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[摘 要]目前海底管道的检测方法主要有多波束检测、侧扫声纳探测、浅层剖面探测等。海底管线的检测需要多种检测方法和综合分析相结合。本文对海底管道综合探测技术进行了研究，并对检测结果进行了分析，以便今后的海底管道探测任务可以高效的开展。
[关键词]海底管道；综合探测；技术研究
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0053-01
1 海底管道综合探测技术
1.1 多波束探测
（1）多波束声音系统负责发送和接收声音信号；（2）多波束空间位置传感器子系统主要包括：罗盘姿态传感器、卫星定位接收机、声速剖面仪等辅助设备；（3）数据采集与处理子系统主要包括：多波束数据实时采集、显示、输出、存储处理相关软件和计算机等设备。多波束测深系统工作原理如图1，安装在船舶底部的换能器向海面底部发射出上百个窄波束，光束垂直于测量线的方向呈扇形分布，当声波到达海底时会产生反射现象，反射的声音信号由传感器上的接收系统进行接收，并将其转换成数字信号，并对每个波束的水深进行计算和测量。多波束测深仪可以在测线两侧水深7倍的范围内进行全覆盖的扫描，属于“水面”测量。
1.2侧扫声纳探测
可以利用侧扫声纳采集海底地貌图像，根据裸露管道在地貌图像上的线性强回波特性，可以判断裸露管道的位置、方向和管线的走向。其原理是发射阵列发射高频声波的信号，当声波到达不同程度的海底时，反射出不同强度的声波，并通过传感器传送到记录系统中，用图解的记录形式对声波的轻度与时间的关系进行记录，这样就可以形成一条探测条带的海底声学图谱的图形。
1.3浅地层剖面仪探测
浅地层剖面仪探测可以发现海床表面以下目标，其工作原理是将控制信号转换成不同频率的声波，将控制信号再传输到海底。海底和沉积层的传播过程中会遇到声阻抗界面，通过反射回到传感器接收阵列中，转换成模拟或数字信号记录和存储，并且输出为反应浅底层声学特征的记录剖面。对于海底掩埋的管道来说，由浅地层剖面仪发射的探头传感器位于目标的顶部。由于侧边波速可以先到达目标物并将其反射回接收系统，此时，目标物与换能传感器间的距离比较远，也就是声波的传播路径较长，目标物的特征会呈现在目标物实际位置的下面。当浅地层剖面仪在目标物上方时，其间距最短，位置处于剖面的最高点。当浅地层剖面仪离开时，浅地层剖面仪与目标之间的距离逐渐增大，图像特征将逐渐显示在目标的实际位置之下。
2 检测研究分析
2.1多波束测深系统
在进行水深测量时，以调查船体为参考系，要求换能器的参考系、姿态传感器的参考系与船体参考系重合或平行，罗经的方向要与船的艏向平行。在实际安装过程中，无法严格做到上述要求，需要对多波束系统进行校准以改正安装过程中造成的偏差。校准内容包括：罗经安装校准、姿态传感器安装校准、DGPS校验和换能器安装校准。完成校准之后，便可以开始进行水深地形测量。
2.2浅地层剖面仪进行管线测量
浅地层剖面仪进行管线测量一般选用高频浅地层剖面仪，如Chirp系列和参量阵系列等，在测量过程中为提高定位精度，换能器一般采用舷侧固定安装，DGPS天线位于换能器正上方，无需位置校正。换能器用金属支架固定在船体中部右舷位置，入水深度应超过船底，避免因螺旋桨搅动水流的影响。获取的地层剖面图像垂向分辨率应优于0.2m，数据记录格式为SEG-Y。调查船提前100m对准测线，在调查船经过管道上方区域时调整船速为2-3kn，提高空间采样率。
2.3磁力异常特征
磁力探测不受管道掩埋状况的影响。在磁力仪经过海底管道上方时可以看到明显的磁异常，磁场强度曲线，如图2。管道产生的磁异常信号强度与距管道的距离有关，即距离管道越近，探测到的异常值越大反之越小。在a处，水深约3.8m，磁力异常曲线呈尖脉冲形状存在明显的峰值，为45441.5nT；在b处，水深约7m，磁力异常曲线呈宽脉冲状，磁场强度峰值为45264.2nT。根据全球地磁场模型计算的调查区域的平均地磁背景值为45228.57nT，近似得出a处的磁异常值为212nT，b处的磁异常值为35.63nT。由于周围海底没有发现其它铁磁性物质，因此认为此处的磁异常是由海底管道产生的，曲线峰值位置即为管道的中心位置。
