系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法及測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法及測量裝置，屬于海洋工程監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法將多個傾角傳感器安裝在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上，在安裝好后便可直接通過測量得到相鄰兩個傾角傳感器之間的距離，由于傾角傳感器在海床土中也能夠?qū)崟r其各自的傾角數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸給工作人員，因此，能夠?qū)μ幱诤４餐林械南挡椿A(chǔ)安裝纜繩的形態(tài)進(jìn)行動態(tài)、實(shí)時測量；同時，由于傾角傳感器是一種精密測量儀器，用其測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角的精確度較高，因此，本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法精確度較高。該裝置能夠自動完成對系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)的擬合，而無需人為計(jì)算，更加適用于生產(chǎn)實(shí)踐。
【專利說明】系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法及測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋工程監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法及測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋油氣資源逐漸向深水、超深水方向發(fā)展，大型浮式生產(chǎn)系統(tǒng)如半潛式平臺、浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置(FPSO)、單柱式(SPAR)平臺等逐漸增多，相對應(yīng)的對浮式系泊基礎(chǔ)的研究也日益受到重視。合成纖維材料繃緊式系泊系統(tǒng)也越來越成為深海開發(fā)平臺的一種主要的系泊方式。拖曳錨是與繃緊式系泊系統(tǒng)相配合的系泊基礎(chǔ)，有著優(yōu)異的承載力性能和綜合優(yōu)勢，在繃緊式系泊系統(tǒng)中具有重要的地位。
[0003]樁錨、筒錨、吸力錨、重力貫入錨和拖曳錨等系泊基礎(chǔ)在安裝過程中，安裝纜繩由于切割土體受到向上的土抗力作用，在土體中呈向上凸的形態(tài)，與水中由于自重作用形成的向下凹的懸鏈形態(tài)形成對比。安裝纜嵌入到在海床土中的部分稱為嵌入纜，嵌入纜和錨基礎(chǔ)之間存在著復(fù)雜的相互I禹合關(guān)系，研究嵌入纜在海床土中的形態(tài)特性對于提聞鋪的嵌入性能、運(yùn)動特性和精確定位問題有著十分重要的意義。并且，由于嵌入纜在使用過程中是嵌入到海床土中的，其構(gòu)形不可見，因此，對系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)特征的研究具有非常重要的意義。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，對系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)特征研究主要以數(shù)值方法為主，比如，對其幾何方程和嵌入纜長方程等理論方程的推導(dǎo)，而對其形態(tài)測量的物理研究則相對甚少，處于比較匱乏的階段，部分研究采用手工剖砂、拉繩和靜態(tài)試驗(yàn)的方式對其形態(tài)進(jìn)行測量，但是，這些方法不僅測量精確性低，還達(dá)不到動態(tài)、實(shí)時的測量效果，更無法應(yīng)用于現(xiàn)場測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種能夠?qū)ο挡椿A(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)進(jìn)行動態(tài)、實(shí)時測量，并且測量精確度較高的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法及測量裝置。
[0006]本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法包括以下步驟:
[0007]步驟1:在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上安裝多個傾角傳感器；
[0008]步驟2:令安裝有傾角傳感器的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩隨系泊基礎(chǔ)入土 ；
[0009]步驟3:在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩隨系泊基礎(chǔ)入土的過程中，采集所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角；
[0010]步驟4:根據(jù)所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；
[0011]步驟5:根據(jù)所述多個傾角傳感器各自與水平方向的實(shí)時方位角、橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，擬合得到所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩的實(shí)時形態(tài)曲線。
[0012]作為優(yōu)選，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最先跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩前段，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最后跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩后段，所述傾角傳感器的安裝密度由所述纜繩前段至所述纜繩后段由密到稀。
[0013]作為優(yōu)選，根據(jù)所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的方法是，
[0014]當(dāng)Θ i = Θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為直線，有:
[0015]xi+1 = Xj+Sjcos Θ j
[0016]yi+i = Y1-SiSin Θ j
[0017]i = I, 2, 3.....η ；
[0018]當(dāng)Θ i古Θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為圓弧，有:

