一種深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真平臺及其仿真方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于虛擬現實與仿真技術技術領域，尤其涉及一種深水海洋平臺拋錨模擬 訓練仿真平臺及其仿真方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著世界能源需求量的持續增加，海洋油氣資源勘探開發飛速發展，開采 區域從近海淺水逐漸延伸至遠海深水，而海洋平臺是深水油氣田開發建設工程的重要組成 部分，對于如何在海洋惡劣的海洋環境下保持平臺的精準定位，提供可靠的作業保障，錨泊 定位系統起到了重要作用。與船舶拋錨相比，海洋平臺深水拋錨需要借助拋錨船進行，并且 隨著海洋平臺作業水深的增加，錨鏈的長度也在不斷加長，諸多因素導致了拋錨過程的復 雜性，增加了作業風險。因此在實際工程前或者在現場對海洋平臺拋錨過程進行仿真預演， 可以提前預報及避免風險，并且大大提高了拋錨的工作效率，縮短海上作業時間，減少海上 作業成本，具有較大的社會和經濟效益。
[0003] 針對上述問題，本專利發明了一種深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真平臺。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種在陸地環境下方便實現、減少實際作業試驗與培訓過程 中風險的，深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真平臺。本發明的目的還包括提供一種提高拋錨 工作效率的，深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真方法。
[0005] -種深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真平臺，包括綜合控制平臺、教練員平臺、視景 仿真平臺、運動仿真平臺和操作控制平臺；綜合控制平臺通過網絡開啟教練員平臺、視景仿 真平臺、運動仿真平臺和操作控制平臺后，教練員平臺發布培訓科目，運動仿真平臺接收教 練員平臺數據與操作控制平臺的操作指令，實時模擬海洋平臺、拋錨支持船、錨鏈與錨以及 拖纜的運動狀態，并輸入視景仿真平臺進行視景顯示。
[0006] 本發明一種深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真平臺，還可以包括：
[0007] 1、綜合控制平臺、教練員平臺、視景仿真平臺、運動仿真平臺和操作控制平臺通過 HLA分布式運行環境進行實時通訊。
[0008] 2、綜合控制平臺包括綜合控制機、系統狀態監控軟件以及綜合控制軟件。
[0009] 3、教練員平臺包括教練員機和教練員軟件和數據庫。
[0010] 4、視景仿真平臺包括視景仿真機，三維模型數據庫，視景仿真軟件和視景顯示終 端。
[0011] 5、運動仿真平臺，包括運動仿真機、海洋平臺六自由度運動模型、拋錨船六自由度 運動模型、錨鏈與錨運動模型以及拖纜運動模型。
[0012] 6、操作控制平臺包括拋錨控制臺，操船控制臺，并利用實現A/D&D/A信號采集與轉 換裝置，實現操控設備模擬信號與數字信號的轉換。
[0013] 海洋平臺六自由度運動模型為：
[0014]
[0015]
[0016] 其中：％為海洋平臺在大地坐標系下的位姿矩陣;J(nP)為海洋平臺在大地坐標系 下與隨船坐標系下轉換矩陣; VP為海洋平臺在隨船坐標系下矩陣;mp_rb為海洋平臺剛體質量 矩陣;C P_RB為剛體科里奧利項和向心力矩陣;Mp_a為海洋平臺附加質量矩陣;CP_A為附加質量 引起的科里奧利項和向心力矩陣;D( VP_r)為海洋平臺阻尼矩陣;gP(TlP)為海洋平臺靜力矩 陣；i P_wind為海洋平臺受到的風力；TP_WaV(3為海洋平臺受到的波浪力；T P_?^nt為海洋平臺受 到的海流力；τρ1為拖纜的段部受力；
[0017]拋錨船六自由度運動模型為：
[0018]