3 测量结果分析
海底管道在海底所呈现出的状態性对复杂，只依靠一种方法对海底管道进行监测无法得到海底管道的特征，所以应结合相关的方法对其进行分析。着力于将水深地形数据、浅地层数据、磁场强度数据按照坐标叠加在一起综合分析，如图3，可以直观的判断每种数据分析结果的准确性。在对海底管道进行设计时，海底的路由区域存在沟槽，在对相关数据进行分析后其属于未完全回填的管道沟槽；在浅地层剖面上，管槽沟底部有向上凸起的双曲线反射，海底反射和双曲线反射间属于声学透明层，表层处土层经过扰动；磁场的强度曲线存在尖脉冲与无限长金属圆柱体产生的磁场强度曲线相同，表明此处存在金属圆柱体，而磁场强度峰值的位置在海底管道沟中心，并且与浅地层剖面图中双曲线反射的位置重合。三种检测数据都表明此处存在海底管道，并且由磁场强度数据确定的管道位置与由浅地层剖面图像确定的管道位置相同，因此可以认为这种海底管道综合探测技术确定的管道位置是准确的。
4 结语
综上所述，在使用多波束测深仪进行测量时，主要的目的是对海底的水深地形、海底的微地貌特征以及海底管道的裸露或悬空情况进行明确；运用侧扫声纳进行进一步的测量，主要是为了查明海底管线附近的状态及微地貌特征，再与多波束测量后所得到的结果进行相互的印证，并对海底管道的信息进行判断；在使用浅地层剖面仪对海底管道进行探测时，主要的目的是为了得到离散探测点的位置与海底管道的状态信息以及相关的信息；此外，利用相关的探测资料对所得到的信息进行综合的判断和分析，可以得到海底管道的信息。不一样的地方就是裸露和悬空的海底管道信息和浅地层剖面仪探测所得到的信息，侧扫声纳和浅地层剖面仪探测信息辅助判断交叉海管信息，埋藏状态的海底管道信息以浅地层剖面仪探测信息为主，需要结合侧扫声纳和多波束探测信息综合判断海管的信息。
参考文献
[1] 徐继尚，李广雪，曹立华，杨荣民.海底管道综合探测技术及东方1-1管道不稳定因素[J].海洋地质与第四纪地质，2009，29（05）：43-50.
[关键词]海底管道；综合探测；技术研究
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0053-01
1 海底管道综合探测技术
1.1 多波束探测
（1）多波束声音系统负责发送和接收声音信号；（2）多波束空间位置传感器子系统主要包括：罗盘姿态传感器、卫星定位接收机、声速剖面仪等辅助设备；（3）数据采集与处理子系统主要包括：多波束数据实时采集、显示、输出、存储处理相关软件和计算机等设备。多波束测深系统工作原理如图1，安装在船舶底部的换能器向海面底部发射出上百个窄波束，光束垂直于测量线的方向呈扇形分布，当声波到达海底时会产生反射现象，反射的声音信号由传感器上的接收系统进行接收，并将其转换成数字信号，并对每个波束的水深进行计算和测量。多波束测深仪可以在测线两侧水深7倍的范围内进行全覆盖的扫描，属于“水面”测量。
1.2侧扫声纳探测
可以利用侧扫声纳采集海底地貌图像，根据裸露管道在地貌图像上的线性强回波特性，可以判断裸露管道的位置、方向和管线的走向。其原理是发射阵列发射高频声波的信号，当声波到达不同程度的海底时，反射出不同强度的声波，并通过传感器传送到记录系统中，用图解的记录形式对声波的轻度与时间的关系进行记录，这样就可以形成一条探测条带的海底声学图谱的图形。
1.3浅地层剖面仪探测
浅地层剖面仪探测可以发现海床表面以下目标，其工作原理是将控制信号转换成不同频率的声波，将控制信号再传输到海底。海底和沉积层的传播过程中会遇到声阻抗界面，通过反射回到传感器接收阵列中，转换成模拟或数字信号记录和存储，并且输出为反应浅底层声学特征的记录剖面。对于海底掩埋的管道来说，由浅地层剖面仪发射的探头传感器位于目标的顶部。由于侧边波速可以先到达目标物并将其反射回接收系统，此时，目标物与换能传感器间的距离比较远，也就是声波的传播路径较长，目标物的特征会呈现在目标物实际位置的下面。当浅地层剖面仪在目标物上方时，其间距最短，位置处于剖面的最高点。当浅地层剖面仪离开时，浅地层剖面仪与目标之间的距离逐渐增大，图像特征将逐渐显示在目标的实际位置之下。
