CN106338275A - 一种智能海洋平台系统 - Google Patents

Abstract

一种智能海洋平台系统，属于海洋开发及技术设备领域。其特征在于：包括智能决策层、监控预报层以及智能工作层。智能决策层与监控预报层双向连接，监控预报层与智能工作层双向连接。其中智能决策层中包括智能决策单元，智能决策单元与监控预报层中的实时控制单元相连，实时控制单元与智能工作层相连，智能工作层与监控预报层中的立体监测单元相连，立体监测单元与智能决策单元相连。在本智能海洋平台系统中，通过设置立体监测单元，实现了多种传感器的立体布局，能够使智能决策单元和平台中控单元接收到多维和全面的平台信息和平台周围的环境和海况参数，使得平台更为平稳地运行。

Description

一种智能海洋平台系统

技术领域

一种智能海洋平台系统，属于海洋开发及技术设备领域。

背景技术

随着社会的进步，科技和经济的迅猛发展，世界各国对天然气，石油等能源需求越来越大，由于陆地油气资源的急剧减少，各国纷纷将目光投向占地球面积71%的资源丰富的海洋，海洋石油平台、近海海岸工程、超大型海洋浮式结构物是人们开发利用海洋资源的重要设施，伴随着人类开发海洋的不断深入，由偶然灾害和自然灾害引发的海洋平台事故越来越多，主要是由海洋工程结构工作环境的恶劣性和人为因素引起的，不仅造成了人员伤亡和经济损失，也对近海周边环境和海洋生态造成了污染。

在现有技术的海洋平台中，包括平台钻井系统、平台定位系统、平台中控单元、平台公用系统，各系统下又包含众多子系统。总的来说，和普通的船舶上的系统有些类似，平台上的各系统更为精密，侧重也有所不同。而当下平台传感器布局不够立体，电信覆盖范围不够普遍，数据通信实时联络不够顺畅，总体表现不够智能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置智能决策层、监控预报层以及智能工作层，实现了多种传感器的立体布局，使得平台上工作人员能够做出更为优化的决策，和平台更为平稳地运行的智能海洋平台系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该智能海洋平台系统，其特征在于：包括智能决策层、监控预报层以及智能工作层，智能决策层与监控预报层双向连接，监控预报层与智能工作层双向连接。其中智能决策层中包括智能决策单元，智能决策单元与监控预报层中的实时控制单元相连，实时控制单元与智能工作层相连，智能工作层与监控预报层中的立体监测单元相连，立体监测单元与智能决策单元相连。

优选的，所述的立体监测单元包括：用于采集信息的感知模块；

用于实现数据采集的数据采集模块，感知模块与数据采集模块相连；

用于实现数据传输的数据传输模块，数据采集模块与数据传输模块相连；

用于对数据进行存储和分析的大数据存储与分析模块，数据传输模块与大数据存储与分析模块相连；

以及应用模块，应用模块与平台中控单元以及智能决策单元相连，大数据存储与分析模块与应用模块相连。

优选的，在所述的智能决策层中还包括平台中控单元，平台中控单元与智能决策单元双向连接。

优选的，在所述的监控预报层中还包括故障预报单元，智能决策层中的智能决策单元与故障预报单元相连。

优选的，在所述的智能工作层中，包括智能钻井单元和智能公用单元。

优选的，所述的感知模块包括GPS定位装置、多个摄像头、多种传感器以及实现传感器数据传输的传感器网关。

优选的，所述的数据采集模块包括数据采集器、图像采集器、嵌入式控制器、红外摄像机、海洋气象、环境参数传感器。

优选的，所述的智能决策单元包括：用于存储智能海洋平台系统数据的决策数据库模块；用于形成智能海洋平台系统平台运动方案的决策处理模块；用于进行恶劣天气危险级别判断的天气决策模块以及用于状态显示的显示模块。

