基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程船技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，特別涉及一種基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海底管道的鋪設(shè)過程中，安裝船會(huì)在環(huán)境載荷作用下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)管道施加動(dòng)態(tài)載荷，為了更好的完成海底管道的鋪設(shè)，需要對(duì)此載荷進(jìn)行評(píng)估指導(dǎo)鋪設(shè)作業(yè)。
[0003]相關(guān)技術(shù)中，為了提高海底管道的鋪設(shè)效率，采用的解決辦法是在安裝設(shè)計(jì)階段使用商業(yè)有限元軟件計(jì)算出各種環(huán)境條件下的管道動(dòng)態(tài)載荷，再根據(jù)許用管道動(dòng)態(tài)載荷給出許用的天氣窗口，從而指導(dǎo)海底管道鋪設(shè)作業(yè)。但是，采用這種方法，需要使用規(guī)則波最大波高和安裝船RAO計(jì)算安裝船的運(yùn)動(dòng)，從而使結(jié)果偏于保守，使得海底管道鋪設(shè)施工更加依賴于海況的判斷，不利于加大鋪管作業(yè)的天氣窗口，進(jìn)而使得安裝成本增高。此外，這種方法不便于對(duì)鋪設(shè)過程中安裝船各種運(yùn)動(dòng)情況下的管道受力狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題之一。有鑒于此，本發(fā)明需要提供一種能更準(zhǔn)確的計(jì)算管道的真實(shí)響應(yīng)，便于施工人員決策的基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，包括:中央處理單元，所述中央處理單元用于修正計(jì)算模型管道上端坐標(biāo)和管道錨固點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算管道動(dòng)態(tài)載荷數(shù)據(jù);接收傳感器數(shù)據(jù)、人工數(shù)據(jù)等對(duì)管道在各種載荷工況下進(jìn)行有限元分析并對(duì)重要結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù);位置監(jiān)控單元，所述位置監(jiān)控單元用于檢測(cè)和提供工程船的預(yù)定時(shí)刻的位置姿態(tài)信息和艏向信息，并將所述工程船的預(yù)定時(shí)刻的位置信息和艏向信息提供給所述中央處理單元;人工數(shù)據(jù)輸入單元，所述人工數(shù)據(jù)輸入單元與所述中央處理單元連接，并可通過人工輸入的方式向所述中央處理單元提供管道模型數(shù)據(jù)；以及顯示單元，所述顯示單元與所述中央處理單元連接，并根據(jù)所述中央處理單元提供的處理后的數(shù)據(jù)顯示管道動(dòng)態(tài)載荷數(shù)據(jù)，其中，所述管道上端坐標(biāo)根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算:
[0006]Xa=x+xv.cosh-yv.sinh
[0007]Ya=Y+Yv.cosh+xv.sinh
[0008]其中，所述管道錨固點(diǎn)坐標(biāo)根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算:
[0009]Xb = Xa-(L+100).cosh
[0010]Yb = Xa-(L+100).sinh
[0011]Ab= 180°+h
[0012]其中，XA為管道上端橫坐標(biāo)，X為工程船水平橫坐標(biāo)，Xv為管道上端相對(duì)于工程船的水平橫坐標(biāo)，yv為管道上端相對(duì)于工程船的水平縱坐標(biāo)，h為艏向，Ya為管道上端縱坐標(biāo)，y為工程船水平縱坐標(biāo)，Xb為管道錨固點(diǎn)橫坐標(biāo)，Xb為管道錨固點(diǎn)縱坐標(biāo)，L為管道上端到管道錨固點(diǎn)之間管道在水平面的投影的長(zhǎng)度，Ab為管道錨固點(diǎn)處嵌固件方位角。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將測(cè)量硬件設(shè)備、管道鋪設(shè)有限元計(jì)算軟件Orcaflex集成在一起。調(diào)用安裝船的運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備、工況測(cè)量設(shè)備測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，給有限元軟件并控制其計(jì)算得到管道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是一種“準(zhǔn)實(shí)時(shí)“的分析系統(tǒng)，即讀取一段時(shí)間的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并輸出后再讀取一段進(jìn)行計(jì)算的循環(huán)過程。