,P sin^.-sin^,,
[0019]? +1 =叉 + Si ~~~


~ \ I

P COS Θ- - COS θ;,
[0020]yM =少,+ S1----



一 "':丨.丨
[0021]i = I, 2, 3.....η
[0022]其中，
[0023]Θ ^ Θ i+1，相鄰兩個傾角傳感器各自測得的與水平方向的實(shí)時方位角，仰角為正，俯角為負(fù)，
[0024]Xi, xi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)，
[0025]Yi, yi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的縱坐標(biāo)，
[0026]Si，第i個傳感器與第i+Ι個傳感器之間的間距。
[0027]作為優(yōu)選，當(dāng)最末的傾角傳感器計(jì)算得到的坐標(biāo)位置高出土體表面時，還包括對計(jì)算得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)進(jìn)行修正的步驟:
[0028]X1i=X1-J^AXn
, 1.
[0029]y'= V1--^Ayn
[0030]i = 1，2，3.....η
[0031]其中，
[0032]X, 1、y, i，經(jīng)過修正后得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，
[0033]Δ χη、Δ yn,計(jì)算得到的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與已知的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)X' η和縱坐標(biāo)I' η的真值之間的差，即Δ χη = χη-χ' η，Δ yn = yn-y' n，
[0034]Ii，第i個傾角傳感器與系泊基礎(chǔ)之間的安裝纜繩的長度，
[0035]L，表示拖曳完畢后系泊基礎(chǔ)安裝纜繩嵌入土體的總長度。
[0036]本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置包括多個傾角傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊和數(shù)據(jù)擬合模塊，
[0037]所述多個傾角傳感器安裝在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上，用于測量其各自安裝點(diǎn)與水平方向的實(shí)時方位角；
[0038]所述數(shù)據(jù)采集模塊用于接收所述傾角傳感器的數(shù)據(jù)信號；
[0039]所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊用于根據(jù)所述多個傾角傳感器各自與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；
[0040]所述數(shù)據(jù)擬合模塊用于根據(jù)所述多個傾角傳感器各自與水平方向的實(shí)時方位角、橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，擬合得到所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩的實(shí)時形態(tài)曲線。
[0041]作為優(yōu)選，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最先跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩前段，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最后跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩后段，所述傾角傳感器的安裝密度由所述纜繩前段至所述纜繩后段由密到稀。
[0042]作為優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的方法是，
[0043]當(dāng)Θ i = Θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為直線，有:
[0044]xi+1 = Xj+Sjcos Θ j
[0045]yi+1 = Y1-SiSin Θ ^
[0046]i = I, 2, 3.....η ；
[0047]當(dāng)θ i古θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為圓弧，有:

