一种基于ROV的海底管道检测系统及其工作方法

摘要

本发明涉及一种基于ROV的海底管道检测系统及其工作方法，其包括岸上显控平台、水下通信系统和光纤通信模块；水下通信系统包括ROV航行器和搭载在ROV航行器上的水下数字光端机、视录设备和成像声呐设备；ROV航行器在岸上显控平台的控制下，在水下按照预设巡航弹道进行巡航，同时对视录设备和成像声呐设备的状态进行控制；视录设备对巡航过程中的视频数据进行采集，并发送到水下数字光端机；成像声呐设备对航行器巡航过程中进行声呐探测，探测数据发送到水下数字光端机；水下数字光端机对接收到的信号进行转换后，传输至岸上显控平台，由岸上显控平台对接收到的数据进行显示处理。本发明可以广泛应用于管道检测领域。

权利要求

1.一种基于ROV的海底管道检测系统，其包括岸上显控平台和水下通信系统，其特征在于：

所述岸上显控平台与所述水下通信系统之间通过光纤通信模块进行数据传输；

所述水下通信系统包括ROV航行器以及搭载在所述ROV航行器上的水下数字光端机、视录设备和成像声呐设备；

所述ROV航行器在所述岸上显控平台的控制下，在水下按照预设巡航弹道进行巡航，同时对所述视录设备和成像声呐设备的状态进行控制；

所述视录设备对巡航过程中的视频数据进行采集，且4路摄像头所采集的视频信号直接接入所述水下数字光端机的视频输入口；

所述成像声呐设备对航行器巡航过程中进行声呐探测，探测数据接入所述水下数字光端机的百兆以太网接口；

所述水下数字光端机将接收到的所有信号转换为光信号，再通过所述光纤通信模块传输至所述岸上显控平台，由所述岸上显控平台对接收到的数据进行显示处理；

所述光纤通信模块包括第一光纤轴、第二光纤轴以及通信光纤；所述第一光纤轴和第二光纤轴上绕制有光纤直径为0.4mm的微细光纤，且所述第一光纤轴和第二光纤轴外涂固定胶；所述第一光纤轴上的0.4mm微细光纤的一端与所述岸上显控平台相连，另一端与所述通信光纤相连；所述通信光纤采用光纤直径为2.3mm的光纤，其另一端通过水密连接器与所述第二光纤轴上的0.4mm微细光纤相连；所述第二光纤轴固定设置在所述ROV航行器上，所述第二光纤轴上的0.4mm微细光纤末端与所述水下通信系统相连，且所述第二光纤轴上的

0.4mm微细光纤能够自动释放；

所述ROV航行器包括航行器外壳以及设置在所述航行器外壳内的ROV控制系统、推进器组、其他探测设备、电池组以及供电管理组件；所述ROV控制系统根据所述岸上显控平台发送的控制信号对所述推进器组进行控制，使得所述ROV航行器能够按照预设巡航弹道在水下移动；所述其他探测设备用于对所述ROV航行器移动过程中水体和ROV航行器自身数据进行采集，采集的数据发送到所述ROV控制系统；所述ROV控制系统对接收的数据进行数据综合后，通过串口接入所述水下数字光端机，并发送到所述岸上显控平台；所述供电管理组件用于将所述电池组所提供的电能按照各设备所需电压等级进行转换后，为所述ROV航行器上装载的所有设备供电；

所述其他探测设备包括导航设备和ROV示位设备；所述导航设备包括光纤航姿陀螺或MEMS陀螺、深度传感器、高度计、CP探头、超短基线信标；所述光纤航姿陀螺或MEMS陀螺用于采集所述ROV航行器移动过程中的航姿数据；所述深度传感器用于采集所述ROV航行器所处水位的深度数据；所述高度计用于采集所述ROV航行器至水底的高度信息；所述CP探头用于采集导管架相关的腐蚀信息；所述超短基线信标用于所述ROV航行器的水声定位；所述ROV示位设备包括北斗示位组件和频闪灯，所述北斗示位组件和频闪灯用于在发生紧急情况时进行北斗示位和声光示位。

2.如权利要求1所述的一种基于ROV的海底管道检测系统，其特征在于：所述推进器组包括1个主推、第一～第三垂推和2个侧推，各推进器分别通过模拟接口与所述ROV控制系统相连，在所述ROV控制系统控制下推动所述ROV航行器移动；

所述主推设置在所述航行器外壳的尾部，用于实现所述ROV航行器的前进和后退控制；

所述第一垂推和第三垂推分别设置在所述航行器外壳前部，并对称设置于中轴线两侧，所述第二垂推设置在所述航行器外壳后部的中轴线上，所述第一垂推和第二垂推用于实现ROV航行器的俯仰、浮潜及横滚控制，所述第三垂推用于实现ROV航行器的俯仰及浮潜控制；

