关于坦桑尼亚海底管道路由勘测遇到的技术问题与解决方法探讨

摘要：本文结合坦桑尼亚海底管道路由勘测工程，重点介绍了几个对工程开展产生影响的技术问题，并讲解了解决方法，以达到提高工程质量，指导实践的目的。

中图分类号：TE973文献标识码： A 文章编号：

1. 引言

随着海上石油业的飞速发展和近海海底油气资源的开发及跨海电缆的铺设，大量以海底为依托的工程设施应运而生。管道及海缆敷设前，人们需要了解路由周围的海底状况，水深、障碍物分布、地层构造等信息；同时对管道敷设后的确切位置和掩埋状态，也是人们十分关注的话题。我单位于2012年承接了坦桑尼亚的海底管道路由工程，勘测的目的是为查明海底电缆管道路由区域的海底地形地貌、海底地质条件、海洋气象水文环境，为海底管道工程的选址、设计、施工提供基础资料和科学技术依据。

为了完成该项目，我们采用了多种技术方法，投入了多种海洋勘测设备，如R2 SONIC 2024多波束测量系统、EdgeTech 4200 MP侧扫声呐、SEASPY海洋磁力仪、浅地层剖面仪、浪龙、海洋卫士、SF3050导航定位仪等。由于该工程是在国外，出发前我们对可能遇到的技术问题充分考虑，争取做到万无一失，避免措手无策。尽管有充分的准备，在工程开展的过程中，我们也遇到一些技术问题，并一一被解决，同时也总结了一些较好的经验，为今后类似的工程提供借鉴经验，下面主要讲述遇到的几个重点问题与解决方法，以供大家探讨。

2. 高精度GPS在多波束上的应用

导航定位的精度对多波束测量成果的质量影响较大，我们都知道多波束系统作业时需要进行校正试验，计算多波束系统的横轴偏差（简称Roll）、纵轴偏差（简称Pitch）、艏摇偏差（简称Yaw），并实际证明上述三个值越大，作业区域水越深，产生的测深误差、位置误差也就越大。定位误差主要对纵轴偏差、艏摇偏差的校准值影响较大，比如导航定位设备的精度为±1.5米，多波束校正选择的地物也是个1.5X1.5米的石头，那么有可能会因为导航定位设备的误差造成Pitch和Yaw计算值为零的可能性，且每次的校正值差值会较大，最终造成成果失真，条带间无法重叠、地物错位，不连贯，如管线状地物尤为明显。该工程我们采用SF3050导航定位仪，其标准精度为0.1米，多波束系统校正分作业前、作业中、作业后，共进行三次校正，每次校正结果差值很小，且有规律，可以准确反映多波束系统的安装偏差。三次校准成果见下表：

表1 多波束系统校准值对照表

从上表数据可见校准值变化都有一定的规律，统一减小，每次校准的变化值与船上的燃料与水消耗能对应，呈现规律性。所以采用高精度的定位设备，对于提高多波束成果尤为重要，可以减小因定位误差造成的校准误差，提高多波束成果的质量。同时也说明为了减小因为燃料、水消耗造成多波束系统的安装偏差角度变化，在工程开展中应根据实际情况多次进行相关参数校正。

3. 多波束系统测量质量控制

该工程测区穿越水域长约25.5km，海管设计路由经过水域最大水深约60m，海底地形整体平缓，并呈向两端岸边逐渐变浅的趋势。主测线间距布置为100米，要求多波束重叠度为25%。R2-SONIC 2024多波束的扫测角最大可以调节到160度，在这个情况下，水深与扫测量程比例最大为1:5.7，但波束开角太大，会造成边沿波束质量差，故该工程波束开角一般控制在小于158度，并根据水深的变化实时调节多波束开角，水较深把开角调小，浅水区域把开角调大，确保采集的数据质量。下表是水深与多波束开角大小及重叠度的相对关系：

表2 水深与波束开角及重叠度关系表

由于野外采集数据时波束角控制较好，并没有采用仪器的理论最大开角作业，测量的数据质量较高，噪音点很少，检测数据与成果数据拟合很好，同时有效的减少了多波束内业的处理时间，提高作业效率。

