水下機器人提高海洋石油鉆井水聲差分定位準確性分析

房澤巖 李濤 應成威（深圳市海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳518100）

隨著科技的發(fā)展與進步，人們在不同領域的發(fā)展進步十分巨大，針對海洋石油鉆井的開發(fā)也從未停止。水下機器人技術是目前發(fā)展迅速的高新技術，它集聲納技術、導航定位技術、自控技術等多種技術應用于一體，在軍事方面的作用十分巨大，具有良好的發(fā)展前景。在海洋領域開發(fā)過程中，水下機器人可以完成水下管道跟蹤探索與石油轉經(jīng)探測開發(fā)等項目，作用十分巨大。水聲差分定位技術也是目前新型的定位技術，相較于傳統(tǒng)的定位技術，該技術的定位精確性更高，與GPS 衛(wèi)星定位技術對比而言，水聲差分定位技術更能結合海洋下精確情況進行定位，硬件要求更低[1]。

本文將水下機器人與水聲差分定位技術相結合，提高海洋石油鉆井定位的精確性，并對水下機器人提高海洋石油鉆井水聲差分定位準確性進行分析。

1 水下機器人與水聲差分定位的相互應用

水下機器人在工作時主要應用的是水聲定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)的作用主要是對水下機器人進行實時定位，對水下機器人定位起到輔助作用，為水下機器人提供導航功能，并在水下機器人發(fā)生問題時確定其位置進行補救分析，因此對于水下機器人來說，擁有良好的定位系統(tǒng)十分重要[2]。

在多種定位系統(tǒng)中，應用水聲分差定位技術的定位系統(tǒng)效果最好，對水下機器人的輔助能力最強，因為該定位系統(tǒng)不但可以對水下機器人進行定位，還可以在水下機器人對海洋石油鉆井最佳位置進行分析的同時，通過計算對最佳位置進行再分析，提高定位的準確性，相較于GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其造價更加低廉。由于始終和水下機器人一起探測，受信號干擾性影響較差，要想提高海洋石油鉆井位置定位的準確性，水下機器人與應用水聲差分技術的定位系統(tǒng)之間的相互應用十分重要

水下機器人會對海洋石油鉆井位置進行分析確定，在水下機器人工作的初始階段，應用水聲差分技術的定位系統(tǒng)也隨之啟動，在水下機器人對海洋石油鉆井位置進行確定時，應用水聲差分技術的定位系統(tǒng)會通過計算對該位置進行再確定，再確定完成后，水下機器人采集并上傳數(shù)據(jù)，這一過程中，應用水聲差分技術的定位系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)再次確定保證數(shù)據(jù)的準確性[3]。

水聲差分定位技術在海洋石油鉆井定位過程中所起到的作用十分巨大，普通的定位系統(tǒng)由于受到水聲觀測動態(tài)性、儀器自噪性與外部環(huán)境以及其他因素的多種影響，可能存在位置判斷誤差與聲速誤差等。而水聲差分定位技術可以將精度精確到厘米級，水下機器人作為水聲差分定位技術應用的載體，比大型船體更加靈活實用，憑借其機動的靈活性，可以減少甚至消除位置判斷誤差與聲速誤差所帶來的影響。

2 水下機器人提高水聲差分定位準確性分析

水聲差分定位技術目前正廣泛應用于海洋石油鉆井定位中，其定位方式目前是由衛(wèi)星、測量船、換能器、GPS站與應答器一同構成[4]。

應用水聲差分定位技術需要衛(wèi)星、測量船、換能器、GPS站與應答器之間的彼此相互配合，衛(wèi)星與GPS站對測量船進行實時定位，并且兩個測量船之間需要連接一個應答器，應答器的主要功能是對海洋石油鉆井位置進行定位，再將檢查數(shù)據(jù)傳輸給測量船，測量船的位置始終由衛(wèi)星與GPS 站進行實時定位，保證測量船的安全性，當測量船出現(xiàn)危險時，可以保證及時采取救援措施。