两所述侧推分别设置在所述ROV航行器的头部和尾部，用于实现所述ROV航行器的航向和左移右移控制。

3.如权利要求1所述的一种基于ROV的海底管道检测系统，其特征在于：所述岸上显控平台包括岸上数字光端机、视频采集卡、数据采集卡和综合显示器；

所述岸上数字光端机用于接收所述水下数字光端机发来的光信号，并对数据进行解析，解析数据由所述视频采集卡、数据采集卡进行数据采集后在所述综合显示器上进行显示；

所述岸上显控平台的控制指令通过所述数据采集卡、视频采集卡以及岸上数字光端机后，经所述水下数字光端机发送到所述ROV航行器，实现对所述ROV航行器的控制。

4.如权利要求1所述的一种基于ROV的海底管道检测系统，其特征在于：所述水下数字光端机还设置有开关量接口，用于所述岸上显控平台在紧急情况下直接对所述水下数字光端机的开关量接口进行操作，进而操控所述ROV航行器的应急处理装置，使所述ROV航行器紧急浮出水面。

5.一种如权利要求1～4任一项所述基于ROV的海底管道检测系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据实际需求，确定ROV航行器的工作模式，并通过岸上显控平台发送相应的系统工作模式指令到ROV航行器；

2)ROV航行器中的ROV控制系统根据岸上显控平台发送的系统工作模式指令，在指定工作模式下，执行相关作业任务，包括以下步骤：

2.1)ROV航行器自检完成后，等待岸上显控平台发送不同的系统工作模式指令，并根据不同的系统工作模式指令，启动ROV航行器中的推进器组，同时导航设备航行准备就绪；

2.2)手动操作模式下：ROV航行器接收岸上显控平台发送的实时控制信息，在导航设备的配合下，控制ROV航行器执行相关作业任务；

2.3)自动巡航模式下：从岸上显控平台下载航向、航时、航深、航速参数信息，并根据装订的航路信息，完成自动定深、自动定向，并在航路任务执行完毕时，向岸上显控平台发出提示信息；

2.4)声遥控方式下：根据超短基线信标的导引信息，ROV控制系统在导航设备的配合下，控制推进器组完成返航。

6.如权利要求5所述的一种基于ROV的海底管道检测系统的工作方法，其特征在于：所述步骤2.2)中，ROV航行器接收岸上显控平台发送的实时控制信息，在导航设备的配合下，执行相关作业任务的方法，包括以下步骤：

2.2.1)岸上显控平台发送“载体自检”指令给ROV航行器，ROV控制系统完成ROV航行器的自检；

2.2.2)岸上显控平台发送“载体预备启动”指令给ROV航行器，ROV控制系统控制ROV航行器预备启动成功后进入航行阶段；

2.2.3)岸上显控平台发送“载体航行启动”指令给ROV航行器，ROV控制系统根据预设巡航弹道开始航行；

2.2.4)若遇到紧急情况或任务结束，则岸上显控平台发送“载体航行终止”指令给ROV航行器，ROV航行器终止航行。

7.如权利要求6所述的一种基于ROV的海底管道检测系统的工作方法，其特征在于：所述步骤2.2.1)中，自检阶段的操作方法为：a)接通ROV航行器上的上电开关；

b)确认ROV航行器通电后，岸上显控平台发送“载体自检”指令给ROV控制系统；

c)ROV控制系统收到“载体自检启动”命令后，立即应答“载体自检启动”，随后ROV控制系统开始对ROV航行器进行自检，完成自检后将自检结果发送到岸上显控平台，如自检正常，则回复“载体自检正常”；如自检异常，则回复“自检异常”及相应的故障码信息用于故障定位；

d)岸上显控平台收到“载体自检正常”应答后，发送“惯导装订参数”给ROV控制系统，ROV控制系统的惯导开始进行对准，直到ROV航行器的惯导工作状态转入“INS导航”时，结束装载“惯导装订参数”；

所述步骤2.2.2)中，预备阶段的操作方法为：a)岸上显控平台发送“载体预备启动”命令给ROV控制系统；

b)ROV控制系统收到“载体预备启动”命令后，立即应答“载体预备启动”指令，随后开始预备相关工作；

c)若ROV航行器预备启动成功，则发送“预备启动成功”给岸上显控平台；

所述步骤2.2.3)中，航行阶段的操作方法为：a)需要启动ROV航行器时，岸上显控平台发送“载体航行启动”命令，并选择工作模式为手动模式或自动模式；

b)ROV航行器收到相应的启动命令和模式命令后，立即应答相关命令，然后等待“任务参数”；

c)岸上显控平台收到“载体航行启动”应答后，发送“任务参数”；

d)ROV航行器收到“任务参数”后，立即应答“任务参数”，然后根据“任务参数”控制推进器组执行相关动作；

所述步骤2.2.4)中，终止阶段的操作方法为：a)在航行过程中，若遇到紧急情况或任务结束时，岸上显控平台发送“载体航行终止”；

b)ROV航行器在收到“载体航行终止”后，立即应答“载体航行终止”，然后开始启动相应的停机流程。

说明书

一种基于ROV的海底管道检测系统及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于ROV的海底管道检测系统及其工作方法，属于通信与信息技术领域。

