[发明专利]一种估计作用于被支撑的自升式船只上的环境作用力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过动态定位（DP）系统对作用于支撑的自升式船只的环境作用力的判定。

背景技术

通常来说，保持海洋船只的位置是必要的。这可以通过船只的推进器实现。用动态定位系统控制推进器，以便给船只施加推力。更详细地讲，为了保持船只的位置和方向，需要控制推进器在正确的方向上施加正确大小的推力。为了计算所需的推力，动态定位系统有必要测量或估计作用在船只上的环境作用力。在常规的动态定位系统中，对环境作用力的估计可由使用参考位置传感器，风传感器，动作传感器，陀螺罗盘以及其他类似的装置的测量来实现。

通常，动态定位系统就垂荡，横荡以及艏摆或艏摇来控制船只的位置和方向。很容易理解的是，作用在船只上的环境作用力涉及到船只的垂荡和横荡的是线性作用力，而作用在船只上的环境作用力涉及到船只的艏摇或艏摆的是转动力矩。就本说明书的目的而言，应当理解的是，在以下描述中的作用在船只上的环境作用力包括作用在船只上的涉及船只的垂荡和横荡的线性作用力和作用在船只上涉及船只的艏摇或艏摆的转动力矩。然而，本领域技术人员很容易理解，此描述并不局限于船只的这些自由度，其还可以与船只的六个自由度中的任何一个相关联。

自升式船只是指具有多个能够垂直地降低或升起的长支撑腿的船只。当支撑腿升起时，自升式船只可以以基本正常的方式作为海洋船只运行。当支撑腿降低时，自升式船只可以从海床升高，通过支撑腿的支撑，浮出至水面之上，从而形成稳固的操作平台。自升式船只尤其可用在海上风力涡轮机以及其他类似海上结构的安装和维护。

在操作前后，当支撑腿没有支撑自升式船只时，动态定位系统通常用于移动自升式船只进出仓。然而，在操作过程中，自升式船只的主体升高至出水面，并且该船只由支撑腿支撑在海床上。处于这个位置中的自升式船只基本上是静止的。而自升式船只升高至出水面使得动态定位系统不可能以常规方式估计环境作用力。因此，当从操作完成开始降低船只返回水里，至船只由支撑腿支撑过渡到在水里浮动之前，动态定位系统不能计算作用于船只的环境作用力。在不知道作用于船只的环境作用力的情况下，当支撑腿升起且不再支撑船只时，动态定位系统不能确定施加到船只上的适当的推力。在动态定位系统能够精确地估计环境作用力，从而控制推进器对船只施加适当的推力之前，作用在船只上的环境作用力会导致船只经历显著的位置偏移。在这种情况下，环境作用力的先前测量结果不再适用，因为自船只升高至出水面后，环境条件会发生改变是不可避免的。

鉴于上述情况，需要设计一种实现在船只从由支撑腿支撑过渡到船只位于水里浮动之前估计作用于被支撑的自升式船只上的环境作用力的方法。

发明概述

本发明提供了一种估计作用于被支撑的自升式船只上的环境作用力的方法，该方法包括以下步骤：将船只定位于作用力判定位置中；当第一推力施加到船只上时，测量自升式船只的至少一个支撑腿上的应变；对船只施加第二推力；随着该推力的变化，监测在该至少一个支撑腿上的应变的变化；以及在船只处于作用力判定位置中时，随着推力的变化，从在该至少一个支撑腿中测量到的应变以及在该至少一个支撑腿上监测到的应变的变化计算至少一个环境作用力的估计。

如本文所用，本发明的该方法的“作用力判定位置”是指这样一个位置，即，在该位置船只由支撑腿支撑，船只的主体置于水中且船只高于其最后吃水深度一小段距离。船只的最后吃水深度是这样一个位置，即船只进入水中且当船只完全在水中浮动且不需要支撑腿支撑。重要的是，处于作用力判定位置中的作用于船只的环境作用力基本上与当船只在它的最后吃水深度时的作用在船只上的环境作用力一样。处于作用力判定位置中，船只的推进器置于水中。

船只的作用力判定位置高于最后吃水深度的精确距离将依赖于本发明的该方法所应用的船只的不同而不同。然而，船只的一示例性作用力判定位置可以是高于其最后吃水深度0.5米到2米之间。在本发明的具体实施例中，作用力判定位置可以是高于船只最后吃水深度约1米。