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技术案例|同舟共济 鉴影度形，福清海底构筑物安全监测评估试验在碧波万顷的东海之滨，一场"透明海洋"正悄然发生。福建省海洋地震观测中心与同盛海洋协同联手在福清某海上风电场亮出"定海神针"——全球领先的Coda PIPE C500三维实时成像声呐系统与TS POS 15惯性导航系统组成的黄金搭档，正以高精度解析海底密码。 前 言 1.1 项目概况 近年来，随着国家对水下构筑物维护和加固工程的高度重视，尤其是海上风电建设的战略投资持续攀升，水下结构安全检测评估需求日益迫切。先进的水下实时三维成像声呐系统应运而生，其核心技术在于将声呐采集的点云数据精准转化为具有类光学全息效果的三维立体图像。 该系统凭借其卓越的高分辨率、高精度和非接触式实时测量优势，能够对水下目标进行全面、快速、准确扫描测量，实现对水下构筑物的立体化、数字化呈现。在结构安全评估领域，该技术可精准识别变形、裂缝、空洞、剥落及基础冲刷等各类结构缺陷，为工程决策提供可靠依据，有效防范潜在安全隐患，助力水下工程实现全生命周期健康管理，为海洋工程安全运行保驾护航。 1.2 工作依据 依据国家能源局2023-02-06发布实施的《海上风电场工程结构安全监测建设规范》（NB/T11085-2023）要求开展观测试验。 测量方案及设备 根据检验技术标准、规范要求，结合本次风电检测项目工程的实际情况，本次投入的主要检测设备包括： 图2-1 Coda PIPE C500三维实时成像声呐系统 图2-2 TS POS 15 三维实时成像声呐系统具有大范围、宽角度、高精度的水下实时成像能力，即使在低透明度的浑浊水域也能够提供较好的成像效果。系统主要由声呐头、云台、安装板及连接电缆几部分构成，其中通过声呐系统实时获取海底或水下构筑物的三维信息，通过云台系统调节声呐探头扫描的角度。 Coda PIPE C500将探测密度创新性提升到180 x 180波束，在低能见度或零能见度的水域内，都能以类似视频的数据格式，呈现出无与伦比的动态清晰度和物体移动情况。Coda拥有专利独创的统计渲染技术，进一步提高图像的清晰度，为用户呈现直观且易于解读的图像。 图2-3 三维图像声呐效果图 三维实时成像声呐主要性能参数 同声盛德TS POS15主要性能参数 测量实施 3.1 测量方法 本次测量使用Coda PIPE C500水下三维声呐设备、同声盛德TS POS 15惯导系统及配套软件4G USE进行系统配置和外业数据采集和处理。将惯导接收到的网络差分信号用于RTK改正，来提供高精度定位数据与归算的实时潮位数据；使用输出时间数据（ZDA+PPS）进行时间同步，用以消除时间延迟误差；通过惯导输出姿态和艏向数据，实时改正船体姿态，消除水浪对船体姿态的影响；通过4G USE采集软件实现对云台和换能器的调节，根据测量目标位置与形态，调整云台方向，来实现换能器方向与目标对准，再根据接收到的图像实时调整换能器收发增益、阈值、量程等参数，使图像数据最优化。 3.2 设备安装与测试 图3-2（1）云台和探头安装图 图3-2（2） 甲板端连接 3.3 数据采集 数据采集前，仔细检查系统设备是否工作正常，检查系统设备参数设置是否正确，检查船体坐标系统设定是否正确，检测坐标系统定义是否正确，检查声速改正参数是否正确，检查测量范围文件、导航测线文件等是否正确。 根据测量目标及精度要求，设定工作频率（一般设置375KHZ），合理调整换能器收发增益、阈值、量程、噪声抑制等参数，获取干净的数据，再按照预定的测量方式，适时调整云台方向，沿着测线进行数据采集。 图3-3 现场数据采集实时影像 成果展示 本次检测获得了风电平台水下桩基及其附近海底地形的现状，采集的数据通过人工去噪后各桩基和海底地形三维图像具体如下： 图4-1风机影像图 测试总结 通过此次三维实时成像声呐系统对风电平台水下基础的测试，有效地评估了风电平台水下基础及周边海底地形，为后续该风电平台水下海底地震仪的安装布设提供了详细、准确的水下地形及构筑物资料，也为将来海底构筑物、海底电缆等施工建设与正常运营阶段的安全检测评估提供重要的技术支撑，助力海洋工程装备的安全检测评估迈入新阶段。 |
