CN108804730A - 模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法及系统，该系统包括：解算服务器，解算服务器基于输入的海洋环境参数进行实时仿真数据计算，获取模拟数据并将模拟数据发送至协调服务器及仿真渲染服务器；协调服务器，协调服务器接收模拟数据，基于模拟数据，获取同步音频信号，并将同步音频信号发送至音频单元；仿真渲染服务器，仿真渲染服务器接收模拟数据，基于模拟数据，获取同步视频信号，并将同步视频信号发送至显示单元；音频单元，音频单元通信连接于协调服务器；显示单元，显示单元通信连接于仿真渲染服务器；音频单元及显示单元，基于同步音频信号及同步视频信号实时模拟仿真海洋工程环境。

Description

模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及安全管理领域，更具体地，涉及一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法及系统。
背景技术
海洋石油天然气开发尤其是深海油气开发具有高风险、高投资、时间长、要求高等特点，且海上作业工作量大。而熟悉海上尤其是深海作业的专业管理和技术人员相对较少，工程经验不够成熟。目前还未建成用于海工技术和管理人员系统性培训的相关系统或装置，同时由于受时间、场地、资金、安全等因素制约，现场实地培训较难实现，导致对深海项目开发形成不了强有力的支撑，深海油气开发投资和风险较大。
因此有必要研发一种能够高精度对海上油气开发作业过程进行仿真模拟的模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法及系统。
发明内容
本发明提出了一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法及系统，所述方法及系统能够为深海油气开发提供一个演练和试验的数字平台，实现对海上油气开发作业过程的仿真模拟、模型建立、案例开发、作业方案预演、作人员培训和考核等。
根据本发明提出了一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法，所述方法可以包括：
基于海洋环境参数，通过实时仿真物理模拟计算，获取模拟数据；
对所述模拟数据进行解析，获取实时同步音频信息；
对所述模拟数据进行解析，获取实时同步视频信息；
对所述模拟数据进行解析，获取实时水动力学信息；
基于所述同步音频信息、所述实时同步视频信息及所述水动力学信息，模拟海洋工程环境。
优选地，所述基于海洋环境参数，通过实时仿真物理模拟计算，获取模拟数据包括：基于海洋环境参数，获取物理属性参数，并建立物理模型，对物理模型进行解算获取所述模拟数据。
根据本发明的另一方面提供了一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，所述系统可以包括：
解算服务器，所述解算服务器进行实时仿真数据计算，获取模拟数据并将模拟数据发送至协调服务器及仿真渲染服务器；
协调服务器，所述协调服务器接收所述模拟数据，基于模拟数据，获取同步音频信号，并将同步音频信号发送至音频单元；
仿真渲染服务器，所述仿真渲染服务器接收所述模拟数据，基于模拟数据，获取同步视频信号，并将同步视频信号发送至显示单元；
音频单元，所述音频单元通信连接于所述协调服务器；
显示单元，所述显示单元通信连接于所述仿真渲染服务器；
所述音频单元及所述显示单元，基于所述同步音频信号及所述同步视频信号实时模拟仿真海洋工程环境。
优选地，所述解算服务器包括：数据接收单元、动力学解算单元、视景仿真解算单元、音频解算单元及处理单元，所述动力学解算单元、所述视景仿真解算单元及所述音频解算单元分别通信连接于所述数据接收单元及所述处理单元，所述数据接收单元接收所述海洋环境参数，所述动力学解算单元、所述视景仿真解算单元及所述音频解算单元对所述海洋环境参数进行解算，获取模拟数据，并将所述模拟数据发送至所述处理单元，所述处理单元将所述模拟数据发送至所述协调服务器及所述仿真渲染服务器。
优选地，所述显示单元包括：融合机及几何校正器，所述融合机将所述同步视频信号进行边缘融合，获取模拟实时信号并将所述模拟实时信号发送至所述几何校正器，所述几何校正器对所述模拟实时信号进行几何校正，获取实时环幕图像。
优选地，所述显示单元还包括：主动立体投影机及投影幕布，所述主动立体投影机解算并通过所述投影幕布实时显示所述环幕图像，实时模拟仿真海洋工程环境。
优选地，还包括：中控单元所述中控单元通信连接于所述解算服务器及所述协调服务器，所述中控单元控制所述解算服务器计算及模拟方式。
优选地，还包括操作单元，所述操作单元包括：多个交互器，所述操作单元通信连接于所述解算服务器及所述协调服务器，所述操作单元通过多个交互器发出操作及控制指令。
优选地，包括：交换机，所述交换机通信连接于所述解算服务器、所述协调服务器、所述仿真渲染服务器及所述显示单元，用于实现单元各组分间的网络数据交换。
