◎楊永 上海東華建設(shè)管理有限公司

在海纜定位領(lǐng)域中,路由探測(cè)(Routing detection)和埋深探測(cè)(Depth detection)問(wèn)題是研究者最為關(guān)注的問(wèn)題之一。路由探測(cè)即探測(cè)獲知海纜在海底的鋪設(shè)位置以及海纜在海底的鋪設(shè)軌跡。埋深探測(cè)即探測(cè)獲知海纜在海底的鋪設(shè)深度。

1.海纜的探測(cè)方法

現(xiàn)如今，海纜的探測(cè)手段以有無(wú)源分為有源探測(cè)法和無(wú)源探測(cè)法。前者有以下兩種方法：①交流磁場(chǎng)法；②絕對(duì)磁場(chǎng)法。后者有以下兩種方法：①聲和光學(xué)探測(cè)法；②金屬探測(cè)法。

金屬探測(cè)法是并不常用。使用探測(cè)金屬對(duì)海纜的位置進(jìn)行探測(cè)，該方法優(yōu)勢(shì)在于不必添加信號(hào)即可探測(cè)海纜的信息。但是其缺點(diǎn)同樣明顯：無(wú)法探測(cè)一米以外的海纜位置。所以依然存在很大的改進(jìn)空間。聲學(xué)和光學(xué)探測(cè)法是利用聲吶或者攝像機(jī)完成探測(cè)任務(wù)。通過(guò)聲吶發(fā)出聲波以及攝像機(jī)完成圖像采集的方式來(lái)獲得海纜的路由，同時(shí)在經(jīng)過(guò)人工測(cè)繪后，完成海纜走向示意。但是該方法的缺點(diǎn)為無(wú)法精準(zhǔn)定位海纜位置以及成本高昂難以實(shí)現(xiàn)普及。絕對(duì)磁場(chǎng)法需要提前在海纜鋪設(shè)前加設(shè)直流信號(hào)，使用磁場(chǎng)探測(cè)設(shè)備來(lái)追尋路由位置。該方法具有靈敏性高，便于探測(cè)的特點(diǎn)，但是缺點(diǎn)同樣明顯：若海底環(huán)境復(fù)雜，磁場(chǎng)雜且多，那么就會(huì)無(wú)法探測(cè)到海纜路由的情況。交流磁場(chǎng)探測(cè)法也是在海纜中加設(shè)信號(hào)，利用探棒來(lái)確定海纜位置，具體過(guò)程為，信號(hào)會(huì)釋放電壓信號(hào)，探棒也會(huì)釋放相同的信號(hào)，在兩者相靠近時(shí)，會(huì)被探棒捕獲，之后經(jīng)過(guò)人工分析后，即可判斷海纜的信息。但是該技術(shù)對(duì)工作人員的專(zhuān)業(yè)能力要求高，且技術(shù)存在改進(jìn)的地方，沒(méi)有發(fā)展成熟，仍然需要進(jìn)一步的分析。

2.系統(tǒng)架構(gòu)介紹

2.1 方案運(yùn)行思路

步驟為：第一步，探棒發(fā)射信號(hào)在布設(shè)海纜的海洋中尋找海纜發(fā)出的信號(hào)。第二步，根據(jù)探棒捕捉到的信號(hào)來(lái)判斷海纜的信息。第三步，感應(yīng)線(xiàn)圈的移動(dòng)形式可以初步獲取海纜的走向信息。根據(jù)信息判斷海纜位置。第四步，根據(jù)以上信息獲取埋深位置。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示,系統(tǒng)包括探棒感應(yīng)模塊1；濾除干擾信號(hào)模塊2；峰值信號(hào)提取模塊3；核心處理器模塊4；鍵盤(pán)模塊5；液晶顯示模塊6；電源模塊7。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行流程

聯(lián)系順序?yàn)椋旱谝惶桨舾袘?yīng)電路11的連接第一濾除干擾信號(hào)電路21連接第一峰值信號(hào)提取電路31；第二探棒感應(yīng)電路12連接第二濾除干擾信號(hào)電路22連接第二峰值信號(hào)提取電路32；以上連接分別為輸入輸出聯(lián)輸入。且第一峰值信號(hào)提取電路31的輸出端與第二峰值信號(hào)提取電路32的輸出端分別連接AD信號(hào)采集電路41的輸入端,鍵盤(pán)模塊5連接核心處理器模塊4的第一I/0端口43,核心處理器模塊4的第二I/0端口44連接液晶顯示模塊的輸入端,電源模塊7通過(guò)核心處理器模塊4的電源接口42分別連接探棒感應(yīng)模塊1、濾除干擾信號(hào)模塊2.峰值信號(hào)提取模塊3,核心處理器模塊4、鍵盤(pán)模塊5和液晶顯示模塊6。

圖2 第一探棒感應(yīng)電路圖

再次，峰值信號(hào)提取系統(tǒng)的重要組成部分為運(yùn)算放大器，該放大器的電源采用單電源。

隨后，顯示模塊利用發(fā)光二極管完成，電源模塊由：電池（1個(gè)）、三端穩(wěn)壓管—（1個(gè)）構(gòu)成。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容如下：濾除干擾模塊的應(yīng)用方式通過(guò)RLC串聯(lián)諧振電路完成。峰值信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法為運(yùn)放對(duì)峰值信號(hào)正半周方法，之后使用RC電容濾波完成峰值信號(hào)的提取。之后，人機(jī)交互系統(tǒng)和單片機(jī)處理系統(tǒng)利用軟件編寫(xiě)系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的外觀可見(jiàn)圖3。

圖3 海纜探測(cè)系統(tǒng)外觀圖

3.2 軟件設(shè)計(jì)

探測(cè)系統(tǒng)的軟件組成為：顯示屏、海纜路由探測(cè)裝置、核算、校對(duì)誤差工具、埋深計(jì)算模塊、雙通道的AD采樣模塊組成。各個(gè)組成部分獨(dú)立編寫(xiě)后，組合一起。詳情可見(jiàn)圖4。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

4.應(yīng)用效果分析

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，該探測(cè)系統(tǒng)的誤差降低了22.2%，如今的誤差降低為10%左右，這表明，雙探棒式海纜路由及埋深探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可以用于實(shí)踐的。除此之外，經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)海纜探測(cè)，精準(zhǔn)測(cè)出海纜的坐標(biāo)、埋藏深度等信息。并且該設(shè)計(jì)中加入了誤差校對(duì)模塊，可以進(jìn)一步提高探測(cè)的準(zhǔn)確性。所以，實(shí)踐證明，雙探棒式海纜路由及埋深探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海纜的探測(cè)要求，且極大的降低了誤差，提高了探測(cè)效率。

5.結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種用于海纜探測(cè)的技術(shù)——雙探棒式的海纜探測(cè)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的構(gòu)成有：①探棒感應(yīng)模塊；②濾除干擾信號(hào)模塊；③峰值信號(hào)提取模塊；④核心處理器模塊；⑤鍵盤(pán)模塊；⑥液晶顯示模塊；⑦電源模塊。使用方法為：編寫(xiě)符合設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)并將這些模塊設(shè)置在某個(gè)硬件外觀中。在該設(shè)計(jì)完成組建后，用于實(shí)際海纜探測(cè)中發(fā)現(xiàn)，可以精準(zhǔn)獲取海纜的信息。所以，本文研究的海纜探測(cè)系統(tǒng)可以有效獲得海纜埋深等信息，并且具有操作簡(jiǎn)單，精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。