海底管线铺设导航、定位、测量技术探讨

海底管线铺设导航、定位、测量技术探讨

胡建军李涛

胡建军李涛（天津港湾水运工程有限公司天津塘沽300453）

中图分类号：P7文献标识码：A

摘要：GPS全球导航定位系统具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简单等特点。近年来，尤其是海洋工程的不断实施，使GPS在海洋施工过程中担任着非常重要的角色；电罗经具有稳定快，精度高等特点，现主要用于海上施工船舶的航向确定。本文主要介绍电罗经配合GPS在海底管线铺设中的应用原理及技术。

关键词：GPS罗经数据链海管铺设

在海洋油产量飞速发展的今天，海洋工程显示出了更重要的任务。与此同时，海洋测绘、导航、定位也突出了专业的优越性。海底管线铺设包括海底油管线、海底水管线、海底气管线、海底混输管线的铺设，主要是通过海上铺管船舶、焊工检验、测绘的共同配合完成的。

一、全球定位系统（GPS）简介

全球定位系统即GPS，采用24颗导航卫星，在全球范围内任何地点、任何时刻都可以同时接收到4颗以上的卫星导航信息，从而实现了全天候定位工作。差分GPS(DGPS)的基本原理是地面站在一已知点上接收GPS信息，与已知点坐标进行比对，从而求取其差值，将此差值发送给各移动台。移动台用此差值对接收到的GPS数据进行改正，从而将GPS的定位精度提高到±1.0－2.0m。

在海上油田开发项目中，DGPS系统采用自动接收沿海差分台的差分信息，差分台站是国家标准差分发射台，差分格式为标准的RTCM-104格式，差分更新时间优于10秒。

导航/定位软件系统的导航/定位软件为天津港湾公司自行开发研制，根据海上定位工作的需要进行及时调整，适用性强、操作简单、系统开放性强大，用于高斯投影和UTM投影，系统内置BJ-54坐标系、WGS-84坐标系和WGS-72坐标系统。只要在图幅参数设置中输入坐标参数，可以与任何坐标系统连接，是一套开放性很强的定位系统。本系统集水表导航/定位和USBL水下导航/定位于一体，能够直观地反映船行航迹和管线铺设的位置偏差。

二、海管铺设的基本原理

作业船只的位置确定，首先通过DGPS计算DGPS天线位置的实时大地坐标，以及电罗经的实时船艏向，并根据GPS天线相对于船尾中心的位置计算船尾中心的大地坐标，然后以船尾中心位置为基本点，根据电罗经的船首向，和作业船上各作业点相对于船尾中心的位置计算各作业点的实时大地标，并实时显示在导航定位系统显示屏上，为作业过程中的相关操作提供位置和导航信息。管线铺设定位步骤如下：

1.数据准备。根据甲方的提供的设计数据和作业要求，确定油田工作区域采用的坐标系、投影方式、电罗经自动补偿参数、定位方式、设备选择、资料存贮路径等参数。

2.测算作业船相关作业点位置。设备安装完毕后，先测量主作业船上相关的作业点（GPS天线，对中站、各锚缆孔等）相对于船艉中心点的位置，拖船相关作业点（GPS天线、船艉抛锚滚筒等）相对于船尾中心的位置，将相关参数输入导航/定位系统中，用于系统自动推算相关作业点的位置。

3.输入油气田海管及相关坐标数据。根据业主提供的测区已有管线、待铺管线及相关水上、水下结构物的坐标数据，输入到定位系统工作软件，在计算机屏幕上显示管线及周围相关参照物的相互之间关系，供作业船只进行作业时参考，以避免工作船抛锚及其他作业中损坏已有管线或其他水上、水下结构物。

4.作业船就位。在导航/定位系统中输入作业船进行管线铺设的起始位置，导航作业船航行至管线铺设起始位置进行就位。

5.布设锚位。锚位相关数据由铺管作业船值班驾驶员确定，即给出各工作锚的锚缆长度与相对于作业船艏的角度，抛锚参数输入定位/导航系统，并自动计算出该锚点的坐标，根据所显示的锚位及已有管线和其他结构物的位置再进行相应的调整，令其远离已有管线或其他结构物于安全距离以外。

6.数据的传递。由于各作业船只上的导航定位系统均为独立工作，即通过各自的导航定位系统只能计算出本船的实时位置，为保证各作业船只之间进行位置监控与参考，需将各自的位置信息传递给其他作业船，即通过无线数据链将各作业船的实时位置信息进行发送，同时接收其他各作业船的实时位置信息，计算并显示再各作业船导航定位系统中。

7.起抛锚作业。主作业船将已确认的设计锚位通过无线数据链发送给各抛起锚拖轮，并在其导航定位系统中实时显示拖轮抛锚时的各项抛锚参数，包括设计锚缆长度，抛锚拖轮到主作业船的距离、到设计锚点距离及到设计锚缆走向的垂距。在拖船的抛起锚导航定位系统中同时显示以上抛锚参数，抛起锚拖船依据所显示的抛锚参数，将主作业船工作锚抛至设计位置。

8.海底管线安装铺设。GPS接收机通过差分改正提供准确的位置，电罗经测定作业船艏向，导航定位系统据此计算主作业船上工作点的位置，及工作点位置偏离预定管线路由的距离和船艏偏离路由前进方向的角度，主作业船锚机操作人员根据所显示的偏航数据进行锚机的操作，使其在预定管线路由上移船进行管线的铺设。工作点的设置根据现场实际情况进行确定，可设定于船尾中心，或托管架尾部，而在正常管线铺设时设定于作业线第一站（对中站）。铺管航迹记录位置为对中站，即记录每接点在铺设过程中在第一站时的位置。

9.管线起始铺设位置和终止铺设位置确定。开始铺设前首先导航起抛锚拖轮将起始锚抛于设计位置，再将起始锚缆连接到待铺设海管起始封头上，通过主工作船涨紧器将海管固定，并设定预定张力后稳定于此张力30分钟，此时测定海管起始封头的实际位置，并根据起始铺设程序中的相关计算参数计算到设计位置的距离，以计算起始锚缆切割的长度。在按计算长度切割锚缆并重新连接起始封头，主工作开始正常海管铺设。海管铺设接近终点时，测定当时对中站上管线接点的位置，根据弃管程序中相关的弃管参数，计算剩余铺设的海管长度，并逐接点进行计算校正，直至最后一个接点焊接完毕并开始弃管。

总之，电罗经与GPS的完美结合使我们在海上施工作业更加方便，速度更快，精度更高。将来它们在海上施工作业将会得到更广泛的应用。