Sualtı doğalgaz boru hatlarındaki sızıntıların pasif akustik yöntemlerle iki boyutlu konumlandırılması

Abstract

Bu doktora tezinde, tek yollu kanal, zamanla değişmeyen çok yollu kanal ve zamanla değişen çok yollu kanal olmak üzere üç farklı sualtı akustik kanalı göz önüne alınarak, sualtı doğalgaz boru hatlarındaki (SDBH) sızıntıları konumlandırmak için pasif akustik yöntemler önerilmiştir. Yöntemlerin başarımlarını ortaya koymak için benzetim çalışmaları yapılmıştır. Yapılan çalışmalar kapsamında ilk olarak, SDBH'lerde meydana gelebilecek sızıntıların oluşturacağı akustik basınç sinyalinin doğası incelenmiştir. Bu incelemeye göre sızıntı tabanlı akustik basınç sinyallerinin dar bantlı oldukları ve alınan sinyallerin frekansları ve gerekli parametreler yardımıyla sızıntı delik çapının, baloncuk çapının ve sızıntı deliğindeki akustik sinyal gücünün hesaplanabileceği gösterilmiştir. İkinci olarak, sadece direk yol sinyalinin bulunduğu tek yollu sualtı akustik kanalında, SDBH'lerdeki sızıntıların konumlandırılması için alınan sinyal gücü ve alınan sinyal güçleri farkı teknikleri tabanlı pasif akustik konum tespit yöntemleri önerilmiştir. Üçüncü olarak, direk yol sinyaline ek olarak, deniz tabanından ve yüzeyinden yansıyan sinyallerin de bulunduğu zamanla değişmeyen çok yollu bir sualtı akustik kanalında, SDBH'lerdeki sızıntıların konumlandırılması için parmak izi yöntemi önerilmiştir. Son olarak, zamanla değişen (hareketli deniz yüzeyi, sualtı akıntıları vb. nedenlerle) çok yollu bir sualtı akustik kanalında, SDBH'lerdeki sızıntıların konumlandırılması için alınan sinyal güçleri tabanlı eğri uydurma yöntemi ve parmak izi yöntemi önerilmiştir. Yapılan benzetim çalışmaları sonucunda en iyi konumlandırma başarımına parmak izi yönteminin sahip olduğu görülmüştür.

In this dissertation, passive acoustic based methods have been proposed to locate leakages in underwater natural gas pipelines (UNGPs), taking into account three different underwater acoustic channels, which are single (direct) path channel, time-invariant multipath channel and time-varying multipath channel. Simulation studies were performed to demonstrate the success of the methods.First of all, the nature of the acoustic pressure signal to be generated by leakages that can occur in UNGP is investigated. According to this analysis, it has been shown that the leakage based acoustic pressure signals are narrowband, and the leak hole diameter, bubble diameter and the acoustic signal strength at the leak hole can be calculated by using frequencies of the received signals and required parameters. Secondly, passive acoustic localization methods based on the techniques of received signal strength and received signal strength difference for positioning the leakages in the UNGPs have been proposed. As the underwater acoustic channel model, a single path channel with direct path signal is used. Thirdly, the fingerprint method has been proposed to locate leakages in the UNGPs in time invariance multipath channel, where the received signal is composed of direct path signal and reflected signals from the seabed and surface. Finally, the signal strength based curve fitting method and the fingerprint method have been proposed to locate leakages in the UNGPs in a time varying (due to moving sea surface, underwater currents, etc.) multipath underwater acoustic channel. As a result of the simulation studies, it has been seen that the fingerprint method has the best positioning performance.