[發明專利]一種用于鋪管船管道路徑的分析方法

在審

• 申請號: 201811603802.6
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109767035A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 李新飛;吳昌楠;袁利毫;昝英飛;國巖;陳忠言;李桐;廖德輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于船舶動力定位控制技術領域，具體涉及一種用于鋪管船管道路徑的分析方法，包括以下步驟：根據鋪管船的位置和接觸距離確定管道落地點的位置，根據管道落地點的位置確定出滑動矩陣；根據滑動矩陣判斷管道曲線路徑類型；根據路徑類型特點計算直線路徑之間的夾角；根據圓弧半徑和夾角計算切點到中間點的距離；根據圓心、切點1相對于12直線路徑的SF坐標值，計算其在北東坐標系下的位置；根據切點2相對于23直線路徑的SF坐標值，計算其在北東坐標系下的位置；本發明簡化了對航點表的預處理工作，不用提前對整個的管道路徑進行完整的計算分析。而只需要循環執行通過滑動矩陣定義的管道路徑分析方法就可以依次將整個路徑做一個全面的分析。

技術領域

本發明屬于船舶動力定位控制技術領域，具體涉及一種用于鋪管船管道路徑的分析方法。

背景技術

21世紀至今，海洋已經成為全球石油勘探至關重要的領域。國外權威機構曾經預測，未來世界油氣資源總儲存量的44％來自海洋。隨著海上石油工業的發展，海上油氣運輸變得越來越繁忙，所以水下管道在油氣長途運輸中起著至關重要的作用。海底管道目前采用專用工程船舶--鋪管船進行鋪設，尤其是深水管道鋪設，世界上大約75％的海洋管道是用這種方法施工完成的。鋪管船在進行管道鋪設作業時，需要控制船體在海上定位，或沿著預先設定好的路徑進行循跡。對于常規的DP船作業時只需直接對船體設置期望的路徑，但在鋪管過程中卻是要對鋪設管道設置期望路徑，并通過DP系統控制船舶間接將管道鋪設于設定的路徑。

鋪管船的管道路徑是通過航點表來表示的。航點表的形式如表1所示。航點表中除了航點坐標(北東坐標系下)外，還包含管道落地點與船舶旋轉中心之間的距離，即接觸距離。船舶的期望艏向、期望速度和轉彎半徑。管道路徑被存儲在航點表中的航跡點和轉彎半徑分成直線路徑和曲線路徑，每一段曲線路徑的半徑為航點表對應航點處所指定的半徑大小。當所處海域的水深為一定值時，接觸距離也通常為一定值。而船舶在鋪管過程中，可認為一定范圍內海域的水深是不變的。在這一條件下，使得由管道路徑和接觸距離推算船舶路徑成為可能，接觸距離成為管道路徑和船舶路徑之間的連接的橋梁。

目前國內外對于動力定位鋪管船的鋪管作業的研究主要集中在，鋪管船定位性能研究和定位能力分析、鋪管船的路徑跟蹤控制方法等方面。在鋪管船的路徑跟蹤控制方面，主要是對循跡控制器和導引策略進行研究，而沒有對管道路徑和船舶路徑進行深入的研究。對于水面船舶的路徑跟蹤通常采用的是LOS視線導引算法。視線導引算法只適用于直線路徑，而不適用于曲線路徑。因此研究鋪管船的路徑類型特點，有助于理清船舶在鋪管過程中路徑變化的特點，并為設計適用于鋪管船的曲線路徑的導引算法提供依據。因此本發明提出一種針對鋪管船舶的管道路徑分析方法。為通過接觸距離計算出船舶的期望路徑奠定了基礎。

發明內容

一種用于鋪管船管道路徑的分析方法，包括以下步驟：

(1)根據鋪管船的位置和接觸距離確定管道落地點的位置，根據管道落地點的位置確定出滑動矩陣；

(2)根據滑動矩陣判斷管道曲線路徑類型；

(3)根據路徑類型特點計算直線路徑之間的夾角；

(4)根據圓弧半徑和夾角計算切點到中間點的距離；

(5)根據圓心、切點1相對于12直線路徑的SF坐標值，計算其在北東坐標系下的位置；

(6)根據切點2相對于23直線路徑的SF坐標值，計算其在北東坐標系下的位置；

(7)根據切點和圓心坐標，計算兩個切點到圓心的航跡角；

(8)得到直線路徑的起點和終點坐標，以及弧線路徑的角度范圍。

所述根據鋪管船的位置和接觸距離確定管道落地點的位置，根據管道落地點的位置確定出滑動矩陣，包括：