优选地，还包括：数据服务器，所述数据服务器通信连接于所述解算服务器，用于存储及备份所述模拟数据。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施方式的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统示意图。
附图标记说明：
1、解算服务器；2、数据服务器；3、交换机；4、协调服务器；5、操作单元；6、中控单元；7、仿真渲染服务器；8、显示单元；9、音频单元；10、交互器；11、融合机；12、几何校正器；13、主动立体投影机；14、投影幕布。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施方式1
在该实施方式中，根据本发明的模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法包括：通过实时仿真物理模拟计算，获取模拟数据；
基于海洋环境参数，对模拟数据进行解析，获取实时同步音频信息；
对模拟数据进行解析，获取实时同步视频信息；
对模拟数据进行解析，获取实时水动力学信息；
基于同步音频信息、实时同步视频信息及水动力学信息，模拟海洋工程环境。
在一个示例中，基于海洋环境参数，通过实时仿真物理模拟计算，获取模拟数据包括：基于海洋环境参数，获取物理属性参数，并建立物理模型，对物理模型进行解算获取模拟数据。
具体地，根据真实环境中的物理实体、操作人员的操作信息及海洋环境参数，提取出动力学仿真过程中所需的物理属性进行建模，并将所建立的物理模型加入到所需的动力学仿真空间中进行实时动态动力学解算，得到物理模型在动力学空间中的运动学参数(浮力(Buoyancy force)、阻力(Drag force)、马格努斯力(Magnus force)以及附加质量力(Added mass)等)，完成模拟数据的获取，基于模拟数据进行同步视景信息和音频信息的解算，获取同步视景信息(海面以上大气环境、海面波浪、海洋水体、海底地形、作业船、作业设备、水下结构物等)及同步音频信息(水下音效、作业音效等)。
具体地，基于模拟数据解算获取实时同步音频信息、实时同步视频信息及实时水动力学信息进一步包括基于有限元计算软件Flunet和动力学计算软件Vortex二次开发，将离线有限元大范围节点计算结果作为Vortex实时计算参考点，大幅提高实时动态动力学解算的精度和准确度。
具体地，基于所述同步音频信息、所述实时同步视频信息及所述水动力学信息，配合仿真渲染服务器、协调服务器及音频处理单元，实现海洋油气开发工程环境模拟仿真。
实施方式2
图1示出了根据本发明的一个实施方式的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统示意图。
如图1所示，根据本发明的实施方式，提供了一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，包括：
解算服务器1，解算服务器1进行实时仿真数据计算，获取模拟数据并将模拟数据发送至协调服务器4及仿真渲染服务器7；
协调服务器4，协调服务器4接收模拟数据，基于模拟数据，获取同步音频信号，并将同步音频信号发送至音频单元9；
仿真渲染服务器7，仿真渲染服务器7接收模拟数据，基于模拟数据，获取同步视频信号，并将同步视频信号发送至显示单元8；
音频单元9，音频单元9通信连接于协调服务器4；
显示单元8，显示单元8通信连接于仿真渲染服务器7；
音频单元9及显示单元8，基于同步音频信号及同步视频信号实时模拟仿真海洋工程环境。
该实施方式通过解算服务器1进行实时仿真数据计算，仿真出相应的视景，获取模拟数据并将模拟数据发送至协调服务器4及仿真渲染服务器7。协调服务器4根据解算服务器1发出的模拟数据，组织和管理分布式场景图的整体架构，获取同步音频信号，并将同步音频信号发送至音频单元9。仿真渲染服务器7根据接收到的模拟数据进行分布式场景图绘制及并行场景渲染，获取同步视频信号，并将同步视频信号发送至显示单元8。音频单元9及显示单元8，基于同步音频信号及同步视频信号实时模拟仿真海洋工程环境。
下面详细说明根据本发明的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统。
在一个示例中，解算服务器1包括：数据接收单元、动力学解算单元、视景仿真解算单元、音频解算单元及处理单元，动力学解算单元、视景仿真解算单元及音频解算单元分别通信连接于数据接收单元及处理单元，数据接收单元接收海洋环境参数，动力学解算单元、视景仿真解算单元及音频解算单元对海洋环境参数进行解算，获取模拟数据，并将模拟数据发送至处理单元，处理单元将模拟数据发送至协调服务器4及仿真渲染服务器7。
在一个示例中，显示单元8包括：融合机11及几何校正器12，融合机11将同步视频信号进行边缘融合，获取模拟实时信号并将模拟实时信号发送至几何校正器12，几何校正器12对实时信号进行几何校正，获取实时环幕图像。
在一个示例中，显示单元8还包括：主动立体投影机13及投影幕布14，主动立体投影机13解算并通过投影幕布14实时显示环幕图像，实时模拟仿真海洋工程环境。
具体地，融合机11用于将同步视频信号进行边缘融合，并分三通道输出；几何校正器12用于将平面图像转换成环幕图像，防止投影失真；主动立体投影机13进行立体投影的视频输出，主动立体投影机13解算并通过投影幕布14实时显示环幕图像，实时模拟仿真海洋工程环境。融合机11、几何校正器12和主动立体投影机13可单独配置，也可选用集成几何校正器12和融合机11功能的投影机。
在一个示例中，还包括：中控单元6中控单元6通信连接于解算服务器1及协调服务器4，中控单元6控制解算服务器1计算及模拟方式。
在一个示例中，还包括操作单元5，操作单元5包括：多个交互器10，操作单元5通信连接于解算服务器1及协调服务器4，操作单元5通过多个交互器10发出操作及控制指令。
在一个示例中，包括：交换机3，交换机3通信连接于解算服务器1、协调服务器4、仿真渲染服务器7及显示单元8，用于实现单元各组分间的网络数据交换。
具体地，操作单元5用于生成操作场景的指令，由多套不同功能的交互器10组成，负责用户与模拟仿真系统间的操作与控制，将操作与控制信号发送到解算服务器1和协调服务器4。
具体地，中控单元6选定需要进行的操作，通过操作单元5的交换机3向解算服务器1和协调服务器4发出操作和控制指令，解算服务器1根据指令进行相关解算。
在一个示例中，还包括：数据服务器2，数据服务器2通信连接于解算服务器1，用于存储及备份模拟数据。
实施例
为便于理解本发明实施方式的方案及其效果，以下给出一个具体实施例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
根据本发明的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，包括：
解算服务器1，解算服务器1进行实时仿真数据计算，获取模拟数据并将模拟数据发送至协调服务器4及仿真渲染服务器7；
协调服务器4，协调服务器4接收模拟数据，基于模拟数据，获取同步音频信号，并将同步音频信号发送至音频单元9；
仿真渲染服务器7，仿真渲染服务器7接收模拟数据，基于模拟数据，获取同步视频信号，并将同步视频信号发送至显示单元8；
音频单元9，音频单元9通信连接于协调服务器4；
显示单元8，显示单元8通信连接于仿真渲染服务器7；
音频单元9及显示单元8，基于同步音频信号及同步视频信号实时模拟仿真海洋工程环境。
其中，解算服务器1包括：数据接收单元、动力学解算单元、视景仿真解算单元、音频解算单元及处理单元，动力学解算单元、视景仿真解算单元及音频解算单元分别通信连接于数据接收单元及处理单元，数据接收单元接收海洋环境参数，动力学解算单元、视景仿真解算单元及音频解算单元对海洋环境参数进行解算，获取模拟数据，并将模拟数据发送至处理单元，处理单元将模拟数据发送至协调服务器4及仿真渲染服务器7。
其中，显示单元8包括：融合机11及几何校正器12，融合机11将同步视频信号进行边缘融合，获取模拟实时信号并将模拟实时信号发送至几何校正器12，几何校正器12对模拟实时信号进行几何校正，获取实时环幕图像。
其中，显示单元8还包括：主动立体投影机13及投影幕布14，主动立体投影机13解算并通过投影幕布14实时显示环幕图像，实时模拟仿真海洋工程环境。
其中，还包括：中控单元6中控单元6通信连接于解算服务器1及协调服务器4，中控单元6控制解算服务器1计算及模拟方式。
其中，还包括操作单元5，操作单元5包括：多个交互器10，操作单元5通信连接于解算服务器1及协调服务器4，操作单元5通过多个交互器10发出操作及控制指令。
其中，包括：交换机3，交换机3通信连接于解算服务器1、协调服务器4、仿真渲染服务器7及显示单元8，用于实现单元各组分间的网络数据交换。
其中，还包括：数据服务器2，数据服务器2通信连接于解算服务器1，用于存储及备份模拟数据。
实际操作时，中控单元6选定需要进行的操作，操作单元5输入海洋环境参数(风、波浪、洋流等)，配合不同交互器10输入的操作信号，通过网络通讯方式传输到解算服务器1。解算服务器1中的动力学解算单元根据真实环境中的物理实体、操作人员的操作信息及海洋环境参数，提取出动力学仿真过程中所需的物理属性进行建模，并将所建立的物理模型加入到所需的动力学仿真空间中进行实时动态动力学解算，得到物理模型在动力学空间中的运动学参数(浮力(Buoyancy force)、阻力(Drag force)、马格努斯力(Magnus force)以及附加质量力(Added mass)等)，完成水动力学信息的获取；同时，视景仿真解算单元及音频解算单元，配合动力学解算单元进行同步视景信息和音频信息的解算，获取模拟数据(海面以上大气环境、海面波浪、海洋水体、海底地形、作业船、作业设备、水下结构物等)及同步音频信息(水下音效、作业音效等)。协调服务器4基于模拟数据，获取同步音频信号，并将同步音频信号发送至音频单元9，仿真渲染服务器7，基于模拟数据，获取同步视频信号，并将同步视频信号发送至显示单元8；音频单元9及显示单元8，基于同步音频信号及同步视频信号实时模拟仿真海洋工程环境。