4． 定位设备供多种仪器同时使用

导航定位是海洋勘测的关键，我们采用SF3050导航定位仪，该仪器信号输出端口有两个口一个为RS-232（DB9）口，另一个为USB口。由于该设备数量有限，且各作业组都在同一条船上同时作业，同时作业的设备有多波束系统、侧扫声呐、浅地层剖面仪、磁力仪等，那么如何为多种海洋勘测设备提供定位服务，是我们需要重点考虑的难题，特别是多波束系统对导航定位设备要求较高。多波束系统除了需要SF3050导航定位仪输出的定位信息，如GGA语句、VTG语句，同时需要该设备输出的ZDA语句与1PPS信号。据国内有些同行介绍，传输给多波束甲板单元的NMEA语句只能含有ZDA语句，按照该说法，那么多波束系统的甲板单元就必须占用SF3050信号输出的一个RS-232（DB9）口，只有一个USB口供其他设备使用。由于USB接口使用的局限性，数据不易被再分配，如市面上的的USB HUB根本不满足要求，那么要满足所有设备同时作业只能在唯一的RS-232（DB9）口上想办法。工程开展前，为了解决该问题，把多种数据如GGA、VTG、ZDA语句同时传入多波束的甲板单元，多次现场实验与数据分析，R2 SONIC 2024多波束测量系统的甲板单元在众多数据中完全能识别出自己所需要的ZDA语句，对成果没影响，亦即多种数据可以同时传给R2 SONIC 2024的甲板单元。解决该问题，那么多种勘测设备同时使用该仪器作业就变得简单了，大大的提高了野外工作效率。

5．测深与航迹不符问题

本工程近岸端采用单波束测量水深，水深测量设备为HD380。HD380有USB口和RS-232（DB9）口都可以输入导航定位信息，刚开始作业时使用USB接口输入导航定位信息，作业过程中发现船舶航行的航迹线与实际不符，出现船舶航向已改变，但是HD380的测量软件却显示船舶还在按之前的测线行驶，出现差异；为了更好的检测设备，船舶围绕海上固定点航行数周，然后远离该目标，发现船舶航迹还是在围绕该固定目标运动，差异性十分明显。分析原因，原来是单波束测深与定位不同步造成的，该现象在作业初期表现不明显，但时间久了，定位滞后较明显，最后把导航定位接口改为RS-232（DB9）口，这时问题解决，再也没有出现上述现象。原来是USB口传输信号的稳定性欠佳，数据量大的话容易造成数据传输滞后，而RS-232（DB9）口数据传输很稳定，并没有出现上述情形。

6.近岸端扫海作业

本工程近岸端礁石较多，且水深从5米到岸边的距离还有3公里左右，那么这一段如何开展侧扫声呐扫海测量也是一个必须解决的问题。面积大，礁石多，侧扫声呐在这样海域作业十分危险，容易触礁，造成仪器损坏的可能性十分大。为了避免上述问题出现，决定在拖鱼的拖缆上系个浮球，该浮球可以确保拖鱼在没有船舶的拉力情况下单独浮起，而不下沉，最后把拖鱼的入水深度控制在2米，有效和安全的完成了野外工作，并且数据质量较好，拖鱼的姿态并没有因为浮球的作用而改变，从侧扫声呐扫测的海底管道与多波束扫测的海底管道路由比较可知，拖鱼定位误差十分小，一般都在2米以内，而且测量的管道路由与多波束成果相符，并没有出现因拖鱼姿态不稳定造成的现弯曲现象。

7.结论

总体上讲, 本工程在开展前做了充分准备，作业方案设计合理、要求高,作业过程严格按照规范及业主的技术要求，质量控制严格, 勘测成果可靠与实用，本工程开展过程中遇到关键技术问题有效的实时的得以解决，提高了工作效率与成果质量，确保了仪器设备的安全，为今后开展类似项目提供借鉴经验，指导了实际工作，得到业主的好评。

参考文献

[1] 邓卫红。多波束系统安装偏差造成的误差分析及校正方法探讨。[M]。武汉：湖北电力，2012. 4～6.

[2] GB 17501 - 1998 ,海洋工程地形测量规范[S]