一种超大型浮式平台作业状态的声学监测系统

本申请涉及浮式平台声学定位领域，具体涉及一种超大型浮式平台作业状态的声学监测系统。

背景技术：

当前的超大型浮式平台在海洋进行如风电安装、石油勘探开采等作业时，在平台面积大、体积大、所需承载力大、工作时间长、海面实际环境情况复杂等条件限制下，因为缺乏参照物，平台的定位信息和自身状态信息较难把握准确，通常需要安装多个倾角传感器、加速度传感器与gps定位装置等测量系统，并通过解算控制平台的动力定位和平衡系统，实现平台自身平稳安全和对作业对象的高精度控制的工作特性。但是gps的定位精度有限，且现有平台中加速度传感器的位置解算会累积误差，使得平台在海洋波动环境状态下会产生累积偏差，给超大型浮式平台作业带来焊接、装吊、加工等作业误差增大的危害。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的是提供一种超大型浮式平台作业状态的声学监测系统，能够准确且综合地监测平台作业状态，以得到平台的作业状态数据，提供平台作业调整数据支持，使得平台作业更加平稳安全。

为达到上述技术目的，本申请提供了一种超大型浮式平台作业状态的声学监测系统，其特征在于，包括：平台、多个海底深度声学测量器、多个海面高度声学测量器、姿态测量传感器以及控制器；

姿态测量传感器设置于所述平台上，用于测量平台的姿态数据；

所述海底深度声学测量器设置于所述平台底面，用于测量海底状态数据；

所述海面高度声学测量器设置于所述平台顶面，用于测量海面状态数据；

所述控制器设置于所述平台上，且分别与所述海底深度声学测量器、所述海面高度声学测量器以及所述姿态测量传感器电连接。

优选地，还包括海底底质声学测量器；

所述海底底质声学测量器设置于所述平台，且与所述控制器电连接，用于测量海底分层与底质类型数据。

优选地，还包括用于一一对应安装所述海面高度声学测量器的第一支撑架。

优选地，所述第一支撑架包括第一水平伸缩架以及第一竖直伸缩架；

所述第一水平伸缩架安装于所述平台，且伸缩端与所述第一竖直伸缩架连接，用于驱动所述第一竖直伸缩架活动伸出所述平台；

所述第一竖直伸缩架的伸缩端与所述海面高度声学测量器连接；

所述控制器还分别与所述第一水平伸缩架以及第一竖直伸缩架电连接。

优选地，还包括用于一一对应安装所述海底深度声学测量器的第二支撑架。

优选地，所述第二支撑架包括第二水平伸缩架以及第二竖直伸缩架；

所述第二水平伸缩架安装于所述平台，且伸缩端与所述第二竖直伸缩架连接；

所述第二竖直伸缩架的伸缩端与所述海底深度声学测量器连接；

所述控制器还分别与所述第二水平伸缩架以及第二竖直伸缩架电连接。

优选地，还包括用于一一对应安装所述海底底质声学测量器的第三支撑架。

优选地，所述第三支撑架包括第三水平伸缩架以及第三竖直伸缩架；

所述第三水平伸缩架安装于所述平台，且伸缩端与所述第三竖直伸缩架连接；

所述第三竖直伸缩架的伸缩端与所述海底底质声学测量器连接；

所述控制器还分别与所述第三水平伸缩架以及第三竖直伸缩架电连接。

优选地，所述海面高度声学测量器具体为四个，且呈矩阵均匀分布。

所述海底深度声学测量器具体为四个，且呈矩阵均匀分布。

优选地，所述海底底质声学测量器具体为两个，且关于所述平台对称分布。

从以上技术方案可以看出，本申请通过在平台上设置姿态测量传感器监测平台自身的姿态数据；设置海底深度声学测量器监测海底状态数据，结合平台自身的姿态数据可以更加准确的计算得到平台作业相对于海底之间的姿态变化，从而提供海底作业的数据支持；而设置的海面高度声学传感器可以监测海面状态数据，结合平台自身的姿态数据可以计算得到平台相对于海面的姿态变化数据，从而提供调整平台平衡度以及自身重心，保证平台不倾覆并提供海面稳定作业的重要数据支持。通过上述在平台上设置姿态测量传感器，海底深度声学测量器以及海面高度声学测量器，可以实现准确且综合的监测平台作业状态，以得到平台的作业状态数据，提供平台作业调整数据支持，使得平台作业更加平稳安全。

