水下机器人提高海洋石油钻井水声差分定位准确性分析

房泽岩 李涛 应成威（深圳市海油工程水下技术有限公司，广东 深圳518100）

随着科技的发展与进步，人们在不同领域的发展进步十分巨大，针对海洋石油钻井的开发也从未停止。水下机器人技术是目前发展迅速的高新技术，它集声纳技术、导航定位技术、自控技术等多种技术应用于一体，在军事方面的作用十分巨大，具有良好的发展前景。在海洋领域开发过程中，水下机器人可以完成水下管道跟踪探索与石油转经探测开发等项目，作用十分巨大。水声差分定位技术也是目前新型的定位技术，相较于传统的定位技术，该技术的定位精确性更高，与GPS 卫星定位技术对比而言，水声差分定位技术更能结合海洋下精确情况进行定位，硬件要求更低[1]。

本文将水下机器人与水声差分定位技术相结合，提高海洋石油钻井定位的精确性，并对水下机器人提高海洋石油钻井水声差分定位准确性进行分析。

1 水下机器人与水声差分定位的相互应用

水下机器人在工作时主要应用的是水声定位系统，定位系统的作用主要是对水下机器人进行实时定位，对水下机器人定位起到辅助作用，为水下机器人提供导航功能，并在水下机器人发生问题时确定其位置进行补救分析，因此对于水下机器人来说，拥有良好的定位系统十分重要[2]。

在多种定位系统中，应用水声分差定位技术的定位系统效果最好，对水下机器人的辅助能力最强，因为该定位系统不但可以对水下机器人进行定位，还可以在水下机器人对海洋石油钻井最佳位置进行分析的同时，通过计算对最佳位置进行再分析，提高定位的准确性，相较于GPS卫星定位系统，其造价更加低廉。由于始终和水下机器人一起探测，受信号干扰性影响较差，要想提高海洋石油钻井位置定位的准确性，水下机器人与应用水声差分技术的定位系统之间的相互应用十分重要

水下机器人会对海洋石油钻井位置进行分析确定，在水下机器人工作的初始阶段，应用水声差分技术的定位系统也随之启动，在水下机器人对海洋石油钻井位置进行确定时，应用水声差分技术的定位系统会通过计算对该位置进行再确定，再确定完成后，水下机器人采集并上传数据，这一过程中，应用水声差分技术的定位系统进行数据再次确定保证数据的准确性[3]。

水声差分定位技术在海洋石油钻井定位过程中所起到的作用十分巨大，普通的定位系统由于受到水声观测动态性、仪器自噪性与外部环境以及其他因素的多种影响，可能存在位置判断误差与声速误差等。而水声差分定位技术可以将精度精确到厘米级，水下机器人作为水声差分定位技术应用的载体，比大型船体更加灵活实用，凭借其机动的灵活性，可以减少甚至消除位置判断误差与声速误差所带来的影响。

2 水下机器人提高水声差分定位准确性分析

水声差分定位技术目前正广泛应用于海洋石油钻井定位中，其定位方式目前是由卫星、测量船、换能器、GPS站与应答器一同构成[4]。

应用水声差分定位技术需要卫星、测量船、换能器、GPS站与应答器之间的彼此相互配合，卫星与GPS站对测量船进行实时定位，并且两个测量船之间需要连接一个应答器，应答器的主要功能是对海洋石油钻井位置进行定位，再将检查数据传输给测量船，测量船的位置始终由卫星与GPS 站进行实时定位，保证测量船的安全性，当测量船出现危险时，可以保证及时采取救援措施。

走航式水声差分定位技术虽为目前应用最为广泛的技术，但其存在的弊端也显而易见，在海域中卫星与GPS站一定存在信号薄弱的区域，当测量船行驶至该区域时出现问题不但可能出现危险事故，还有可能使部分上传数据丢失，造成定位数据不准确的问题，而且深海中存在着多种未知可能，应答器由于没有自主意识只靠测量船带动，在深海中可能触及许多未知物体，造成应答器损坏，不但影响数据的测量还大大降低定位工作的进度，因此水声差分定位测量方式的改变势在必行。

将水下机器人应用于水声差分定位中，可以解决许多传统定位方法存在的弊端。首先水下机器人具有自主操控意识，并不是像应答器一样需要靠测量船牵连来带动其行动，水下机器人可以由数据接收运输船中的管理平台来控制，自主通过水声差分定位技术来对海洋石油钻井进行定位，并且节省了GPS站相关卫星定位的投入，其节省的投入可以用于加强水下机器人与数据接收运输船、数据接收运输船与中央处理中心之间的联系。加强各个环节之间的联系，进而提高水声差分定位的准确性，因此水下机器人的应用不但提高了海洋石油钻井水声差分定位的工作效率，更提高了定位准确性。

3 实验研究

3.1 实验目的

为验证本文研究水下机器人应用于海洋石油钻井水声差分定位后，其工作效率与准确性高于传统海洋石油钻井水声差分定位系统，设立对比实验，让水下机器人应用于海洋石油钻井水声差分定位后的系统，与传统海洋石油钻井水声差分定位系统进行对比，验证水下机器人应用于海洋石油钻井水声差分定位后系统的效果。

3.2 实验参数

该实验的实验参数如表1所示：

表1 实验参数

3.3 实验结果与分析

根据上述设定的实验参数，得出在实验对象数量即海洋石油钻井数量相同的情况下，水下机器人应用于海洋石油钻井水声差分定位后的系统，与传统海洋石油钻井水声差分定位系统一个月内定位的工作效率对比后得出的结果是：

在一个月的时间内同样定位三个海洋石油钻井，水下机器人应用于海洋石油钻井水声差分定位后，该系统的工作效率远高于传统海洋石油钻井水声差分定位系统的工作效率，由于水下机器人的机动性相比传统载体更加灵敏，因此其定位的工作效率也随之提高。

本文定位系统的定位精确度均高于传统定位系统。由于水下机器人应用于海洋石油钻井水声差分定位后，该系统除了可以应用水声差分定位技术进行定位，还可以应用水下机器人自带的定位系统进行检测，经过双重定位检测与再检查得到的数据，相比较只用水声差分定位检查得到的数据更加精确。

4 结语

水下机器人应用于海洋石油钻井水声差分定位中，凭借水下机器人的机动性与自主控制性大大提高了海洋石油钻井的工作效率，减少事故发生的同时降低了环境等约束的影响，增强了海洋石油钻井水声差分定位的准确性，因此该领域的研究值得重视并加大研究力度。