走航式水聲差分定位技術雖為目前應用最為廣泛的技術，但其存在的弊端也顯而易見，在海域中衛(wèi)星與GPS站一定存在信號薄弱的區(qū)域，當測量船行駛至該區(qū)域時出現(xiàn)問題不但可能出現(xiàn)危險事故，還有可能使部分上傳數(shù)據(jù)丟失，造成定位數(shù)據(jù)不準確的問題，而且深海中存在著多種未知可能，應答器由于沒有自主意識只靠測量船帶動，在深海中可能觸及許多未知物體，造成應答器損壞，不但影響數(shù)據(jù)的測量還大大降低定位工作的進度，因此水聲差分定位測量方式的改變勢在必行。

將水下機器人應用于水聲差分定位中，可以解決許多傳統(tǒng)定位方法存在的弊端。首先水下機器人具有自主操控意識，并不是像應答器一樣需要靠測量船牽連來帶動其行動，水下機器人可以由數(shù)據(jù)接收運輸船中的管理平臺來控制，自主通過水聲差分定位技術來對海洋石油鉆井進行定位，并且節(jié)省了GPS站相關衛(wèi)星定位的投入，其節(jié)省的投入可以用于加強水下機器人與數(shù)據(jù)接收運輸船、數(shù)據(jù)接收運輸船與中央處理中心之間的聯(lián)系。加強各個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，進而提高水聲差分定位的準確性，因此水下機器人的應用不但提高了海洋石油鉆井水聲差分定位的工作效率，更提高了定位準確性。

3 實驗研究

3.1 實驗目的

為驗證本文研究水下機器人應用于海洋石油鉆井水聲差分定位后，其工作效率與準確性高于傳統(tǒng)海洋石油鉆井水聲差分定位系統(tǒng)，設立對比實驗，讓水下機器人應用于海洋石油鉆井水聲差分定位后的系統(tǒng)，與傳統(tǒng)海洋石油鉆井水聲差分定位系統(tǒng)進行對比，驗證水下機器人應用于海洋石油鉆井水聲差分定位后系統(tǒng)的效果。

3.2 實驗參數(shù)

該實驗的實驗參數(shù)如表1所示：

表1 實驗參數(shù)

3.3 實驗結果與分析

根據(jù)上述設定的實驗參數(shù)，得出在實驗對象數(shù)量即海洋石油鉆井數(shù)量相同的情況下，水下機器人應用于海洋石油鉆井水聲差分定位后的系統(tǒng)，與傳統(tǒng)海洋石油鉆井水聲差分定位系統(tǒng)一個月內定位的工作效率對比后得出的結果是：

在一個月的時間內同樣定位三個海洋石油鉆井，水下機器人應用于海洋石油鉆井水聲差分定位后，該系統(tǒng)的工作效率遠高于傳統(tǒng)海洋石油鉆井水聲差分定位系統(tǒng)的工作效率，由于水下機器人的機動性相比傳統(tǒng)載體更加靈敏，因此其定位的工作效率也隨之提高。

本文定位系統(tǒng)的定位精確度均高于傳統(tǒng)定位系統(tǒng)。由于水下機器人應用于海洋石油鉆井水聲差分定位后，該系統(tǒng)除了可以應用水聲差分定位技術進行定位，還可以應用水下機器人自帶的定位系統(tǒng)進行檢測，經(jīng)過雙重定位檢測與再檢查得到的數(shù)據(jù)，相比較只用水聲差分定位檢查得到的數(shù)據(jù)更加精確。

4 結語

水下機器人應用于海洋石油鉆井水聲差分定位中，憑借水下機器人的機動性與自主控制性大大提高了海洋石油鉆井的工作效率，減少事故發(fā)生的同時降低了環(huán)境等約束的影響，增強了海洋石油鉆井水聲差分定位的準確性，因此該領域的研究值得重視并加大研究力度。