[發(fā)明專利]一種基于海浪圖像遙感和人工智能的海洋浮體運動實時預(yù)報系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710769596.5
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107545250A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段文洋;黃禮敏;趙彬彬;韓陽;馬學(xué)文;葉秀芬;畢曉君;王金玲;鄭義;徐靜
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/20;G06N3/08;G01D21/02
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶與海洋工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于海浪圖像遙感和人工智能的海洋浮體運動實時預(yù)報系統(tǒng)。

背景技術(shù)

海洋平臺是人們探索海洋、開發(fā)海洋礦產(chǎn)資源的重要工具，廣泛應(yīng)用于海洋工程匯中的各個領(lǐng)域。從海洋平臺的設(shè)計到營運的全生命周期內(nèi)，海洋風(fēng)浪環(huán)境及其所導(dǎo)致的海洋平臺運動響應(yīng)始終是平臺海上作業(yè)與平臺結(jié)構(gòu)安全的主要影響因素。過大的海浪與平臺運動會對海上吊裝、采油、鉆井、動力定位、平臺直升機起飛降落等作業(yè)帶來不利影響。

海洋風(fēng)浪及平臺運動對海上作業(yè)安全的影響可通過以下幾個方面體現(xiàn)：

第一個是鉆井作業(yè)，在海洋平臺進(jìn)行鉆井作業(yè)時，需要將鉆桿從平臺上放下直到海底，由平臺上攜帶的機械驅(qū)動鉆桿進(jìn)行鉆井作業(yè)。這要求平臺相對于鉆井位置保持靜止或者只能在允許范圍內(nèi)小幅運動。

第二個是直升機降落，平臺位于大海之上，常規(guī)補給及人員設(shè)備的運輸手段難以實現(xiàn)，直升機作為一種空中運輸方式非常適合平臺上的運輸工作。但直升機在起降作業(yè)對平臺甲板運動的影響較大，通常要求直升機甲板的運動小于一定值，否則會造成直升機降落時撞擊甲板，導(dǎo)致無法正常降落甚至威脅直升機與平臺的安全。

第三個是起重作業(yè)，起重是海洋平臺上的最為頻繁的作業(yè)之一，如設(shè)備的搬運、貨物的補給等。在起重作業(yè)過程中，起重設(shè)備吊裝貨物時會對平臺的運動有一定要求。當(dāng)海浪較大時，過大的橫向運動會導(dǎo)致吊裝貨物產(chǎn)生劇烈搖擺，給平臺和海上作業(yè)安全帶來威脅：一方面會撞擊其他結(jié)構(gòu)威脅平臺的安全，另一方面也會增大起重設(shè)備的負(fù)載，有可能拉斷繩索造成巨大的瞬損失。而過大的垂向運動，會造成起重機構(gòu)在起重設(shè)備的時候有一個額外的加速度，會引起起重機構(gòu)的受力突然增大或者減小，造成起重機的吊裝能力不足或者起重機瞬時功率過大、燒毀電機、導(dǎo)致機械的燒毀或是繩索斷裂，嚴(yán)重威脅起重過程及起重機本身的安全。

第四個是人員輸送，除了直升機之外，船舶是向平臺輸送工作人員的另一種重要的手段。而人員從船上到平臺、或者是從平臺到船上，都是通過乘坐類似升降梯的“吊籃”實現(xiàn)(如圖3所示)。在人員升降的過程中，平臺運動會對設(shè)備安全、乃至工作人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅。

第五個是平臺間協(xié)同作業(yè)，對于海洋平臺，當(dāng)采油平臺儲存了一定數(shù)量的原油以后，需要把這部分油運送出去，這需要借助于穿梭油輪，當(dāng)平臺與穿梭油輪進(jìn)行輸油作業(yè)時，由于常用的輸油方式是采用懸索管道的方式，因此要求二者的相對位置小于一定值，否則作業(yè)將會無法正常進(jìn)行甚至?xí)?dǎo)致管道被撕裂威脅平臺與穿梭油輪的安全。除了穿梭油輪之外，一些海洋平臺需要其他輔助平臺來幫助進(jìn)行作業(yè)，例如：982平臺需要伊頓平臺作為電源管理平臺配合進(jìn)行工作；采油平臺需要配合穿梭油輪或者FPSO進(jìn)行石油的運輸與處理。在運輸與處理的過程當(dāng)中，要求平臺間的相對位移需小于允許的界限，否則，極有可能造成平臺間連接結(jié)構(gòu)的破壞，給作業(yè)人員及設(shè)備安全帶來危險。

第六個是平臺海上安裝，平臺建造過程中，頂部模塊的安裝通常在海上進(jìn)行。而在平臺安裝過程中，目標(biāo)平臺與作業(yè)平臺均不允許出現(xiàn)大幅的運動。對于浮托安裝作業(yè)，API給出了駁船系泊線極限張力與安全因子的限制,當(dāng)波浪較大時,系泊線受力超過規(guī)范要求會影響安裝過程甚至?xí){平臺與駁船的安全。對于浮吊法而言，當(dāng)浮吊在較大的波浪中作業(yè)時，會難以對準(zhǔn)安裝位置影響正常安裝平臺，當(dāng)運動幅度過大時，甚至?xí)?dǎo)致安全事故。

綜上分析，海洋風(fēng)浪是引起平臺運動外部激勵的主要因素，而平臺運動又會對平臺海上作業(yè)和平臺結(jié)構(gòu)安全造成威脅。因而，平臺周圍海浪及平臺的運動性能進(jìn)行實時預(yù)報，對保障海洋浮體作業(yè)安全具有重要的意義。一方面，通過預(yù)報，可為開展鉆井作業(yè)、直升機起飛降落、平臺海上安裝、平臺起重作業(yè)等，提供一個安全的作業(yè)窗口；另一方面，海洋風(fēng)浪及平臺運動的實時預(yù)報信息又可作為動力定位系統(tǒng)的控制決策輸入，提高海洋平臺的定位性能。

關(guān)于浮體運動的實時預(yù)報，現(xiàn)有的方法主要基于海浪理論和浮體水動力學(xué)的建模方法。由于物理過程復(fù)雜，這類建模方法實現(xiàn)困難，需要很長的研制周期，而且需要投入的研究成本較大。而隨著計算機水平的發(fā)展，人工智能技術(shù)得到了飛速發(fā)展，由于其具有強大的學(xué)習(xí)能力，人工智能技術(shù)被廣泛用于分析復(fù)雜的物理問題。因此，本發(fā)明提出一種基于海浪圖像遙感與人工智能的海洋浮體運動實時預(yù)報系統(tǒng)，通過人工智能預(yù)報模型，實現(xiàn)對浮體運動性能的實時預(yù)報，為海上作業(yè)安全提供決策支持。

而目前，國內(nèi)外均未有類似或者相同的海洋浮體運動實時預(yù)報及輔助決策支持系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容