Описана возможность современных приборов для локации рельефа дна подводного перехода. Промерное судно, двигаясь по сетке запроектированных галсов, производит съемку рельефа дна.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Использование эхолокационного оборудования при обследовании
подводных переходов


Сафиуллин И.Ф.
-

заместитель директора

филиала
;

Фарукшин Р.М.

-

заместитель директора

филиала

-

главный инженер;

Ионина И.М.

-

ведущий
эксперт;

Сираев Р.Ф.

-

руководитель ла
боратории неразрушающего контроля;

Самигу
ллин А.
Ф.
-

ведущий специалист

Казанский филиал ФГУП ВО «Безопасность»

420073, РТ, г
. Казань, ул. Гвардейская, 15


В

статье рассмотрены нормативные документы для проведения
приборно
-
водолазного обследования подводны
х переходов трубопроводов через водные преграды.
Описана возможность современных приборов для локации рельефа дна подводного
перехода.


Ключевые слова:

подводный переход, водолазное обследование, эхо
-
локация, рельеф дна,
многолучевой эхолот.




Приборно
-
в
одолазное обследование подводных переходов трубопроводов через
водные преграды, или инспекция подводных трубопроводов, выполняется в нашей стране
достаточно давно, но конкретные методические указания по производству данного вида
работ отсутствуют.

Организ
ации, выполняющие инспекцию, руководствуются документом:
«Временными технические требования к технологиям обследования подводных переходов
ОАО «Газпром»», который ссылается на РД 51
-
3
-
96 «Регламент по техническому
обслуживанию подводных переходов магистрал
ьных газопроводов через водные
преграды».

Раздел 10 «Регламента»
-

«Методы и средства контроля технического состояния
перехода» содержит достаточно общие рекомендации о технологии проведения
диагностических работ в подводной части перехода, например пункт

10.4. гласит: «Для
определения высотных отметок обнаженных или оголенных участков подводного
трубопровода и дна водной преграды применяют эхолоты, обеспечивающие абсолютную
погрешность измерений не более 0,1 м. При глубине водной преграды менее 5 м, и
ско
рости течения менее 0,5 м/с допускается определение высотных отметок дна с
помощью футштоков, наметок или речного лота с лот
-
линейкой» [1].

Подводными переходами трубопроводов являются как переходы через мелкие и
средние ручьи и реки, так и морские многок
илометровые трубопроводы. Правда, в
последнее время, вс
е

чаще подобные переходы называют «подводными трубопроводами»,
но нормативно


техническая база по их диагностике пока оста
е
тся без изменений.

Отечественная гидрография, в настоящее время, располагает

следующими
нормативными документами:

1. Правила Гидрографической службы №4, часть 2, ГУ Н и О МО, 1984 г.

2. «Технология промерных работ при производстве дноуглубительных работ и при
контроле глубин для безопасности плавания судов в морских портах и на
подходах к ним»
(РДЗ 1.74.04
-
2002).

3. Инженерно
-
геодезические изыскания при строительстве: СП
-
11
-
104
-
97, Часть III,
«Инженерно
-
гидрографические работы при инженерных изысканиях для строительства»,
2004 г.

Перечисленные документы, также, не полностью отр
ажают методы и технологии
современной гидрографии, а также не в полной мере регламентируют точность
выполнения работ [2].

Целью производства работ по эхолотированию подводного перехода является получение
набора данных по подводной части перехода и данных
по огол
е
нным и провисающим
участкам трубопровода, для последующего построения цифровой модели (рис. 1) и
составления технического отч
е
та о состоянии трубопровода.


Рис
унок

1

-

Цифровая модель огол
е
нного участка подводного трубопровода


Классически эта ра
бота выполняется однолучевым промерным эхолотом.
Промерное судно, двигаясь по сетке запроектированных галсов, производит съ
е
мку
рельефа дна. Шаг сетки галсов рассчитывается исходя из задач подробности съ
е
мки.
Например, при «специальной» подробности промера
, при сложном рельефе съ
е
мки,
расстояние между галсами не должно превышать 5 м (СП 11
-
104
-
97) [3]. Планирование
галсов осуществляется с помощью специальных пакетов программ для гидрографических
съ
е
мок, выполняющих планирование, производство работ, редактир
ование и
интерпретацию результатов.

