Способ получения результатов измерений в ходе сканирования скрытых или открытых объектов
METHOD OF OBTAINING MEASUREMENT RESULTS DURING SCANNING OF HIDDEN OR OPEN OBJECTS

Изобретение относится к области исследования земли, в частности, к регистрации характеристик параметров физических полей над поверхностью скрытых или открытых объектов с последующей обработкой зарегистрированных величин, и может быть использовано в разных сферах, таких как геофизические исследования, диагностика зданий, сейсморазведка, система поиска утечек.
Известен (RU, патент 2503036, опубл. 28.12.2013) способ поиска месторождений углеводородов на морском шельфе, включающий генерирование лоцирующего сигнала в воде, регистрацию информационных волн в диапазоне инфразвуковых частот посредством подводного приемного акустического блока и обработку информационного сигнала с проверкой наличия поисковых признаков месторождений углеводородов, причем излучающий блок размещают на подвижном носителе, который при поиске источников информационных сигналов перемещают по границе обследуемого участка акватории, в процессе которого формируют вертикальную и горизонтальную параметрические антенны, первая из которых направлена в направлении морского дна, а вторая в направлении приемного блока, при этом волны лоцирующего сигнала, взаимодействовавшие с измеряемыми информационными сигналами, принимают горизонтально разнесенными приемниками, двухканально усиливают в полосе частот параметрического преобразования, измеряют их разность фаз и переносят временной масштаб в высокочастотную область, выделяют их узкополосные спектры, определяют в них и регистрируют параметрические составляющие нижней и верхней боковых полос, по которым с учетом параметрического и частотно-временного преобразования волн накачки, а также направлений параметрических антенн восстанавливают и фиксируют характеристики измеряемых информационных полей, соответствующие поисковым признакам месторождений углеводородов, например частотный диапазон, интенсивность, пространственно-временную и спектральную структуру, а также определяют и фиксируют направления их максимального проявления, далее по этим направлениям излучающий блок перемещают в точку расположения приемного блока, затем проходят за него, при этом уточняют местоположения источников информационных сигналов по этой курсовой линии и фиксируют протяженность месторождения вдоль нее, подобным же образом, перемещая подвижный носитель по траекториям, пересекающим, по меньшей мере, первую курсовую линию, оконтуривают площадь месторождения углеводородов, выполняют наблюдение и измерение признаков пространственно-временной динамики их характеристик, а по ним осуществляют идентификацию волн на их принадлежность к водным гидрофизическим или донным геофизическим, при обнаружении геофизических волн и фиксации их спектральных характеристик, полученные результаты сравнивают с обобщенными эталонными спектрами и выявляют принадлежность информационных волн к конкретным типам скоплений углеводородов, например газовым, газоконденсатным или залежам с притоком газа.
Недостатком известного способа следует признать его сложность, а также недостаточную точность полученных результатов
Известен (RU, патент 2156958, опубл., 27.09.2000) способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, заключается в том, что с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств производят комплексные подспутниковые (судовые) и спутниковые измерения океанографических характеристик - параметров физических полей, при этом результаты подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти и по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственные распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий.
Недостатком известного способа следует признать сложность его реализации, обусловленную использованием спутниковых систем, а также невысокую точность результатов.
Известен (RU, патент 2556289, опубл. 10.07.2015) способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, заключающийся в том, что с использованием измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств проводят комплексные подспутниковые (судовые) и спутниковые измерения океанографических характеристик, при этом результаты подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти и по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственные распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий, причем первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств погружают в воду, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на носовой части судна, расположенной над водой, третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на борту судна, в режиме реального времени считывают и записывают показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в устройство считывания первичных данных, в котором показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств в процессе непрерывных измерений периодически обновляются, с искусственного спутника Земли принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности, считывают координаты судна из устройства определения координат судна, из устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли считывают координаты луча сканирования водной поверхности, сравнивают их с упомянутыми координатами судна и в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств упомянутого искусственного спутника Земли и устройства определения координат судна из упомянутого устройства считывания первичных данных считывают в упомянутое устройство памяти и запоминают соответствующие упомянутым координатам показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, и соответствующие значения упомянутых координат, регистрируют данные дистанционного зондирования водной поверхности искусственным спутником Земли, определяют градуировочные коэффициенты и по упомянутым показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов датчиков и комплексных измерительных устройств, полученным при совпадении координат судна и координат луча сканирования водной поверхности, корректируют упомянутую спутниковую информацию., В спутниковые измерения океанографических характеристик дополнительно включают топографическую съемку прибрежной территории посредством лазера в красном диапазоне, измерения глубины акватории посредством лазера зеленого диапазона, первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств выполняют акустическое зондирование морского дна, определяют высоту, период, мощность и крутизну поверхностных волн посредством датчика давления, измеряют дополнительные океанографические параметры посредством дополнительного набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, размещенных на носителе, выполненном в виде зонда, сочлененного с якорно-буйрепным устройством, размещенным в кормовой части судна.
Недостатком известного способа следует признать сложность его реализации, обусловленную использованием спутниковых систем, а также невысокую точность результатов.
Указанный источник информации принят в качестве ближайшего аналога.
