基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程船技術領域，具體而言，特別涉及一種基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統。
【背景技術】
[0002]海底管道的鋪設過程中，安裝船會在環境載荷作用下運動，進而對管道施加動態載荷，為了更好的完成海底管道的鋪設，需要對此載荷進行評估指導鋪設作業。
[0003]相關技術中，為了提高海底管道的鋪設效率，采用的解決辦法是在安裝設計階段使用商業有限元軟件計算出各種環境條件下的管道動態載荷，再根據許用管道動態載荷給出許用的天氣窗口，從而指導海底管道鋪設作業。但是，采用這種方法，需要使用規則波最大波高和安裝船RAO計算安裝船的運動，從而使結果偏于保守，使得海底管道鋪設施工更加依賴于海況的判斷，不利于加大鋪管作業的天氣窗口，進而使得安裝成本增高。此外，這種方法不便于對鋪設過程中安裝船各種運動情況下的管道受力狀態實時評估。
【發明內容】
[0004]本發明旨在至少在一定程度上解決現有技術中的上述技術問題之一。有鑒于此，本發明需要提供一種能更準確的計算管道的真實響應，便于施工人員決策的基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統。
[0005]根據本發明實施例的基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統，包括:中央處理單元，所述中央處理單元用于修正計算模型管道上端坐標和管道錨固點坐標計算管道動態載荷數據;接收傳感器數據、人工數據等對管道在各種載荷工況下進行有限元分析并對重要結果存儲于數據庫;位置監控單元，所述位置監控單元用于檢測和提供工程船的預定時刻的位置姿態信息和艏向信息，并將所述工程船的預定時刻的位置信息和艏向信息提供給所述中央處理單元;人工數據輸入單元，所述人工數據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據；以及顯示單元，所述顯示單元與所述中央處理單元連接，并根據所述中央處理單元提供的處理后的數據顯示管道動態載荷數據，其中，所述管道上端坐標根據如下公式進行計算:
[0006]Xa=x+xv.cosh-yv.sinh
[0007]Ya=Y+Yv.cosh+xv.sinh
[0008]其中，所述管道錨固點坐標根據如下公式進行計算:
[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，X為工程船水平橫坐標，Xv為管道上端相對于工程船的水平橫坐標，yv為管道上端相對于工程船的水平縱坐標，h為艏向，Ya為管道上端縱坐標，y為工程船水平縱坐標，Xb為管道錨固點橫坐標，Xb為管道錨固點縱坐標，L為管道上端到管道錨固點之間管道在水平面的投影的長度，Ab為管道錨固點處嵌固件方位角。
[0013]根據本發明的實施例的基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統，該系統可以將測量硬件設備、管道鋪設有限元計算軟件Orcaflex集成在一起。調用安裝船的運動測量設備、工況測量設備測得的實時數據，給有限元軟件并控制其計算得到管道的動態響應，是一種“準實時“的分析系統，即讀取一段時間的測量數據進行計算并輸出后再讀取一段進行計算的循環過程。這種方案計算的管道動態響應是基于測得的安裝船的真實運動數據(而非波浪理論間接計算產生保守計算誤差)，及海況數據(用于管道載荷計算)，因而能更準確的計算管道的真實響應，便于施工人員決策。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述位置監控單元每間隔相同的預定時間，向中央處理單元提供工程船的位置信息和艏向信息。
[0015]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統進一步包括張緊器張力監控單元，所述張緊器張力監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]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統進一步包括測波雷達，所述測波雷達與所述中央處理單元連接，用于將實時的海況數據提供給所述中央處理單元。
[0017]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統進一步包括測流設備，所述測流設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]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統，所述測流設備為聲學多普勒流速剖面儀。
[0019]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統進一步包括水深測量設備，所述水深測量設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]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統進一步包括與所述中央處理設備連接的測距聲納，所述測距聲納用于測量托管架尾端與管道的間隙。
[0021]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統進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]根據本發明的一個實施例，基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統進一步包括水下機器人，所述水下機器人與所述中央處理單元連接。
[0023]本發明的附加方面和優點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，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0024]圖1是根據本發明的實施例的基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號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施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0026]此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。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或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0027]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，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，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0028]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，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，根據本發明的實施例的基于船舶姿態測量的工程船作業實時分析系統100，包括:中央處理單元10、位置監控單元20、人工數據輸入單元30以及顯示單元40。
[0030]具體而言，中央處理單元10用于接收傳感器數據、人工數據等對管道在各種載荷工況下進行有限元分析得到管道動態響應數據，管道動態響應數據可以顯示在顯示單元40上。位置監控單元用于檢測和提供工程船的預定時刻的位置姿態信息和艏向信息，其中工程船的位置姿態信息包括工程船水平橫坐標X、工程船水平縱坐標y以及h為艏向和縱搖、橫搖和升沉。位置監控單元20可以將工程船的預定時刻的位置姿態信息和艏向信息提供給所述中央處理單元10。人工數據輸入單元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提供管道模型數據，以方便對工程船的位置信息進行監控。顯示單元40與中央處理單元10連接，并根據中央處理單元10提供的處理后的數據顯示管道動態載荷數據。其中，所述管道上端坐標根據如下公式進行計算:
[0031]Xa=x+xv.cosh-yv.sinh(I)
[0032]YA=y+yv.cosh+Xv.sinh(2)
[0033]其中，所述管道錨固點坐標根據如下公式進行計算:
[0034]Xb = Xa-(L+100).cosh(3)
[0035]Yb = Xa-(L+100).sinh(4)
[0036]Ab= 180。+h(