一种水下电场源快速交叉定位方法

1.本发明属于位置测量技术领域，尤其涉及一种水下电场源快速交叉定位方法。


背景技术：

2.目前，着海洋资源的进一步开发利用，在海洋中存在大量的风力发电场、潮汐发电场、石油钻井平台等，使得海底存在着大量的电力传输线缆、接驳装置、通信线缆，由于海底地质活动、台风、以及渔船活动等时常会导致海底这些电缆的断裂，海缆断裂后只有快速定位断点才能及时维修将经济损失降到最低。目前主要采用水下机器人进行搜索定位，由于水下机器人航行速度较慢，所有搜索效率较低，且具有比较高的成本。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术搜索效率较低，定位速度慢，定位精度不高，且成本高。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水下电场源快速交叉定位方法。
5.本发明是这样实现的，一种水下电场源快速交叉定位方法，所述水下电场源快速交叉定位方法包括：
6.利用搭载工具搭载电场测量装置在水面运动，利用电场测量装置测量水下电场源的水平分量，进行水下目标定位。
7.进一步，所述水下电场源快速交叉定位方法包括以下步骤：
8.步骤一，利用搭载工具搭载电场测量装置在水面沿电缆方向或水下电场源的大致走向运动，并利用电场测量装置实时采集电场水平分量；
9.步骤二，判断采集的电场水平分量是否出现特征点，基于出现所述特征点的位置，确定水下电场源的纵向位置；
10.步骤三，基于出现所述特征点的位置为参考，选取新的运动测量轨迹；利用搭载工具搭载电场测量装置沿新的正交或大角度相交轨迹的运动；
11.步骤四，利用电场测量装置采集电场数据，寻找特征值出现的位置，确定得到另一条电场源所在的直线；
12.步骤五，基于步骤二确定的水下电场源的纵向位置以及步骤四得到的另一条电场源所在的直线确定水下电场源所在的位置。
13.进一步，所述特征点包括：电场水平最大值，或者最大最小值之间的过零点。
14.进一步，所述选取新的运动测量轨迹包括：所述新的运动测量轨迹选取距离出现所述特征点的位置的距离尽可能近。
15.进一步，所述基于确定水下电场源的纵向位置以及得到的另一条电场源所在的直线确定水下电场源所在的位置包括：
16.水下电场源的纵向位置与另一条电场源所在的直线的交点即为水下电场源所在的位置。
17.本发明的另一目的在于提供一种实施所述水下电场源快速交叉定位方法的水下电场源快速交叉定位系统，所述水下电场源快速交叉定位系统包括：
18.电场测量装置，用于测量水下电场源的水平分量；
19.搭载工具，用于搭载电场测量装置在水面运动；同时用于记录航迹；
20.定位模块，用于基于测量的水平分量进行水下目标定位。
21.进一步，所述水下电场源的水平分量包括：ex、ey两水平分量。
22.本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述水下电场源快速交叉定位方法包括下列步骤：
23.步骤一，利用搭载工具搭载电场测量装置在水面沿电缆方向或水下电场源的大致走向运动，并利用电场测量装置实时采集电场水平分量；
24.步骤二，判断采集的电场水平分量是否出现特征点，基于出现所述特征点的位置，确定水下电场源的纵向位置；
25.步骤三，基于出现所述特征点的位置为参考，选取新的运动测量轨迹；利用搭载工具搭载电场测量装置沿新的正交或大角度相交轨迹的运动；
26.步骤四，利用电场测量装置采集电场数据，寻找特征值出现的位置，确定得到另一条电场源所在的直线；
27.步骤五，基于步骤二确定的水下电场源的纵向位置以及步骤四得到的另一条电场源所在的直线确定水下电场源所在的位置。
28.本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述水下电场源快速交叉定位方法。
29.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述水下电场源快速交叉定位方法。
30.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供了一种水下电场源的快速准确定位，可在较低成本的条件下，实现水下电场源的快速定位；可用于海缆断点、水下电流泄漏点等电场源的定位。
31.本发明所需设备为电场测量通用设备和航迹记录仪器，不需要额外增加设备，利用水面运载工具搭载快速通过疑似区域，初步确定水下电场源所在直线后，再沿交叉的航迹运行以确定准确的电场源位置，此定位方法成本低廉、操作简便，对水下电场源定位具有明显优势。
32.本发明用于水下电场源定位，实验室试验定位精度可达0.1m，海上试验证明精度可达1m，只需要电场测量系统及轨迹记录装置成本低，可在水平快速运动，定位效率高，可广泛应用于海缆断点、水下电流泄漏点等电场源的定位。
33.本发明定位精度高，实验室测试验证定位精度可达0.1m，海上试验证明精度可达1m。
34.本发明简单、易操作，系统核心为电场测量装置，可搭载于快艇、usv等各类航行工具之上。
35.本发明定位速度快，定位开始时只需要沿电缆或其他电场源的方向快速航行，找到异常点后再，按正交或大角度相交航迹航行便能准确定位。
