一种多船运动姿态实时监测系统
阅读说明：本技术 一种多船运动姿态实时监测系统 (Real-time monitoring system for multi-ship motion postures ) 是由 昝英飞 袁利毫 于 2021-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多船运动姿态实时监测系统,包括位于1号起重船的第一测试系统和位于2号起重机上的第二测试系统,以及位于待拆除平台的第一无线网桥和位于运输船上的第二网桥,所述第一测试系统包含测波系统主机和数据采集分析系统主机,所述测波系统显示器与雷达中央控制单元信号连接,雷达中央控制单元与第一雷达和数字信号转换单元信号连接；所述第二测试模块包含第二数据采集分析系统主机,第二数据采集分析系统主机与第二核心交换机连接,第二核心交换机与若干个通信模块和第二无线网桥连接。本发明在平台拆解作业过程中实时测量船舶的实时运动及姿态,在作业过程中对海洋的风浪流、各个船体运动及姿态进行实时测量,数据同步传输。(The invention discloses a multi-ship motion attitude real-time monitoring system, which comprises a first test system positioned on a No. 1 crane ship, a second test system positioned on a No. 2 crane, a first wireless network bridge positioned on a platform to be dismantled and a second network bridge positioned on a transport ship, wherein the first test system comprises a wave measurement system host and a data acquisition and analysis system host, a wave measurement system display is in signal connection with a radar central control unit, and the radar central control unit is in signal connection with a first radar and a digital signal conversion unit; the second test module comprises a second data acquisition and analysis system host, the second data acquisition and analysis system host is connected with a second core switch, and the second core switch is connected with the plurality of communication modules and a second wireless network bridge. The invention measures the real-time motion and attitude of the ship in real time during the platform disassembly operation, measures the wave flow of the ocean and the motion and attitude of each ship body in real time during the operation, and synchronously transmits data.)
技术领域
本发明涉及一种多船运动姿态实时监测系统，属于测量领域。
背景技术
近现代海洋石油工业发展迅速，在作业海域新建的石油生产设施越来越多，目前全球建设了超过10700多座海洋石油生产设施，一般的海洋石油平台设计寿命是20年左右，平台设计寿命到期后，如果没有其他用途，那么必须废弃拆除。废弃海洋平台的拆除对海洋环境、通航和渔业生产具有重要意义。
进入本世纪以来我国陆续建设的海洋平台将大量进入废弃阶段，平台拆除任务艰巨。新的平台拆除技术也发展迅速，多船协同作业拆解平台在安全、经济、效率和适用范围方面具有优势。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多船运动姿态实时监测系统，在平台拆解作业过程中实时测量船舶的实时运动及姿态，在作业过程中对海洋的风浪流、各个船体运动及姿态进行实时测量，数据同步传输。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种多船运动姿态实时监测系统，包括位于1号起重船的第一测试系统和位于2号起重机上的第二测试系统，待拆除平台姿态测量装置以及网络通讯系统。，所述第一测试系统包含数据授时同步传输系统、风速风向测量装置、测波装置、数据采集分析系统、姿态测量装置、位置测量装置。所述第二测试系统包含数据授时同步传输系统、数据采集分析系统、网络通讯系统、姿态测量装置、位置测量装置。所述数据授时同步传输系统与各测量装置连接，采集数据并加入时戳通过网络通讯系统发送至数据采集分析系统。所述网络通讯系统之核心交换机通过无线访问节点与网桥设备实现第一测试系统及第二测试系统数据传输链路。所述第一测试系统和第二此时系统中各测量装置根据实船安装位置，选择采用有线或无线数据通讯方式。所述带拆除平台姿态测量装置通过数据授时同步传输系统发送数据至第一测试系统与第二测试系统。
网络通讯系统在第一起重船、第二起重船以及运输船间通过网桥建立通讯链接，网络控制器部署在第一起重船。
作为优选，所述第一、第二测试系统中所有原理数据采集分析处理系统主机的测量装置均配置所述数据授时同步传输模块，数据通过无线链路传输
作为优选，所述第一、第二测试系统至测高雷达各有六个个，分别布置在船舷两侧的船艏、船中和船艉。
作为优选，所述数据授时同步传输模块设有无线有线通讯模式，使用GPS授时获得精确的时间信号，并以此为时钟基准进行数据记录。