优选的，所述的智能钻井单元包括井上控制模块、井中信息传出模块以及井下信息检测模块，井上控制模块与井中信息传输模块双向相连，井中信息传出模块与井下信息检测模块双向相连。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、在本智能海洋平台系统中，通过设置智能决策层、监控预报层以及智能工作层，实现了多种传感器的立体布局，能够使智能决策单元和平台中控单元接收到多维和全面的平台信息和平台周围的环境和海况参数，使得平台上工作人员能够做出更为优化的决策，使得平台更为平稳地运行。

2、智能决策单元则使操作人员的经验得以数据化及量化，对平台在正常海况下的平稳运行和恶劣海况下的安全运行有着重要的意义。

3、智能决策单元中的显示模块对本智能海洋平台系统实现全方位多维度的显示，能够使平台的运行状态更为直观地显示给工作及决策人员。

4、智能决策单元根据立体监测单元的实时数据和地面基站给出的指令，计算出实时控制单元的设定值和故障预报单元的参考信号。平台中控单元监督智能决策单元的工作状况，根据实际情况对智能决策单元进行调整，使平台工作在最佳状况。

5、在遇到特殊或恶劣的天气时，智能决策单元内的天气决策模块首先对天气状况进行危险分级，通过调取决策数据库内的数据，预测智能海洋平台系统的运动趋势，并根据相应的天气级别采取相应措施，能够规划出最优化和最安全的平台运行流程，使复杂的平台操纵流程实现业务化和自动化。

6、智能决策单接收来自立体监测单元的数据信息，通过数据融合、数据聚类等智能手段得到故障预报单元所需的数据信息，并将这些数据资源发送到故障预报单元。故障预报单元使用所获得的数据信息，通过故障预报模型的运算结果判断平台及其关键装备的运行状况，当遇到潜在故障风险时发出报警。

附图说明

图1为智能海洋平台系统原理方框图。

图2为智能海洋平台系统智能决策单元工作流程图。

图3为智能海洋平台系统立体监测单元原理方框图。

图4为智能海洋平台系统智能钻井单元原理方框图。

具体实施方式

图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种智能海洋平台系统，包括智能决策层、监控预报层以及智能工作层。其中智能决策层包括智能决策单元以及平台中控单元。监控预报层包括立体监测单元、实时控制单元以及故障预报单元。智能工作层包括智能钻井单元以及智能公共单元。

在智能决策层中，智能决策单元与平台中控单元双向相连。智能决策单元同时通过常规的通讯手段与地面基站相连，实现海上平台与地面基站的数据通讯。在监控预报层中，立体监测单元与智能决策单元相连，将监测到数据送入智能决策单元内。智能决策单元同时与实时控制单元以及故障预报单元相连。在智能工作层中，智能钻井单元和智能公用单元与监控预报层中的立体监测单元相连，实时控制单元同时与智能钻井单元和智能公用单元相连。

在智能决策层，智能决策单元根据立体监测单元的实时数据和地面基站给出的指令，计算出实时控制单元的设定值和故障预报单元的参考信号。平台中控单元监督智能决策单元的工作状况，根据实际情况对智能决策单元进行调整，使平台工作在最佳状况。

智能决策单元与实时控制单元相连，通过实时控制单元实现对智能钻井单元和智能公用单元的集中控制；智能决策单元同时通过控制故障预报单元实现对故障的预报。智能钻井单元以及智能公共单元同时与立体监测单元相连，将各自的数据送至立体监测单元内，立体监测单元将监测得到的数据送至智能决策单元中，平台中控单元以及智能决策单元对立体监测单元送入的数据进行分析和处理。平台中控单元与智能决策单元、智能钻井单元以及智能公用单元相连后，分别对其进行控制。

智能决策单元接收来自立体监测单元的数据信息，通过数据融合、数据聚类等智能手段得到故障预报单元所需的数据信息，并将这些数据资源发送的故障预报单元。故障预报单元使用所获得的数据信息，通过故障预报模型的运算结果判断平台及其关键装备的运行状况，当遇到潜在故障风险时发出报警。