附图说明
36.图1是本发明实施例提供的水下电场源快速交叉定位方法流程图。
37.图2是本发明实施例提供的水平电偶极子沿纵向电场分布示意图。
38.其中，图2(a)测量得到的电场ex分量；图2(b)测量得到的电场ey分量；图2(c)测量得到的电场ez分量。
39.图3是本发明实施例提供的定位过程示意图。
40.图4是本发明实施例提供的交叉定位过程示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
42.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水下电场源快速交叉定位方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
43.本发明实施例提供的水下电场源快速交叉定位方法包括：
44.利用搭载工具搭载电场测量装置在水面运动，利用电场测量装置测量水下电场源的水平分量，进行水下目标定位。
45.如图1所示，本发明实施例提供的水下电场源快速交叉定位方法包括以下步骤：
46.s101，利用搭载工具搭载电场测量装置在水面沿电缆方向或水下电场源的大致走向运动，并利用电场测量装置实时采集电场水平分量；
47.s102，判断采集的电场水平分量是否出现特征点，基于出现所述特征点的位置，确定水下电场源的纵向位置；
48.s103，基于出现所述特征点的位置为参考，选取新的运动测量轨迹；利用搭载工具搭载电场测量装置沿新的正交或大角度相交轨迹的运动；
49.s104，利用电场测量装置采集电场数据，寻找特征值出现的位置，确定得到另一条电场源所在的直线；
50.s105，基于步骤s102确定的水下电场源的纵向位置以及步骤s104得到的另一条电场源所在的直线确定水下电场源所在的位置。
51.本发明实施例提供的特征点包括：电场水平最大值，或者最大最小值之间的过零点。
52.本发明实施例提供的选取新的运动测量轨迹包括：所述新的运动测量轨迹选取距离出现所述特征点的位置的距离尽可能近。
53.本发明实施例提供的基于确定水下电场源的纵向位置以及得到的另一条电场源所在的直线确定水下电场源所在的位置包括：
54.水下电场源的纵向位置与另一条电场源所在的直线的交点即为水下电场源所在的位置。
55.本发明实施例提供的水下电场源快速交叉定位系统包括：
56.电场测量装置，用于测量水下电场源的水平分量；
57.搭载工具，用于搭载电场测量装置在水面运动；同时用于记录航迹；
58.定位模块，用于基于测量的水平分量进行水下目标定位。
59.本发明实施例提供的水下电场源的水平分量包括：ex、ey两水平分量。
60.本发明的工作原理如下：本发明利用的是水下电场源的电场分布特性，即水下电场辐射源可以等效成为标准偶极子源或者点电荷阵列源，以标准偶极子为例，其电场分布呈明显的规律特征，水平电偶极子的三分量电场沿纵向距离分布如图所示(偶极子处在坐标原点的位置)，由图可知，电场测量装置在通过偶极子时波形具有明显的特征，即x轴分量达到最大值，y轴和z轴分量则在偶极子的位置存在过零点。本发明的原理即使利用快艇或者其他交通工具在水面搭载电场测量系统快速扫过海缆所在区域，利用测得的电场包络特性实现水下电场源的快速定位。
61.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
62.实施例1：
63.本发明水下电场源快速交叉定位方法包括如下步骤：
64.步骤1：在水面搭建具备电场ex、ey两水平分量的电场测量系统和以及具备航迹记录功能搭载工具，所述电场测量系统用于测量水下电场源的水平分量，搭载工具用于搭载电场测量系统在水面运动，以对水下目标进行定位；
65.步骤2：搭载电场测量系统运载工具，在水面沿电缆方向，或者水下电场源的大致走向运动，并实时采集电场，电场水平若出现如图2所示的最大值，或者最大最小值之间的过零点，即根据出现该特征点的位置，可以确定水下电场源的纵向位置，如图3所示，图3中实现表示测量系统的运动轨迹，圆圈表示出现最大值或过零点的位置，水下电场源存在于图中的虚线上的某一点；其中，图2(a)测量得到的电场ex分量；图2(b)测量得到的电场ey分量；图2(c)测量得到的电场ez分量。
66.步骤3：以步骤2中所述特征值出现的位置为参考，选取新的运动测量轨迹，该轨迹的选取距离布置2中特征值出现的位置距离应尽量靠近，以提高信噪比，测量系统沿性正交或大角度相交轨迹的运动过程中，重复步骤2，即采集电场数据，寻找特征值出现的位置，确定出另一条电场源所在的直线，如图4所示。
67.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
68.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软
件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
69.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。