作为优选，所述数据授时同步传输模块包含GPS接收器、处理器和通讯模块，通信模块可通过WIFI或以太网接口与路由器信号连接，模块通过锂电池供电，可快速部署，便于安装。
作为优选，所述1号起重船和2号起重船上均布置双GPS天线。
作为优选，所述1号起重船和2号起重船上方10米位置上安装有风速风向仪。
作为优选，所述1号起重船和2号起重船左右两舷各安装三只雷达测高仪，单侧舷的两只雷达测高仪水平距离不低于20米。
有益效果：本发明的多船运动姿态实时监测系统，在平台拆解作业过程中实时测量船舶运动及姿态数据，多个测量装置数据经过数据分析处理系统的解算与融合处理，实时显示同一时间轴下的环境变量以及在环境载荷和作业载荷作用下的船舶实时姿态数据，并动态显示作业船舶与目标平台的位置数据。便于在作业过程更准确的掌握作业船舶、机具以及目标平台的状态及作业效果，对现场作业指挥决策提供数据支持。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图2为本发明数据授时同步传输模块示意图。
图3为本发明系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示，本发明应用的项目中采用两个起重船和一个运输船，船体均为配置了DP3动力定位系统的半潜船。本发明的一种多船运动姿态实时监测系统，包括位于1号起重船的第一测试系统和位于2号起重机上的第二测试系统，以及位于待拆除平台的姿态测量装置和网络通讯系统。
所述第一测试系统包含测波装置、风速风向测量装置、干舷高度测量装置、航向测量装置、RTK定位测量装置、船舶姿态测量装置、平台姿态测量装置和数据采集分析系统主机。所述第一测量系统之测波装置主机通过串口通讯获取电罗经艏向测量数据及GNSS接收机数据、风速风向仪数据用于浪流数据辅助计算，所测浪流数据通过串口发送至数据采集分析系统主机。惯性测量单元所测船舶六自由度数据通过串口直接发送至数据采集分析系统主机。电罗经所测航向测量数据通过串口发送至数据采集分析处理系统主机。所述风速风向测量装置、干舷高度测量装置、平台姿态测量装置测量数据通过数据授时同步传输系统接入网路通讯系统，并发送至数据采集分析系统主机；所述第二测试模块包含风速风向测量装置、干舷高度测量装置、航向测量装置、RTK定位测量装置、船舶姿态测量装置以及第二数据采集分析系统主机，系统测量装置部署与数据通讯方式与第一测试系统相同。
网络通讯系统包括部署在第一起重船的第一核心交换机(包含网络控制功能)、第一网桥、第一网络访问节点，部署在第二起重船的第二核心交换机、第二网桥、第二网络访问节点，部署在运输船的第三网桥和第三核心交换机。
在本发明中，所述测波有一个，部署在第一起重船。所述数据授时同步通信模块设有无线通讯模式和有线通讯模式，采用GPS秒脉冲作为时钟校准基准进行数据授时。所述数据授时同步通信模块包含GPS接收单元、处理器和通讯单元，所述GPS接收单元接收卫星信号，处理器接收传感器数据并通讯单元接入通讯网络，数据授时同步通讯模块采用锂电池供电，同时未传感器提供供电电源。所述1号起重船和2号起重船上均布置双GPS天线。所述1号起重船和2号起重船上方2米位置上安装有风速风向仪。所述1号起重船和2号起重船左右两舷各安装两只雷达测高仪，单侧舷的两只雷达测高仪水平距离不低于20米。
在本发明中，惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。其包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
在本发明中，测波雷达基于多普勒原理，连续测量各方向水质点的轨道速度和回波强度，通过线性海浪理论，计算出海浪谱和速度谱。同时根据视向速度与海流速度的对应关系，获得该方位的径向海流。数据融合得到有向浪高谱、海浪统计(如有效浪高、浪周期、浪向等)以及矢量流等多种参数。
在本发明中，为适应海洋工程的恶劣环境，降低数据采集系统的施工难度，设计该无线远程数据采集系统，该系统使用GPS授时获得精确的时间信号，并以此为时钟基准进行数据记录。同时本系统还支持有线通讯方式作为备用通讯方式，提高系统运行的可靠性。系统网络连接采用有线/无线复用功能，在布线条件有限时可使用无线+电池模式；如果方便布线可选用其RJ45接口连接Cat5级别以上的网线进行通讯与POE供电。
在本发明中，为实现起重船、运输船与待拆除平台的艏向测量功能，需要在以上平台分别布置双GPS天线以确定艏向位置。如下图所示，两个GPS天线分别放置于船首与船尾，距离20米以上。RTK在海上定位精度为2-4cm，故当双天线距离20米时，艏向误差为0.23°。
在本发明中，风速风向仪安装于两艘起重船生活区上方距离安装面2米，距离甚高频(VHF)天线至少1米，距离中频高频(HF/MF)天线至少5米，并且安装位置需避开雷达扫描区域。测波雷达安装于1号起重船生活区上方，测波雷达由升降支架支撑，升降支架行程应保证测波雷达工作时距离海平面15米以上，并避开甚高频、高频、中频天线(VHF/HF/MF)与风速风向仪。
在本发明中，系统配置两个集装箱控制房，分别放置于两艘起重船的甲板上，用于监控整个系统的运行，并且为监控设备，网络设备，IMU，GPS，电罗经提供放置空间。集装箱房的放置应尽可能的靠近起重船重心位置，如条件不允许则需精确测量集装箱控制房在甲板上的安装位置与方向，并在软件中建立集装箱控制房与重心的坐标关系，得到换算公式并对监控软件进行矫正。
本发明公开了一种多船运动姿态实时监测系统，包括位于1号起重船的第一测试系统和位于2号起重机上的第二测试系统，以及位于待拆除平台的第一无线网桥和位于运输船上的第二网桥，所述第一测试系统包含测波系统主机和数据采集分析系统主机，所述测波系统显示器与雷达中央控制单元信号连接，雷达中央控制单元与第一雷达和数字信号转换单元信号连接；所述第二测试模块包含第二数据采集分析系统主机，第二数据采集分析系统主机与第二核心交换机连接，第二核心交换机与若干个通信模块和第二无线网桥连接。本发明在平台拆解作业过程中实时测量船舶的实时运动及姿态，在作业过程中对海洋的风浪流、各个船体运动及姿态进行实时测量，数据同步传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。