海底管道输送油气时,存在内外温度差和压力差,会使其有伸长的趋势,并在大尺度内变得很柔软。当受到洋流或潮汐的冲刷时,海底管道会发生漂移,并伴随着应力集中,从而加速其腐蚀、老化。海底管道一旦偏离设计路由,造成地理坐标丢失,会使得对其定位、维护、维修变得困难。同时,海底管道缺陷内检测也只有在知道了海底管道地理坐标的前提下才有意义。对海底管道地理坐标进行全管段、高频次测量,可以及时掌握海底管道的变形、漂移情况,对其安全运行有十分重要的意义。因此,本文研究联合采用自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)和球形内检测器测量海底管道地理坐标。主要包括:(1)采用等效磁荷法分析了无缝钢管和螺旋钢管内的磁场分布,研究了管道走向与管道内磁场分布的关系及其特点,研究了焊缝处磁场突变产生的原因和特点,并实验研究了如何利用管道内磁场测量管道走向以及识别和定位焊缝。稳定识别的焊缝作为后续数据融合的永久参考点。(2)研究并提出了一种无需外部辅助测量手段的利用球形内检测器进行海底管道三维地理坐标测量的方法。该方法的优点和可行性已经在一条30km的成品油管道上得到了证实。通过对准实际的和计算的管道端点坐标进行校准,来降低定位偏差。内检测结果可以作为一个初始值以融合其他外部测量。(3)针对AUV携带声呐探测海底管道时设备多、数据交换量大、任务复杂的特点,设计了基于Ethernet和CANBUS的AUV数据通讯及控制系统。既能实现海量数据通信,又能保证部分控制和反馈指令的实时通信。提出了一种通过从航迹跟随误差到航向修正值的直接映射来实现制导函数的路径跟随方法,以提高AUV携带声纳检测的效率。仿真表明凸映射能够取得更好的路径跟随效果。AUV的测量结果可为内检测提供部分参考基准。(4)针对海底管道两端固定且位置姿态已知的特点,根据特殊欧拉群SE(N)上的误差传播理论,建立了海底管道在随机洋流作用下的位置漂移模型,以确定海底管道位置漂移的最大范围,作为先验知识。研究了利用三维曲面近似展开进行海底地貌、海底管道漂移模型、内检测结果融合的方法。