。sin ^ -Sin^ll
[0048].? = + Si ~——-



11

。cos B.- cos Θ,,,
[0049]乃+1=.v,十 5;.~~^


- "/I,丨
[0050]i = I, 2, 3.....η
[0051]其中，
[0052]Θ 1、Θ i+1，相鄰兩個傾角傳感器各自測得的與水平方向的實(shí)時方位角，逆時針方向是仰角為正，順時針方向是俯角為負(fù)，
[0053]Xi, xi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)，
[0054]Yi, yi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的縱坐標(biāo)，
[0055]Si，第i個傳感器與第i+Ι個傳感器之間的間距。
[0056]作為優(yōu)選，還包括數(shù)據(jù)修正模塊，當(dāng)最末的傾角傳感器計(jì)算得到的坐標(biāo)位置高出土體表面時，所述數(shù)據(jù)修正模塊用于將所述由所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)修正為:
, /.
[0057]Xi=Xj-JAXii
, 1.
[0058]--^Ayn
[0059]i = I, 2, 3.....η
[0060]其中，
[0061]X, 1、y, i，經(jīng)過修正后得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，
[0062]Δ χη、Δ yn,計(jì)算得到的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與已知的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)X' n和縱坐標(biāo)I' η的真值之間的差，即Δ χη = χη-χ' η，Δ yn = yn~y' n，
[0063]Ii，第i個傾角傳感器與系泊基礎(chǔ)之間的安裝纜繩的長度，
[0064]L，表示拖曳完畢后系泊基礎(chǔ)安裝纜繩嵌入土體的總長度。
[0065]本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法將多個傾角傳感器安裝在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上，在安裝好后便可直接通過測量得到相鄰兩個傾角傳感器之間的距離，由于傾角傳感器在海床土中也能夠?qū)崟r將其各自的傾角數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸給工作人員，因此，能夠?qū)μ幱诤４餐林械南挡椿A(chǔ)安裝纜繩的形態(tài)進(jìn)行動態(tài)、實(shí)時測量；同時，由于傾角傳感器是一種精密測量儀器，用其測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角的精確度較高，因此，本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法精確度較高。
[0066]本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置的數(shù)據(jù)采集模塊能夠自動采集由多個傾角傳感器測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角，數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)多個傾角傳感器測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角、相鄰兩個傳感器之間的間距進(jìn)行運(yùn)算，得到多個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，數(shù)據(jù)擬合模塊能夠根據(jù)多個傾角傳感器測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角、橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)自動完成對系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)的擬合，而無需人為計(jì)算，因此，更加適用于生產(chǎn)實(shí)踐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0067]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法在應(yīng)用過程中傾角傳感器的安裝方式示意圖；
[0068]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法在應(yīng)用過程中，根據(jù)相鄰兩個傾角傳感器各自測得的與水平方向的實(shí)時方位角θ” 0i+1和相鄰兩個傾角傳感器之間的間距Si計(jì)算相鄰兩個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)和總做標(biāo)時的示意圖，其中，θ Θ i+1為仰角；
[0069]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法的各步驟流程圖；