智能决策单元包括过程控制系统、紧急关断系统、火气探测系统。智能决策单元主要侧重于连续检测、控制海上油气田生产、公用设备正常运行和意外事故的实时监测。而平台中控单元则侧重于平台遭遇特殊情况而起到的中控单元之外的辅助作用，如特殊天气状况，特殊海况以及平台发生火灾或危险状况以及本智能海洋平台系统运行数据的存储。系统从接受应急请求到应急决策文档输出的时间要远远超出人工经验决策时间，实现少量人工干预情况下的高度自动化的应急流程，真正辅助决策者实现快速决策、有效应急、高效抢险的决策目标。

在本智能海洋平台系统中，智能决策单元包括用于存储智能海洋平台系统数据的决策数据库模块、用于形成智能海洋平台系统平台运动方案的决策处理模块、用于进行恶劣天气危险级别判断的天气决策模块以及用于状态显示的显示模块。

智能决策单元的作用为：通过监控预报层实现本智能海洋平台系统的实时控制和故障预报，具体表现为：智能决策单元通过监控预报层中的实时控制模块实现对智能工作层中智能钻井单元和智能公用单元的工作进行实时控制；智能决策单元通过接收监控预报层中的立体监控单元上传的数据通过监控预报层中的故障预报单元进行故障的预报。实现本智能海洋平台系统在没有人为操纵的情况下确保本智能海洋平台系统能够平稳安全的运行。

在本智能海洋平台系统中，智能决策单元通过多传感器数据融合技术、专家库系统、智能建模与优化方法，实现平台智提前感知突发事件，如天气突变、设备故障，智能做出应对措施；根据建模优化结果，实现平台的智能决策和优化节能。最终达到安全高效运行之目标。如图2所示，智能决策单元工作过程包括如下步骤：

步骤1，建立智能决策单元所需的决策数据库，对智能决策单元以及平台中控单元所需要的所有平台及环境数据进行存储与管理，并能够进行报表的生成以及以往部署方案的检索。

步骤2，智能决策单元根据立体监测单元送入的本智能海洋平台系统的当前运动参数与环境参数，参考本智能海洋平台系统以往的平台运动参数设定，自动生成当下环境和情况的平台运动方案。

在本智能海洋平台系统中，智能决策单元支持人工操作方式部署方案，允许人工对智能决策单元的方案进行人为干预，而智能决策单元对错误的人工干预会提出警告提示，并生成操作流程和平台与环境的参数的报表。

步骤3，在遇到特殊或恶劣的天气时，智能决策单元内的天气决策模块首先对天气状况进行危险分级，通过调取决策数据库内的数据，预测智能海洋平台系统的运动趋势，并根据相应的天气级别采取相应措施，能够规划出最优化和最安全的平台运行流程，使复杂的平台操纵流程实现业务化和自动化。

步骤4，多维度立体显示界面，通过显示模块将智能决策单元所做决策和本智能海洋平台系统当前状态及环境参数进行综合前端显示，以文档、分析图表、态势标绘以及三维立体平台构图对平台状态进行综合显示，在三维显示图上可以对平台相应部位进行状态查询，可以查看到智能决策单元的方案以及平台实际运作过程的动作。

如图3所示，立体监测单元包括：应用模块、大数据存储与分析模块、数据传输模块、数据采集模块以及感知模块。感知模块与数据采集模块相连，数据采集模块与数据传输模块相连，数据传输模块与大数据存储与分析模块相连，大数据存储于分析层与应用模块相连。

感知模块，其作用是用于采集信息，感知模块在硬件设置上包括设置在智能海洋平台系统上的GPS定位装置、安装在智能海洋平台系统上的多处摄像头、安装在智能海洋平台系统上的多种传感器以及实现传感器数据传输的传感器网关。通过感知模块主要通过其内部的硬件设计，实现了物体的识别以及工作海域平台信息的监测。