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超大型浮式平台作业状态的声学监测系统结构示意图；

图中：1、平台；2、海底深度声学测量器；3、第二支撑架；4、海面高度声学测量器；5、第一支撑架；6、海底底质声学测量器；7、第三支撑架；8、姿态测量传感器。

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超大型浮式平台作业状态的声学监测系统。

请参阅图1，本申请实施例中提供的一种超大型浮式平台作业状态的声学监测系统的一个实施例包括：平台1、多个海底深度声学测量器2、多个海面高度声学测量器4、姿态测量传感器8以及控制器；姿态测量传感器8设置于平台1上，用于测量平台的姿态数据；海底深度声学测量器2设置于平台1底面，用于测量海底状态数据；海面高度声学测量器4设置于平台1顶面，用于测量海面状态数据；控制器设置于平台1上，且分别与海底深度声学测量器2、海面高度声学测量器4以及姿态测量传感器8电连接。通过在海面高度声学测量器4、海底深度声学测量器2与结合姿态测量传感器8实现对海平面实时高度、海底深度与平台实时平衡特性的实时综合监测。本申请中，控制器可以为平台控制系统中的一个模块，也可以是外加的控制模块，用于实现对各测量器、传感器的控制，数据的计算等工作，具体不作限制。

具体来说，姿态测量传感器8测量平台的姿态数据具体测量过程可以例如是，将测量得到的测量姿态数据进行拟合平面，以拟合出平台拟合平面，再结合平台1在设计建造时便相应确定的平台1自身相对于地球的的坐标系，并根据平台1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，可以作为平台1的自身平衡度和重心的控制输入量，这个变化通常由于海浪、海风以及自身的负载情况引起，控制器可以根据计算得到的平台姿态数据的变化对平台1及时作出平衡度以及重心调整，或者将姿态数据反馈给平台自身所在的控制系统，以实现对平台的平衡度以及重心的调整，保证平台安全，防止倾覆；

海底状态数据可以包括海底的平整度与海底深度，可以作为海上作业对象触及海底底面的控制判断依据，通过姿态测量传感器8与海底深度声学测量器2二者测量数据的结合，可以更准去的判断出海底状态数据，修正平台1因海浪等因素导致波动的误差；具体结合应用可以例如下，可以先根据海底深度声学测量器2测量得到的结果拟合出一个海底拟合平面，再与前述拟合得到的平台拟合平面比较以得到平台距离海底地面的状态，当平台拟合平面是水平面时，可以直接判断海底的平整程度和倾斜程度；当平台拟合平面存在倾斜姿态时，结合测量的海底底面的深度，间接计算出海底底面的平整度。

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，可用于为平台运动系统与升沉补偿系统提供补偿预控制量，通过姿态测量传感器8与海面高度声学测量器4二者测量数据的结合，可以更准确的判断出海面状态数据，修正平台1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4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1相对于海平面的状态，当平台拟合平面是水平面时，可以直接判断海底的平整程度和倾斜程度；当平台拟合平面存在倾斜姿态时，结合测量的海面拟合平面，间接计算出海面的平整度与波浪度。

并通过将海面状态数据、绝对姿态数据与海底状态数据实时反馈给平台的平衡控制系统和作业对象的升沉补偿系统。实现对平台状态、作业环境、作业过程的实时监测。

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。

一种超大型浮式平台作业状态的声学监测系统，包括：平台1、多个海底深度声学测量器2、多个海面高度声学测量器4、姿态测量传感器8以及控制器；姿态测量传感器8设置于平台1上，用于测量平台的姿态数据；海底深度声学测量器2设置于平台1底面，用于测量海底状态数据；海面高度声学测量器4设置于平台1顶面，用于测量海面状态数据；控制器设置于平台1上，且分别与海底深度声学测量器2、海面高度声学测量器4以及姿态测量传感器8电连接。

进一步地，系统还包括海底底质声学测量器6；海底底质声学测量器6设置于平台1，且与控制器电连接，用于测量海底分层与底质类型数据。

具体来说，海底底质声学测量器6基于声学浅剖系统实现对海底底质探测，从而为安装作业对象如钻井勘探平台的安装插入海底的力的计算和插入过程设计提供了先验知识，从而为控制插入力，并为保持平台作业状态监测系统平衡提供反馈控制量。

进一步地，还包括用于一一对应安装所述海面高度声学测量器的第一支撑架5，第一支撑架5包括第一水平伸缩架以及第一竖直伸缩架；第一水平伸缩架安装于平台1，且伸缩端与第一竖直伸缩架连接，用于驱动第一竖直伸缩架活动伸出平台1；第一竖直伸缩架的伸缩端与海面高度声学测量器4连接；控制器还分别与第一水平伸缩架以及第一竖直伸缩架电连接。

