CN113124754A - 一种适用于浮托安装顶升平面与对接平面的位姿监测方法 - Google Patents

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CN113124754A CN202110442578.2A CN202110442578A CN113124754A CN 113124754 A CN113124754 A CN 113124754A CN 202110442578 A CN202110442578 A CN 202110442578A CN 113124754 A CN113124754 A CN 113124754A
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邵鹏松
章青
张子波
蒋晗
姚旭
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Abstract

本发明公开了一种适用于浮托安装顶升平面与对接平面的位姿监测方法，包括在导管架桩腿上安装八个激光测距传感器，在对接过程中测量距离数据，根据位置关系得到上部模块底部离散点坐标，计算出测量平面方程；在四个液压缸中安装压力传感器，测量压力数值并计算各个位置的顶升力大小，在ANSYS中进行静力学分析得到上部模块变形模型，通过二次开发计算出顶升平面偏差、对接平面偏差；结合偏差数值及测量平面方程得出顶升平面方程和对接平面方程。本发明可以提高浮托安装过程中上部模块对接精度、增强监测***的抗干扰性、保障对接过程安全性。

Description

一种适用于浮托安装顶升平面与对接平面的位姿监测方法
技术领域
本发明涉及一种平面位姿监测方法，尤其涉及浮托安装顶升平面与对接平面的位姿监测方法。
背景技术
浮托安装模块对接过程中，上部模块在液压***、水位压载***和潮汐的共同作用下缓慢下降至导管架的支撑桩腿上。受风、浪、流、潮等因素的影响上部模块需要通过运动补偿***作用保持稳定，运动补偿***最重要部分是对上部模块实时位姿的监测。传统的位姿监测方法是利用激光雷达对上部模块进行监测，此方法有较大的滞后性、监测精度较低、监测范围受限、设备成本较高、环境适应能力差，并不能完全适合于浮托安装过程中。此外浮托安装的过程中上部模块主要为点支撑，底部会产生大范围变形，对接位置和顶升位置都与理论位置都会有较大的偏差，当前的位姿监测***都未针对这类情况进行设计，严重影响了上部模块的对接精度，在浮托安装模块对接过程亟需一种高精度、高实用性、高实时性的位姿监测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以在浮托安装模块对接过程中增强监测时效性、提高对接精度、保障施工安全性、适应复杂海洋环境、便捷易行的位姿监测方法。
本发明的优点：采用激光测距传感器作为主要监测仪器，提高监测精度及环境抗干扰性；摆脱传统仅对上部模块底面进行监测的思路，针对对接平面与顶升平面进行监测，增强监测***的实用性；综合考虑上部模块在浮托安装过程的变形情况，使得监测效果更加可靠；计算方法简便、数据处理简单，最大程度保障监测***的时效性；能够有效解决浮托安装模块对接过程对接精度低、时滞性强等问题，是一种操作简单、安全可靠、监测精度高、抗干扰性强、实时性强的方法。
附图说明
图1是一种适用于浮托安装顶升平面与对接平面的位姿监测方法流程图；
图2是浮托安装驳船测量平面、顶升平面、对接平面位置示意图；
图3是浮托安装导管架桩腿及激光测距传感器俯视示意图；
图4是浮托安装导管架桩腿及激光测距传感器正视示意图；
图2中：1-上部模块；2-激光光束；3-浮托驳船上的液压缸；4-浮托驳船；5-上部模块对接桩腿；6-顶升平面；7-测量平面；8-对接平面；
图3中：9-导管架支撑桩腿，10-激光测距传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
步骤一、在海洋平台导管架的每个桩腿上安装一个激光测距传感器，激光测距传感器竖直向上安装，激光测距传感器顶面与导管架桩腿顶面处于同一水平高度上。为方便叙述，以两排八桩腿的导管架为例进行说明，在导管架桩腿的内侧位置各安装一个激光测距传感器A1-A8。
步骤二、利用激光测距传感器测量得到上部模块底面上多个离散点的三维坐标，具体过程如下：
第一步，选取激光测距传感器A1激光发射口中心点为原点，建立空间直角坐标系，A1到A2方向为x轴正方向，A1到A5方向为y轴正方向，竖直向上为z轴正方向；
第二步，在浮托安装组块对接过程中，利用激光测距传感器测量与上部模块底面距离，测得的距离数据zA1、zA2、zA3、zA4、zA5、zA6、zA7、zA8通过无线传输模块将数据传输至计算机中；
第三步，根据激光测距传感器的位置关系可以通过计算得到八个激光测距传感器激光发射口中心点三维坐标，结合第二步测量的距离数据zA1、zA2、zA3、zA4、zA5、zA6、zA7、zA8，可以得到八个上部模块底面上的离散点坐标(xA1,yA1,zA1)、(xA2,yA2,zA2)、(xA3,yA3,zA3)、(xA4,yA4,zA4)、(xA5,yA5,zA5)、(xA6,yA6,zA6)、(xA7,yA7,zA7)、(xA8,yA8,zA8)。
步骤三、根据步骤二得到的上部模块底面上的离散点坐标，利用超定方程计算出上部模块测量平面方程z＝ax+by+c。其中：
Figure BDA0003035182730000031
步骤四、利用ANSYS有限元分析软件分析浮托安装组块对接过程中上部模块底面的变形情况，具体过程如下：
第一步，浮托安装组块对接过程中上部模块全部重量由浮托驳船上的四个液压缸进行支撑，每个液压缸上安装有压力传感器，测得四个液压缸内的压强P1、P2、P3、P4通过无线传输模块将数据传输至计算机中，计算可得每个液压缸的顶升力为F1、F2、F3、F4，其中：
Figure BDA0003035182730000032
式中，S表示液压缸中无杆腔截面积大小，可由液压缸的使用说明书查询；
第二步，在ANSYS有限元分析软件中导入上部模块的三维模型，在上部模块底面液压缸的四个顶升点按照位置与力的对应关系依次添加方向竖直向上、大小为F1、F2、F3、F4的顶升力，并进行静力学分析，得到上部模块的形变模型。
步骤五、根据上部模块的形变模型计算得到浮托安装过程中顶升平面与对接平面的平面方程，具体过程如下：
第一步，根据实际工程设计的情况，在步骤四获得的上部模块形变模型中通过点击的方式选出一个顶升点、一个测量点、一个对接点；
第二步，对ANSYS软件进行坐标提取的二次开发，获得第一步中选取的顶升点坐标、测量点坐标和对接点坐标，计算得到顶升平面偏差ε1、对接平面偏差ε2，其中：
Figure BDA0003035182730000041
式中，z1表示顶升点垂向坐标，z2表示对接点垂向坐标，z0表示测量点垂向坐标；
第三步，结合步骤三得到的测量平面方程与步骤五第二步得到的顶升平面偏差ε1、对接平面偏差ε2，可以得到顶升平面方程z＝ax+by+c+ε1，对接平面方程z＝ax+by+c+ε2，在绘图软件中导入顶升平面方程与对接平面方程可以得到顶升平面与顶升平面的位姿状态。