Положение проектных галсов может задаваться различными способами, в том
числе, генерироваться автоматически. При выполнении работ по диагностике подводных
трубопроводов, на электронной карте с запланированными галсами до
лжно быть нанесено
положение обследуемого трубопровода, для выявления мест возможного размыва и
оголения, или провиса.

Как средство дополнительного контроля при обнаружении огол
е
нных участков
трубопроводов и наличия посторонних предметов в зоне подводного

перехода,
используются гидролокаторы бокового обзора (ГБО), формирующие акустическую
картину дна водо
е
ма и предметов, находящихся на н
е
м. Но ГБО да
е
т лишь изображение
поверхности дна и не может напрямую участвовать в формировании ЦМР объекта.

Модель подв
одного рельефа в данном случае строится на основе данных однолучевого
эхолота, прореженных пут
е
м специальных алгоритмов для корректного формирования
поверхности и вычерчивания изолиний.

Для формирования модели могут быть использованы несколько методов, ос
новными из
которых являются: построение поверхности по нерегулярной сети треугольников на
основе триангуляции Делоне, и построение по регулярной сети (grid).

Ни один из этих методов не предполагает построение поверхностей по «сырым»
-

первичным данным съ
е
мки однолучевым эхолотом, так как набор полученных данных не
способствует корректному построению поверхности, в связи с нерегулярным
распределением данных в плановом положении
-

большая частота данных по линии галса
и отсутствие данных между соседними галс
ами съ
е
мки. Для корректного построения
модели рельефа, собранные данные нуждаются в прореживании, которое выполняется по
определ
е
нным алгоритмам


принципу приоритета наиболее больших глубин, наиболее
малых глубин и т.д. Этот процесс, несмотря на сложные м
атематические расч
е
ты, вс
е

же
огрубляет и без того недостаточно полные данные съ
е
мки.

Также, на достоверность полученной информации о подводном рельефе влияет
ширина диаграммы направленности однолучевого эхолота


она может составлять от
нескольких единиц

до нескольких десятков градусов. При работах с широким лучом даже
на относительно плоском рельефе, не говоря про расчлен
е
нный, в данные промеров
входит ошибка измерения истинной глубины, в силу того, что отсч
е
т производится не от
точки непосредственно под

излучателем, а от ближайшей точки отражения сигнала (рис.
2).

Существует прямая зависимость между шириной диаграммы направленности и
величиной трансдьюсера


чем больше излучающая поверхность, тем уже угловая ширина
луча и ниже частота.

В недорогих рыбо
поисковых эхолотах за сч
е
т малой величины излучателя, ширина
диаграммы направленности достигает 60 градусов, в отличие от промерных эхолотов, где
ширина луча около 2


6 градусов. Кроме этого существуют ещ
е

множество причин, не
позволяющих использовать неп
рофессиональные эхолоты для решения инженерных задач


отсутствие функции детектирования дна, отсутствие возможностей тарирования и ввода

значения скорости звука, отсутствие интерфейса для подключения необходимых внешних
устройств и т.д.


Рис
унок

2

-

Схе
ма, демонстрирующая зависимость ширины диаграммы
направленности эхолота от точности измерения истинной глубины


Но и у промерных узконаправленных эхолотов существует один большой
недостаток


при работах в условиях ветра, волнения и других факторов, влияющ
их на
стабильность судна, и непосредственно трансдьюсера, узкий луч, отклоняясь от
вертикали, измеряет отличную от вертикали дальность и да
е
т неверное значение глубины.
Чем больше глубина и расчлен
е
нность рельефа, тем больше величина этой погрешности.
Проб
лема решается лишь с помощью дополнительно подключаемого к системе, датчика
динамических переме
щений судна, который в режиме реального времени получает
данные о крене, дифференте и вертикальных перемещениях судна и позволяет учитывать
эти характеристики при записи данных или последующей обработке.