具体来说，可以通过控制器控制第一水平伸缩架伸出平台指定位置，再控制第一竖直伸缩架竖直方向伸缩运动预设位移，以使得海面高度声学测量器4距离海面指定高度。再通过控制器实现海面高度声学测量器4的声学发射和接收，可以根据声波走时判断测量点距离海面高度声学测量器4的高度。通过对多个海面高度声学测量器测量的结果拟合出海面拟合平面。

进一步地，还包括用于一一对应安装所述海底深度声学测量器的第二支撑架3，第二支撑架3包括第二水平伸缩架以及第二竖直伸缩架；第二水平伸缩架安装于平台，且伸缩端与第二竖直伸缩架连接；第二竖直伸缩架的伸缩端与海底深度声学测量器2连接；控制器还分别与第二水平伸缩架以及第二竖直伸缩架电连接。

具体来说，可以通过控制器控制第二水平伸缩架伸出平台指定位置，再控制第二竖直伸缩架竖直方向伸缩运动预设位移，以使得海底深度声学测量器2到达海底指定深度。再通过控制器实现海底深度声学测量器2的声学发射和接收，可以根据声波走时判断海底的测量点距离海底深度声学测量器2的高度。通过对多个海底深度声学测量器2测量的结果拟合出海底拟合平面。

进一步地，还包括用于一一对应安装海底底质声学测量器6的第三支撑架7，第三支撑架7包括第三水平伸缩架以及第三竖直伸缩架；第三水平伸缩架安装于平台1，且伸缩端与第三竖直伸缩架连接；第三竖直伸缩架的伸缩端与海底底质声学测量器6连接；控制器还分别与第三水平伸缩架以及第三竖直伸缩架电连接。

具体来说，可以通过控制器控制第三水平伸缩架伸出平台指定位置，再控制第三竖直伸缩架竖直方向伸缩运动预设位移，以使得海底底质声学测量器6到达海底指定深度，其中海底底质声学测量器6的指定深度可以根据海底深度声学测量器2测量得到的海底深度数据实时调整；再通过控制器实现海底底质声学测量器6的声学发射和接收，可以根据声波反射强度判断海底分层和底质类型。

具体来说，平台1上设置有供海底深度声学测量器2、海面高度声学测量器4与海底底质声学测量器6对应伸入的凹腔，在测量结束需回收或者存放时，可通过控制器控制各声学测量器回缩至各自设定的位置固定，从而不占用空间也不会产生阻滞与发生碰坏的情况；在需要测量时，则通过控制器控制各伸缩架将声学测量器伸缩至指定位置，实现更精准的作业状态数据监测。

进一步地，以海面高度声学测量器4为四个为例，可以呈矩阵均匀分布，也可以是分布于矩形的四个角点位置，实际应用中，可以根据平台1的尺寸或测试需要调整为其他数量与其他排布方式，优选数量至少四个，具体不作限制。

进一步地，以海底深度声学测量器2为四个为例，可以呈矩阵均匀分布，也可以是分布于矩形的四个角点位置，实际应用中，可以根据平台1的尺寸或测试需要调整为其他数量与其他排布方式，优选数量至少四个，具体不作限制。

具体来说，海面高度声学测量器4与海底深度声学测量器2呈矩形分布，不同位置测量得到的数据通常不同，以此更准确得出海面状态数据与海底状态数据，实际应用中，多于三个以上的声学测量器得到的通常是非平面，因此拟合平面需经过校正，校正到绝对坐标系下，就是对应的各自存在实际状态的绝对平面，这时平面实际上是在三维环境下的立体平面。

进一步地，以海底底质声学测量器6为两个为例，可以设置为关于平台1对称分布，两个海底底质声学测量器6各自测量海底的底质及分层结构，再进行整合结算，实际应用中，可以根据平台1的尺寸或测试需要调整为其他数量与其他排布方式。

本申请结合姿态测量传感器8、海面高度声学测量器4、海底深度声学测量器2与海底底质声学测量器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，从而在负载、海风与海浪等不断变化的情况下，能及时对平台平衡度与重心作出调控，同时为平台运动补偿系统提供预输入量、为作业对象接触海底表面已经插入海底提供预先控制量、为安装海底底质勘探装置提供海底阻力信息和承重能力从而提供预先插入力，保证了平台作业过程中的平衡，实现将作业环境、海底与平台三者结合起来的闭环全方位实时监控。

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。