CN108253965A - 一种tlp平台姿态方位测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TLP平台姿态方位测量系统，其特征在于，该测量系统包括星际差分GPS定位系统、INS惯性导航系统、倾角传感器、低频加速度传感器、视频摄像系统和集成数据处理系统；所述星际差分GPS定位系统用于获取TLP平台的位置信息，包括横荡、纵荡和垂荡信息；所述低频加速度传感器用于获取TLP平台的垂荡信息；所述INS惯性导航系统用于获取TLP平台的姿态信息，包括横摇、纵摇和艏摇信息；所述倾角传感器用于获取TLP平台的横摇和纵摇；所述视频摄像系统用于采集TLP平台位置图像信息；所述集成显示系统用于对测量采集的TLP平台的位置信息、姿态信息和位置图像信息进行实时处理和显示。本发明可以广泛应用于TLP平台姿态方位的实时测量中。

Description

一种TLP平台姿态方位测量系统
技术领域
本发明是关于一种TLP(张力腿)平台姿态方位测量系统，涉及海洋工程响应监测技术领域。
背景技术
全世界海洋面积约占地球面积的70％，海洋中蕴含着丰富的自然资源，对人类的生活、经济建设及科学技术发展有着极其重要的作用。因此，海洋自然资源的开发尤为重要。虽然海洋油气资源丰富，但是对于海洋油气资源的开发缓慢、空间利用率低。归根结底是由于在海洋工程领域，尤其对于海洋油气平台来说，长期承受波浪、海流、海风等复杂环境荷载的影响，尤其在极端环境荷载条件下，平台容易在不可预知的荷载下造成破坏与损伤，甚至有可能出现平台倾覆的恶劣后果。因此，对于平台实时的姿态方位信息测量显得尤为重要。
现阶段对平台姿态方位的测量主要依靠的是星际差分GPS定位系统与INS惯性导航系统两种技术的组合测量方式，因其测量数据全面，星际差分GPS定位系统获取包括横荡、纵荡和垂荡在内的平台位置响应信息，INS惯性导航系统获取包括横摇、纵摇和艏摇的平台姿态响应信息。但是这两种方式采集到的信息都是动态高频数据，平台结构因受海洋环境荷载产生的响应多为低频信息，需要通过更加符合平台运动响应的测量方式进行监测采集数据。另外，星际差分GPS定位系统对平台的垂荡信息测量相较于横荡与纵荡来说，精准度不高，也需要通过组合方式对垂荡信息进行冗余测量，保证响应信息测量的完整准确。总之，现阶段急需一种多种技术手段组合测量的方式对平台的姿态方位进行准确完整测量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够同时包含高频动态实时监测和静态低频冗余测量，得到更加准确完整的姿态方位测量信息的TLP平台姿态方位测量系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种TLP平台姿态方位测量系统，其特征在于，该测量系统包括星际差分GPS定位系统、INS惯性导航系统、倾角传感器、低频加速度传感器、视频摄像系统和集成数据处理系统；所述星际差分GPS定位系统用于获取所述TLP平台的位置信息，包括横荡、纵荡和垂荡信息；所述低频加速度传感器用于获取所述TLP平台的垂荡信息；所述INS惯性导航系统用于获取所述TLP平台的姿态信息，包括横摇、纵摇和艏摇信息；所述倾角传感器用于获取所述TLP平台的横摇和纵摇信息；所述视频摄像系统用于采集所述TLP平台位置图像信息；所述集成显示系统用于对测量采集的所述TLP平台的位置信息、姿态信息和位置图像信息进行实时处理和显示，获得所述TLP平台空间的六个自由度。
进一步地，所述TLP平台空间的六个自由度包括横荡、纵荡、横摇、纵摇、艏摇和垂荡信息，即：所述集成数据处理系统将获得的所述星际差分GPS定位系统和低频加速度传感器信息采集存储后，利用所述星际差分GPS定位系统获得所述TLP平台的横荡和纵荡信息，并利用所述低频加速度传感器获得所述TLP平台的垂荡信息进行显示；所述集成数据处理系统将所获得的所述INS惯性导航系统和倾角传感器信息采集存储后，利用所述INS惯性导航系统获得所述TLP平台的艏摇信息，并利用所述倾角传感器获得横摇和纵摇信息进行显示。
进一步地，所述倾角传感器和低频加速度传感器的数量均为5个，所述视频摄像系统的数量为4个，其中，所述星际差分GPS定位系统、INS惯性导航系统、一倾角传感器和一低频加速度传感器均布置于尽量靠近所述TLP平台中心，其余四个所述倾角传感器和低频加速度传感器对称布置于所述TLP平台四角，所述视频摄像系统布置于所述TLP平台四个桩柱旁。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明不仅利用星际差分GPS定位系统和INS惯性导航系统完整的监测采集到平台姿态位移响应的信息，而且还利用倾角传感器和低频加速度传感器对前两者采集的信息进行冗余测量，这样的组合采集方式主要有两方面的益处：其一，对平台的姿态方位响应信息进行实时动态测量，保证了数据的完整性，实时性；其二，在保证实时性完整性的前提下，通过冗余测量来保证数据测量的准确性，包括垂荡、横摇、纵摇的冗余测量，通过一整套组合的测量方式，充分地保证了对于平台姿态方位信息测量的实时性、完整性、准确性，二者相互补充，位移数据更加准确。3、本发明的INS惯性导航系统测量采集的是实时动态姿态数据，倾角传感器测量采集的是静态或慢速变化的动态姿态数据，二者相互补充，姿态数据更加准确。本发明可以广泛应用于TLP平台姿态方位的实时测量中。