[0070]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置的信號流向流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0071]為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0072]參見附圖1和附圖3，本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法包括以下步驟:
[0073]步驟1:在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上安裝多個傾角傳感器，分別為Pi (i = I?8);
[0074]步驟2:令安裝有傾角傳感器Pi (i = I?8)的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩隨系泊基礎(chǔ)入土，本實(shí)施例中，系泊基礎(chǔ)安裝纜繩隨板錨I入土，纜繩上靠近板錨I的位置是其前端系纜點(diǎn)2，靠近拖曳力的位置是其后端拖曳點(diǎn)3 ；
[0075]步驟3:在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩隨系泊基礎(chǔ)入土的過程中，采集多個傾角傳感器Pi (i=I?8)測得的與水平方向的實(shí)時方位角Θ = I?8)；
[0076]步驟4:根據(jù)多個傾角傳感器Pi (i = I?8)測得的與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器Pi (i = I?8)之間的間距Si (i = I?7)，計(jì)算得到多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)和縱坐標(biāo)Yi (i = I?8);
[0077]步驟5:根據(jù)多個傾角傳感器Pi (i = I?8)各自與水平方向的實(shí)時方位角Θ
=I?8)、橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)和縱坐標(biāo)Yi (i = I?8),擬合得到系泊基礎(chǔ)安裝纜繩的實(shí)時形態(tài)曲線。
[0078]本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法將多個傾角傳感器PiQ = I?8)安裝在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上，在安裝好后便可直接通過測量得到相鄰兩個傾角傳感器之間的距離Si (i = I?7)，由于傾角傳感器Pi (i = I?8)在海床土中也能夠?qū)崟r將其各自的傾角數(shù)據(jù)0i(i = I?8)實(shí)時傳輸給工作人員，因此，能夠?qū)μ幱诤４餐林械南挡椿A(chǔ)安裝纜繩的形態(tài)進(jìn)行動態(tài)、實(shí)時測量；同時，由于傾角傳感器PiQ = I?8)是一種精密測量儀器，用其測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角的精確度GiQ = I?8)較高，因此，本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法精確度較高。
[0079]其中，系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最先跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩前段2，系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最后跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩后段3，傾角傳感器Pi (i = I?8)的安裝密度由纜繩前段2至纜繩后段3由密到稀。由于纜繩前段2首先跟隨系泊基礎(chǔ)入土，其最終的形態(tài)變化也最為明顯，因此為提高測量精確度，布置傾角傳感器Pi (i = I?8)時，纜繩前段2部分應(yīng)布置的較密，該測量方法的精確性由布置傾角傳感器的位置及數(shù)量決定，如果布置過疏，會使兩個傳感器間的較長纜繩的形態(tài)模擬為一個標(biāo)準(zhǔn)的圓弧，如果布置過密，則會影響纜繩的入土行為。本實(shí)施例中，纜繩為總長5m，直徑6_的抗扭鋼絲繩，其最終嵌入纜的長度為 4m，其中，S1 為 315mm、S2 為 385mm、S3 為 455mm、S4 為 525mm、S5 為 595mm、S6 為665mm、S7 為 735mm。
[0080]其中，根據(jù)多個傾角傳感器Pi (i = I?8)測得的與水平方向的實(shí)時方位角QiQ=I?8)和各傾角傳感器之間的間距SiQ = I?7)，計(jì)算得到多個傾角傳感器Pi (i =I?8)各自和橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)和縱坐標(biāo)Yi (i = I?8)的方法是，
[0081]當(dāng)Θ i = Θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為直線，有:
[0082]xi+1 = Xj+Sjcos Θ j
[0083]yi+1 = Y1-SiSin Θ ^
[0084]i = 1，2，3.....η ；
[0085]當(dāng)θ i古θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為圓弧，有:

0 sin Θ: -Sin^ll
_6] W、，

^ cos θ, - cos Θ.(,
[0087]λ.+1 =>■+ Si ^~

- 丨丨
[0088]i = I, 2, 3.....η
[0089]其中，
[0090]Θ ^ Θ i+1，相鄰兩個傾角傳感器各自測得的與水平方向的實(shí)時方位角，仰角為正，俯角為負(fù)，
[0091]Xi, xi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)，
[0092]Yi, yi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的縱坐標(biāo)，
[0093]Si，第i個傳感器與第i+Ι個傳感器之間的間距。
[0094]其中，本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法存在迭代誤差的積累性，可能會出現(xiàn)最后的傳感器P8的坐標(biāo)值高出土體表面的現(xiàn)象，故應(yīng)對測量結(jié)果進(jìn)行修正。
[0095]當(dāng)計(jì)算得到的最末的傾角傳感器P8計(jì)算得到的坐標(biāo)位置高出土體表面時，還包括對計(jì)算得到的各傾角傳感器Pi (i = I?8)的橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)和縱坐標(biāo)Yi (i = I?8)進(jìn)行修正的步驟:
, /
[0096]Xi=X1-^-AXn
[0097]y； = y,-^Ayn
[0098]i = I, 2, 3.....η
[0099]其中，
[0100]Χ, 1、y, i，經(jīng)過修正后得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，
[0101]Δ χη、Δ yn,計(jì)算得到的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與已知的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)X' η和縱坐標(biāo)I' η的真值之間的差，即Δ χη = χη-χ' η，Δ yn = yn-y' n，
[0102]Ii，第i個傾角傳感器與系泊基礎(chǔ)之間的安裝纜繩的長度，
[0103]L，表示拖曳完畢后系泊基礎(chǔ)安裝纜繩嵌入土體的總長度。
[0104]參見附圖1和附圖4，本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置包括多個傾角傳感器Pi α = I?8)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊和數(shù)據(jù)擬合模塊，
[0105]多個傾角傳感器PiQ = I?8)安裝在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上，用于測量其各自安裝點(diǎn)與水平方向的實(shí)時方位角Θ i ;
[0106]數(shù)據(jù)采集模塊用于接收傾角傳感器Pi (i = I?8)的數(shù)據(jù)信號；
[0107]數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊用于根據(jù)多個傾角傳感器Pi (i = I?8)各自與水平方向的實(shí)時方位角0i(i = I?8)和各傾角傳感器之間的間距Si (i = I?7)，計(jì)算得到多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)和縱坐標(biāo)Yi (i = I?8);
[0108]數(shù)據(jù)擬合模塊用于根據(jù)多個傾角傳感器Pi (i = I?8)各自與水平方向的實(shí)時方位角Θ i (i = I?8)、橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)和縱坐標(biāo)Yi (i = I?8),擬合得到系泊基礎(chǔ)安裝纜繩的實(shí)時形態(tài)曲線。
[0109]本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置的數(shù)據(jù)采集模塊能夠自動采集由多個傾角傳感器Piα = I?8)測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角0i(i=I?8)，數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)多個傾角傳感器Pi (i = I?8)測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角QiQ = I?8)、相鄰兩個傳感器之間的間距Si (i = I?7)進(jìn)行運(yùn)算，得到多個傾角傳感器Pi Q = I?8)各自的橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)、縱坐標(biāo)yi;數(shù)據(jù)擬合模塊能夠根據(jù)多個傾角傳感器Pi (i = I?8)測得的各自與水平方向的實(shí)時方位角Θ Ji = I?8)、橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)、縱坐標(biāo)Yi (i = I?8)自動完成對系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)的擬合，而無需人為計(jì)算，因此，更加適用于生產(chǎn)實(shí)踐。
[0110]其中，系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最先跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩前段2，系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最后跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩后段3，傾角傳感器Pi (i = I?8)的安裝密度由纜繩前段2至纜繩后段3由密到稀。由于纜繩前段2首先跟隨系泊基礎(chǔ)入土，其最終的形態(tài)變化也最為明顯，因此為提高測量精確度，布置傳感器Pi (i = I?8)時，纜繩前段2部分應(yīng)布置的較密，該測量方法的精確性由布置傾角傳感器的位置及數(shù)量決定，如果布置過疏，會使兩個傳感器間的較長纜繩的形態(tài)模擬為一個標(biāo)準(zhǔn)的圓弧，如果布置過密，則會影響纜繩的入土行為。本實(shí)施例中，纜繩為總長5m，直徑6_的抗扭鋼絲繩，其最終嵌入纜的長度為 4m,其中，S1 為 315mm、S2 為 385mm、S3 為 455mm、S4 為 525mm、S5 為 595mm、S6 為 665mm、S7 為 735mm。
[0111]其中，數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)多個傾角傳感器Pi(i = I?8)測得的與水平方向的實(shí)時方位角Θ i(i = I?8)和各傾角傳感器PiQ = I?8)之間的間距SiQ = I?7)S,計(jì)算得到多個傾角傳感器Pi (i = I?8)各自和橫坐標(biāo)Xi (i = I?8)和縱坐標(biāo)Yi (i = I?8)的方法是，
[0112]當(dāng)Θ i = Θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為直線，有:
[0113]xi+1 = Xj+Sjcos Θ j
[0114]yi+1 = Y1-SiSin Θ j
[0115]i = I, 2, 3.....η ；
[0116]當(dāng)Θ i古Θ i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為圓弧，有:

。sin ^ -Sin^ll
[0117].? = + Si ~——-



11

。cos B.- cos Θ,,,
_] JV1=乃十& θ θ

uI UH\
[0119]i = 1，2，3.....η
[0120]其中，
[0121]θ?Λ θ?+1，相鄰兩個傾角傳感器各自測得的與水平方向的實(shí)時方位角，仰角為正，俯角為負(fù)，
[0122]Xi, xi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)，
[0123]Yi, yi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的縱坐標(biāo)，
[0124]Si，第i個傳感器與第i + Ι個傳感器之間的間距。
[0125]其中，本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法存在迭代誤差的積累性，可能會出現(xiàn)最后的傳感器的坐標(biāo)值高出土體表面的現(xiàn)象，故應(yīng)對測量結(jié)果進(jìn)行修正。
[0126]本發(fā)明提供的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置還包括數(shù)據(jù)修正模塊，當(dāng)計(jì)算得到的最末的傾角傳感器P8計(jì)算得到的坐標(biāo)位置高出土體表面時，數(shù)據(jù)修正模塊用于將由數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)Xi(i = I?8)和縱坐標(biāo)yi(i =I?8)修正為:
, 1.
[0127]Xi = X1-^-AXii
, I
[0128]yi=y1-^hyn
[0129]i = I, 2, 3.....η
[0130]其中，
[0131]X' 1、y, i，經(jīng)過修正后得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；
[0132]Δ χη、Δ yn,計(jì)算得到的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與已知的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)X' η和縱坐標(biāo)I' η的真值之間的差，即Δ χη = χη-χ' η，Δ yn = yn-y' n，
[0133]Ii，第i個傾角傳感器與系泊基礎(chǔ)之間的安裝纜繩的長度，
[0134]L，表示拖曳完畢后系泊基礎(chǔ)安裝纜繩嵌入土體的總長度。
[0135]此外，
[0136]本發(fā)明實(shí)施例提供的測量裝置和方法還適于裝載飽和密實(shí)海砂的水槽、拖曳板錨、拖曳系統(tǒng)(包括拖曳電機(jī)、拖曳纜繩、拖曳水平滑臂等)、傾角傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0137]將傾角傳感器Pi α = I?8)安裝在拖纜上時，要求做好傳感器Pi (i = I?8)的密封防水工作，傳感器Pi (i = I?8)的安裝誤差控制在±1°之內(nèi)。
[0138]應(yīng)用時，采用3組不同工況進(jìn)行試驗(yàn)，每次試驗(yàn)均重復(fù)3次，預(yù)先在板錨I的軸線上埋置雙軸傾角傳感器Pi (i = I?8)，測量在拖曳過程中板錨I的方位角和側(cè)向翻轉(zhuǎn)角，將側(cè)向翻轉(zhuǎn)角控制在3°以內(nèi)，以保證拖曳過程的穩(wěn)定性。
[0139]以上的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上安裝多個傾角傳感器； 步驟2:令安裝有傾角傳感器的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩隨系泊基礎(chǔ)入土； 步驟3:在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩隨系泊基礎(chǔ)入土的過程中，采集所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角； 步驟4:根據(jù)所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 步驟5:根據(jù)所述多個傾角傳感器各自與水平方向的實(shí)時方位角、橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，擬合得到所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩的實(shí)時形態(tài)曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法，其特征在于，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最先跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩前段，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最后跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩后段，所述傾角傳感器的安裝密度由所述纜繩前段至所述纜繩后段由密到稀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法，其特征在于，根據(jù)所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的方法是， 當(dāng)0i= 0i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為直線，有:
Xi+1 — Xi + SiCOS Θ i
Yi+i = yi—SiSin Θ i
i = 1，2，3.....n ； 當(dāng)ei+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為圓弧，有:
sin6?.-sin^.,,
xM = x, + S.-l--—