Для более полной информации о рельефе дна и объекто
в на н
е
м, приближ
е
нная
модель, построенная на основе данных однолучевого эхолота, может быть совмещена с
гидролокационной «мозаикой» ГБО (рис. 3). Гидролокационная «мозаика» состоит из
отдельных снимков, полученных в результате одного или нескольких съ
е
моч
ных галсов,
обработанных и трансформированных определ
е
нным образом. Снимки объединяются в
общий растровый файл, имеющий геопространственную привязку, который в виде
подложки накладывается на батиметрическую модель подводного перехода. Модель
дополняется да
нными, не зафиксированными эхолотной съ
е
мкой, или
продублированными и подтвержд
е
нными другим источником информации
-

гидролокатором. Огол
е
нные и провисающие участки трубопроводов, посторонние
предметы на дне подводного перехода, характер и формы донного гр
унта и другая
необходимая информация отражается в привязке к существующему проекту.


Рис
унок
3

-

Гидролокационная «мозаика» подводного перехода, совмещ
е
нная с
цифровой моделью объекта, представленной в виде изолиний. В левой части снимка


дноукрепление
в виде щебня

Для трубопроводов, имеющих протяж
е
нные участки размыва с оголениями и провисами,
и при условии пологого рельефа, данная методика, в целом, эффективна.

В случаях, когда трубопровод на дне огол
е
н незначительно, оголение имеется на
небольшом уча
стке или в наличии сложный техногенный рельеф, построить полную
модель размыва по данным однолучевого эхолота крайне затруднительно.

В 5
-
ой редакции Стандарта Международной Гидрографической организации S
-
44,
опубликованной в 2008 году и пришедшей на замен
у 4
-
ой редакции, введ
е
н термин
«полное обследование дна» (Full sea floor search), который подразумевает «сплошное
исследование дна с целью обнаружения объектов на дне, а также использование
соответствующих систем и процедур и персонала» [4].

Наиболее эффе
ктивно данную задачу решают многолучевые эхолоты, и
интерферометрические гидролокаторы которые, в отличие от однолучевых эхолотов, дают
полную картину подводного рельефа и ситуации (рис. 4).

Конструктивная особенность этих приборов позволяют получать неск
олько
десятков значений глубины и их планового положения на дне за одну посылку и с
разрешением, большим, чем у однолучевого эхолота.

Многолучевой эхолот является высокопроизводительным инструментом, который с
большой частотой веерообразно испускает неско
лько десятков сигналов в направлении,
перпендикулярном движению судна. Это позволят получать большой объ
е
м данных,
имеющих три координаты и необходимую плотность для решения задач по инспекции
подводных трубопроводов и других подводных сооружений нефтегазо
вого комплекса.


Рис
унок
4

-

Пример моделей участка подводного перехода, построенных по данным
съ
е
мки однолучевого эхолота с сеткой галсов 10 м (
слева
) и данным многолучевого
эхолота (
справа
)


В отличие от первых громоздких образцов, современные многолу
чевые эхолоты
достаточно компактны, трансдьюсеры имеют небольшой вес и геометрические параметры,
к примеру параметры гидроакустической антенны МЭ Kongsberg Simrad EM3002: диаметр
-

332 мм, высота


119 мм, вес в воздухе


25 кг.

Это позвол
яет

инсталлирова
ть данную модель на небольшой катер, но работы
следует выполнять с соблюдением всех необходимых условий по корректному
функционированию промерного комплекса, к которым относятся, прежде всего:

1. Установка трансдьюсера и датчика пространственной ориентаци
и максимально близко
друг к другу и к центру масс судна.