Claims (1)

1.一种适用于浮托安装顶升平面与对接平面的位姿监测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、在海洋平台导管架的每个桩腿上安装一个激光测距传感器，激光测距传感器竖直向上安装，激光测距传感器顶面与导管架桩腿顶面处于同一水平高度上。为方便叙述，以两排八桩腿的导管架为例进行说明，在导管架桩腿的内侧位置各安装一个激光测距传感器A1-A8。
步骤二、利用激光测距传感器测量得到上部模块底面上多个离散点的三维坐标，具体过程如下：
第一步，选取激光测距传感器A1激光发射口中心点为原点，建立空间直角坐标系，A1到A2方向为x轴正方向，A1到A5方向为y轴正方向，竖直向上为z轴正方向；
第二步，在浮托安装组块对接过程中，利用激光测距传感器测量与上部模块底面距离，测得的距离数据zA1、zA2、zA3、zA4、zA5、zA6、zA7、zA8通过无线传输模块将数据传输至计算机中；
第三步，根据激光测距传感器的位置关系可以通过计算得到八个激光测距传感器激光发射口中心点三维坐标，结合第二步测量的距离数据zA1、zA2、zA3、zA4、zA5、zA6、zA7、zA8，可以得到八个上部模块底面上的离散点坐标(xA1,yA1,zA1)、(xA2,yA2,zA2)、(xA3,yA3,zA3)、(xA4,yA4,zA4)、(xA5,yA5,zA5)、(xA6,yA6,zA6)、(xA7,yA7,zA7)、(xA8,yA8,zA8)。
步骤三、根据步骤二得到的上部模块底面上的离散点坐标，利用超定方程计算出上部模块测量平面方程z＝ax+by+c。
步骤四、利用ANSYS有限元分析软件分析浮托安装组块对接过程中上部模块底面的变形情况，具体过程如下：
第一步，浮托安装组块对接过程中上部模块全部重量由浮托驳船上的四个液压缸进行支撑，每个液压缸上安装有压力传感器，测得四个液压缸内的压强P1、P2、P3、P4通过无线传输模块将数据传输至计算机中，计算可得每个液压缸的顶升力为F1、F2、F3、F4；
第二步，在ANSYS有限元分析软件中导入上部模块的三维模型，在上部模块底面液压缸的四个顶升点按照位置与力的对应关系依次添加方向竖直向上、大小为F1、F2、F3、F4的顶升力，并进行静力学分析，得到上部模块的形变模型。
步骤五、根据上部模块的形变模型计算得到浮托安装过程中顶升平面与对接平面的平面方程，具体过程如下：
第一步，根据实际工程设计的情况，在步骤四获得的上部模块形变模型中通过点击的方式选出一个顶升点、一个测量点、一个对接点；
第二步，对ANSYS软件进行坐标提取的二次开发，获得第一步中选取的顶升点坐标、测量点坐标和对接点坐标，计算得到顶升平面偏差ε1、对接平面偏差ε2；
第三步，结合步骤三得到的测量平面方程与步骤五第二步得到的顶升平面偏差ε1、对接平面偏差ε2，可以得到顶升平面方程z＝ax+by+c+ε1，对接平面方程z＝ax+by+c+ε2，在绘图软件中导入顶升平面方程与对接平面方程可以得到顶升平面与顶升平面的位姿状态。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113942622A (zh) * 2021-11-19 2022-01-18 博迈科海洋工程股份有限公司 适用于fpso上部模块提升安装过程的运动补偿方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113942622A (zh) * 2021-11-19 2022-01-18 博迈科海洋工程股份有限公司 适用于fpso上部模块提升安装过程的运动补偿方法
CN113942622B (zh) * 2021-11-19 2023-11-07 博迈科海洋工程股份有限公司 适用于fpso上部模块提升安装过程的运动补偿方法

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