一種海底電纜磁力探測(cè)平面誤差改正方法介紹

摘 要：海底電纜在海洋油氣田建設(shè)中有著十分重要的作用。但在日常維護(hù)中其位置往往較難探測(cè)，目前是應(yīng)用最廣的有效手段。由于磁力探測(cè)受海流、船速、拖纜傾斜度等因素影響，其定位誤差較大。在海洋油氣田中，海底電纜常隨海底管線同時(shí)建設(shè)，而海底管線探測(cè)方法成熟，探測(cè)精度較高。該文利用首先探測(cè)到的高精度管線位置，對(duì)海底電纜磁力探測(cè)精度進(jìn)行歸納和推演，探索出誤差改正方法，經(jīng)超短基線高精度水下定位方法驗(yàn)證，方法可行、效果良好，可以應(yīng)用于工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：磁力探測(cè) 偏移 海底電纜 超短基線（USBL）

中圖分類號(hào)：P716 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（a）-0-02

隨著海洋能源的不斷開發(fā)，海洋工程技術(shù)的提高已是迫在眉睫，如石油平臺(tái)之間的電纜、海底管道等的鋪設(shè)，尤其是鋪設(shè)之后的調(diào)查以及維護(hù)。海底管道的調(diào)查已經(jīng)具有成熟的技術(shù)，而海底電纜的調(diào)查目前只能采取磁力的手段進(jìn)行調(diào)查，但磁力手段在調(diào)查海底電纜過程中又具有一定的局限性，尤其是在海底電纜實(shí)際位置的調(diào)查上具有一定的偏差。海底電纜分為海底通信電纜和海底電力電纜。海底通信電纜主要用于通訊業(yè)務(wù)，海底電力電纜主要用于水下傳輸大功率電能，與地下電纜電纜的作用基本一致，只不過應(yīng)用的場(chǎng)合和敷設(shè)的方式不同。該文主要對(duì)海底電力電纜進(jìn)行討論。

1 海洋磁力探測(cè)原理

1.1 正常場(chǎng)校正

正常場(chǎng)圖系采用中國科學(xué)院地球物理研究所編制的全國等值線圖，或采用該所的計(jì)算公式計(jì)算并繪制的等值線圖，計(jì)算公式為：

式中：，；和分別為中心點(diǎn)位置的緯度和經(jīng)度；和分別為計(jì)算點(diǎn)位置的緯度和經(jīng)度，它們均以角分為單位。

當(dāng)磁測(cè)工作在遠(yuǎn)離我國大陸的海區(qū)進(jìn)行時(shí)，可采用國際參考場(chǎng)來計(jì)算正常場(chǎng)。在海洋磁測(cè)中，國際上廣泛采用國際地磁參考場(chǎng)（IGRF），此時(shí)地球的磁位為：

式中：和稱高斯系數(shù)；為施密特形式的締合勒讓德函數(shù)；為赤道半徑；為球心半徑；為從北極起算的余緯度；為從東起算的經(jīng)度。公式中所用的8階球諧函數(shù)的系數(shù)以及年變化率每10年公布一次。令，式中為：

當(dāng)=0時(shí)；時(shí)。而國際地磁參考場(chǎng)的北向、東向和垂直分量分別為，，，則參考場(chǎng)的總向量為。將計(jì)算的結(jié)果以等值線的形式繪制在定位圖上。

1.2 地磁異常計(jì)算

磁力調(diào)查總是先調(diào)查磁場(chǎng)的總強(qiáng)度，然后以磁異常成圖，根據(jù)的大小來判斷電纜的位置。磁異?？倧?qiáng)度是磁場(chǎng)總強(qiáng)度與正常磁場(chǎng)的矢量差。

= -

是與的模量差，即：

=-

2 工程實(shí)例

根據(jù)磁力測(cè)量原理，在渤海灣某海域路由段進(jìn)行了電纜探測(cè)（本段路由有2根管線，1根電纜），探測(cè)步驟主要有以下幾方面：測(cè)線布設(shè)、設(shè)備調(diào)試及測(cè)量參數(shù)選取。

由于磁力儀在位置測(cè)量時(shí)不準(zhǔn)確，因此本次調(diào)查使用了管線儀對(duì)管線的位置進(jìn)行了準(zhǔn)確測(cè)量。

2.1 測(cè)線布設(shè)

在已知電纜的大致走向以及位置之后，按照50 m間距，垂直于電纜走向進(jìn)行了磁力及管線測(cè)線布設(shè)（如圖1）。

2.2 設(shè)備安裝及測(cè)量參數(shù)選取

測(cè)線布設(shè)完畢后，進(jìn)行了設(shè)備安裝，本次調(diào)查采用的是美國Geometrics公司生產(chǎn)的G-882海洋銫光泵磁力儀，將設(shè)備在船舶上安裝完成之后進(jìn)行了參數(shù)（拖纜長度、傳播速度）選取，儀器調(diào)試及參數(shù)選取步驟（如圖2），調(diào)試完畢之后進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，由于磁力儀對(duì)于具有磁性的物體都能夠測(cè)量出其磁力異常，因此本次調(diào)查不僅能夠得到海底管線的位置而且能夠得到電纜的位置（如圖4），其中電纜的磁力異常約為30 nT（如圖3）。

2.3 磁力結(jié)果校正

由于磁力儀測(cè)量得到的管線和電纜位置受到DGPS定位誤差、拖纜長度、水流、船速等影響具有一定的偏差，因此對(duì)本段路由上的28組磁力測(cè)量得到的2條管線之間的距離D1與管線儀得到的2條管線之間的距離D2進(jìn)行了比較（表1），表中D為D1與D2的差值，對(duì)D進(jìn)行了誤差分析ξ，得到如下結(jié)果：

===1.88

由以上結(jié)果可知：磁力儀測(cè)量誤差較小，因此將本次調(diào)查的磁力結(jié)果（管線與電纜）按照管線儀所得到的管線結(jié)果同時(shí)進(jìn)行了偏移，可以近似認(rèn)為偏移之后的電纜位置為實(shí)際電纜的位置。

2.4 磁力電纜結(jié)果校正與超短基線（USBL）測(cè)量結(jié)果比較

為了驗(yàn)證磁力結(jié)果經(jīng)過偏移之后結(jié)果的可靠性，本次調(diào)查還采用了超短基線對(duì)海底電纜進(jìn)行了探摸，并對(duì)二者進(jìn)行了比較（表2），B為磁力電纜校正結(jié)果與USBL測(cè)量電纜結(jié)果的差值，對(duì)D進(jìn)行了誤差分析，得到如下結(jié)果：

===1.68

由以上結(jié)果可知：磁力儀測(cè)量電纜經(jīng)過校正之后的電纜位置與USBL測(cè)量電纜得到的結(jié)果相差非常小，可以使用此種方法測(cè)量海底電纜。

3 結(jié)語

以上結(jié)果表明，通過管線儀測(cè)量結(jié)果校正磁力儀測(cè)量的結(jié)果是可取的，對(duì)于提高磁力儀測(cè)量精度具有很高的作用，解決了磁力儀測(cè)量電纜造成的誤差問題，對(duì)提高海底電纜精度測(cè)量起到了一定的作用。

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