一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法
阅读说明：本技术 一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法 (Crude oil transfer barge based power positioning method for crude oil conveying system ) 是由 李�荣 吴承恩 阿恩·斯梅达 邹大鹏 张永康 陆华 王振刚 朱益锋 万家平 唐海军 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法,将与CTV固定的引导缆固定于VLCC上,构建安全区域内的防拉断弹性控制模型；判断CTV是否在安全区域内,如果不在则通过CTV的定位调整系统通过防拉断弹性控制模型进行防拉断弹性控制;通过设置原油转驳船上的防拉断弹性控制模型,自适应的适当调整原油转驳船的位置以避免输油管被拉断,利用了原油转驳船的动力定位系统的推进能力,提高了原油转驳船和油轮之间稳定输油的抗风险能力,避免了再输油过程中由于风向和海流的影响导致输油过程出现风险。(The invention discloses a power positioning method of a crude oil conveying system based on a crude oil transfer barge, wherein a guide cable fixed with a CTV is fixed on a VLCC (very low cost communication channel) to construct a snap-off prevention elastic control model in a safety area; the method comprises the steps of judging whether a CTV is in a safe area, if not, carrying out anti-snapping elastic control through an anti-snapping elastic control model through a positioning adjustment system of the CTV, setting the anti-snapping elastic control model on a crude oil transfer barge, adaptively adjusting the position of the crude oil transfer barge to avoid the oil conveying pipe from being snapped, improving the risk resistance of stable oil conveying between the crude oil transfer barge and the oil tanker by utilizing the propelling capability of a dynamic positioning system of the crude oil transfer barge, and avoiding the risk of the oil conveying process caused by the influence of wind direction and ocean current in the oil re-conveying process.)
技术领域
本公开属于转驳船、动力定位领域，具体涉及一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法。
背景技术
CTV(Cargo Transfer Vessel，原油转驳船、也叫原油中转装置/原油中转船)的设计目的是为了为降低FPSO（浮式生产储油轮，也叫浮式液化天然气生产储卸装置、深海采油平台）卸油成本，中远海运重工旗下的南通中远船务和广东中远船务联合国内知名研究院所研发的“FPSO+CTV+VLCC”的模式，即：FPSO处理的原油通过CTV上侧装载系统过驳，CTV通过原油外输系统卸载原油到VLCC（超大型油轮、油轮）。
但是这样的三位一体模式的中转输油，各个设施相互之间连接的输油管和缆绳，相对于其庞大的船舶体量而言很脆弱，由于FPSO平台相对固定、CTV可以通过动力定位相对固定，但是驳船不固定，所以很容易导致输油管被拉断，因此，针对海洋环境的风高浪大、环境多变等问题，需要一种自动的动态调整CTV位置的控制方式，确保输油管安全，以保障CTV的输油安全性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法，所述方法包括以下步骤：
