[发明专利]海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法、装置及设备

说明书

本发明提供海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法、装置及设备，包括：获取实时采集的所述海洋浮式结构物的不同自由度上的运动信号；将所述运动信号的时历数据线性叠加以得到合信号的时历数据；根据所述合信号的时历数据生成所述合信号的瞬时频率随时间变化的瞬时频率时历数据；从所述瞬时频率时历数据中辨识出频率突变；其中，所述频率突变是在参数共振运动发生时由至少两个自由度上的运动信号间的倍频关系引起的；根据所述频率突变计算得到参数共振运动发生的时刻以供进行预警。本发明采用更高效的算法和更少的装置成本来实现参数共振运动的超前预警，能够在参数共振发生的初期运动幅值较小时，消耗很少的能量来高效地规避参数共振运动。

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域，特别是涉及用于检测海洋浮式结构物的参数共振运动的预警方法、装置、存储介质及设备。

背景技术

海洋浮式结构物如船舶、海洋平台和海上浮式风机等在波浪激励下除了会发生常规的波激运动外还会发生非线性的参数共振运动，如：集装箱船和豪华邮轮的参数横摇运动、SPAR平台和海上浮式风机的参数纵摇运动等。参数共振发生时，会伴随有浮式结构物的大幅剧烈运动甚至失稳倾覆，造成重大的人员和财产损失，如：集装箱船大幅参数横摇下的丢箱、SPAR平台和海上浮式风机在大幅参数纵摇运动下的系缆断裂等。因此，亟需采取措施来规避参数共振的发生。

目前，海洋浮式结构物上多安装有主动(主动减摇水舱、减摇鳍、动力定位系统等)和被动装置(被动减摇水舱、舭龙骨、垂荡板等)来进行波激运动的有效规避。然而，这些装置对于比常规波激运动更剧烈的参数共振运动规避效果有限。根据参数共振运动的特性，其在发生初期刚满足参数共振条件时，运动幅值较小。因此，如果能在参数共振发生的初期进行预警，采用装置改变达成共振的条件，就可以通过消耗很少的能量来高效地规避参数共振运动。可见，海洋浮式结构物的超前预警装置对于其安全性具有重要意义。

中国发明专利申请“一种主动抑制参数横摇的船舶航迹跟踪预测控制方法”(公开号：CN104881040A)提出在船舶发生参数横摇时，采用舵在尽可能小的牺牲船舶航迹跟踪性能的前提下来抑制参数横摇。在该发明中，舵在发生大幅参数共振运动时才进行减摇，需要消耗大量能量而且会影响船舶航迹跟踪性能。可见，进行参数共振运动的超前预警，在运动幅度小的时候进行抑制的重要性。韩国专利“Parametric roll preventing apparatusand method for vessel”(公告号：KR100827396B1)的发明人提出一种船舶参数横摇的预警方法与装置，并采用舵进行参数横摇抑制。其预警装置中需要采用的海浪监测设备(wavemonitoring device)不易获得，应用具有一定局限性，这与本发明中仅采用方便获取的运动信号进行参数共振超前预警有明显区别。丹麦专利“Prediction of resonantoscillation”(公开号：WO2010118752A1)的发明人提出一种进行两个相关振荡信号间参数共振预报的算法及装置，其将两个相关振荡信号进行时域和频域上的变换处理，进而分别设计了频域中的频率辨识和时域中的相位辨识两个预报机制，来进行参数共振的预报。然而，该算法及装置中仅涉及参数横摇的预警，未在预警的时效性上进行专门设计，这与本发明强调的超前预警存在明显不同，且本发明的算法中采用希尔伯特-黄方法直接得到时频结合信息，与此发明中分别得到时域与频域信息的做法有根本不同。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供海洋浮式结构物参数共振运动的预警方法、装置、介质及设备，采用更高效的算法和更少的装置成本来实现参数共振运动的超前预警，以期能够在参数共振发生的初期运动幅值较小时，消耗很少的能量来高效地规避参数共振运动。