背景技术

[0002] 海底管道是海上油气田生产的大动脉,海底油气管道系统的本质安全是保证海洋石油与天然气顺利开采的重要基础。海底管道的完整性检测对管道的安全运行至关重要,
随着石油开采向深水进军,引进和发展深水管道检测技术已成为大势所趋。

[0003] 近年来，基于腐蚀检测ROV航行器的海底管道巡检技术能力实现对海底管道外部状态及损伤的定期检测，已成为对海底管道检测的主要措施。腐蚀检测ROV航行器的海底管
道巡检技术指的是腐蚀检测ROV航行器接收岸上显控平台的控制指令进入水下导管架内进
行探测作业，同时需要将相关的探测信息上传至岸上显控平台以供分析。然而，传统腐蚀检
测ROV航行器通常使用同轴电缆进行信息传输，信号传输速度慢、传输距离短，同时控制电
缆还同时承担给ROV航行器供电的任务，因此其重量大、体积大且结构复杂，不利于释放，并
且电缆在水下阻力大、柔性差，当ROV航行器潜水比较深时，电缆对ROV航行器的运动干扰就
比较大，不利于ROV航行器的水下作业，同时，粗大的水下电缆在复杂障碍物环境中也容易
被意外缠绕阻碍。

[0004] 另外，由于腐蚀检测ROV主要作业场景是进入钻井平台导管架内进行腐蚀检测作业，作业范围小，运动速度慢，通过惯导对ROV航行器进行水下定位比较难。而且，腐蚀检测
ROV在导管架内作业时，导管架内环境复杂，障碍较多，因此ROV能够实现平稳、精准及灵活
的运动很重要；ROV在水下的运动由岸上显控平台进行操控，各种操作指令、探测信息、故障
及状态信息等需要在水下ROV航行器和岸上显控平台之间来回交互，因此需要有一个良好
的通信协议来确保数据可靠高效的传输。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于ROV的海底管道检测系统及其工作方法，用于完成ROV内部通讯链路与岸上显控平台通信链路的整合。

[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

[0007] 本发明的第一个方面，是提供一种基于ROV的海底管道检测系统，其包括岸上显控平台和水下通信系统，所述岸上显控平台与水下通信系统之间通过光纤通信模块进行数据
传输；所述水下通信系统包括ROV航行器以及搭载在所述ROV航行器上的水下数字光端机、
视录设备和成像声呐设备；所述ROV航行器在所述岸上显控平台的控制下，在水下按照预设
巡航弹道进行巡航，同时对所述视录设备和成像声呐设备的状态进行控制；所述视录设备
对巡航过程中的视频数据进行采集，且4路摄像头所采集的视频信号直接接入所述水下数
字光端机的视频输入口；所述成像声呐设备对航行器巡航过程中进行声呐探测，探测数据
接入所述水下数字光端机的百兆以太网接口；所述水下数字光端机将接收到的所有信号转
换为光信号，再通过所述光纤通信模块传输至所述岸上显控平台，由所述岸上显控平台对
接收到的数据进行显示处理。

[0008] 进一步的，所述光纤通信模块包括第一光纤轴、第二光纤轴以及通信光纤；所述第一光纤轴和第二光纤轴上绕制有光纤直径为0.4mm的微细光纤，且所述第一光纤轴和第二
光纤轴外涂固定胶；所述第一光纤轴上的0.4mm微细光纤的一端与所述岸上显控平台相连，
另一端与所述通信光纤相连；所述通信光纤采用光纤直径为2.3mm的光纤，其另一端通过水
密连接器与所述第二光纤轴上的0.4mm微细光纤相连；所述第二光纤轴固定设置在所述ROV
航行器上，所述第二光纤轴上的0.4mm微细光纤末端与所述水下通信系统相连，且所述第二
光纤轴上的0.4mm微细光纤能够自动释放。

[0009] 进一步的，所述ROV航行器包括航行器外壳以及设置在所述航行器外壳内的ROV控制系统、推进器组、其他探测设备、电池组以及供电管理组件；所述ROV控制系统根据所述岸
上显控平台发送的控制信号对所述推进器组进行控制，使得所述ROV航行器能够按照预设
巡航弹道在水下移动；所述其他探测设备用于对所述ROV航行器移动过程中水体和ROV航行
器自身数据进行采集，采集的数据发送到所述ROV控制系统；所述ROV控制系统对接收的数
据进行数据综合后，通过串口接入所述水下数字光端机，并发送到所述岸上显控平台；所述
供电管理组件用于将所述电池组所提供的电能按照各设备所需电压等级进行转换后，为所
述ROV航行器上装载的所有设备供电。

