[發明專利]一種用于浮托安裝實際測量的運動監控系統

有效

• 申請號: 201410002601.6
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103760584B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 李欣;張鼎;許鑫;吳驍;鄧燕飛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01S19/49
• 分類號: G01S19/49;G01S19/53
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種船舶與海洋工程技術領域的裝置，具體涉及一種用于海洋平臺浮托安裝中實時監控組塊運動的系統。

背景技術

浮托安裝是一種新興的大型組塊海上安裝的方法，它具有成本低、作業時間短、起重能力大、適用范圍廣、操作方便安全等特點。海上浮托安裝過程涉及到上部模塊、駁船和導管架三者間的相對運動，包括進船、位置調整、載荷轉移、繼續加載和退船一系列復雜過程。

為了使浮托安裝順利進行，需要對浮托安裝前及浮托安裝過程的組塊運動、護舷受力和海洋環境條件等進行實時監測，為現場安裝指揮提供實時參考數據及監控畫面。此外，海上實際測量作為船舶與海洋工程領域的一種重要研究手段，能夠真實反映實際情況中船舶以及海洋結構物的受力和運動響應。相對于模型試驗以及數值模擬，海上實測在數據真實性、可靠性上具有無可比擬的優點，因而，其廣泛應用于對數值模擬和模型試驗結果進行驗證。因而，海上實際測量對現場安裝和科研工作均具有十分重要的意義。

區別于一般的運動監控系統，海上浮托安裝過程中運動監控測量，具有大尺度、環境條件惡劣、數據傳輸不便、運動畫面實時顯示以及測量精度要求高等特點。這對運動監控測量系統提出了新的要求，要求能夠實現大尺度海洋結構物的運動測量、能夠實時顯示結構物的運動并且在海上環境中具有較佳的可操作性等。目前，應用于海洋工程模型試驗中的光學六自由度運動采集系統，測量尺度小，數據依賴有線傳輸，并且無法實時顯示物體運動動畫，不能應用到海上平臺的浮托安裝運動測量中。現有的其他運動監控系統均不能滿足上述海上實測的特殊要求。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種用于浮托安裝實際測量的運動監控系統，解決浮托安裝過程中大尺度精確測量、實時運動動畫顯示以及環境惡劣等難題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是設計提供一種能夠適用于海上浮托安裝實際測量要求的運動監控系統。該系統的功能在于在浮托安裝過程中實時測量駁船和組塊在風浪中的六自由度運動，樁腿對接緩沖裝置（LMU）及組塊支撐裝置（DSU）的運動幅值及速度，并通過三維動畫及圖表實時顯示監控結果，為施工者提供駁船及插肩處實時的運動信息。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于浮托安裝實際測量的運動監控系統，包括：高精度慣性導航系統、差分GPS系統、數據處理及運動顯示系統；高精度慣性導航系統提供六個自由度的運動參數，高精度是指達到厘米級的位置精度；高精度慣性導航系統和差分GPS系統通過無線信號傳輸數據給數據處理及運動顯示系統；數據處理及運動顯示系統用于組合高精度慣性導航系統和差分GPS系統測量的數據，通過組合測量算法，獲得可靠的厘米級位置精度及0.05°的姿態精度，同時顯示組塊的運動畫面及圖表。

進一步地，高精度慣性導航系統包括光纖陀螺和石英加速度計；光纖陀螺用于測量載體運動的角速度；石英加速度計用于測量載體相對慣性坐標系的加速度。

更進一步地，其中石英加速度計通過測量載體的單位質量上的慣性力和引力的矢量和的大小，獲得載體相對慣性坐標系的加速度。

進一步地，差分GPS系統包括：雙頻GPS定位與定向系統和實時動態差分系統。

更進一步地，雙頻GPS定位與定向系統由基站和移動站組成，雙頻GPS定位與定向系統通過GPS天線接收衛星發布的信號，并根據星歷表信息，獲得每顆衛星發射信號時的位置；然后分別以三顆衛星為中心，以求得的三顆衛星分別到測點的距離為半徑，作三個球面，球面的交點就是觀測點。如果載體上裝有兩個天線，即可對這兩個天線位置分別定位，從而達到定向的目的。

更進一步地，實時動態差分系統利用載波相位動態實時差分技術，根據雙頻GPS定位與定向系統中兩臺接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置；實時動態差分系統能夠實時地提供測量點的三維坐標并能夠達到厘米級的精度。

進一步地，數據處理及運動顯示系統包括：組合導航計算機、協議處理計算機和數據存儲單元。

更進一步地，其中組合導航計算機通過組合測量算法，處理來自高精度慣性導航系統和差分GPS系統測量的數據，解碼并進行坐標轉換處理，給出可靠的厘米級位置精度及0.05°的姿態精度。

更進一步地，其中協議處理計算機利用實時動畫顯示軟件將載體運動數據轉換為動畫，實現組塊運動，插尖及組塊支撐裝置的實時顯示。

更進一步地，其中數據存儲單元用于保存測量獲得的載體六自由度運動數據。