其中，安装在智能海洋平台系统上的多种传感器具体包括：平台运动参数测量传感器，用来测量平台运行过程中的速度、加速度；环境参数传感器，用以测量环境中风、浪、流的速度及力的数据；平台内部参数传感器，测量平台内部环境的温度、湿度，内部布线的电子特性测量，如电流、电压等；以及平台钻井模块的工艺变量测量，如流量、液位、温度、压力等；在特定位置和重要区域布置火灾和烟气自动测量传感器，对火灾发生进行及时的检测。

部分区域采取无线网络布局，能够减少布线，节约空间，有利于进一步拓展其他功能。主要重要部分区域采取有线传输布局，从抗干扰和稳定性角度考虑，实现数据的稳定可靠传输。通过有线和无线的综合布局，实现安全可靠、经济适用、管理灵活方便的监测控制效果。

数据采集模块，感知模块监测得到的数据送至数据采集模块，由数据采集模块对数据进行采集。在硬件实现上，数据采集模块包括数据采集器、图像采集器、嵌入式控制器、红外摄像机、海洋气象、环境参数传感器等。

数据传输模块，由数据通讯系统对数据采集模块获得的数据进行传输，数据通讯系统包括海事卫星、微波、数据电台等。

大数据存储与分析模块，由平台监控中心系统对数据进行综合处理、分析，包括数据转换、挖掘，搭建数据模型，对数据进行分析后做出相应决策。

应用模块，平台事故应急响应系统，通过对以往的案例管理，对平台可能发生的事故进行预警，并对平台进行溢油监测，必要时进行环境威胁预警和应急响应。应用模块与平台中控单元以及智能决策单元相连。

如图4所示，在本智能海洋平台系统的智能工作层中，智能钻井单元包括：井上控制模块、井中信息传出模块以及井下信息检测模块，井上控制模块与井中信息传输模块双向相连，井中信息传出模块与井下信息检测模块双向相连。

井下信息检测模块利用井下智能导向钻具的功能，使钻杆底部钻具既具有检测信息的功能，又能在钻井平台的控制下高效率的钻向所要求的地层。通过各种类别的传感器检测到的参数和大量信息需要实时向上传输，并不断接收平台中控单元的控制信号，在钻柱中安装电缆线，做好接头的连接系统，以便达到钻进中高速精确地传输信息，并且结单根时不会影响进程。井中信息传输模块，主要包括信号传输电缆和钻杆之间的连接部分。井上控制模块，包含平台上处理软件，设计规则经一定调整后与传输数据衔接，同时将控制信号传向井下，实现双向传输，达到平台对钻具和钻头的精确智能控制。

在本智能海洋平台系统的智能钻井系统中，借鉴与通讯领域信息传输的成熟理论和技术，利用线圈电磁感应现象把普通钻杆改为管壁中埋有电缆、接头装有线圈的能高速传输信息的电子钻杆，扩展井下的传感器信息感应能力和组合井上的信息处理软件，交叉测量、电子通讯、自动化控制和油气井最新技术，使现有的钻井系统变为智能化、自动化钻井系统。

在本智能海洋平台系统的智能工作层中，智能公用单元包括燃油系统、冷却水系统、压载系统、仪表气系统、公用水系统、消防系统、救生及安全系统。通过对智能公用系统进行多维传感器布局，可以搭建钻井平台上的智慧公用系统。平台通过多维传感器立体布局能够进行物品与平台之间的交流，即在平台特定位置和物品上分别安装传感器，使平台和物品能够相互感应，比如向平台上运载补给品和装备时，平台会自动提示相应物品的放置位置物品的运载状态，实现信息基础设施和物理基础设施的全面融合。

通过对平台公用系统各个环节安装传感器、监控系统等，对公用系统进行实时监督，并将数据进行实时存储，其后将数据传回陆地并进行归类和分析处理，对海洋平台的公用系统运行进行模拟优化，并对平台所需物资进行分析和预测，其后应用于海洋平台上的公用系统。