[0010] 进一步的，所述其他探测设备包括导航设备和ROV示位设备；所述导航设备包括光纤航姿陀螺或MEMS陀螺、深度传感器、高度计、CP探头、超短基线信标；所述光纤航姿陀螺或
MEMS陀螺用于采集所述ROV航行器移动过程中的航姿数据；所述深度传感器用于采集所述
ROV航行器所处水位的深度数据；所述高度计用于采集所述ROV航行器至水底的高度信息；
所述CP探头用于采集导管架相关的腐蚀信息；所述超短基线信标用于所述ROV航行器的水
声定位；所述ROV示位设备包括北斗示位组件和频闪灯，所述北斗示位组件和频闪灯用于在
发生紧急情况时进行北斗示位和声光示位。

[0011] 进一步的，推进器组包括1个主推、第一～第三垂推和2个侧推，各推进器分别通过模拟接口与所述ROV控制系统相连，在所述ROV控制系统控制下推动所述ROV航行器移动；所
述主推设置在所述航行器外壳的尾部，用于实现所述ROV航行器的前进和后退控制；所述第
一垂推和第三垂推分别设置在所述航行器壳体前部，并对称设置于中轴线两侧，所述第二
垂推设置在所述航行器壳体后部的中轴线上，所述第一垂推和第二垂推用于实现所述ROV
航行器的俯仰、浮潜及横滚控制，所述第三垂推用于实现所述ROV航行器的俯仰及浮潜控
制；两所述侧推分别设置在所述ROV航行器的头部和尾部，用于实现所述ROV航行器的航向
和左移右移控制。

[0012] 进一步的，所述岸上显控平台包括岸上数字光端机、视频采集卡、数据采集卡和综合显示器，所述岸上数字光端机用于接收所述水下数字光端机发来的光信号，并对数据进
行解析，解析数据由所述视频采集卡、数据采集卡进行数据采集后在所述综合显示器上进
行显示；所述岸上显控平台的控制指令通过所述数据采集卡、视频采集卡以及岸上数字光
端机后，经所述水下数字光端机发送到所述ROV航行器，实现对所述ROV航行器的控制。

[0013] 进一步的，所述水下数字光端机还设置有开关量接口，用于所述岸上显控平台在紧急情况下直接对所述水下数字光端机的开关量接口进行操作，进而操控所述ROV航行器
的应急处理装置，使所述ROV航行器紧急浮出水面。

[0014] 本发明的第二个方面，是提供一种基于ROV的海底管道检测系统的工作方法，其包括以下步骤：

[0015] 1)根据实际需求，确定ROV航行器的工作模式，并通过岸上显控平台发送相应的系统工作模式指令到ROV航行器；

[0016] 2)ROV航行器中的ROV控制系统根据岸上显控平台发送的系统工作模式指令，在指定工作模式下，执行相关作业任务，包括以下步骤：

[0017] 2.1)ROV航行器自检完成后，等待岸上显控平台发送不同的系统工作模式指令，并根据不同的系统工作模式指令，启动ROV航行器中的推进器组，同时导航设备航行准备就
绪；

[0018] 2.2)手动操作模式下：ROV航行器接收岸上显控平台发送的实时控制信息，在导航设备的配合下，控制ROV航行器执行相关作业任务；

[0019] 2.3)自动巡航模式下：从岸上显控平台下载的航向、航时、航深、航速参数信息，并根据装订的航路信息，完成自动定深、自动定向，并在航路任务执行完毕时，向岸上显控平
台发出提示信息；

[0020] 2.4)声遥控方式下：根据超短基线的导引信息，ROV控制系统在导航设备的配合下，控制推进器组完成返航。

[0021] 进一步的，所述步骤2.2)中，ROV航行器接收岸上显控平台发送的实时控制信息，在导航设备的配合下，执行相关作业任务的方法，包括以下步骤：

[0022] 2.2.1)岸上显控平台发送“载体自检”指令给ROV航行器，ROV控制器的ROV控制系统完成ROV航行器的自检；

[0023] 2.2.2)岸上显控平台发送“载体预备启动”指令给ROV航行器，ROV控制系统控制ROV航行器预备启动成功后进入航行阶段；

[0024] 2.2.3)岸上显控平台发送“载体航行启动”指令给ROV航行器，ROV航行器根据预设巡航弹道开始航行；

[0025] 2.2.4)若遇到紧急情况或任务结束，则岸上显控平台发送“载体航行终止”指令给ROV航行器，ROV航行器终止航行。

[0026] 进一步的，所述步骤2.2.1)中，准备阶段的操作方法为：

[0027] a)接通ROV航行器上的上电开关；

[0028] b)确认ROV航行器通电后，岸上显控平台发送“载体自检”指令给ROV控制系统；

[0029] c)ROV控制系统收到“载体自检启动”命令后，立即应答“载体自检启动”，随后ROV控制系统开始对ROV航行器进行自检，完成自检后将自检结果发送到岸上显控平台，如自检
正常，则回复“载体自检正常”；如自检异常，则回复“自检异常”及相应的故障码信息用于故
障定位；

