筒型平臺拖帶風(fēng)險預(yù)警及可視化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及到一種水上交通安全預(yù)警系統(tǒng)，特別涉及到一種筒型平臺拖帶風(fēng) 險預(yù)警及可視化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，筒型基礎(chǔ)海洋平臺由于具有縮減工程量、節(jié)省投資以及可重復(fù)使用等優(yōu) 點，在很多領(lǐng)域已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的粧基，這對于我國邊際油田的開發(fā)具有重要的意義。研究 筒型基礎(chǔ)海洋平臺的海上拖航風(fēng)險，是筒型基礎(chǔ)海洋平臺投入實際使用的重要環(huán)節(jié)。如何 保障海上拖航安全、提高海上拖航風(fēng)險預(yù)防效果越來越成為廣大工程技術(shù)人員和科研工作 者，尤其是海上拖航相關(guān)部門關(guān)注的焦點問題。
[0003]目前，海上拖航作業(yè)存在相當(dāng)?shù)睦щy和復(fù)雜性：一是海上拖航作業(yè)面臨的挑戰(zhàn)越 來越大，作業(yè)的天氣和港區(qū)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變；二是單船的操縱運動就具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性， 雙船的可控運動則更加難度；三是在遠洋拖航作業(yè)中，需要用拖船通過拖纜來控制航向，但 是在具體作業(yè)中，很難對拖纜進行恰當(dāng)?shù)目刂疲僮鞑划?dāng)會影響海上航行的安全以及造成 嚴重船舶顛覆事故；四是海上拖航控制的主觀性強，缺乏有效的輔助拖航操縱控制設(shè)備。
[0004] 依靠現(xiàn)代化的計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備，運用先進的智能處理算法，以定量和定性 相結(jié)合分析模式建立軌跡預(yù)測模型，這是現(xiàn)代海上數(shù)字化信息建設(shè)的重要內(nèi)容之一。但是 關(guān)于船舶航行軌跡預(yù)測算法還存在船舶航行軌跡的預(yù)測精度不夠理想、計算過程復(fù)雜等一 些不足。同時海上風(fēng)險預(yù)警是海上應(yīng)急管理的重要環(huán)節(jié)，預(yù)警的效果反映了海上安全主管 機關(guān)應(yīng)急能力，成功的預(yù)警能夠使人們在事故發(fā)生時做好充分的心理準(zhǔn)備，提前做好應(yīng)急 準(zhǔn)備工作，降低事故造成的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種筒型平臺拖帶風(fēng)險預(yù)警及可視化系統(tǒng)，能 準(zhǔn)確的預(yù)測拖帶系統(tǒng)航行軌跡，對可能存在的航行風(fēng)險進行及時、準(zhǔn)確的識別、預(yù)警并給出 最優(yōu)的風(fēng)險緩解操作措施以供參考，同時當(dāng)任務(wù)設(shè)備出現(xiàn)故障時發(fā)出告警信號，從而保障 拖帶系統(tǒng)的安全。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種筒型平臺拖帶風(fēng)險預(yù)警及 可視化系統(tǒng)，其特征在于：它包括：
[0007] 信息采集模塊，用于采集水域航道環(huán)境、船舶交通流、水文氣象、拖帶系統(tǒng)拖船和 被拖筒型平臺航行狀態(tài)及任務(wù)設(shè)備運行狀態(tài)信息，構(gòu)建筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；
[0008] 信息傳輸模塊，用于建立基于各種通信模式的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)，制定自適應(yīng)的數(shù)據(jù)交互 和通信協(xié)議，實現(xiàn)不同類型通信模式的切換，為其它模塊之間在不同工作模式、不同工作環(huán) 境下的信息交互提供可靠的傳輸通道；
[0009] 拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測模塊，用于根據(jù)筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，基于MMG 理論構(gòu)建筒型平臺拖帶系統(tǒng)船舶運動模型，并進一步采用卡爾曼濾波算法構(gòu)建筒型平臺拖 帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測模型，實現(xiàn)筒型平臺拖帶系統(tǒng)船舶軌跡預(yù)測，得到筒形平臺拖帶系統(tǒng)軌跡 預(yù)測信息；
[0010] 可視化模塊，用于將筒形平臺拖帶系統(tǒng)軌跡信息與電子海圖/電子江圖坐標(biāo)信息 相匹配，實現(xiàn)筒形平臺拖帶系統(tǒng)運動可視化；
[0011] 預(yù)警模塊，包括航行風(fēng)險預(yù)警子模塊和任務(wù)設(shè)備故障告警子模塊；其中航行風(fēng)險 預(yù)警子模塊用于從筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取水域航道環(huán)境、船舶交通流信息，結(jié)合 實際情況確定預(yù)警范圍，設(shè)定預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警條件和預(yù)警方式，并確定預(yù)警流程，依據(jù)拖帶 系統(tǒng)軌跡預(yù)測信息進行航行風(fēng)險預(yù)判，當(dāng)拖帶系統(tǒng)出現(xiàn)航行風(fēng)險時發(fā)出預(yù)警信號；任務(wù)設(shè) 備故障告警子模塊用于實時監(jiān)控所有任務(wù)設(shè)備的運行狀況，包括拖船、被拖筒型平臺、拖 纜、信息采集傳感器以及通信設(shè)備的運行狀態(tài)，當(dāng)任務(wù)設(shè)備出現(xiàn)故障時發(fā)出告警信號。