S100，将与CTV固定的引导缆固定于VLCC上（即引导缆一端固定有CTV、另一端固定有VLCC），FPSO与CTV之间、CTV与VLCC之间连接有油管，连接FPSO与CTV之间的油管为第一油管，连接CTV与VLCC之间的油管为第二油管；
S200，当FPSO通过输油路径开始输油，通过第一油管和第二油管从CTV中转输油到VLCC，划分CTV与VLCC之间的安全区域；其中，输油路径为FPSO通过第一油管输油给CTV，CTV通过第二油管输油到VLCC；
S300，构建安全区域内的防拉断弹性控制模型；
S400，判断CTV是否在安全区域内，如果不在则通过CTV的定位调整系统通过防拉断弹性控制模型进行防拉断弹性控制。
其中，定位调整系统为动力定位系统，所述动力定位系统为DP3动力系统，动力定位系统采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上。
进一步地，在S100中，CTV为原油转驳船，FPSO为深海采油平台，VLCC为油轮。
进一步地，在S100中，所述引导缆为船舶缆绳或者船用缆绳，所述油管为船用输油胶管、船用重型输油复合软管、标准型输油复合软管、重型输油复合软管、轻型复合软管、1-8寸输油复合软管、船用石油装卸化工复合软管、输油化工复合软管、船用多用途输油复合软管、船用装卸输油复合软管、特种港口-油田输油复合软管、防静电输油复合软管、码头输油复合软管、过泊复合软管、耐高温复合软管、复合软管中任意一种。
进一步地，在S200中，划分CTV与VLCC之间的安全区域的方法为：
在FPSO开始输油的时刻，令VLCC的中心位置为圆心OB，以OB到VLCC船身上的最远位置的距离为最大半径RB，或者将VLCC船的外接球的半径作为RB，以OB为圆心、RB为半径的圆形区域作为VLCC的安全区域，以CTV的中心位置为圆心OC，以OC到CTV船身上最远距离位置的距离为最大半径Rc，或者将CTV的外接球的半径作为Rc，以OC为圆心、Rc为半径的圆形区域作为CTV的安全区域，以VLCC的安全区域为SAFEV、CTV的安全区域SAFEC，将SAFEC中SAFEV的补集（即包括在SAFEC中但是不包括在SAFEV中的区域）作为CTV与VLCC之间的安全区域，以下将CTV与VLCC之间的安全区域简称为安全区域。
进一步地，在S300中，构建防拉断弹性控制模型的方法为：
当CTV脱离了安全区域，则加油管存在着被拉断的风险，此时由于VLCC和CTV正在输油原因，CTV或者VLCC船体重量产生变化，导致船体的位置稳定性略微失衡，会导致位置产生轻微漂移，因此需要CTV进行位置微调进行防拉断控制，控制方法如下所述：
S301，令C为CTV的几何中心点的位置，B为VLCC的几何中心点位置，P为FPSO的几何中心点的位置，O表示圆心，以Op表示FPSO的几何中心位置，T表示船头位置或者船尖位置，以G表示油管接头位置，R为等效半径(等效球直径的一半)或者R为船头位置到油管接头距离的一半，J表示经度，W表示纬度，A表示航向角，带下标P、B、C的J、W、A分别表示P、B、C的位置的经度、纬度和角度(例如JP，WP表示P点的经度和纬度)；
S302，以P点的位置为基准位置Op基(JP基,WP基)实时修正C、B点的位置信息，具体方法包括：测量实时的Op、OC、OB位置：Op实(JP实,WP实)、OC实(JC实,WC实)、OB实(JB实,WB实) 和航向角AC实、AB实，其中，JP实、WP实分别表示实时采集到的P点的经度和纬度位置, JC实、WC实分别表示实时采集到的C点的经度和纬度位置，JB实、WB实分别表示实时采集到的B点的经度和纬度位置，令AC实、AB实分别表示实时采集到的C点和B点航向角；
实时修正C、B点的位置信息为、：
，
；
其中，△JP= JP实﹣JP，△WP=WP实﹣WP；
基准位置数据Op基(JP,WP)的获取方式为：以开始输油的时间T1开始，到CTV脱离安全区域的时间T2，计算时间段t=T2-T1；记开始输油的时刻的CTV的初始航向角为AC初、开始输油的时刻的VLCC的初始航向角为AB初；
监测最近时间段t内P点的Op实(JP实,WP实)得到位置集合A，剔除A中CTV的位置不在安全区域中的各个位置元素，计算A元素中各个位置的算术平均值作为Op基(JP,WP)，以这个基准位置稳定住安全区间内进行实时位置修正；
S303，设置第一约束关系为：Rc+RB+D1≤≤Rc+RB+D2，其中，为到的距离，参数D1为最小弹性距，参数D2为最大弹性距，D1、D2的值通过以下步 骤获取：
令引导缆与CTV固定的位置点为第一端点，引导缆固定于VLCC的位置点为第二端点；
