双探棒式海缆路由及埋深探测系统设计

◎杨永 上海东华建设管理有限公司

在海缆定位领域中,路由探测(Routing detection)和埋深探测(Depth detection)问题是研究者最为关注的问题之一。路由探测即探测获知海缆在海底的铺设位置以及海缆在海底的铺设轨迹。埋深探测即探测获知海缆在海底的铺设深度。

1.海缆的探测方法

现如今，海缆的探测手段以有无源分为有源探测法和无源探测法。前者有以下两种方法：①交流磁场法；②绝对磁场法。后者有以下两种方法：①声和光学探测法；②金属探测法。

金属探测法是并不常用。使用探测金属对海缆的位置进行探测，该方法优势在于不必添加信号即可探测海缆的信息。但是其缺点同样明显：无法探测一米以外的海缆位置。所以依然存在很大的改进空间。声学和光学探测法是利用声呐或者摄像机完成探测任务。通过声呐发出声波以及摄像机完成图像采集的方式来获得海缆的路由，同时在经过人工测绘后，完成海缆走向示意。但是该方法的缺点为无法精准定位海缆位置以及成本高昂难以实现普及。绝对磁场法需要提前在海缆铺设前加设直流信号，使用磁场探测设备来追寻路由位置。该方法具有灵敏性高，便于探测的特点，但是缺点同样明显：若海底环境复杂，磁场杂且多，那么就会无法探测到海缆路由的情况。交流磁场探测法也是在海缆中加设信号，利用探棒来确定海缆位置，具体过程为，信号会释放电压信号，探棒也会释放相同的信号，在两者相靠近时，会被探棒捕获，之后经过人工分析后，即可判断海缆的信息。但是该技术对工作人员的专业能力要求高，且技术存在改进的地方，没有发展成熟，仍然需要进一步的分析。

2.系统架构介绍

2.1 方案运行思路

步骤为：第一步，探棒发射信号在布设海缆的海洋中寻找海缆发出的信号。第二步，根据探棒捕捉到的信号来判断海缆的信息。第三步，感应线圈的移动形式可以初步获取海缆的走向信息。根据信息判断海缆位置。第四步，根据以上信息获取埋深位置。

2.2 系统结构

如图1所示,系统包括探棒感应模块1；滤除干扰信号模块2；峰值信号提取模块3；核心处理器模块4；键盘模块5；液晶显示模块6；电源模块7。

图1 系统结构图

2.3 系统运行流程

联系顺序为：第一探棒感应电路11的连接第一滤除干扰信号电路21连接第一峰值信号提取电路31；第二探棒感应电路12连接第二滤除干扰信号电路22连接第二峰值信号提取电路32；以上连接分别为输入输出联输入。且第一峰值信号提取电路31的输出端与第二峰值信号提取电路32的输出端分别连接AD信号采集电路41的输入端,键盘模块5连接核心处理器模块4的第一I/0端口43,核心处理器模块4的第二I/0端口44连接液晶显示模块的输入端,电源模块7通过核心处理器模块4的电源接口42分别连接探棒感应模块1、滤除干扰信号模块2.峰值信号提取模块3,核心处理器模块4、键盘模块5和液晶显示模块6。

图2 第一探棒感应电路图

再次，峰值信号提取系统的重要组成部分为运算放大器，该放大器的电源采用单电源。

随后，显示模块利用发光二极管完成，电源模块由：电池（1个）、三端稳压管—（1个）构成。

3.系统设计实现

3.1 硬件设计

硬件设计的内容如下：滤除干扰模块的应用方式通过RLC串联谐振电路完成。峰值信号的实现方法为运放对峰值信号正半周方法，之后使用RC电容滤波完成峰值信号的提取。之后，人机交互系统和单片机处理系统利用软件编写系统完成。该系统设计的外观可见图3。

图3 海缆探测系统外观图

3.2 软件设计

探测系统的软件组成为：显示屏、海缆路由探测装置、核算、校对误差工具、埋深计算模块、双通道的AD采样模块组成。各个组成部分独立编写后，组合一起。详情可见图4。

图4 系统软件流程图

4.应用效果分析

经过改进后，该探测系统的误差降低了22.2%，如今的误差降低为10%左右，这表明，双探棒式海缆路由及埋深探测系统设计是可以用于实践的。除此之外，经过测试，该系统可以实现海缆探测，精准测出海缆的坐标、埋藏深度等信息。并且该设计中加入了误差校对模块，可以进一步提高探测的准确性。所以，实践证明，双探棒式海缆路由及埋深探测系统设计的结构较为简单，但是可以实现对海缆的探测要求，且极大的降低了误差，提高了探测效率。

5.结语

本文介绍了一种用于海缆探测的技术——双探棒式的海缆探测设计。该设计的构成有：①探棒感应模块；②滤除干扰信号模块；③峰值信号提取模块；④核心处理器模块；⑤键盘模块；⑥液晶显示模块；⑦电源模块。使用方法为：编写符合设计要求的系统并将这些模块设置在某个硬件外观中。在该设计完成组建后，用于实际海缆探测中发现，可以精准获取海缆的信息。所以，本文研究的海缆探测系统可以有效获得海缆埋深等信息，并且具有操作简单，精准度高的特点。