平台上工作人员配备智能穿戴设备，将工作人员的位置和生命状态信息定时同步到平台监控设备，对信息进行汇总处理，使平台能够随时对工作人员的状态进行掌握，并方便平台中控中心对工作人员下达工作指令。

具体工作过程及工作原理如下：

在本智能海洋平台系统正常工作时，立体监控单元中设置在平台多处的摄像头、安装在智能海洋平台系统上的多种传感器将各自检测到的数据上传至智能决策中，智能决策单元根据立体监测单元送入的本智能海洋平台系统的当前运动参数与环境参数，参考本智能海洋平台系统以往的平台运动参数设定，自动生成当下环境和情况的平台运动方案。

当遇到特殊或恶劣的天气时，智能决策单元内的天气决策模块首先对天气状况进行危险分级，通过调取决策数据库内的数据，预测智能海洋平台系统的运动趋势，使复杂的平台操纵流程实现业务化和自动化。智能决策单元内的显示模块同时对本智能海洋平台系统当前状态及环境参数进行综合前端显示。

智能决策单元通过实时控制单元对智能钻井单元的工作状态进行控制，智能钻井单元中的井下信息检测模块将井下的传感器检测到的参数和大量信息通过井中信息传输模块上传到井上控制模块中，由井上控制模块送至平台中控单元中，智能决策单元将控制指令通过井上控制模块、井中信息传输模块送至井下，实现对智能钻井单元的控制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能海洋平台系统，其特征在于：包括智能决策层、监控预报层以及智能工作层，智能决策层与监控预报层双向连接，监控预报层与智能工作层双向连接；其中智能决策层中包括智能决策单元，智能决策单元与监控预报层中的实时控制单元相连，实时控制单元与智能工作层相连，智能工作层与监控预报层中的立体监测单元相连，立体监测单元与智能决策单元相连。

2.根据权利要求1所述的智能海洋平台系统，其特征在于：所述的立体监测单元包括：用于采集信息的感知模块；

用于实现数据采集的数据采集模块，感知模块与数据采集模块相连；

用于实现数据传输的数据传输模块，数据采集模块与数据传输模块相连；

用于对数据进行存储和分析的大数据存储与分析模块，数据传输模块与大数据存储与分析模块相连；

以及应用模块，应用模块与平台中控单元以及智能决策单元相连，大数据存储与分析模块与应用模块相连。

3.根据权利要求2所述的智能海洋平台系统，其特征在于：在所述的智能决策层中还包括平台中控单元，平台中控单元与智能决策单元双向连接。

4.根据权利要求1所述的智能海洋平台系统，其特征在于：在所述的监控预报层中还包括故障预报单元，智能决策层中的智能决策单元与故障预报单元相连。

5.根据权利要求1所述的智能海洋平台系统，其特征在于：在所述的智能工作层中，包括智能钻井单元和智能公用单元。

6.根据权利要求2所述的智能海洋平台系统，其特征在于：所述的感知模块包括GPS定位装置、多个摄像头、多种传感器以及实现传感器数据传输的传感器网关。

7.根据权利要求2所述的智能海洋平台系统，其特征在于：所述的数据采集模块包括数据采集器、图像采集器、嵌入式控制器、红外摄像机、海洋气象、环境参数传感器。

8.根据权利要求1所述的智能海洋平台系统，其特征在于：所述的智能决策单元包括：用于存储智能海洋平台系统数据的决策数据库模块；用于形成智能海洋平台系统平台运动方案的决策处理模块；用于进行恶劣天气危险级别判断的天气决策模块以及用于状态显示的显示模块。

9.根据权利要求5所述的智能海洋平台系统，其特征在于：所述的智能钻井单元包括井上控制模块、井中信息传出模块以及井下信息检测模块，井上控制模块与井中信息传输模块双向相连，井中信息传出模块与井下信息检测模块双向相连。