[发明专利]一种用于浮托安装实际测量的运动监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶与海洋工程技术领域的装置，具体涉及一种用于海洋平台浮托安装中实时监控组块运动的系统。

背景技术

浮托安装是一种新兴的大型组块海上安装的方法，它具有成本低、作业时间短、起重能力大、适用范围广、操作方便安全等特点。海上浮托安装过程涉及到上部模块、驳船和导管架三者间的相对运动，包括进船、位置调整、载荷转移、继续加载和退船一系列复杂过程。

为了使浮托安装顺利进行，需要对浮托安装前及浮托安装过程的组块运动、护舷受力和海洋环境条件等进行实时监测，为现场安装指挥提供实时参考数据及监控画面。此外，海上实际测量作为船舶与海洋工程领域的一种重要研究手段，能够真实反映实际情况中船舶以及海洋结构物的受力和运动响应。相对于模型试验以及数值模拟，海上实测在数据真实性、可靠性上具有无可比拟的优点，因而，其广泛应用于对数值模拟和模型试验结果进行验证。因而，海上实际测量对现场安装和科研工作均具有十分重要的意义。

区别于一般的运动监控系统，海上浮托安装过程中运动监控测量，具有大尺度、环境条件恶劣、数据传输不便、运动画面实时显示以及测量精度要求高等特点。这对运动监控测量系统提出了新的要求，要求能够实现大尺度海洋结构物的运动测量、能够实时显示结构物的运动并且在海上环境中具有较佳的可操作性等。目前，应用于海洋工程模型试验中的光学六自由度运动采集系统，测量尺度小，数据依赖有线传输，并且无法实时显示物体运动动画，不能应用到海上平台的浮托安装运动测量中。现有的其他运动监控系统均不能满足上述海上实测的特殊要求。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于浮托安装实际测量的运动监控系统，解决浮托安装过程中大尺度精确测量、实时运动动画显示以及环境恶劣等难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是设计提供一种能够适用于海上浮托安装实际测量要求的运动监控系统。该系统的功能在于在浮托安装过程中实时测量驳船和组块在风浪中的六自由度运动，桩腿对接缓冲装置（LMU）及组块支撑装置（DSU）的运动幅值及速度，并通过三维动画及图表实时显示监控结果，为施工者提供驳船及插肩处实时的运动信息。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于浮托安装实际测量的运动监控系统，包括：高精度惯性导航系统、差分GPS系统、数据处理及运动显示系统；高精度惯性导航系统提供六个自由度的运动参数，高精度是指达到厘米级的位置精度；高精度惯性导航系统和差分GPS系统通过无线信号传输数据给数据处理及运动显示系统；数据处理及运动显示系统用于组合高精度惯性导航系统和差分GPS系统测量的数据，通过组合测量算法，获得可靠的厘米级位置精度及0.05°的姿态精度，同时显示组块的运动画面及图表。

进一步地，高精度惯性导航系统包括光纤陀螺和石英加速度计；光纤陀螺用于测量载体运动的角速度；石英加速度计用于测量载体相对惯性坐标系的加速度。

更进一步地，其中石英加速度计通过测量载体的单位质量上的惯性力和引力的矢量和的大小，获得载体相对惯性坐标系的加速度。

进一步地，差分GPS系统包括：双频GPS定位与定向系统和实时动态差分系统。

更进一步地，双频GPS定位与定向系统由基站和移动站组成，双频GPS定位与定向系统通过GPS天线接收卫星发布的信号，并根据星历表信息，获得每颗卫星发射信号时的位置；然后分别以三颗卫星为中心，以求得的三颗卫星分别到测点的距离为半径，作三个球面，球面的交点就是观测点。如果载体上装有两个天线，即可对这两个天线位置分别定位，从而达到定向的目的。

更进一步地，实时动态差分系统利用载波相位动态实时差分技术，根据双频GPS定位与定向系统中两台接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置；实时动态差分系统能够实时地提供测量点的三维坐标并能够达到厘米级的精度。

进一步地，数据处理及运动显示系统包括：组合导航计算机、协议处理计算机和数据存储单元。

更进一步地，其中组合导航计算机通过组合测量算法，处理来自高精度惯性导航系统和差分GPS系统测量的数据，解码并进行坐标转换处理，给出可靠的厘米级位置精度及0.05°的姿态精度。

更进一步地，其中协议处理计算机利用实时动画显示软件将载体运动数据转换为动画，实现组块运动，插尖及组块支撑装置的实时显示。

更进一步地，其中数据存储单元用于保存测量获得的载体六自由度运动数据。