两管道间相对位姿的测量是海底回接技术的关键,在水下平管和立管的测量作业中应用广泛。本课题的研究起源于国家“863”计划重大专项“海底管道铺设回接技术”。基于管道端面中心定位的绳测量系统可以实现海底任意两管道间的相对位姿测量,进而有效提高管道回接技术的效率,降低作业成本。本文结合国内外该领域发展现状并综合分析实际工程的研究,设计了一种基于海底管道端面中心定位的位姿绳测量系统。该位姿测量系统以辅助拉绳测量法为理论基础,以提高水下作业测量系统的精度为设计指标。根据技术指标提出了系统总体设计方案,介绍了装置测控系统方案并模拟了绳测量系统水下作业流程,为后续的实验研究奠定了有力基础。本课题以辅助拉绳测量法为理论基础,测量绳作为实验核心器材,因此本文对海底绳索主动力拉动的悬垂力学模型进行分析。首先分析了悬索微元受力并建立数学模型,通过对比悬链线与抛物线理论的相对误差得出该力学模型所用的计算理论。同时讨论了主动拉力与绳索悬垂物理量间的关系,给出不同挠度下测量绳所需的主动拉力值,验证了主动拉力公式的正确性,同时为卷筒绞车电机功率的选择提供了可靠依据。通过建立管道位姿的数学模型从而确定了该测量系统的待测物理量,利用机器人理论和过渡矩阵算法求解两待测管道间的相对位姿参数。基于测量不确定度理论对绳测量系统进行分析,首先讨论了测量不确定度的来源,其次对各组测量值进行分类评定,最后逐一分析各测量分量对整体合成不确定度的影响,从而找到降低测量不确定度的方法,旨在提高测量系统的作业精度。通过基于海底管道端面中心定位的绳测量系统的实验样机对理论位姿算法进行验证,介绍了实验总体方案和实验设备并进行了陆地调试实验。通过装置初始化调试保证位姿测量系统可正常运行。同时,搭建实验平台进行了管道长度与方位上的测量,结合各组水平与俯仰角度测量值,并根据最后的综合测量实验,可验证该测量方法可有效降低实验不确定度,保证海底位姿测量的精度。