CN213658956U - 一种海工浮式平台声学定位监测*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种海工浮式平台声学定位监测***，包括平台、海床声学基站、姿态测量传感器、多个海面高度声学测量器、多个声学接收器以及控制器；所述海床声学基站设置于对应所述平台位置的海床，用于发射海床声学信号；所述姿态测量传感器安装于所述平台，用于测量所述平台的姿态数据；多个所述海面高度声学测量器安装于所述平台，用于测量海面状态数据；多个所述声学接收器分别用于接收所述海床声学信号；所述控制器安装于所述平台，且分别与所述姿态测量传感器、多个所述海面高度声学测量器以及多个所述声学接收器电连接，解决现有海工浮式平台定位精度低且未能结合海面的波浪实时变化状况的问题。
Description
技术领域
本申请涉及浮式平台定位领域，尤其涉及一种海工浮式平台声学定位监测***。
背景技术
海工浮式平台是一种应用于海上作业的构筑物，包括驳船、半潜式平台、系泊式平台成等，对定位精度有较高的要求；当前海工浮式平台的位置监测主要来自于和卫星定位***如GPS***。而因为海洋作业环境的特殊性和复杂性浮式平台会始终处于浮动状态，同时GPS的定位精度有限：GPS定位分为码定位和载波定位，码定位速度快，理想情况下，一般民用3m精度，军用0.3m；载波定位速度慢，不分民用与军用，精密单点定位的话半个小时以上，如果观测时间足够长可达到mm级精度。浮式平台的定位既需要定位精度，又需要定位速度，而GPS定位精度与速度无法同时达到准确响应要求，并且复杂海况下会存在GPS定位信号减弱的影响性，进而影响作业的精度和安全性。现阶段也有人开始引入北斗***进行定位，或者采取北斗***与GPS***双定位，但同样存在定位精度低、易受环境影响、信号存在短时丢失而且未能和海面的波浪实时变化状况联系起来的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本申请的目的是提供一种海工浮式平台声学定位监测***，能够结合海况实现浮式平台的精准定位同时和运动状态监测，从而保证浮式平台作业过程中的安全与准确性。
为达到上述技术目的，本申请提供了一种海工浮式平台声学定位监测***，包括平台、海床声学基站、姿态测量传感器、多个海面高度声学测量器、多个声学接收器以及控制器；
所述海床声学基站设置于对应所述平台位置的海床，用于发射海床声学信号；
所述姿态测量传感器安装于所述平台，用于测量所述平台的姿态数据；
多个所述海面高度声学测量器安装于所述平台，用于测量海面状态数据；
多个所述声学接收器分别用于接收所述海床声学信号；
所述控制器安装于所述平台，且分别与所述姿态测量传感器、多个所述海面高度声学测量器以及多个所述声学接收器电连接。
优选地，所述海床声学基站包括沉台底座与海床声学发射器；
所述沉台底座为铁质底座；
所述海床声学发射器与所述控制器电连接。
优选地，所述海床声学基站还包括声学应答熔断器与浮标；
所述沉台底座、所述声学应答熔断器、所述海床声学发射器以及所述浮标自下而上依次连接设置；
所述声学应答熔断器与所述控制器电连接。
优选地，所述海床声学基站还包括电力供给装置；
所述电力供给装置设置于所述声学应答熔断器与所述海床声学发射器之间。
优选地，还包括用于一一对应安装所述声学接收器的支撑架。
优选地，所述支撑架包括水平伸缩架以及竖直伸缩架；
所述水平伸缩架安装于所述平台，且伸缩端与所述竖直伸缩架连接，用于驱动所述竖直伸缩架活动伸出所述平台；
所述声学接收器分别安装于所述竖直伸缩架下端部。
优选地，多个所述海面高度声学测量器分别安装于各所述竖直伸缩架上端部。
优选地，所述声学接收器具体为三个，呈等腰三角形分布。
优选地，所述海床声学发射器数量具体为三个；
三个所述海床声学发射器绕所述海床声学基站中心呈等边三角形或直角三角形分布。
优选地，所述海床声学发射器内设置有陀螺仪，用于位姿的测量和校正。
从以上技术方案可以看出，本通过设置姿态测量传感器以测量得到的浮台绝对姿态数据、设置海面高度声学测量器以测量得到海面状态数据、以及设置声学接收器与海床声学基站配合以测量得到浮台的坐标数据，通过这些数据能够提供浮台定位控制更多数据支持，从而实现对浮台准确的定位控制，解决现有海工浮式平台存在定位精度低、易受环境影响、信号存在短时丢失且未能结合海面的波浪实时变化状况的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请中提供的一种海工浮式平台声学定位监测***的一个实施例示意图；
图2为本申请中提供的一种海工浮式平台声学定位监测***另一个实施例示意图；
图中：1、沉台底座；2、声学应答熔断器；3、电力供给装置；4、海床声学发射器；5、浮标；6、声学接收器；7、支撑架；8、海面高度声学测量器；9、控制器；10、姿态测量传感器；11、定位装置；12、平台。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
本申请实施例公开了一种海工浮式平台声学定位监测***。
请参阅图1，本申请实施例中提供的一种海工浮式平台声学定位监测***的一个实施例：一种海工浮式平台声学定位监测***，包括平台12、海床声学基站、姿态测量传感器10、多个海面高度声学测量器8、多个声学接收器6 以及控制器9；海床声学基站设置于对应平台12位置的海床，用于发射海床声学信号；姿态测量传感器10安装于平台12，用于测量平台12的姿态数据；多个海面高度声学测量器8安装于平台12，用于测量海面状态数据；多个声学接收器6分别用于接收海床声学信号；控制器9安装于平台12，且分别与姿态测量传感器10、多个海面高度声学测量器8以及多个声学接收器6电连接。
具体来说，控制器9可以指内置于浮台12内部的控制***的控制模块，也可以外加的，例如安置于浮台、陆地上等配备的控制***内的控制模块；控制器9与其他设备电连接可以是有线连接也可以是无线连接。
姿态测量传感器10内部包含有三轴陀螺仪、三轴加速度计与电子罗盘等运动传感器件，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量。测量平台的姿态数据包括结合平台12在设计或者建造时便相应确定的平台12自身相对于地球的的坐标系，并将姿态测量传感器10测量得到的姿态数据结合平台12自身的坐标系得到平台12的拟合平面与该拟合平面在平台坐标系内的姿态；将其作为平台1的绝对姿态数据，即可根据第一平面数据调整平台 12的自身平衡度和重心。海工浮式平台声学定位监测***作业过程中，由于海浪、海风以及自身的负载情况，平台12的自身平衡度和重心不断变化，控制器9根据平台的姿态数据的变化对平台12及时作出调整，保证平台安全，防止倾覆。
通过控制器9根据平台的姿态数据基于最小二乘法得到平台12的平台拟合平面；具体来说，也可通过多项式拟合或使用Matlab中的polyfit拟合等方式，具体不做限制。
海面状态数据可以包括海面的平整度、海浪的高度、海浪的方向与波动程度，可用于为平台运动***与升沉补偿***提供补偿预控制量，通过姿态测量传感器10与海面高度声学测量器8二者测量数据的结合，可以更准确的判断出海面状态数据，修正平台12因海浪等因素导致波动的误差。具体结合应用可以例如下，先根据海面高度声学测量器8测量得到的结果拟合出一个海面拟合平面，再与前述拟合得到的平台拟合平面比较以得到平台12相对于海平面的状态，当平台12上端面与海平面平齐时，可通过测量得到的高度数据直接得到海面状态数据；当通过绝对姿态数据判断平台12存在倾斜姿态时，则结合绝对姿态数据以及平台的尺寸结算修正高度数据，间接计算得出海面状态数据。
而坐标数据、海面状态数据以及绝对姿态数据的结合应用可以例如下，以确定一个测量的坐标数据为基准坐标数据，当实时监测到坐标数据与基准坐标数据偏差预设范围时，即可通过得到的海面状态数据以及绝对姿态数据来分析判断是什么原因导致的浮台位置偏离，从而能够针对将分析解算后的定位数据反馈给控制器，实现矫正定位的控制，提高定位控制的准确性。
以上为本申请实施例提供的实施例一，以下为本申请提供的实施例二，具体请参阅图1。
一种海工浮式平台声学定位监测***，包括平台12、海床声学基站、姿态测量传感器10、多个海面高度声学测量器8、多个声学接收器6以及控制器9；海床声学基站设置于对应平台12位置的海床，用于发射海床声学信号；姿态测量传感器10安装于平台12，用于测量平台12的姿态数据；多个海面高度声学测量器8安装于平台12，用于测量海面状态数据；多个声学接收器 6分别用于接收海床声学信号；控制器9安装于平台12，且分别与姿态测量传感器10、多个海面高度声学测量器8以及多个声学接收器6电连接。
进一步地，海床声学基站包括沉台底座1与海床声学发射器4；沉台底座 1为铁质底座；海床声学发射器4与控制器电连接。
具体来说，沉台底座可铁质底座，沉于海底后随时间自然腐蚀，也可以是石质底座等自然材质，具体根据实际情况选取合适加工且不污染环境材质即可；
进一步地，海床声学基站还包括声学应答熔断器2、电力供给装置3与浮标5；沉台底座1、声学应答熔断器2、电力供给装置3、海床声学发射器4 以及所述浮标自下而上依次连接设置；声学应答熔断器2与控制器9电连接，定位监测完成时，控制声学应答熔断器2熔断，浮标5带动海床声学发射器4 与电力供给装置3上浮至海面回收。
进一步地，还包括用于一一对应安装声学接收器6的支撑架7。
进一步地，支撑架7包括水平伸缩架以及竖直伸缩架；水平伸缩架安装于平台12，且伸缩端与竖直伸缩架连接，用于驱动竖直伸缩架活动伸出平台 12；声学接收器6分别安装于竖直伸缩架下端部。
进一步地，多个海面高度声学测量器8分别安装于各竖直伸缩架上端部。
进一步地，声学接收器6具体为三个，呈等腰三角形分布。
具体来说，以声学接收器6为等腰三角形分布为例，支撑架7可以设置成等腰三角形结构，声学接收器6则设置于支撑架7角点位置，这样三个声学接收器6形成一个平面，通过控制器9实现声学接收器6的整体计算，可以得到当前整个浮式平台立体距离海床声学基站的位置坐标信息，当确认某个位置坐标信息为标准位置信息后，其他实时测量产生的位置变化差异就是定位信息的变化值，实现精确实时定位；为使平台的整体定位数据更加准确，实际应用中可以增设声学接收器6的数量与更换其排布方式，但计算资源耗费量也相应增加，优选的设置为三个