[0030] d)岸上显控平台收到“载体自检正常”应答后，发送“惯导装订参数”给ROV控制系统，ROV控制系统的惯导开始进行对准，直到ROV航行器的惯导工作状态转入“INS导航”时，
结束装载“惯导装订参数”；

[0031] 所述步骤2.2.2)中，预备阶段的操作方法为：

[0032] a)岸上显控平台发送“载体预备启动”命令给ROV控制系统；

[0033] b)ROV控制系统收到“载体预备启动”命令后，立即应答“载体预备启动”指令，随后开始预备相关工作；

[0034] c)若ROV航行器预备启动成功，则发送“预备启动成功”给岸上显控平台；

[0035] 所述步骤2.2.3)中，航行阶段的操作方法为：

[0036] a)需要启动ROV航行器时，岸上显控平台发送“载体航行启动”命令，并选择工作模式为手动模式或自动模式；

[0037] b)ROV航行器收到相应的启动命令和模式命令后，立即应答相关命令，然后等待“任务参数”；

[0038] c)岸上显控平台收到“载体航行启动”应答后，发送“任务参数”；

[0039] d)ROV载体收到“任务参数”后，立即应答“任务参数”，然后根据“任务参数”控制推进器组执行相关动作；

[0040] 所述步骤2.2.4)中，终止阶段的操作方法为：

[0041] a)在航行过程中，若遇到紧急情况或任务结束时，岸上显控平台发送“载体航行终止”；

[0042] b)ROV航行器在收到“载体航行终止”后，立即应答“载体航行终止”，然后开始开始启动相应的停机流程。

[0043] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

[0044] 1、本发明岸上显控平台与水下通信系统之间采用单根光纤进行通信，信号带宽大、传输距离远、无干扰，体积小重量轻，对航行器的运动干扰比较小,此外采用0.4mm微细
光纤做为2.3mm光纤的延长，当2.3mm光纤被导管缠绕阻碍时，微细光纤会自动从ROV内部释
放，避免航行器因为光纤被卡住而陷入困境，另外将数字光端机应用于水下ROV航行器，可
进行多种类型电信号的光电转换，体积小，功耗低，可靠性高；

[0045] 2、本发明采用惯导和超短基线信标组合定位的方式，使得ROV航行器在水下作业时能实现更良好的定位，同时设置有ROV示位设备，当ROV航行器发生意外浮出水面后，也能
通过北斗上报ROV航行器的位置，避免丢失；

[0046] 3、本发明中ROV航行器采用6个推进器来实现ROV航行器的运动控制，可控制ROV航行器实现悬停、前进、后退、上浮、下潜、向左平移、向右平移、向左滚动、向右滚动、向左转
弯、向右转弯等多种动作，使得ROV航行器在水中能实现多个自由度的灵活运动，此外装配
了深度计、高度计，具备精准的定深和定高保持功能，能够进入复杂的导管架中开展稳定的
作业；

[0047] 4、本发明基于Modbus构建了腐蚀检测ROV水上至水下的通信协议，该协议层次清晰，简单明了，扩展性比较好，能够可靠的满足使用要求。

[0048] 因此，本发明可以广泛应用于海底管道腐蚀检测领域。

附图说明

[0049] 图1是本发明基于ROV的控制及信息系统采用的通信传输光纤示意图；

[0050] 图2是本发明基于ROV的控制及信息系统的结构示意图；

[0051] 图3是本发明水下通信系统原理框图；

[0052] 图4是本发明ROV控制系统组成树图；

[0053] 图5a和图5b分别是本发明ROV载体推进器布局的俯视图和侧视图；

[0054] 图6是本发明ROV航行器水下工作流程图。

具体实施方式

[0055] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

[0056] 如图1～图4所示，本发明提供的一种基于ROV的海底管道检测系统，其包括岸上显控平台和水下通信系统，岸上显控平台与水下通信系统之间通过光纤通信模块进行数据传
输。其中，水下通信系统包括ROV航行器以及搭载在ROV航行器上的水下数字光端机、视录设
备和成像声呐设备。ROV航行器在岸上显控平台的控制下，在水下按照预设巡航弹道进行巡
航，同时对视录设备和成像声呐设备的状态进行控制；视录设备对巡航过程中的视频数据
进行采集，且4路摄像头所采集的视频信号直接接入水下数字光端机的视频输入口；成像声
呐设备对航行器巡航过程中进行声呐探测，探测数据接入水下数字光端机的百兆以太网接
口；水下数字光端机将接收到的所有信号转换为光信号，再通过光纤通信系统传输至岸上
显控平台，由岸上显控平台对接收到的数据进行显示处理。

