обладают способностью практически полного акустического освещения дна, что вносит огромный вклад в« возможность более полного представления топографиидна, чем это было возможно при использовании однолучевых эхолотов. Кроме того, с помощью таких систем возможно надежное обнаружение объектов на поверхности дна [149]!
Имея в виду получение глубин, разрешение многолучевого эхолота будет зависеть от частоты, ширины излучаемых и принимаемых лучей, а также качества алгоритма, используемого для детектирования дна.
Разрешение при получении глубин является функцией длительности импульса и размеров пятна, контакта. Пятно контакта для лучей, близких к вертикальному,, достаточно» мало, поэтому разрешение выше, чем у однолучевого эхолота. К примеру, у однолучевого эхолота, имеющего угол луча в 8 градусов, площадь пятна облучения на дне будет в 28 раз больше, чем у вертикального луча многолучевого эхолота Kongsberg Simrad ЕМ3002 с углом 1,5 градуса.
Назначение необходимой плановой точности подробности геодезического контроля подводных переходов
Не менее: важным критерием; чем точность, является подробность съёмки, так: как при недостаточной подробности данных, есть вероятность. пропуска ответственных участков, требующих детального изучения:,
При съёмке с: использованием однолучевого эхолота основным фактором, увеличения подробности; является- сгущение сетки съёмочных галсов; Вопросам! подробности съёмки подводного рельефа посвящено достаточно много? работ [15; 28; 46, 52, 61-63]; но проблема поиска и идентификации подводных объектов в них затрагивается мало, в основном они посвящены проблеме построения подводного рельефа.
В работе [61] говорится что по аналогии с требованиями по созданию карт суши, при съёмках шельфа и внутренних водоёмов, должно соблюдаться условие необходимые числовые характеристики должны сниматься с мелкомасштабной карты.
Междугалсовые расстояния предложено определять как величину, равную интервалу корреляционной функции, вычисленной на-основе глубин контрольного галса, проложенного перед началом работ вдоль горизонталей.
В последние годы в практике съёмочных работ на шельфе установилась тенденция назначать подробность промера так, чтобы междугалсовые расстояния, равнялись 1 см в масштабе отчетного планшета. Действующие инструкции позволяют уменьшить или увеличить междугалсовые расстояния» не более чем в 2 раза [30].
Данная практика, также не удовлетворяет требованиям по уверенному обнаружению объектов на поверхности дна и не учитывает такую особенность подводного рельефа, как расчленённость.
В работе [28] практические требования к подробности промера в зоне шельфа и на внутренних водоёмах дифференцированы по степени горизонтальной и вертикальной расчлененности на различных глубинах (таблица) и требуемой точности отображения рельефа в заданном масштабе съёмки.
Коэффициент расчлененности предлагается рассчитывать, как отношение длины ломаной линии, характеризующей изменение глубины, к длине проекции этой линии на плоскость. Направление вектора проекции лежит по нормали к оси трубопровода в горизонтальной плоскости. Начало вектора находится на оси трубопровода, конец - в точке окончанияфабот по разработке подводной траншеи для его укладки. Расчет коэффициента к необходимо производить в местах максимальной глубины заложения трубопровода. Данные для расчета следует брать из проектной документации или материалов предыдущего обследования.
Таким образом, для участка подводного перехода, на котором трубопровод лежит на дне открытой траншеи с ровным откосом 1:1, коэффициент к равняется 1,4.
Рассмотрим значения рр для трубопроводов различного диаметра и рельефа с различной степенью расчленённости, считая; что шаг междугалсового расстояния, соизмерим с длиной неисправного- участка (Z = L), и - =1, (таблица 4).
Таким образом; при геодезическом контроле подводных переходов, выполняемых при помощи однолучевого эхолота, вероятность обнаружения неисправного участка трубопровода напрямую зависит от диаметра искомого трубопровода, расчлененности рельефа и отношения длины дефектного участка к междугалсовому расстоянию. В-таблице 5 приведены выявленные участки трубопроводов на некоторых объектах Западной Сибири.
Правильное использование гидролокатора позволяет дополнять съёмку информацией о положении подводных объектов, но переоценивать возможности его не следует. В работе [163] по этому поводу говорится, что гидролокатор является полезным прибором для быстрого определения очертаний и неровностей дна, но не является прибором для точной топографической съёмки. Справедливость этого мнения можно подтвердить тем, что гидролокатор даёт лишь изображение поверхности дна, и говорить о построении цифровой модели рельефа по данным гидролокатора, нельзя.