2. Использование RTK режима для системы GPS, как наиболее точного, обеспечивающего
сантиметровый уровень привязки.

3. Тщательная калибровка системы с целью определения угловых поправок по крену (ro
ll),
дифференту (pitch) и курсу (heading) между координатными системами
гидроакустической антенны, датчиком пространственной ориентации и диаметральной
плоскостью судна (рис.5).

4. Методичное измерение профиля скорости звука в нескольких узловых точках ак
ватории
подводного перехода.

5. Обеспечение избыточного (до 50 %) перекрытия данных на соседних галсах.

6. Использование методик по обеспечению максимальной плотности данных на
неисправных и подозрительных участках подводных трубопроводов.

2. Для получе
ния постоянной погрешности за проседание судна, стараться выполнять
съ
е
мку на постоянной скорости, погрешность должна быть определена и учтена при
обработке данных.

При съ
е
мках акваторий подводных переходов многолучевым эхолотом необходимо
придерживаться
следующего порядка:

1. Выполнение общей съ
е
мки


площадная съ
е
мка всей поверхности акватории, с целью
построения общей модели подводной части перехода и выявления мест размывов
трубопроводов, наличия посторонних предметов на дне акватории. Может выполнять
ся с
параметрами настроек, обеспечивающими среднюю детализацию данных. При обработке
могут применяться различные автоматизированные фильтры.

Прореживание данных для построения модели выполняется для облегчения объ
е
ма
проекта, допускается прореживание до п
ределов сетки 1х1 или 2х2 м.

2. Детальная съ
е
мка


площадная съ
е
мка полос над трубопроводами, детализация мест
оголений и провисов трубопроводов (рис. 6), подозрительных участков и посторонних
предметов на дне (затопленные суда, металлические предметы и т
.д.). Выполняется с
максимальной детализацией, при обработке следует избегать автоматизированных
фильтров на основе технологии CUBE, наиболее приемлемы фильтры на основе Surface
Spline (сплайна поверхности) или ручная фильтрация [6]. Так как необходима пол
ная
картина интересующих участков, прореживание данных не производится.


Рис
унок 5
-

3
-
D модель детализированного участка размытого трубопровода
D

1020
мм на глубине 12 м

После обработки, детализированные фрагменты интересующих участков вырезаются и
подгр
ужаются в основной проект, где происходит комплексная обработка данных,
полученных от всех источников информации, задействованных при производстве работ
(ГБО, трассопоисковая система, акустический профилограф, результаты водолазных
спусков). Завершающим эт
апом работ является составление технического отч
е
та в
электронном виде и на бумажном носителе и передача материалов Заказчику.

Необходимость получения той или иной степени подробности информации зависит
от задач выполнения работы, но бесспорно, что максим
альная детализация при полном
обследовании подводных переходов, способствует лучшему восприятию и принятию
правильного инженерного и управленческого решения.


Литература:

1. РД 51
-
3
-
96 «Регламент по техническому обслуживанию подводных переходов
магистраль
ных газопроводов через водные преграды». Москва 1996 г
.;


2. Фирсов, Ю.Г. «Стандарты современной гидрографии и российские нормативные
документы на выполнение промерных работ». СПб, 2005 г
.;

3. Инженерно
-
геодезические изыскания при строительстве: СП
-
11
-
104
-
97, Часть III,
«Инженерно
-
гидрографические работы при инженерных изысканиях для строительства»,
2004 г
.;

4. Стандарты МГО на гидрографические съ
е
мки (S

44). Итоговый проект 5
-
го издания.
2007 г.
;

5. Фирсов, Ю.Г. «Основы гидроакустики и использования гидрог
рафических сонаров».
2009 г
.;


6. Гринь, Г.А., Мурзинцев П.П., Титов С.С. «Автоматическая обработка и фильтрация
данных многолучевого эхолотирования в решении инженерных задач». Геодезия и
картография 2008 г.



Приложенные файлы

  • pdf 41893932
    Размер файла: 716 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий