海底光缆位置探测技术的应用概述

1. 概述

     海底光缆运行在地质环境复杂的海洋环境中，地震、海床塌陷、滑坡、洋流变化、海洋生物及船只抛锚都有可能造成光缆断裂、破损，影响光缆的安全运行。海底光缆一旦遭受损坏，其造成的经济损失无法估量。因此在海洋开发工程实施前，需对工程范围内存在光缆位置进行探测，进而设置安全施工缓冲区，避免重大工程事故发生。

图1 海底光缆结构示意图

    海底光缆不同于海底电缆，由于其直径较小（一般为30mm），传统的精密测深、侧扫声呐、浅地层剖面仪等探测手段不能对其进行完整的探测和识别。而浅地层剖面仪探测作为一种有效探测埋藏管缆位置的手段，由于受技术限制，垂向分辨率一般为60mm～100mm，仅对直径较大的管线/电缆有一定的探测能力，对海底光缆无探测能力。

2.电磁感应法探测原理

    海底光缆拥有的电磁特性为应用电磁感应法进行探测提供了一定的基础。

   海底光缆作为一种通信导体，当探测设备中的发射天线建立一定频率的一次交变电磁场时，根据电磁感应定律，其在海底光缆内产生相应频率的感应电流，并在周围形成二次交变电磁场，其频率与一次交变电磁场频率相同。接收天线接收该二次交变电磁场的水平分量，其量值为

           Hx=kh/(x2+h2)                     (1)

式中：为二次交变电磁场水平分量；为与海底光缆内感应电流强度有关的因数；为接收天线至海底电缆间垂直距离；为接收天线至海底电缆间水平距离。

      当接收天线探头位于海底光缆正上方，即x＝0时，二次交变电磁场水平分量最大，由此可确定海底光缆位置。

     电磁感应探测方法按有无信号源可分为以下两种：

    (1)有源探测法：利用海底光缆表面具有的金属屏蔽层，在被测光缆的一端加固定频率电流，使整根光缆周围形成的闭合回路产生均匀的交流感应电磁场，采用探棒接收该电磁场的水平分量，结合定位设备，探测到的信号谷值位置即为海底光缆位置。

   (2)无源探测法：国内大部分地区的供电标准频率为50Hz，在光缆供电时其内部传输的交变电流产生交变电磁场，采用设备接收该电磁场的水平分量，定位原理同上。

3.工程案例应用

    以我公司在浙江东南沿海某光缆路由探测项目为例。本项目采用T100海缆探测仪，配合GNSS实时定位完成海底光缆位置探测。

3.1 T100海缆探测仪

    T100海缆探测仪作为一款海底电缆探测仪，其探测方法基于电磁感应原理，采用有源电法设备时，采用两个模块：T100信号发信机和T100信号接收机。

图2 有源探测示意图

图3 有源探测加载信号源

图4 现场探测示意图

 图5 现场实时采集与回放图

3.2 探测效果

    通过T100发信机发射有别于标准频率的电流，从而有效地控制能够对光缆探测造成干扰的因素。

 图6 光缆位置探测特征

4.结论

     采用电磁感应探测方式获取海底光缆/电缆位置在外业实施及内业数据处理方面比较简便。该方式与声呐探测方式形成互补，发挥其独特优势。同时还应考虑的是，在采用电磁感应探测作业方式时，针对不同的作业环境、海底光/电缆铺设特征等因素，确定不同的实施方案以达到高效、精准的作业目的。