附图说明
图1是本发明的TLP平台姿态方位测量系统结构示意图；
图2是本发明的各传感器布点示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明提供的TLP平台姿态方位测量系统，包括一个星际差分GPS定位系统1、一个INS惯性导航系统2、若干低频加速度传感器3、若干倾角传感器4、若干视频摄像系统和集成数据处理系统，本发明实施例中低频加速度传感器3和倾角传感器4的数量均为5个，视频摄像系统的数量为4个，以此为例不限于此。其中，星际差分GPS定位系统1、INS惯性导航系统2、一低频加速度传感器3和一倾角传感器4均布置于尽量靠近TLP平台中心，其余四个低频加速度传感器3和倾角传感器4对称布置于TLP平台四边或四个角上，更加准确得到姿态方位数据更加准确。视频摄像系统布置于TLP平台四个桩柱旁，用于对TLP平台关键位置图像信息采集，实时观察平台桩柱腿的姿态变化。
星际差分GPS定位系统1用于获取TLP平台的位置信息，得到包括横荡、纵荡和垂荡的平台运动响应信息；星际差分GPS定位系统1测量采集的数据为动态实时位移数据，对于横荡和纵荡的定位准确；低频加速度传感器3用于获取TLP平台的垂荡信息，低频加速度传感器3测量采集的是接近于TLP平台响应频率的低频量，对垂荡信息测量准确，其中，星际差分GPS定位系统1和低频加速度传感器3相互补充，位置数据更加准确。
INS惯性导航系统2用于获取TLP平台的姿态信息，包括横摇、纵摇和艏摇的平台运动响应信息；INS惯性导航系统2测量采集的是实时动态姿态数据；倾角传感器4用于获取TLP平台的横摇和纵摇信息；倾角传感器4测量采集的是静态或慢速变化的动态姿态数据。其中，INS惯性导航系统2和倾角传感器4相互补充，姿态数据更加准确。
视频摄像系统用于采集TLP平台位置图像信息.
集成显示系统用于对测量采集的TLP平台的位置信息、姿态信息和位置图像信息进行实时处理和显示，集成数据处理系统将所获得的星际差分GPS定位系统1和低频加速度传感器3信息采集存储后，利用星际差分GPS定位系统1精确获得TLP平台的横荡、纵荡和大量程的垂荡，利用低频加速度传感器3二次积分测量小范围变化平台垂荡量，星际差分GPS定位系统1和低频加速度传感器相互组合获得TLP平台准确的横荡、纵荡和垂荡信息并进行显示；集成数据处理系统将所获得的INS惯性导航系统和倾角传感器信息采集存储后，利用INS惯性导航系统2精确获得TLP平台的艏摇和高频动态横摇、纵摇信息，利用倾角传感器4测量低频慢速静态横摇和纵摇信息，INS惯性导航系统2和倾角传感器4相互组合获得TLP平台准确的艏摇、横摇和纵摇信息并进行显示，即本发明可以获得TLP平台的空间六个自由度(横荡、纵荡、横摇、纵摇、艏摇和垂荡)。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种TLP平台姿态方位测量系统，其特征在于，该测量系统包括星际差分GPS定位系统、INS惯性导航系统、倾角传感器、低频加速度传感器、视频摄像系统和集成数据处理系统；
所述星际差分GPS定位系统用于获取所述TLP平台的位置信息，包括横荡、纵荡和垂荡信息；
所述低频加速度传感器用于获取所述TLP平台的垂荡信息；
所述INS惯性导航系统用于获取所述TLP平台的姿态信息，包括横摇、纵摇和艏摇信息；
所述倾角传感器用于获取所述TLP平台的横摇和纵摇信息；
所述视频摄像系统用于采集所述TLP平台位置图像信息；
所述集成显示系统用于对测量采集的所述TLP平台的位置信息、姿态信息和位置图像信息进行实时处理和显示，获得所述TLP平台空间的六个自由度。
2.如权利要求1所述的一种TLP平台姿态方位测量系统，其特征在于，所述TLP平台空间的六个自由度包括横荡、纵荡、横摇、纵摇、艏摇和垂荡信息，即：所述集成数据处理系统将获得的所述星际差分GPS定位系统和低频加速度传感器信息采集存储后，利用所述星际差分GPS定位系统获得所述TLP平台的横荡和纵荡信息，并利用所述低频加速度传感器获得所述TLP平台的垂荡信息进行显示；所述集成数据处理系统将所获得的所述INS惯性导航系统和倾角传感器信息采集存储后，利用所述INS惯性导航系统获得所述TLP平台的艏摇信息，并利用所述倾角传感器获得横摇和纵摇信息进行显示。
3.如权利要求1或2所述的一种TLP平台姿态方位测量系统，其特征在于，所述倾角传感器和低频加速度传感器的数量均为5个，所述视频摄像系统的数量为4个，其中，所述星际差分GPS定位系统、INS惯性导航系统、一倾角传感器和一低频加速度传感器均布置于尽量靠近所述TLP平台中心，其余四个所述倾角传感器和低频加速度传感器对称布置于所述TLP平台四角，所述视频摄像系统布置于所述TLP平台四个桩柱旁。
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