综上所述，本发明的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统为深海油气开发提供一个演练和试验的数字平台，可实现作业方案预演、人员培训和考核、模型建立、培训案例开发、多人协同操作等功能，有助于培养具有实际操作经验的海工技术和管理人员，提高海上作业效率，降低作业的成本和风险。同时，解决了因受时间、场地、设备等因素制约，现场实地培训困难的问题，减少了实际设备训练操作可能发生的各种事故，大幅提高海上工程建设、投产及生产运行作业效率，节约了大量资金。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施方式。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施方式的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施方式的有益效果，并不意在将本发明的实施方式限制于所给出的任何示例。

Claims (10)

1.一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法，包括：
基于海洋环境参数，通过实时仿真物理模拟计算，获取模拟数据；
对所述模拟数据进行解析，获取实时同步音频信息；
对所述模拟数据进行解析，获取实时同步视频信息；
对所述模拟数据进行解析，获取实时水动力学信息；
基于所述同步音频信息、所述实时同步视频信息及所述水动力学信息，模拟海洋工程环境。
2.根据权利要求1所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真方法，其中，所述基于海洋环境参数，通过实时仿真物理模拟计算，获取模拟数据包括：基于海洋环境参数，获取物理属性参数，并建立物理模型，对物理模型进行解算获取所述模拟数据。
3.一种模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，包括：
解算服务器，所述解算服务器基于输入的海洋环境参数进行实时仿真数据计算，获取模拟数据并将模拟数据发送至协调服务器及仿真渲染服务器；
协调服务器，所述协调服务器接收所述模拟数据，基于模拟数据，获取同步音频信号，并将同步音频信号发送至音频单元；
仿真渲染服务器，所述仿真渲染服务器接收所述模拟数据，基于模拟数据，获取同步视频信号，并将同步视频信号发送至显示单元；
音频单元，所述音频单元通信连接于所述协调服务器；
显示单元，所述显示单元通信连接于所述仿真渲染服务器；
所述音频单元及所述显示单元，基于所述同步音频信号及所述同步视频信号实时模拟仿真海洋工程环境。
4.根据权利要求3所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，其中，所述解算服务器包括：数据接收单元、动力学解算单元、视景仿真解算单元、音频解算单元及处理单元，所述动力学解算单元、所述视景仿真解算单元及所述音频解算单元分别通信连接于所述数据接收单元及所述处理单元，所述数据接收单元接收所述海洋环境参数，所述动力学解算单元、所述视景仿真解算单元及所述音频解算单元对所述海洋环境参数进行解算，获取模拟数据，并将所述模拟数据发送至所述处理单元，所述处理单元将所述模拟数据发送至所述协调服务器及所述仿真渲染服务器。
5.根据权利要求3所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，其中，所述显示单元包括：融合机及几何校正器，所述融合机将所述同步视频信号进行边缘融合，获取模拟实时信号并将所述模拟实时信号发送至所述几何校正器，所述几何校正器对所述模拟实时信号进行几何校正，获取实时环幕图像。
6.根据权利要求5所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，其中，所述显示单元还包括：主动立体投影机及投影幕布，所述主动立体投影机解算并通过所述投影幕布实时显示所述环幕图像，实时模拟仿真海洋工程环境。
7.根据权利要求3所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，其中，还包括：中控单元所述中控单元通信连接于所述解算服务器及所述协调服务器，所述中控单元控制所述解算服务器计算及模拟方式。
8.根据权利要求3所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，其中，还包括操作单元，所述操作单元包括：多个交互器，所述操作单元通信连接于所述解算服务器及所述协调服务器，所述操作单元通过多个交互器发出操作及控制指令。
9.根据权利要求3所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，其中，包括：交换机，所述交换机通信连接于所述解算服务器、所述协调服务器、所述仿真渲染服务器及所述显示单元，用于实现单元各组分间的网络数据交换。
10.根据权利要求3所述的模拟海洋油气开发工程环境的仿真系统，其中，还包括：数据服务器，所述数据服务器通信连接于所述解算服务器，用于存储及备份所述模拟数据。
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