记CTV的初始航向角为AC初时CTV的载体纵轴在水平面的投影直线与第一端点到第二端点的直线L1的夹角为△a1，记录此时的第一端点位置为CTV弹性基准点PC，此时的第二端点位置为VLCC弹性基准点PB，
采集最近时间段t内CTV所有的航向角AC实得到集合A1，令航向角△maxCV为集合A1最大的角,以航向角△MinCV为A1中最小的角；
采集最近时间段t内VLCC所有的航向角AB实得到集合A2，令航向角△maxBV为集合A2最大的角,以航向角△MinBV为A2中最小的角；
当航向角为△maxCV时，令CTV的载体纵轴在水平面的投影直线与连接第一端点到第二端点的直线L2的夹角为△a2，记此时的第一端点在L2上所在的位置的点为PC1，以点PC1在L1上的投影点为PCJ1；记点PC1到PC、PC1到PCJ1、PC到PCJ1的欧式距离分别为DC1、DC2、DC3；计算得到TempC1=Min (DC1、DC2、DC3)；其中，Min函数为求括号中各个元素的最小值,例如，Min(DC1、DC2、DC3)的值为DC1、DC2、DC3中的最小值；（防止CTV端的油管拉断的弹性距离的最大值）；
当航向角为△MinCV时，令CTV的载体纵轴在水平面的投影直线与连接第一端点到第二端点的直线L3的夹角为△a3，记此时的第一端点在L3上所在的位置的点为PC2，以点PC2在L1上的投影点为PCJ2；记点PC2到PC、PC2到PCJ2、PC到PCJ2的欧式距离分别为DC4、DC5、DC6；计算得到TempC2=Max(DC4、DC5、DC6)；其中，Max函数为求括号中各个元素的最大值,例如，Max(DC4、DC5、DC6)的值为DC4、DC5、DC6中的最大值；（防止CTV端的油管拉断的弹性距离的最小值）；
当航向角为△maxBV时，令VLCC的载体纵轴在水平面的投影直线与连接第一端点到第二端点的直线L4的夹角为△a4，记此时的第二端点在L4上所在的位置的点为PB1，以点PB1在L1上的投影点为PBJ1；记点PB1到PB、PB1到PBJ1、PB到PBJ1的欧式距离分别为DB1、DB2、DB3；计算得到TempB1=Min(DB1、DB2、DB3)；例如，Min(DP1、DP2、DP3)的值为DB1、DB2、DB3中的最小值；（防止VLCC端的油管拉断的弹性距离的最大值）；
当航向角为△MinBV时，令VLCC的载体纵轴在水平面的投影直线与连接第一端点到第二端点的直线L5的夹角为△a5，记此时的第二端点在L5上所在的位置的点为PB2，以点PB2在L1上的投影点为PBJ2；记点PB2到PB、PB2到PBJ2、PB到PBJ2的欧式距离分别为DB4、DB5、DB6；计算得到TempB2=Max(DB2、DB2、DB3)；（防止VLCC端的油管拉断的弹性距离的最大值）；
D1=Min(TempC1、TempC2、TempB1、TempB2)；
D2=Max(TempC1、TempC2、TempB1、TempB2)；
令以上第一约束关系为防拉断弹性控制模型。
进一步地，在S400中，通过CTV的定位调整系统通过防拉断弹性控制模型进行防拉断弹性控制的方法为：
CTV的定位调整系统进行实时的动力定位；实时监测当前CTV与驳船的中心点修正 距离，如果当前的满足第一约束关系（防拉断弹性控制模型），则定位调 整系统启动CTV向着远离驳船运动方向运动，使其回到安全区域范围内；
如果当前的不满足第一约束关系，则定位调整系统启动CTV向着远离驳 船运动方向运动使其回到安全区域范围内的同时，启动停止输油操作，关闭输油泵，推送危 险信息到管理员的移动设备。
进一步地，在S400中，所述定位调整系统为设置于CTV上的锚泊定位系统或者动力定位系统。
进一步地，在S400中，通过CTV的定位调整系统通过防拉断弹性控制模型进行防拉断弹性控制的方法还包括：
构建第二约束关系：；
△1=Min(△a2、△a3、△a4、△a5)；
△2=Max(△a2、△a3、△a4、△a5)；
其中，为修正后的CTV的航向角信息；；
CTV向着远离驳船运动方向运动过程中的方位角度的偏差为△AB；
△AB=Min(|AB实-△a1|、|AB实-△a2|、|AB实-△a3|、|AB实-△a4|、|AB实-△a5|)；
或者，△AB=Min(AB实-△a1、AB实-△a2、AB实-△a3、AB实-△a4、AB实-△a5)；
在CTV的定位调整系统启动CTV运动的运动过程中需满足第二约束关系。
本公开的有益效果为：本发明提供一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法，通过设置原油转驳船上的防拉断弹性控制模型，自适应的适当调整原油转驳船的位置以避免输油管被拉断，利用了原油转驳船的动力定位系统的推进能力，提高了原油转驳船和油轮之间稳定输油的抗风险能力，避免了再输油过程中由于风向和海流的影响导致输油过程出现风险。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1为一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法的流程图；