[0057] 进一步的，如图1所示，光纤通信模块包括第一光纤轴、第二光纤轴以及通信光纤，其中，第一光纤轴和第二光纤轴上绕制有光纤直径为0.4mm的微细光纤，第一光纤轴和第二
光纤轴外涂固定胶；第一光纤轴上的0.4mm微细光纤的一端与岸上显控平台相连，另一端与
通信光纤相连；通信光纤采用光纤直径为2.3mm的光纤，其另一端通过水密连接器与第二光
纤轴上的微细光纤相连，第二光纤轴上的微细光纤与水下通信系统相连。其中，第二光纤轴
固定设置在ROV载体上，当2.3mm的通信光纤被障碍物缠绕卡住时，在拉扯力作用下，第二光
纤轴上的0.4mm微细光纤可以自动释放，进而避免ROV载体因为光缆被缠住而受困。

[0058] 进一步的，由于本发明ROV航行器自带电池供电，光缆仅具备通讯功能，且通讯总数据量并不大，因此本发明仅采用一根光纤来实现岸上显控平台与水下通信设备的通讯，
为了防止使用过程中光缆意外受力断裂，光缆必须有一定抗拉性，本发明选用的光纤为
Folmat公司FM011402SM系列水下特种光纤，光纤直径2.3mm，破断拉力为136Kg，可以有效满
足抗拉性要求。

[0059] 进一步的，如图3所示，ROV航行器包括航行器外壳以及设置在航行器外壳内的ROV控制系统、推进器组、其他探测设备、电池组以及供电管理组件。其中，ROV控制系统根据岸
上显控平台发送的控制信号对推进器组进行控制，使得ROV航行器能够按照预设巡航弹道
在水下移动；其他探测设备用于对ROV航行器移动过程中水体和ROV航行器自身数据进行采
集，采集的数据发送到ROV控制系统；ROV控制系统对接收的数据进行数据综合后，通过串口
(RS422)接入水下数字光端机的RS422接口，并发送到岸上显控平台；供电管理组件用于将
电池组所提供的电能按照各设备所需电压等级进行转换后，为ROV航行器上装载的所有设
备供电。

[0060] 进一步的，ROV控制系统主要采用分布式网络总线构建，采用的总线形式有：RS485、CAN、以太网。

[0061] 进一步的，其他探测设备包括导航设备和ROV示位设备。其中，导航设备包括光纤航姿陀螺(或MEMS陀螺)、深度传感器、高度计、CP探头、超短基线信标；光纤航姿陀螺(或
MEMS陀螺)用于采集ROV航行器移动过程中的航姿数据；深度传感器用于采集ROV航行器所
处水位的深度数据；高度计用于采集ROV航行器至水底的高度信息；CP探头用于采集导管架
相关的腐蚀信息；超短基线信标用于ROV航行器的水声定位。ROV示位设备包括北斗示位组
件和频闪灯，北斗示位组件和频闪灯用于在发生紧急情况时进行北斗示位和声光示位，便
于对ROV航行器进行打捞。

[0062] 进一步的，本发明中导航设备选型情况如下表1所示。

[0063] 表1导航设备选型

[0064]

[0065]

[0066] 进一步的，ROV航行器中，航行器壳体可以实现ROV航行器的使用深度为：0m～300m；各组件、部件的机械安装接口按总体提出的机械接口要求执行；尺寸及重量：按总体
提出的尺寸及重量要求执行。

[0067] 进一步的，如图5a和图5b所示，推进器组包括1个主推、3个垂推和2个侧推，各推进器分别通过模拟接口与ROV控制系统相连，在ROV控制系统控制下推动ROV航行器移动。以航
行器壳体中心为原点，建立三维坐标轴，其中，X轴正方向指向ROV航行器前端，Y轴正方向指
向航行器右端(俯视)，Z轴正方正方向指向水面；则各推进器的位置分别为：主推设置在航
行器外壳的尾部，用于实现ROV航行器的前进和后退控制；1#垂推和3#垂推分别设置在航行
器壳体前部，并对称设置于中轴线两侧，2#垂推设置在航行器壳体后部的中轴线上，1#垂
推、2#垂推用于实现ROV航行器的俯仰、浮潜及横滚控制，3#垂推用于实现ROV航行器的俯仰
及浮潜控制；1#侧推和2#侧推设置在ROV航行器的头部和尾部，用于实现ROV航行器的航向
和左移右移控制。