r, cos Θ； -cosO；,.&β-βui ui\\ i = 1，2，3.....n 其中， θ1、θi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自測得的與水平方向的實(shí)時方位角，仰角為正，俯角為負(fù)， X1、Xi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)， y1、yi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的縱坐標(biāo)， Si，第i個傳感器與第i+l個傳感器之間的間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量方法，其特征在于，當(dāng)最末的傾角傳感器計(jì)算得到的坐標(biāo)位置高出土體表面時，還包括對計(jì)算得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)進(jìn)行修正的步驟: 4 = &-全八',.1.? =y; Δν 1 1 L n i = 1，2，3.....n 其中，
1、太i，經(jīng)過修正后得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)， Δ χη、Δ yn,計(jì)算得到的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與已知的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)X' η和縱坐標(biāo)y' n的真值之間的差，即Δ χη = χη-χ' η, Δ yn = yn-y/ n,li，第i個傾角傳感器與系泊基礎(chǔ)之間的安裝纜繩的長度， L，表示拖曳完畢后系泊基礎(chǔ)安裝纜繩嵌入土體的總長度。
5.一種系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置，其特征在于，包括多個傾角傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊和數(shù)據(jù)擬合模塊， 所述多個傾角傳感器安裝在系泊基礎(chǔ)安裝纜繩上，用于測量其各自安裝點(diǎn)與水平方向的實(shí)時方位角； 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于接收所述傾角傳感器的數(shù)據(jù)信號； 所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊用于根據(jù)所述多個傾角傳感器各自與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 所述數(shù)據(jù)擬合模塊用于根據(jù)所述多個傾角傳感器各自與水平方向的實(shí)時方位角、橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，擬合得到所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩的實(shí)時形態(tài)曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置，其特征在于，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最先跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩前段，所述系泊基礎(chǔ)安裝纜繩最后跟隨系泊基礎(chǔ)入土的部分為纜繩后段，所述傾角傳感器的安裝密度由所述纜繩前段至所述纜繩后段由密到稀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)所述多個傾角傳感器測得的與水平方向的實(shí)時方位角和各傾角傳感器之間的間距，計(jì)算得到所述多個傾角傳感器各自和橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的方法是， 當(dāng)0i= 0i+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為直線，有:
Xi+1 — Xi + SiCOS Θ i
Yi+i = yi—SiSin Θ i
i = 1，2，3.....n ； 當(dāng)ei+1時，相鄰兩個傾角傳感器之間的纜繩形態(tài)為圓弧，有:
c, sin^.-sin^..,
χ.+, = + Ss-?-—
0 COS θ: -COS^.,, ι = v.+S,-5-—
d θ -θ
ui Ui+l i = 1，2，3.....η 其中， θ 1、θ i+1，相鄰兩個傾角傳感器各自測得的與水平方向的實(shí)時方位角，逆時針方向是仰角為正，順時針方向是俯角為負(fù)， X1、Xi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的橫坐標(biāo)， y1、yi+1，相鄰兩個傾角傳感器各自的縱坐標(biāo)， Si，第i個傳感器與第i+l個傳感器之間的間距。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系泊基礎(chǔ)安裝纜繩在海床土中的形態(tài)測量裝置，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)修正模塊，當(dāng)最末的傾角傳感器計(jì)算得到的坐標(biāo)位置高出土體表面時，所述數(shù)據(jù)修正模塊用于將所述由所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)修正為: X'i=X1-J^n , 1.Λ.= Κ —士 i = 1，2，3.....η 其中， . 1、太i，經(jīng)過修正后得到的各傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)， Δ χη、Δ yn,計(jì)算得到的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與已知的最末的傾角傳感器的橫坐標(biāo)X' η和縱坐標(biāo)y' n的真值之間的差，即Δ χη = χη-χ' η, Δ yn = yn-y/ n,li，第i個傾角傳感器與系泊基礎(chǔ)之間的安裝纜繩的長度， L，表示拖曳完畢后系泊基礎(chǔ)安裝纜繩嵌入土體的總長度。
【文檔編號】G01D21/00GK104280060SQ201410577630
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】許浩, 劉振紋, 劉海笑, 曹文冉, 祁磊, 羅小橋 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司, 中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院