Техническая проблема, решаемая использованием разработанного устройства, состоит в расширении арсенала средств исследования физических полей различных подводных или подземных объектов.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении точности определения характеристик физического поля подводного или подземного объекта при одновременном упрощении аппаратурного оформления способа
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ получения результатов измерений, например, в ходе подводного сканирования. Согласно разработанному способу массив датчиков регистрационной аппаратуры, имеющий жесткое закрепление друг относительно друга, перемещают над протяженным или плоским скрытым или открытым объектом, характеристики физического поля которого необходимо измерить, при этом датчики имеют одинаковое строение и свойства и измеряют одну и ту же величину, а весь массив датчиков перемещают методом сканирования в системе ортогональных координат над объектом, по меньшей мере, в один проход, при этом регистрируют показания всех датчиков одновременно.
Предпочтительно дополнительно по зарегистрированным данным строят карту распределения измеренного физического поля.
В некоторых вариантах реализации построение карты осуществляют с использованием наложения массива измеренных данных на заранее подготовленную карту измеряемого объекта.
Обычно при реализации разработанного способа дополнительно в каждый момент времени или в определенные моменты времени определяют положение и пространственную ориентацию массива датчиков, причем, преимущественно, построение карты измеренного физического поля осуществляют с учетом поправки, вносимой за счет известных положения и пространственной ориентации всех датчиков массива.
В некоторых вариантах реализации способа данные с измерительных датчиков регистрируют в течение, более одного прохода массива датчиков над исследуемым объектом, причем проходы выполняют по близким траекториям, причем указанные траектории выбирают таким образом, чтобы обеспечить, по меньшей мере, однократное перекрытие обследуемого объекта.
Для реализации разработанного способа может быть использовано буксируемое устройство, выполненное с возможностью размещения, по меньшей мере, одного перемещаемого вдоль выбранной оси прибора для регистрации физических полей над поверхностью подводного объекта,. Данное устройство содержит раму, средство размещения на указанной раме, по меньшей мере, одного прибора, регистрирующего параметр физического поля, размещенного в защитном водонепроницаемом корпусе, по меньшей мере, одного средства изменения плавучести, средств защиты, обеспечивающих сохранность прибора при контакте с дном и/или с другими подводными объектами, а также средств, обеспечивающих жесткость всей конструкции, при этом устройство выполнено с возможностью буксировки осуществляется с использованием самодвижущегося судна на поверхности воды или в толще воды.
Разработанный способ может быть реализован следующим образом.
Просканировали вдоль оси подводного трубопровода, по меньшей мере, частично заглубленного в грунт, при наличии смещающих поперечных течений и волнения 5 баллов без применения спутниковой системы и базы данных предварительной съемки (карты). Получили распределение магнитного поля.
С целью получения результатов измерений в ходе сканирования скрытого в грунте объекта (подводного трубопровода, заглубленного в грунт) регистрирующее устройство - Магнитометр с трех-координатными датчиками магнитной индукции перемещали над осью подводного трубопровода для записи параметров магнитного поля. Перемещение производили с использованием буксировочного средства (закрепленного на ранее охарактеризованном устройстве). Магнитометр выполнен с возможностью записывать данные, находясь на расстоянии по высоте до 15 диаметров от оси трубопровода и со смещением до 3-х диаметров в каждую сторону. Также для повышения качества записи данных магнитометром, его перемещение должно происходить равномерно поступательно, с одной скоростью и с минимумом перепадов по высоте и отклонений от оси объекта (подводного трубопровода) по горизонтали. При записи данных в данном случае движение сканирующего устройства было неравномерным из-за сильного придонного течения и волновых нагрузок. Соответственно, полученные при сканировании данные оказались минимально-допустимого качества. В итоге в постобработке магнитограмма позволила выделить участки с аномалиями, предположительно связанными с особенностями (дефектам металла) объекта.
Затем в тех же условиях было проведено сканирование по заявленному способу.
Магнитометр смонтировали на охарактеризованном устройстве (буксируемое тело)и повторили сканирование магнитного поля трубопровода в режиме контролируемого перемещения при наличии тех же волновых нагрузок и течения. Движение всей конструкции с датчиками контролировали системой гидростабилизаторов, установленной на выше охарактеризованном устройстве. Разработанный способ позволяет в каждый момент времени или в конкретные моменты времени определять положение и пространственную ориентацию датчиков.
По итогам сканирования был получен массив данных, которые анализировали в постобработке и по которым выстроили карту распределения измеренной физической величины вдоль линейной координаты объекта. Карту выстроили с использованием наложения массива полученных данных на заранее подготовленную карту измеряемого объекта.
На следующей этапе осуществили анализ данных сканирования с учетом поправки, вносимой за счет известных положения и ориентации всех датчиков по предлагаемому способу. В результате применения способа удалось избавиться от помех, связанных с неравномерностью движения магнитометра и получить магнитограмму, характеризующую реальное состояние объекта исследования
Как следует из полученных результатов, выравнивание движения регистрирующего устройства с применением предлагаемого способа позволило избавиться от помех, вызванных рывками и недопустимыми отклонениями при перемещении магнитометра вдоль оси объекта. При плавном поступательном равномерном движении системы регистрации удалось получить подтверждение того, что аномалии распределения магнитного поля вдоль оси скрытого объекта отсутствуют, т.е. удалось избавиться от ложных сигналов (показаний на наличие несуществующих дефектов трубопровода).