Обследование с помощью гидролокатора бокового обзора следует выполнять тщательно и досконально, чтобы иметь уверенность в полном акустическом освещении объекта. Поиск необходимо осуществлять в прямом и обратном направлении, относительно искомого трубопровода.
Гидролокационная съёмка не должна проводиться на скорости не превышающих 6 узлов или 3 м/с, что обеспечивает при частоте посылок 10 Гц не менее 3 акустических контакта на 1 м поверхности дна. На больших скоростях малые неисправные участки трубопровода могут получить недостаточное акустическое освещение. Фиксирование объекта должно быть осуществлено не менее чем 3 акустическими контактами.
Это связано с тем, что покрытие дна, т.е. акустическое освещение дна однолучевым эхолотом представляет собой некую область дна в пределах луча, называемую пятном акустического контакта, или пятном контакта, по форме близким к окружности, к центру которого относят плановые координаты положения измеренной глубины. Радиус пятна контакта на ровном дне (рисунок 15) определяют по формуле [158]
Расчет диаметра пятен контакта для распространенных углов диаграммы направленности приведён в таблице 6. Расчет произведен для ровного участка дна на глубинах 5, 10 и 20 метров.
При съемке подводных объектов с помощью эхолота справедлив упомянутый принцип, при котором уверенная фиксация объекта осуществляется не менее чем тремя акустическими импульсами [162].
Это обусловлено тем, что за измеренную глубину в каждой посылке принимается кратчайшее расстояние прохождения акустического сигнала, которое затем соотносится к центру пятна контакта, так как, по гидрографическим канонам наиболее важным является минимальное значение глубины. В случае, если размер пятна контакта больше, чем фиксируемый объект, то объект (в нашем случае - трубопровод) с размерами ВС, он окажется растянутым по линии движения судна (В - С) на расстояние, равное диаметру пятна контакта, при условии, что расстояние FB будет меньше, чем истинная глубина FE (рисунок 16).
Выполнение съемки многолучевым эхолотом
Рассмотрим более подробно следующие требования, выполнения которых обеспечит необходимую точность выполнения съемок на акваториях подводных переходов
Учёт временной задержки системы позиционирования - это учет задержки во времени между моментом, когда координаты получены в GPS, и моментом их поступления в программу для регистрации совместно с глубинами. Наличие временной задержки приводит к отрицательному смещению вдоль профиля рассчитанной глубины.
При выполнении съемки с малой скоростью это смещение будет небольшим. Временная задержка у разной GPS - аппаратуры может различаться. В общем случае она зависит от времени обработки данных определения местоположения, но может быть различным еще и в зависимости от того, сколько измерений используется в спутниковой обсервации: Для системы многолучевого эхолота следует использовать GPS; - аппаратуру с постоянной: наименьшей величиной временной задержки. Если будет использоваться время.; содержащееся в NMEA; -сообщении GPS, то необходимо убедится в наличии, правильной синхронизации между этим: временем и часами компьютера. Наилучшим, решением; является использование метки времени Г PPS (pulse per second) - специального канала, имеющегося у большинства профессиональной GPS — аппаратуры и обеспечивающего выдачу времени ШТЄ с точность 1 мс. Большинство моделей современнойг фазовой» спутниковой навигационной аппаратуры, реализующей режимы RTK, имеют временную5 задержку не более 20 мс и канал метки времени; 1 PPS.
Учёт профиля скорости звука
Измеренное наклонное расстояние вычисляется; как половина; интервала времени? от излучениям до приема сигнала, умноженное: на скорость распространения, звука- в воде следующим образом
Измерение: указанного интервала времени; и; угла: приема? сигнала является» намного более сложным, чем: в; случае однолучевого эхолота и; зависит.от метода определения момента прихода отраженного импульса..
Калибровка многолучевого эхолота направлена на определение следующих систематических ошибок:
- взаимного углового положения приемной антенны и датчиков, измеряющих: углы крена, дифферента и рыскания;
- временной синхронизации посылки многолучевого эхолота и координат GPS;
При этом поправки за уровень и вертикальные перемещения, а также параметры распределения скорости звука в воде должны быть измерены с максимально возможной точностью [60].