2 检测研究分析
2.1多波束测深系统
在进行水深测量时，以调查船体为参考系，要求换能器的参考系、姿态传感器的参考系与船体参考系重合或平行，罗经的方向要与船的艏向平行。在实际安装过程中，无法严格做到上述要求，需要对多波束系统进行校准以改正安装过程中造成的偏差。校准内容包括：罗经安装校准、姿态传感器安装校准、DGPS校验和换能器安装校准。完成校准之后，便可以开始进行水深地形测量。
2.2浅地层剖面仪进行管线测量
浅地层剖面仪进行管线测量一般选用高频浅地层剖面仪，如Chirp系列和参量阵系列等，在测量过程中为提高定位精度，换能器一般采用舷侧固定安装，DGPS天线位于换能器正上方，无需位置校正。换能器用金属支架固定在船体中部右舷位置，入水深度应超过船底，避免因螺旋桨搅动水流的影响。获取的地层剖面图像垂向分辨率应优于0.2m，数据记录格式为SEG-Y。调查船提前100m对准测线，在调查船经过管道上方区域时调整船速为2-3kn，提高空间采样率。
2.3磁力异常特征
磁力探测不受管道掩埋状况的影响。在磁力仪经过海底管道上方时可以看到明显的磁异常，磁场强度曲线，如图2。管道产生的磁异常信号强度与距管道的距离有关，即距离管道越近，探测到的异常值越大反之越小。在a处，水深约3.8m，磁力异常曲线呈尖脉冲形状存在明显的峰值，为45441.5nT；在b处，水深约7m，磁力异常曲线呈宽脉冲状，磁场强度峰值为45264.2nT。根据全球地磁场模型计算的调查区域的平均地磁背景值为45228.57nT，近似得出a处的磁异常值为212nT，b处的磁异常值为35.63nT。由于周围海底没有发现其它铁磁性物质，因此认为此处的磁异常是由海底管道产生的，曲线峰值位置即为管道的中心位置。
3 测量结果分析
海底管道在海底所呈现出的状態性对复杂，只依靠一种方法对海底管道进行监测无法得到海底管道的特征，所以应结合相关的方法对其进行分析。着力于将水深地形数据、浅地层数据、磁场强度数据按照坐标叠加在一起综合分析，如图3，可以直观的判断每种数据分析结果的准确性。在对海底管道进行设计时，海底的路由区域存在沟槽，在对相关数据进行分析后其属于未完全回填的管道沟槽；在浅地层剖面上，管槽沟底部有向上凸起的双曲线反射，海底反射和双曲线反射间属于声学透明层，表层处土层经过扰动；磁场的强度曲线存在尖脉冲与无限长金属圆柱体产生的磁场强度曲线相同，表明此处存在金属圆柱体，而磁场强度峰值的位置在海底管道沟中心，并且与浅地层剖面图中双曲线反射的位置重合。三种检测数据都表明此处存在海底管道，并且由磁场强度数据确定的管道位置与由浅地层剖面图像确定的管道位置相同，因此可以认为这种海底管道综合探测技术确定的管道位置是准确的。
4 结语
综上所述，在使用多波束测深仪进行测量时，主要的目的是对海底的水深地形、海底的微地貌特征以及海底管道的裸露或悬空情况进行明确；运用侧扫声纳进行进一步的测量，主要是为了查明海底管线附近的状态及微地貌特征，再与多波束测量后所得到的结果进行相互的印证，并对海底管道的信息进行判断；在使用浅地层剖面仪对海底管道进行探测时，主要的目的是为了得到离散探测点的位置与海底管道的状态信息以及相关的信息；此外，利用相关的探测资料对所得到的信息进行综合的判断和分析，可以得到海底管道的信息。不一样的地方就是裸露和悬空的海底管道信息和浅地层剖面仪探测所得到的信息，侧扫声纳和浅地层剖面仪探测信息辅助判断交叉海管信息，埋藏状态的海底管道信息以浅地层剖面仪探测信息为主，需要结合侧扫声纳和多波束探测信息综合判断海管的信息。
参考文献
[1] 徐继尚，李广雪，曹立华，杨荣民.海底管道综合探测技术及东方1-1管道不稳定因素[J].海洋地质与第四纪地质，2009，29（05）：43-50.