图2为FPSO+CTV+VLCC输油模式示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法的流程图，图2为FPSO+CTV+VLCC输油模式示意图，下面结合图1和图2来阐述根据本发明的实施方式的一种基于原油转驳船的原油输送系统的动力定位方法，所述方法包括以下步骤：
S100，将与CTV固定的引导缆固定于VLCC上，FPSO与CTV之间、CTV与VLCC之间连接有油管，连接FPSO与CTV之间的油管为第一油管，连接CTV与VLCC之间的油管为第二油管；
S200，当FPSO通过输油路径开始输油，以第一油管和第二油管输油通过CTV到VLCC,划分CTV与VLCC之间的安全区域；其中，输油路径为FPSO通过第一油管输油给CTV，CTV通过第二油管输油到VLCC；
S300，构建安全区域内的防拉断弹性控制模型；
S400，判断CTV是否在安全区域内，如果不在则通过CTV的定位调整系统通过防拉断弹性控制模型进行防拉断弹性控制。
其中，定位调整系统为动力定位系统，所述动力定位系统为DP3动力系统，动力定位系统采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上。
进一步地，在S100中，CTV为原油转驳船，FPSO为深海采油平台，VLCC为油轮。
进一步地，在S100中，所述引导缆为船舶缆绳或者船用缆绳，所述油管为船用输油胶管、船用重型输油复合软管、标准型输油复合软管、重型输油复合软管、轻型复合软管、1-8寸输油复合软管、船用石油装卸化工复合软管、输油化工复合软管、船用多用途输油复合软管、船用装卸输油复合软管、特种港口,油田输油复合软管、防静电输油复合软管、码头输油复合软管、过泊复合软管、耐高温复合软管、复合软管中任意一种。
进一步地，在S200中，划分CTV与VLCC之间的安全区域的方法为：
在FPSO开始输油的时刻，令VLCC的中心位置为圆心OB，以OB到VLCC船身上的最远位置的距离为最大半径RB，或者将VLCC船的外接球的半径作为RB，以OB为圆心、RB为半径的圆形区域作为VLCC的安全区域，以CTV的中心位置为圆心OC，以OC到CTV船身上最远距离位置的距离为最大半径Rc，或者将CTV的外接球的半径作为Rc，以OC为圆心、Rc为半径的圆形区域作为CTV的安全区域，以VLCC的安全区域为SAFEV、CTV的安全区域SAFEC，将SAFEC中SAFEV的补集（即包括在SAFEC中但是不包括在SAFEV中的区域）作为CTV与VLCC之间的安全区域，以下将CTV与VLCC之间的安全区域简称为安全区域。
进一步地，在S300中，构建防拉断弹性控制模型的方法为：
当CTV脱离了安全区域，则加油管存在着被拉断的风险，此时由于VLCC和CTV正在输油原因，CTV或者VLCC船体重量产生变化，导致船体的位置稳定性略微失衡，会导致位置产生轻微漂移，因此需要CTV进行位置微调进行防拉断控制，控制方法如下所述：
S301，令C为CTV的几何中心点的位置，B为VLCC的几何中心点位置，P为FPSO的几何中心点的位置，O表示圆心，以Op表示FPSO的几何中心位置，T表示船头或者船尖，以G表示油管接头，R为等效半径(等效球直径的一半)，J表示经度，W表示纬度，A表示航向角，带下标P、B、C的J、W、A分别表示P、B、C的位置的经度、纬度和角度(例如JP，WP表示P点的经度和纬度)；
S302，以P点的位置为基准位置Op基(JP基,WP基)进行实时修正C、B点的位置信息，具体方法包括：测量实时的Op、OC、OB位置：Op实(JP实,WP实)、OC实(JC实,WC实)、OB实(JB实,WB实) 和航向角AC实、AB实，其中，JP实、WP实分别表示实时采集到的P点的经度和纬度位置, JC实、WC实分别表示实时采集到的C点的经度和纬度位置，JB实、WB实分别表示实时采集到的B点的经度和纬度位置，令AC实、AB实分别表示实时采集到的C点和B点航向角；
实时修正C、B点的位置信息为 、：
，
；
其中，△JP= JP实﹣JP，△WP=WP实﹣WP；
基准位置数据Op基(JP,WP)的获取方式为：以开始输油的时间T1开始，到CTV脱离安全区域的时间T2，计算时间段t=T2-T1；记开始输油的时刻的CTV的初始航向角为AC初、开始输油的时刻的VLCC的初始航向角为AB初；
监测最近时间段t内P点的Op实(JP实,WP实)得到位置集合A，剔除A中CTV的位置不在安全时的各个位置元素，计算A元素中各个位置的算术平均值作为Op基(JP,WP)，从而获得JP和WP，以这个基准位置稳定住安全区间内进行实时位置修正；