Для выполнения комплексной калибровки многолучевого эхолота на акватории, близкой к району съемки, выбирается специальный калибровочный полигон, который должен удовлетворять следующим требованиям (рисунок 36):
1) На полигоне должны находиться участки дна акватории:
- с практически ровным дном на максимальных глубинах, которые могут встретиться при проведении съемки;
- с ровным склоном, имеющим уклон около 15 - 20 %,
2) На полигоне не должно быть препятствий для прокладки не менее трех калибровочных галсов, при этом должны соблюдаться следующие условия:
- рабочая длинна галсов «а, Ь и с» должна быть не менее 150 м.;
- расстояние между галсами «Ь» и «с» должно быть таким, чтобы полосы обзора перекрывались бы в самой мелководной части полигона.
При проведении калибровки должны выполняться следующие условия:
- скорость судна при проведении калибровки может изменяться от самой малой до обычнойJ скорости промера;
- для калибровки целесообразно выбирать наиболее благоприятные погодные условия с минимальным волнением;
- определение планового положения при проведении; калибровки необходимо выполнять наиболее точным из возможных методов: Желательно использование фазовой GPS - аппаратуры, реализующий режим кинематики реального времени (RTK).
Калибровка включает выполнение тестовые; съемки для, получения следующих параметров:
1) временного запаздывания системы позиционирования;
2) постоянной систематической ошибки угла дифферента;
3) постоянной систематической ошибки азимута антенны;:
4) постоянной систематической ошибки угла крена антенны.
Временное запаздывание или задержка является постоянной систематической погрешностью между, моментом, определения координат в спутниковой аппаратуре и моментом поступления этих координат в рабочую станцию для привязки измерений наклонных дальностей..
Процедура определения систематической; погрешности времени запаздывания заключается, в выполнении прохода по двум парам галсов на разной скорости вдоль подводного склона, причем, чем круче склон, тем выше разрешение этого параметра
Склон должен быть ровным и такой . протяженности, чтобы гарантировать» достаточное, количестве измерений; получение временной задержки; основано на; измерении продольного смещениям отметок глубин; полученных при движения вдоль. склона при разных скоростях хода судна.
Для уменьшениям влияния систематической; погрешности угла дифферента, галсы должны быть пройдены в одном и том же направлении
Внедрение разработанной методики при геодезическом контроле подводного перехода трубопровода через пролив Невельского
Рассмотрим опыт практической реализации разработанной/методики на подводном переходе газопровода "Оха — Комсомольск-на-Амуре" через пролив Невельского в период с июня по июль 2009 года.
Геодезический контроль технического состояния подводного перехода газопровода через пролив Невельского выполнялся при непосредственном участии автора диссертационной работы.
Основной задачей контроля являлось выявление неисправных участков , трубопроводов в подводной части перехода и классификация состояния перехода в соответствии с «Регламентом по техническому обслуживанию подводных переходов магистральных газопроводов» РД 51-3-96 [105].
По техническому заданию - Заказчика;, ОАО «РН-Сахалинморнефтегаз», было необходимо обеспечение 100 % акустического покрытия дна; подразумевающее использование многолучевого эхолота.
Практическое внедрение: методики контроля .осуществлено с использованием приборно-программного комплекса контроля на основе. многолучевого эхолота ЕМЗ002.
Район подводного перехода газопровода «Оха — Комсомольск-на-Амуре» расположен в пределах пролива Невельского, в; самой узкой его части (7,8 км), вдоль условной линии , между посёлками Лазарев. (Хабаровский край) иПогиби (Сахалинская область).
Работы производились одной полевой бригадой, базирующейся на т/х «Курилгео», находящегося на рейде мыса Лазарев; и выполняющей комплексные топографо-геодезические и гидрографические работы на подводном переходе газопровода через; пролив Невельскогої Производство водолазных работы выполнялось с ВРБ,«Надым».
Высотная привязка выполненных работ осуществлена в условной системе высот, от временных-реперов № 1,№ 2 и № 3 находящихся в районе крановых узлов газопровода на восточном берегу пролива (п. Погиби) и реперов; № 4,№ 5 и №6, находящихся в районе крановых узлов газопровода на западном берегу пролива (п. Лазарев). ...
Для выполнения тахеометрической съёмки береговых и урезных частей подводного перехода были вынесены 8 точек съёмочного обоснования:; 4 точки на восточном; берегу (п. Погиби), 2 точки на западном; берегу (п.. Лазарев) и 2 точки на западном оголовке дамбы. Одна из точек на дамбе использовалась в качестве постоянной базовой станции при производстве всего комплекса работ.
