[发明专利]一种锚泊海洋结构物锚链断裂的实时监测方法

摘要

本发明属于应用于海洋工程技术领域，一种锚泊海洋结构物锚链断裂的实时监测方法，特别提供一种基于容错控制和卫星定位系统的锚泊海洋结构物锚链断裂的实时监测方法。本发明不需要安装额外传感器，造价低廉，仅需对现有设备进行软件升级。因此，在不需要大量资金额外的投入的基础上，本方法将极大程度提高配备锚链断裂算法海上生产设备及船只数量，大大提高海洋生产和操作安全。对于已经安装了锚链断裂传感器的海洋结构物，本方法可以作为候补方案来提高整体监测系统的冗余性和稳定性。

主权项

1.一种锚泊海洋结构物锚链断裂的实时监测方法，其特征在于，步骤如下：所述的锚泊海洋结构物包括浮式生产储油装置、动力定位钻井船、工程船、浮式电站、张力腿平台和浮式风机；该实时监测方法所用的硬件系统包括卫星定位模块、姿态模块、信号采集模块、传输模块、若干海洋锚泊结构物动力学分析模型和运算模块；所述的卫星定位模块为北斗或GPS，锚泊海洋结构物中安装动力定位系统，动力定位系统内含的惯性导航系统和卫星定位系统通过传感器判定锚泊海洋结构物的实时位置；所述的姿态模块为测量锚泊海洋结构物姿态角的传感器；所述的信号采集模块用于采集卫星定位模块和姿态模块输出的信号；所述的传输模块将信号采集模块采集到的信号传输到运算模块；所述的运算模块包括观测器组模块、信号监测模块和逻辑跳转模块；所述的观测器组模块由若干个观测器组成，每个观测器利用不同情境下的海洋锚泊结构物动力学分析模型对信号采集模块采集的信号进行滤波与观测，并输出观测值，观测器组模块输出一组观测值；所述的信号监测模块利用输出的一组观测值，输出供逻辑跳转模块判断锚泊海洋结构物当前情境的信号；所述的逻辑跳转模块根据信号监测模块输出的信号判断并输出此时相对应的情境；(1)已知锚泊海洋结构物(2)位置、锚(6)在水下的位置及锚链(5)的长度，则根据锚链(5)对应的张力曲线，估算出此时刻锚链(5)的张力；(2)假设锚泊海洋结构物(2)设有N根锚链(5)，则需要设置N+1个观测器，观测器1…N分别对应锚链(5)1…N，观测器0用于观测全部锚链(5)的实时状态；(3)利用观测器组模块估计锚泊海洋结构物的位置和转首，卫星定位模块的测量值y与各个观测器的观测值之差为i＝1…N；e_i作为常微分方程的输入，积分后得到μ_i，其中，|·|₂表示欧几里德二范数；在通常情况下，观测器0工作，其余N个观测器运行于后台；λ及μ_i的初值通过调试得出；若锚链均未断裂，则观测器0的观测结果最接近于卫星定位模块的测量值y，则μ₀最小；当锚链M发生断裂时，则观测器M输出的观测值最接近于卫星定位模块的测量值y，其对应的μ_M最小；若最小值μ_M满足(1+h)μ_M≤μ₀，则表明锚链M发生断裂，其中，h>0为一个调试的值来提高判断的可靠性。