进一步地，海床声学发射器4具体为三个，且绕海床声学基站中心呈等边三角形分布；
具体来说，基于超短基线测量原理，海床声学基站包含的海床声学发射器4具体为3个，且呈等边三角形或直角三角形分布；优选的采用等边三角形分布，更准确有效的测量出平台的定位数据。
进一步地，海床声学发射器4内设置有陀螺仪，用于对自身位姿的测量和校正。
以上为海床声学基站为投放式的实施例，属于无线式，适用于海水深度超过五百米的深海域；而在水深小于五百米的浅海区域，则可以采用电缆式，请参阅图2：海床声学基站包括沉台底座1、电力供给装置3与海床声学发射器4；且海床声学发射器4通过电缆与平台12连接，可以直接通过绞车和缆线控制投放与回收，便利快捷，可靠度高。
本申请结合姿态测量传感器10、海面高度声学测量器8、海床声学发射器4与声学接收器6，实现对平台绝对姿态与相对姿态的测量计算，并对作业对象的运动特性实时监测，实现浮式平台位姿和位置相对于海面的实时变化的监测需求。
需要说明的是，以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，包括平台、海床声学基站、姿态测量传感器、多个海面高度声学测量器、多个声学接收器以及控制器；
所述海床声学基站设置于对应所述平台位置的海床，用于发射海床声学信号；
所述姿态测量传感器安装于所述平台，用于测量所述平台的姿态数据；
多个所述海面高度声学测量器安装于所述平台，用于测量海面状态数据；
多个所述声学接收器分别用于接收所述海床声学信号；
所述控制器安装于所述平台，且分别与所述姿态测量传感器、多个所述海面高度声学测量器以及多个所述声学接收器电连接。
2.根据权利要求1所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，所述海床声学基站包括沉台底座与海床声学发射器；
所述海床声学发射器与所述控制器电连接；
所述沉台底座为铁质底座。
3.根据权利要求2所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，所述海床声学基站还包括声学应答熔断器与浮标；
所述沉台底座、所述声学应答熔断器、所述海床声学发射器以及所述浮标自下而上依次连接设置；
所述声学应答熔断器与所述控制器电连接。
4.根据权利要求3所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，所述海床声学基站还包括电力供给装置；
所述电力供给装置设置于所述声学应答熔断器与所述海床声学发射器之间。
5.根据权利要求1所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，还包括用于一一对应安装所述声学接收器的支撑架。
6.根据权利要求5所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，所述支撑架包括水平伸缩架以及竖直伸缩架；
所述水平伸缩架安装于所述平台，且伸缩端与所述竖直伸缩架连接，用于驱动所述竖直伸缩架活动伸出所述平台；
所述伸缩架伸缩端连接有声学阵列安装架；
所述声学接收器分别安装于所述声学阵列安装架下端部。
7.根据权利要求6所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，多个所述海面高度声学测量器分别安装于各所述声学阵列安装架上端部。
8.根据权利要求1所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，所述声学接收器具体为三个；
三个所述声学接收器绕所述平台中心呈等腰三角形分布。
9.根据权利要求2所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，所述海床声学发射器数量具体为三个；
三个所述海床声学发射器绕所述海床声学基站中心呈等边三角形或直角三角形分布。
10.根据权利要求2所述的海工浮式平台声学定位监测***，其特征在于，所述海床声学发射器内设置有陀螺仪，用于位姿的测量和校正。
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| CN112162288A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-01 | 广东工业大学 | 一种超大型浮式平台作业状态的声学监测方法 |
| CN112162290B (zh) * | 2020-09-22 | 2023-07-25 | 广东工业大学 | 一种海工浮式平台声学定位监测方法 |
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| CN112162290B (zh) * | 2020-09-22 | 2023-07-25 | 广东工业大学 | 一种海工浮式平台声学定位监测方法 |
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