[0019]
[0020] 其中：ns為拋錨船在大地坐標系下的位姿矩陣;J(ns)為拋錨船在大地坐標系下與 隨船坐標系下轉換矩陣；vs為拋錨船在隨船坐標系下矩陣;m s_rb為拋錨船剛體質量矩陣； Cs_RB為剛體科里奧利項和向心力矩陣;Ms_A為拋錨船附加質量矩陣;Cs_A為附加質量引起的 科里奧利項和向心力矩陣;D(VS_r)為拋錨船阻尼矩陣;gS(HS)為拋錨船靜力矩陣;Ts_wind拋錨 船受到的風力；T S_wave3為拋錨船受到的波浪力；為拋錨船的推進器推力；TS_〇urre3nt為 拋錨船受到的海流力；T a2為拖纜的段部受力。
[0021] 1、一種深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真方法，包括以下步驟，
[0022] 步驟一:手動啟動綜合控制機、系統狀態監控軟件以及綜合控制軟件，并利用綜合 控制平臺通過網絡遠程啟動教練員平臺、視景仿真平臺、運動仿真平臺和操作控制平臺，并 在運行過程中監測整個仿真平臺硬件運行情況，保證平臺運行過程中硬件設備安全穩定的 運行；
[0023] 步驟二:待系統啟動后，教練員軟件發布仿真訓練科目，包括訓練環境建立，海洋 平臺，拋錨船，錨鏈、拖纜和錨的參數設置，開始運行仿真;在仿真平臺運行時，教練員根據 訓練實際情況進行訓練開始、訓練暫停、訓練繼續、訓練結束的操作，對訓練進行實時監控 以及環境信息的動態修改;教練員平臺還包含受訓人員資料數據庫、訓練仿真數據庫，受訓 人員資料數據庫用于儲存受訓人員的信息，訓練仿真數據庫用來存儲仿真過程中的仿真數 據；
[0024] 步驟三:視景仿真平臺根據教練員平臺指令，根據訓練科目所需的三維場景模型， 調用三維模型數據庫中的海洋平臺、拋錨船模型，并建立海洋環境與大氣環境視景模型；
[0025] 步驟四：運動仿真平臺基于動力學與運動學原理建立海洋平臺六自由度運動模 型、拋錨船六自由度運動模型、錨鏈及錨運動模型和拖纜運動模型，根據教練員平臺與操作 控制平臺的指令，進行運動模型實時解算并將六自由度數據輸入視景仿真平臺；
[0026] 步驟五:教練員發布開始仿真指令后，操作控制臺利用實現A/D&D/A信號的轉換器 實現模擬信號與數字信號的轉換，受訓人員利用拋錨控制臺控制拖纜下放速度，利用操船 駕駛臺控制拋錨支持船的行進速度與方向進行模擬訓練，達到設備與人在環路中的仿真；
[0027] 步驟六:教練員平臺根據數據記錄，針對所選中的訓練過程記錄提供復現記錄加 載、復現開始、復現暫停、復現繼續以及復現結束操作，回放整個模擬仿真的全過程；
[0028] 步驟七:訓練成績評價，根據現場教練員專家評價結果和記錄數據，進行學員操作 訓練綜合評價或對預案實施的效果進行評估分析，并對預案進行優化；
[0029] 步驟八:訓練結束后，綜合控制平臺關閉各個仿真平臺，整個仿真平臺使用結束。
[0030] 有益效果：
[0031] 本發明建立一種深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真平臺，基于建立的水動力模型及 運動響應仿真軟件，能夠準確模擬海洋平臺、拋錨支持船、錨鏈與拖纜的實時運動狀態，真 實反映海洋平臺在拋錨時的作業特征，可以用于作業人員的操作規程和技能培訓，還可以 實現拋錨作業方案的仿真預演與評估，大大提高拋錨的工作效率，提前預報及規避風險，避 免海洋裝備受損，有效保障作業人員與裝備的安全性，增加經濟效益及作業的安全性。
【附圖說明】
[0032]圖1深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真平臺結構圖；
[0033]圖2教練員軟件組成圖；
[0034] 圖3視景仿真軟件組成圖；
[0035] 圖4集中質量模型圖；
[0036] 圖5運動模型結構圖。
【具體實施方式】
[0037]下面將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0038] 本發明的目的是提供一種可以在陸地環境下方便實現、減少實際作業試驗與培訓 過程中的風險、提高拋錨工作效率的一種深水海洋平臺拋錨模擬訓練仿真