Координаты базовой станции, определены автономно, в системе глобального спутникового позиционирования, без привязки, к пунктам ETC. Далее, полученные координаты использовались в качестве опорных, при производстве последующих этапов работ.
Водомерный пост был установлен на западном оголовке дамбы, привязан к системе:высот объекта,.уровень. воды в виде отсчёта по рейке, с интервалами- не менее 30 минут записывался", в журнал, для последующего пересчёта промеров: в; систему условного нуля глубину являющимся; среднестатистическим уровнем между приливом и отливом;
Тахеометрическая съёмка выполнена электронным тахеометром TRIMBLE S6, используя точки съёмочного обоснования; вынесенные, с помощью GPS-измерений в границах охранной зоны, трубопроводов, включая; площадки крановых узлов: Выполнена съёмка рельефа, ситуации № положения расс трубопроводов на, берегу.
Определение планово-высотного положения газопроводов:, на; берегах выполнено трассопоисковой; системою в активном, режиме. локации; Генератор трассопоисковой системы, подключался к запорной арматуре наї крановых узлах.
Трассопоисковые работы на акватории пролива производились судовой трассопоисковой системой ТИЭМ-2А1 по; сетке: запланированных галсов с целью определения планово-высотного положения трубопровода: на подводных Частках.. Шаг сетки галсов; составлял не: более: 20 м:.Плановая; привязка данных осуществлена с помощью GES-приёмниковжрежиме RTKL
На акватории пролива площадная съёмка рельефа: и ситуации выполнена многолучевым эхолотом: Ширина коридора: съёмки, поперёк трубопроводов составила не менее 500 м: Промерный комплекс базировался на катере Сёленга;620
Подводный переход газопровода имеет диаметр 530 мм; с проектной толщиной, стенки: 22 ммі и- представляет собой две: нитку (основную- и- резервную) проложенные через пролив наі расстоянии около 110 м - между собой
Проектная и исполнительная документация в месте производства работ на момент начала работ отсутствовала;. поэтому плановое положение трубопроводов, для» составления навигационной карты и- выполнения батиметрической съемки; было получено с. помощью трассопоисковой системы (рисунок 63)..
После обработки и уравнивания данных трассопоисковой системы, средняя высотная погрешность определения положения; оси: трубопровода составила не более 0 7 м;, что составляет не более: 3 % от максимальной: глубины 25 м. Плановая погрешность рассчитывалась по внутренней сходимости точек, после ввода, поправок за разность положения антенн GPS и трассоискателя, и составила 1,5 — 1,7 м, что несколько превышает предлагаемый в диссертационной работе предел 5 % от глубины. Величина погрешности была обусловлена плохим качеством индуцированного сигнала; что говорит о плохом качестве изоляционного покрытия трубопроводов; имеющего места потерь сигнала.
Размер пятен контакта центрального луча многолучевого эхолота ЕМ3002 для максимальной глубины на переходе 25 м из формул (38) и (40) равняется 0,65 м, что превышает диаметр искомого трубопровода 0,53 м и создает неопределенность в обнаружении трубопровода данного диаметра на данной глубине.
Уверенное обнаружение трубопровода диаметром 530 мм может осуществляться лишь до глубины 20 м, где размер пятна контакта составляет 0,52 м, что соразмерно диаметру трубопровода и не превышает его значения.
Исходя из этих условий, было целесообразно выполнить следующее:
- производить общую съемку с параметрами настроек для детализации: ширина раскрытия лучей не более 90; частота излучения 40 Гц.
- в качестве дополнительного средства контроля использовать буксируемый гидролокатор бокового обзора.
Общее количество выполненных съёмочных галсов - 535, из них - 483 галса выполнено для общей съёмки рельефа и ситуации и предварительного обнаружения неисправных участков, и 52 галса для детализации оголённых и провисающих участков трубопровода.
Плановая привязка промеров осуществлялась с помощью GPS-приёмников в режиме RTK. Высотная привязка промеров осуществлялась к условному нулю глубин водомерного поста.
Направление галсов общей съемки располагалось нормально к положению осей трубопроводов. Перекрытие смежных галсов составляло от 150 до 200 %. Фрагмент общей съемки представлен на рисунке 64.
Направление галсов детализированной съемки располагалось вдоль осей трубопроводов. Съемка по каждой нитке осуществлена в двух направлениях - прямо и обратно.