[0012] 按上述方案，所述的信息采集模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、預(yù)處理單元和數(shù)據(jù)融合單 元；其中數(shù)據(jù)采集單元用于利用傳感器采集原始數(shù)據(jù)；預(yù)處理單元用于將原始數(shù)據(jù)進行去 噪處理，構(gòu)成筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)融合單元用于將筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的 數(shù)據(jù)進行整理、分類和打包。
[0013] 按上述方案，所述的水域航道環(huán)境包括航道長cl、寬CW、水深cd，通過電子海圖/ 電子江圖、雷達、測深儀等獲得；船舶交通流信息包括船舶位置（X，y)、速度V、航向0，通過 AIS、雷達等獲得；水文氣象信息包括航道水域風(fēng)w、浪c、流f，通過氣象儀、風(fēng)速計、計程儀 等測量獲得；拖帶系統(tǒng)拖船和被拖筒型平臺航行狀態(tài)信息包括船舶位置（X，Y)、速度V、航 向S，通過MEMS傳感器、AIS等獲得。
[0014] 按上述方案，所述的拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測模塊構(gòu)建船舶運動模型時，是在考慮拖帶 系統(tǒng)水平面運動中的橫蕩、縱蕩和艏搖三自由度運動的基礎(chǔ)上，結(jié)合通航環(huán)境信息，基于 MMG理論進行構(gòu)建的。
[0015] 按上述方案，所述的拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測模塊構(gòu)建筒型平臺拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測模型 時，基于卡爾曼濾波算法，根據(jù)筒型平臺拖帶系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測方程，以最小均方差為 準(zhǔn)則估計動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。
[0016] 按上述方案，所述的航行風(fēng)險預(yù)警模塊的預(yù)警范圍分為：碰撞事故、擱淺事故和 其他事故；所述的預(yù)警指標(biāo)根據(jù)拖帶風(fēng)險預(yù)警范圍確定，對于碰撞事故，將最近會遇距離 (DistancetoClosestPointofApproach，DCPA)、最近會遇時間（TimetoClosestPoint ofApproach，TCPA)進行加權(quán)綜合作為預(yù)警指標(biāo)；對于擱淺事故及其他事故風(fēng)險，選取富裕 水深邊界值作為預(yù)警指標(biāo)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為：通過采用MMG理論和卡爾曼濾波算法，能準(zhǔn)確的預(yù)測拖帶 系統(tǒng)航行軌跡，并將拖帶系統(tǒng)軌跡信息與電子海圖/電子江圖坐標(biāo)信息相匹配，實現(xiàn)拖帶 系統(tǒng)運動可視化；對外界環(huán)境造成的航行風(fēng)險進行預(yù)警，結(jié)合實際通航水域的實際情況確 定預(yù)警范圍，設(shè)定預(yù)警指標(biāo)和預(yù)警條件，并確定預(yù)警流程，給出最優(yōu)的風(fēng)險緩解措施，同時 實時監(jiān)控所有任務(wù)設(shè)備的運行狀況，對設(shè)備運行安全提供保障。當(dāng)拖帶系統(tǒng)存在安全風(fēng)險 時，對其動態(tài)行為實施監(jiān)控并為控制中心提供及時的報警信息，實現(xiàn)拖帶系統(tǒng)風(fēng)險預(yù)警，保 障拖帶系統(tǒng)的安全，減小事故風(fēng)險。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為拖帶系統(tǒng)坐標(biāo)系示意圖。
[0020] 圖3為拖纜運動模型示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0022] 圖1為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括：
[0023] 信息采集模塊，用于采集水域航道環(huán)境、船舶交通流、水文氣象、拖帶系統(tǒng)拖船和 被拖筒型平臺航行狀態(tài)及任務(wù)設(shè)備運行狀態(tài)信息，構(gòu)建筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；
[0024] 信息傳輸模塊，用于建立基于各種通信模式的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)，制定自適應(yīng)的數(shù)據(jù)交互 和通信協(xié)議，實現(xiàn)不同類型通信模式的切換，為其它模塊之間在不同工作模式、不同工作環(huán) 境下的信息交互提供可靠的傳輸通道；
[0025] 拖帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測模塊，用于根據(jù)筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，基于MMG 理論構(gòu)建筒型平臺拖帶系統(tǒng)船舶運動模型，并進一步采用卡爾曼濾波算法構(gòu)建筒型平臺拖 帶系統(tǒng)軌跡預(yù)測模型，實現(xiàn)筒型平臺拖帶系統(tǒng)船舶軌跡預(yù)測，得到筒型平臺拖帶系統(tǒng)軌跡 預(yù)測信息；
[0026] 可視化模塊，用于將筒型平臺拖帶系統(tǒng)軌跡信息與電子海圖/電子江圖坐標(biāo)信息 相匹配，實現(xiàn)筒型平臺拖帶系統(tǒng)運動可視化；
[0027] 預(yù)警模塊，包括航行風(fēng)險預(yù)警子模塊和任務(wù)設(shè)備故障告警子模塊；其中航行風(fēng)險 預(yù)子警模塊用于從筒型平臺拖帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取水域航道環(huán)境、船舶交通流信息，結(jié)合 實際情況確定預(yù)警范圍，設(shè)定預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警條件和預(yù)警方式，并確定預(yù)警流程，依據(jù)拖帶 系統(tǒng)軌跡預(yù)測信息進行航行風(fēng)險預(yù)判，當(dāng)拖帶系統(tǒng)出現(xiàn)航行風(fēng)險時發(fā)出預(yù)警信號；任務(wù)設(shè) 備故障告警子模塊用于實時監(jiān)控所有任務(wù)設(shè)備的運行狀況