[0068] 进一步的，岸上显控平台包括岸上数字光端机、数据采集卡和综合显示器，岸上数字光端机用于接收水下数字光端机发来的光信号，并对数据进行解析，解析数据由视频采
集卡、数据采集卡进行数据采集后在综合显示器上进行显示。同时，岸上显控平台的控制指
令也通过同样的方式传至水下通信系统，进而实现对ROV航行器的控制。

[0069] 进一步的，水下数字光端机还设置有开关量接口，可以传输4路开关量信号(IO信号)，如有意外情况发生(如通信故障)，岸上显控平台可以直接对水下数字光端机的开关量
接口进行操作，进而操控ROV航行器的应急处理装置，使ROV航行器紧急浮出水面。

[0070] 进一步的，岸上显控平台与水下通信系统中ROV航行器的实时操控数据通过串口RS422传输，协议采用兼容的MODBUS‑RTU方式实现数据传输，用以实现ROV航行器的信息反
馈、参数下载、指令下载等内容。在通信系统中，主站是岸上显控平台，从站是ROV航行控制
电路，主机(显控平台)主动发起数据传输(查询)，从机(ROV航行控制电路)返回对应于查询
指令的内容，或处理查询所要求的动作。

[0071] 具体的，传输协议包括采用03功能码、05功能码、06或16功能码，其中，03功能码用于实现对ROV载体信息的查询，ROV根据相应的地址内容做出信息回复；05功能码用于操作
ROV载体的各载荷或响应单个指令；06或16功能码用于实现参数下载。各功能码的具体定义
如下表2～表4所示。

[0072] 表2功能码03查询定义

[0073]

[0074]

[0075] 表3功能码05操纵定义

[0076] 数据说明 功能码ROV自检启动 05
ROV预备启动 05
ROV航行启动 05
ROV航行终止 05
ROV断电 05
ROV紧急停车 05
电磁铁24V开启和关闭 05
往复冲击24V开启和关闭 05
声呐24V开启和关闭 05
推进器150V开启和关闭 05
左照明灯开启和关闭 05
右照明灯开启和关闭 05
探头摄像机开启和关闭 05
顶部摄像机开启和关闭 05
底部摄像机开启和关闭 05
高度计开启和关闭 05

[0077] 表4 06/16功能码定义

[0078]

[0079]

[0080] 本发明还提供一种基于ROV的海底管道检测系统的工作方法，包括以下步骤：

[0081] 1)根据实际需求，确定ROV航行器的工作模式，并通过岸上显控平台发送相应的系统工作模式指令到ROV航行器。

[0082] 2)ROV航行器中的ROV控制系统根据岸上显控平台发送的系统工作模式指令，在指定工作模式下，执行相关作业任务。

[0083] 上述步骤1)中，ROV航行器主要有两种工作模式：自动巡航模式和手动操纵模式。自动巡航模式下，ROV航行器可以根据岸上显控设备下载的航向、航时、航深、航速参数信息
进行自动巡航。手动操纵模式下，ROV航行器具备相关的姿态稳定、定深保持功能，此时可接
收岸上显控设备下达的实时控制信息，完成上浮下潜、前进后退、抬头低头、左右平移等一
系列动作，进而执行相关作业任务。

[0084] 上述步骤2)中，ROV航行器中的ROV控制系统根据岸上显控平台发送的系统工作模式指令，在指定工作模式下，执行相关作业任务的方法，包括以下步骤：

[0085] 2.1)ROV航行器自检完成后，等待岸上显控平台发送不同的系统工作模式指令，并根据不同的系统工作模式指令，启动ROV航行器中的推进器组，同时导航设备航行准备就
绪；

[0086] 2.2)手动操作模式下：ROV航行器接收岸上显控平台发送的实时控制信息，在导航设备的配合下，控制ROV航行器执行相关作业任务，具体的，ROV控制系统控制推进器组完成
增量变深、增量变高、增量变向、增量俯仰、增量横滚控制；

[0087] 2.3)自动巡航模式下：从岸上显控平台下载的航向、航时、航深、航速参数信息，并根据装订的航路信息，完成自动定深、自动定向，并在航路任务执行完毕时，向岸上显控平
台发出提示信息；