S303，设置第一约束关系为：RC+RB+D1≤≤RC+RB+D2，其中，为到的欧式距离，参数D1为最小弹性距，参数D2为最大弹性距，D1、D2的值通过以 下步骤获取：
令引导缆与CTV固定的位置点为第一端点，引导缆固定于VLCC的位置点为第二端点；
记CTV的初始航向角为AC初时CTV的载体纵轴在水平面的投影直线与第一端点到第二端点的直线L1的夹角为△a1，记录此时的第一端点位置为CTV弹性基准点PC，此时的第二端点位置为VLCC弹性基准点PB，
采集最近时间段t内CTV所有的航向角AC实得到集合A1，令航向角△maxCV为集合A1最大的角,以航向角△MinCV为A1中最小的角；
采集最近时间段t内VLCC所有的航向角AB实得到集合A2，令航向角△maxBV为集合A2最大的角,以航向角△MinBV为A2中最小的角；
当航向角为△maxCV时，CTV的载体纵轴在水平面的投影直线与第一端点到第二端点的直线L2的夹角为△a2,记录此时的第一端点在L2上所在的位置PC1的点到L1上的投影点为PCJ1；记点PC1到PC、PC1到PCJ1、PC到PCJ1的欧式距离分别为DC1、DC2、DC3；计算得到TempC1=Min (DC1、DC2、DC3)；其中，Min函数为求括号中各个元素的最小值,例如，Min(DC1、DC2、DC3)的值为DC1、DC2、DC3中的最小值；（防止CTV端的油管拉断的弹性距离的最大值）；
当航向角为△MinCV时，CTV的载体纵轴在水平面的投影直线与第一端点到第二端点的直线L3的夹角为△a3,记录此时的第一端点在L3上所在的位置PC2的点到L1上的投影点为PCJ2；记点PC2到PC、PC2到PCJ2、PC到PCJ2的欧式距离分别为DC4、DC5、DC6；计算得到TempC2=Max(DC4、DC5、DC6)；其中，Max函数为求括号中各个元素的最大值,例如，Max(DC4、DC5、DC6)的值为DC4、DC5、DC6中的最大值；（防止CTV端的油管拉断的弹性距离的最小值）；
当航向角为△maxBV时，VLCC的载体纵轴在水平面的投影直线与第一端点到第二端点的直线L4的夹角为△a4,记录此时的第二端点在L4上所在的位置PB1的点到L1上的投影点为PBJ1；记点PB1到PB、PB1到PBJ1、PB到PBJ1的欧式距离分别为DB1、DB2、DB3；计算得到TempB1=Min(DB1、DB2、DB3)；例如，Min(DP1、DP2、DP3)的值为DB1、DB2、DB3中的最小值；（防止VLCC端的油管拉断的弹性距离的最大值）；
当航向角为△MinBV时，VLCC的载体纵轴在水平面的投影直线与第一端点到第二端点的直线L5的夹角为△a5,记录此时的第二端点在L5上所在的位置PB2的点到L1上的投影点为PBJ2；记点PB2到PB、PB2到PBJ2、PB到PBJ2的欧式距离分别为DB4、DB5、DB6；计算得到TempB2=Max(DB2、DB2、DB3)；（防止VLCC端的油管拉断的弹性距离的最大值）；
D1=Min(TempC1、TempC2、TempB1、TempB2)；
D2=Max(TempC1、TempC2、TempB1、TempB2)；
令以上第一约束关系为防拉断弹性控制模型。
进一步地，在S400中，通过CTV的定位调整系统通过防拉断弹性控制模型进行防拉断弹性控制的方法为：
CTV的定位调整系统进行实时的动力定位；实时监测当前CTV与驳船的中心点修正 距离，如果当前的满足第一约束关系（防拉断弹性控制模型），则定位调 整系统启动CTV向着远离驳船运动方向运动，使其回到安全区域范围内；
如果当前的不满足第一约束关系，则定位调整系统启动CTV向着远离驳 船运动方向运动使其回到安全区域范围内的同时，启动停止输油操作，关闭输油泵，推送危 险信息到管理员的移动设备。
进一步地，在S400中，所述定位调整系统为设置于CTV上的锚泊定位系统或者动力定位系统。
进一步地，在S400中，通过CTV的定位调整系统通过防拉断弹性控制模型进行防拉断弹性控制的方法还包括：
构建第二约束关系：；
△1=Min(△a2、△a3、△a4、△a5)；
△2=Max(△a2、△a3、△a4、△a5)；
其中，为修正后的CTV的航向角信息；；
CTV向着远离驳船运动方向运动过程中的方位角度的偏差为△AB；
△AB=Min(|AB实-△a1|、|AB实-△a2|、|AB实-△a3|、|AB实-△a4|、|AB实-△a5|)；
或者，△AB=Min(AB实-△a1、AB实-△a2、AB实-△a3、AB实-△a4、AB实-△a5)；
在CTV的定位调整系统启动CTV运动的运动过程中需满足第二约束关系。
尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。
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