[0001] 本发明涉及海洋平台桩基就位状态监测设备技术领域，特别涉及一种适用于海洋平台桩基就位状态监测的水下搭载装置。

[0002] 自升式平台作为海上油气开发的重要设施，应用十分广泛。在作业时，平台通过自身的压载将桩基插入合适的地基土，以提供平台作业支撑力；可见，平台的就位稳性对平台的安全生产起着重要的保障作用。

[0003] 然而由于海底地质条件复杂和反复插桩造成地基变化，自升式平台在实际进行插桩和预压载时，经常遇到一些风险事故，其中以穿刺风险和"踩脚印"滑移风险最为常见。如果实际插桩深度过浅，桩靴部分或全部暴露在地基土层外，使桩靴面临海流冲刷、平台晃动引发底部泥土液化流失的风险，可能造成平台出现滑移导致平台倾覆的风险。

[0004] 目前，桩基就位监测方式主要为采用船舶搭载的多波束声呐测量设备进行扫测，可针对整个就位区域范围内水下地形进行扫测，生成整场范围的水下地形图，查看桩基周边海床的冲刷情况，包括桩基掏空情况等。

[0005] 虽然船舶搭载的声呐测扫设备通常具有作业效率高，使用方便等特点，但由于声呐设备固定在船上，环境参数的动态影响会对测量精度产生一定影响，且测量只能生成类似点云图像，缺乏水下近距离可见光成像辅助观察。

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

[0035] 本发明提供的一种适用于海洋平台桩基就位状态监测的水下搭载装置，请参考附图1至附图4，水下搭载装置主要包括：水下光学成像系统1、姿态传感器2、水平推进装置3、垂直推进装置4、水下照明系统5、水深传感器6、温度传感器7、主体框架8、声呐9、通讯系统10和浮箱11。

[0036] 浮箱11设于主体框架8，浮箱11用于吸收和排出液体，以使主体框架8实现上浮和下潜，并可实现主体框架8悬停于水下的预设位置。

[0037] 水下光学成像系统1设于主体框架8的一侧，且水下光学成像系统1位于主体框架8前进方向的前端；水下光学成像系统1可以采用CCD相机，其具备防水性高、体积小、工作能耗低等优点。

[0038] 声呐9设于浮箱11的上方，用于将声纳数据转换为声纳图像；声呐9具备综合水声和水下终端数据处理能力，将水下声呐数据转化为声呐图像，利用图像方式传输声呐扫描信息，可实现低可见度环境水下工程的监测，实时获取清晰的二维图像，声呐9优选放置在主体框架8的中部。

[0039] 姿态传感器2和水深传感器6设于主体框架8，且分别位于声呐9的两侧，且位于主体框架8前进方向的前端；

[0040] 姿态传感器2包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，可通过方向余弦阵解算出接近真实值的姿态角。可输出360°全方位姿态和航向，其中，横滚和俯仰精度小于0.5°，航向角精度小于1°。水深传感器6中的压力传感元件受到压力时产生电压，从而改变电阻或改变传感器输出的振荡频率，从而计算当前水深。具体地，可采用PA500型设备，其工作频率较高，量程在0.1‑10m之间，数字分辨率达到1mm。

[0041] 水下搭载装置还可设有温度传感器7，可组成TCP/IP的温度采集网络，实现远程采集温度，温度传感器7放置于主体框架8运行方向的前端。在水下搭载装置入水后，水平推进装置3和垂直推进装置4具备前进后退、上浮下潜、左右横移、航向、俯仰和横滚六个自由度方向运动，可进行海底全方位观测。下水后完成姿态传感器2、水深传感器6和温度传感器7的校准。

[0042] 两组水平推进装置3设于主体框架8，且分别位于声呐9的两侧；两组垂直推进装置4设于主体框架8，且分别位于声呐9的两侧，分别对应设于水平推进装置3的上方。

[0043] 水平推进装置3和垂直推进装置4构成了水下搭载装置的推进器，每组水平推进装置3的个数最好为两个，每组垂直推进装置4的个数为两个，位于声呐9任意一侧的两个水平推进装置3和两个垂直推进装置4均沿主体框架8的前进方向依次布设。本发明通过流体动力学分析，形成了四个水平推进装置3和四个垂直推进装置4的布置方案，呈不同角度矢量布置，避免了各推进装置之间的干扰；建立流体动力学数值仿真模型，估算了迎流方向阻力和推力值，确定了推进装置的性能参数。推力通过桨轴和推力轴传递给载体平台，具备前进后退、上浮下潜、左右横移、航向、俯仰和横滚这六个自由度方向运动。与此同时，结合上述的浮箱11，通过浮箱11内部抽入海水，使装置所受重力大于浮力，结合水平推进装置3和垂直推进装置4，从而完成装置的下潜动作。