[0088] 2.4)声遥控方式下：根据超短基线的导引信息，ROV控制系统在导航设备的配合下，控制推进器组完成返航。

[0089] 上述步骤2.2)中，ROV航行器接收岸上显控平台发送的实时控制信息，在导航设备的配合下，执行相关作业任务的方法，包括以下步骤：

[0090] 2.2.1)准备：岸上显控平台发送“载体自检”指令给ROV航行器，ROV控制器的ROV控制系统完成ROV航行器的自检。

[0091] 2.2.2)预备：岸上显控平台发送“载体预备启动”指令给ROV航行器，ROV控制系统控制ROV航行器预备启动成功后进入航行阶段；

[0092] 2.2.3)航行：岸上显控平台发送“载体航行启动”指令给ROV航行器，ROV航行器根据预设巡航弹道开始航行。

[0093] 2.2.4)终止：若遇到紧急情况或任务结束，则岸上显控平台发送“载体航行终止”指令给ROV航行器，ROV航行器终止航行。

[0094] 上述步骤2.2.1)中，ROV控制器的ROV控制系统完成ROV航行器的自检的方法，包括以下步骤：

[0095] a)接通ROV航行器上的上电开关；

[0096] b)确认ROV航行器通电(例如可以等待上电10秒后)后，岸上显控平台发送“载体自检”指令给ROV控制系统。

[0097] c)ROV控制系统收到“载体自检启动”命令后，立即应答“载体自检启动”，随后ROV控制系统开始对ROV航行器进行自检，完成自检后将自检结果发送到岸上显控平台，如自检
正常，则回复“载体自检正常”；如自检异常，则回复“自检异常”及相应的故障码信息用于故
障定位；

[0098] d)岸上显控平台收到“载体自检正常”应答后，发送“惯导装订参数”给ROV控制系统，ROV控制系统的惯导开始进行对准，直到ROV航行器的惯导工作状态转入“INS导航”时，
结束装载“惯导装订参数”，此时，自检完成，可以进入预备阶段。

[0099] 上述步骤2.2.2)中，预备阶段包括以下步骤：

[0100] a)岸上显控平台发送“载体预备启动”命令给ROV控制系统；

[0101] b)ROV控制系统收到“载体预备启动”命令后，立即应答“载体预备启动”指令，随后开始预备相关工作，包括开启相关电源，螺旋桨试转等；

[0102] c)若ROV航行器预备启动成功，则发送“预备启动成功”给岸上显控平台，此时可以进入航行阶段。

[0103] 上述步骤2.2.3)中，航行阶段包括以下步骤：

[0104] a)需要启动ROV航行器时，岸上显控平台发送“载体航行启动”命令，并选择工作模式为手动模式或自动模式；

[0105] b)ROV航行器收到相应的启动命令和模式命令后，立即应答相关命令，然后等待“任务参数”；

[0106] c)岸上显控平台收到“载体航行启动”应答后，延时200ms发送“任务参数”；

[0107] d)ROV载体收到“任务参数”后，立即应答“任务参数”，然后根据“任务参数”控制推进器组执行相关动作。

[0108] 具体的，ROV控制系统对推进器组进行控制时，ROV控制系统中设置有纵向运动控制器模块、横向运动控制器模块、垂向运动控制器模块、横滚运动控制器模块、俯仰控制器
模块和转艏运动控制器模块，各控制器模块的设计策略：

[0109] a)纵向运动控制器设计：纵向运动采用开环控制，根据主推的转速得出ROV的速度，开环控制均有控制简单，成本低的优点。

[0110] b)横向运动控制器设计：横向运动采用开环控制，开环控制时需要大概知道该海域的海流大小。

[0111] c)垂向运动控制器设计：垂向运动控制位置ζ，即定深或定高，采用“测速反馈+PI+前馈”或“二阶ADRC控制器+前馈”。

[0112] d)横滚运动控制器设计：横滚运动控制器主要是为了主动抑制横滚运动，横滚运动控制采用闭环控制，姿态信息来自光纤航姿系统。横滚运动的抑制一方面通过重心下降
量实现；另一方面，可通过横滚控制器来抑制横滚。横滚控制器采用“前馈+PI”的控制方法。

[0113] e)俯仰控制器设计：俯仰控制器主要有两个功能：俯仰抑制，即将俯仰角保持在0°附近；固定俯仰角爬潜，此时可关闭垂推节省能量。闭环控制采用“前馈+PI”。

[0114] f)转艏运动控制器设计：转艏运动控制器主要完成航向保持或航向机动，闭环控制时，采用“前馈+PD测速反馈”或“前馈+二阶ADRC”控制器。

[0115] 通过采用上述自由度控制器的设计，使得本发明可以达到如下指标：①转角修正：静水中航向修正精度小于10°；②横滚修正：静水中横滚小于5°；③俯仰修正：静水中俯仰修
正精度小于5°；④定深控制：静水中控制精度小于2m。

[0116] 上述步骤2.2.4)中，终止阶段包括以下步骤：

[0117] a)在航行过程中，若遇到紧急情况(根据故障码及载体运动状态)或任务结束，可以随时终止航行任务，此时岸上显控台发送“载体航行终止”。

[0118] b)ROV航行器在收到“载体航行终止”后，立即应答“载体航行终止”，然后开始开始启动相应的停机流程。

[0119] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除
在本发明的保护范围之外。