這種方案計(jì)算的管道動(dòng)態(tài)響應(yīng)是基于測(cè)得的安裝船的真實(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)(而非波浪理論間接計(jì)算產(chǎn)生保守計(jì)算誤差)，及海況數(shù)據(jù)(用于管道載荷計(jì)算)，因而能更準(zhǔn)確的計(jì)算管道的真實(shí)響應(yīng)，便于施工人員決策。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述位置監(jiān)控單元每間隔相同的預(yù)定時(shí)間，向中央處理單元提供工程船的位置信息和艏向信息。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)進(jìn)一步包括張緊器張力監(jiān)控單元，所述張緊器張力監(jiān)控單元與所述中央處理單元連接用于將所述管道上端的張緊力信息提供給所述中央處理單元。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)進(jìn)一步包括測(cè)波雷達(dá)，所述測(cè)波雷達(dá)與所述中央處理單元連接，用于將實(shí)時(shí)的海況數(shù)據(jù)提供給所述中央處理單元。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)進(jìn)一步包括測(cè)流設(shè)備，所述測(cè)流設(shè)備與所述中央處理單元連接，用于向所述中央處理單元提供流速?目息O
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，所述測(cè)流設(shè)備為聲學(xué)多普勒流速剖面儀。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)進(jìn)一步包括水深測(cè)量設(shè)備，所述水深測(cè)量設(shè)備與所述中央處理單元連接，用于提供水深信息給所述中央處理單元。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述中央處理設(shè)備連接的測(cè)距聲納，所述測(cè)距聲納用于測(cè)量托管架尾端與管道的間隙。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)進(jìn)一步包括無人遙控潛水器，所述無人遙控潛水器與所述中央處理單元連接，以通過中央處理單元處理后將水下信息顯示在所述顯示單元上。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)進(jìn)一步包括水下機(jī)器人，所述水下機(jī)器人與所述中央處理單元連接。
[0023]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0027]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0028]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0029]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于船舶姿態(tài)測(cè)量的工程船作業(yè)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)100，包括:中央處理單元10、位置監(jiān)控單元20、人工數(shù)據(jù)輸入單元30以及顯示單元40。
[0030]具體而言，中央處理單元10用于接收傳感器數(shù)據(jù)、人工數(shù)據(jù)等對(duì)管道在各種載荷工況下進(jìn)行有限元分析得到管道動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，管道動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)可以顯示在顯示單元40上。位置監(jiān)控單元用于檢測(cè)和提供工程船的預(yù)定時(shí)刻的位置姿態(tài)信息和艏向信息，其中工程船的位置姿態(tài)信息包括工程船水平橫坐標(biāo)X、工程船水平縱坐標(biāo)y以及h為艏向和縱搖、橫搖和升沉。位置監(jiān)控單元20可以將工程船的預(yù)定時(shí)刻的位置姿態(tài)信息和艏向信息提供給所述中央處理單元10。人工數(shù)據(jù)輸入單元30與中央處理單元10連接，并可通過人工輸入的方式向中央處理單元10提供管道模型數(shù)據(jù)，以方便對(duì)工程船的位置信息進(jìn)行監(jiān)控。顯示單元40與中央處理單元10連接，并根據(jù)中央處理單元10提供的處理后的數(shù)據(jù)顯示管道動(dòng)態(tài)載荷數(shù)據(jù)。其中，所述管道上端坐標(biāo)根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算:
[0031]Xa=x+xv.cosh-yv.sinh(I)
[0032]YA=y+yv.cosh+Xv.sinh(2)
[0033]其中，所述管道錨固點(diǎn)坐標(biāo)根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算:
[0034]Xb = Xa-(L+100).cosh(3)
[0035]Yb = Xa-(L+100).sinh(4)
[0036]Ab= 180。+h(