[0044] 通讯系统10安装在声呐9上，且位于主体框架8前进方向的后端，通讯系统10和声呐9、水下光学成像系统1、姿态传感器2、水深传感器6、水平推进装置3和垂直推进装置4通讯连接，以得到水下数据，通讯系统10用于将水下数据经数据传输线缆同时上传至水平操作台。

[0045] 可见，通信系统10包含水下各模块控制器、数据采集传感器及水面操作台之间的通讯。采用光电复合缆进行数据的传输和通讯，水下各部分采用总线的通讯形式，包括水下照明、推进器和各传感器的信息，通过水下控制器汇总后，采用多线程编程技术，经数据传输线缆同时上传至水面操作台。

[0046] 在一些实施例中，主体框架8为一体结构，包括横梁和两块侧板，横梁安装有声呐9、水平推进装置3和垂直推进装置4、姿态传感器2和水深传感器6；两块侧板和横梁连接，两块侧板分别位于横梁的两侧，其中一块侧板安装有水下光学成像系统1，水下光学成像系统
1位于侧板面向声呐9的一侧。

[0047] 针对主体框架8的具体设置方式，横梁优选为铝合金材质，侧板优选为聚丙烯材质，侧板设有若干减重孔。

[0048] 主体框架8可采用含玻纤加强聚丙烯侧板及底部铝梁一体式框架设计，聚丙烯材质具有密度小、吸水率低、强度韧性好的特点，底部铝梁采用铝合金材质，采用梁设计具有刚性好，阻水面小的优点，同时对铝梁进行硬质阳极氧化处理，增大框架的耐腐蚀性。

[0049] 垂直推进装置4、姿态传感器2和水深传感器6均设于横梁的上方，水平推进装置3设于横梁的下方，如此设置，可以进一步优化水下搭载装置的布局方式，确保水下搭载装置在水下运行平稳可靠，提升作业的可靠性和稳定性。

[0050] 在一些实施例中，水下搭载装置还包括水下照明系统5，两块侧板均设有水下照明系统5，水下照明系统5位于水平推进装置3的下方。

[0051] 在本实施例中，因水下搭载装置向前推进，因此前方的观测较为重要，水下照明系统5设有两个，分别位于水下光学成像系统1的下方的左右两侧，且位于声呐9的左右两侧对称分布，使水下光学成像系统1得清晰的视频图像。

[0052] 使用时，利用通讯系统10并通过水下光学成像系统1、水下照明系统5和声呐9，控制水下搭载装置在海洋平台桩基就位位置周围移动，采集图像声呐信息。利用水平推进装置3和垂直推进装置4对桩基周围进行巡视，确定海洋平台桩基整体轮廓，明确检测重点区域。当通过水下光学成像系统1、水下照明系统5和声呐9确定检测重点区域后，通过浮箱11内海水承压比，确定悬停位置，减少因推进装置损耗的功率，根据水下光学成像系统1、声呐9的导航巡视成像数据对检测部位进行定点成像检测。判断桩基入泥位置，对入泥位置四周进行成像判定入泥位置是否存在悬空等。若检测区域环境水域水质较差，光学成像系统1可能因水质浑浊度高无法观测，因此采用水深传感器6测定入泥点水深的方式反推入泥深度。
根据图像声呐的导航数据，通过控制装置抵达桩基入泥位置，在入泥位置桩基四周均匀选取六个点位分别读出位置深度，以此确认入泥点位置距离水面的高度，倒推出桩基入泥的深度。

[0053] 浮箱11包括多个阵列排布的压力舱，任一压力舱设有电磁阀110和抽吸泵111，电磁阀110连接抽吸泵111，通过电磁阀110的开启实现抽吸泵111对液体的吸收和排出。

[0054] 也即浮箱11采用分段式压力舱设计，每个舱室单独配备电磁阀110和抽吸泵111，搭载的抽吸泵111可实现浮箱内压载水不断排放和增加的过程，进而改变浮力和重力的比重关系，装置完成上浮或下潜等动作，且可在海底固定位置悬停，减少了推进装置的工作能耗，提高了观测稳定性。浮箱11整体还可采用流线型结构，降低航进阻力与尾部涡流，并增加导流槽，提高水下搭载装置上浮下潜能力。

[0055] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。