CN111994214B - 半潜驳支墩方法及装置 - Google Patents

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CN111994214B CN202010777036.6A CN202010777036A CN111994214B CN 111994214 B CN111994214 B CN 111994214B CN 202010777036 A CN202010777036 A CN 202010777036A CN 111994214 B CN111994214 B CN 111994214B
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Abstract

本申请实施例涉及一种半潜驳支墩方法及装置，包括：控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速；基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。以此可以动态补偿沉管对半潜驳承载面造成的挠度变化，减小沉管出现的裂缝的概率。

Description

半潜驳支墩方法及装置
技术领域
本申请实施例涉及实验流体力学领域，尤其涉及一种半潜驳支墩方法及装置。
背景技术
随着海洋强国战略的提出，海洋基建迅猛发展，其中海底隧道是一种安全可靠、成本低廉的交通基础设施，在构建海底隧道时需运输并安装大型沉管，沉管在安装转运、运输过程中会受到半潜驳的摇摆影响，导致沉管损坏，从而造成巨大损失。目前最常用的运输方式就是固定式，将沉管固定至半潜驳上，沉管与半潜驳一起摇摆，减轻冲击损坏。
但是沉管的巨大重量会导致半潜驳承载面发生挠度变化，从而沉管的受力不均，在运输过程中，巨大海浪会引起沉管和半潜驳发生冲击，造成损坏。
发明内容
鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本申请实施例提供一种半潜驳支墩方法及装置。
第一方面，本申请实施例提供了一种半潜驳支墩方法。包括：
控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；
确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度；
基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
在一个可选的实现中，所述支墩液压支撑系统包括多个测距仪、多个液压支撑以及传感器，每个液压支撑对应一个测距仪，所述测距仪用于测量沉管与半潜驳承载面的距离，所述液压支撑用于输出压力值、所述传感器用于测量垂荡加速度；基于所述压力值以及所述沉管与半潜驳承载面的距离确定所述驳船挠度变化量。
在一个可选的实现中，基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀的步骤，包括：
基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度生成控制矩阵，所述控制矩阵的每一个元素对应一个液压支撑，所述元素的值包括行程值和压强值；
基于所述控制矩阵控制所述多个液压支撑。
在一个可选的实现中，当所述垂荡加速度竖直向上时，所述元素的值与所述垂荡加速度正相关；当所述垂荡加速度竖直向下时，所述元素的值与所述垂荡加速度无关。
在一个可选的实现中，所述船舶摇摆角度包括船舶纵摇角度和船舶横摇角度。
在一个可选的实现中，所述船舶横摇角度为左正右负时，所述船舶横摇角度与所述元素的值正相关。
在一个可选的实现中，所述船舶纵摇角度为前正后负时，所述船舶纵摇角度与所述元素的值正相关。
第二方面，提供了一种半潜驳支墩装置。包括：
转移模块，用于控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；
确定模块，用于确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度；
控制模块，用于基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
第三方面，本申请实施例提供一种半潜驳支墩系统，包括：多个测距仪、多个液压支撑、传感器以及控制器，每个液压支撑对应一个测距仪，所述测距仪用于测量沉管与半潜驳承载面的距离，所述液压支撑用于输出压力值、所述传感器用于测量船舶姿态，所述船舶姿态包括船舶摇摆角度以及垂荡加速度；所述控制器用于，控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；基于所述压力值以及所述沉管与半潜驳承载面的距离确定所述驳船挠度变化量；确定船舶摇摆角度以及垂荡加速度；基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行所述前述实施方式任一项所述的方法。
本申请实施例提供的一种半潜驳支墩方案，通过控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度；基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。以此可以动态补偿沉管对半潜驳承载面造成的挠度变化，减小沉管出现的裂缝的概率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种半潜驳支墩方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的相关系数计算的一个示例；
图3为本申请实施例提供的半潜驳支墩装置结构的一个示例；
图4为本申请实施例提供的一种半潜驳支墩装置结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种半潜驳支墩系统结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种控制器结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本申请实施例的限定。
图1为本申请实施例提供的一种半潜驳支墩方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：
S110，控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；
其中，可以控制台车承载沉管进入驳船指定位置；当台车位置达到稳定状态后，测距仪测量沉管距离驳船承载面距离；计算支墩液压支撑系统初始压力，并人工设定液压抬升高度，以便台车返回码头；控制器向伺服控制器发送控制指令，伺服控制器接收指令控制各液压支撑的行程和压强，控制沉管由台车液压承载，转移至支墩液压支撑系统承载。
S120，确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度；
支墩液压支撑系统包括多个测距仪、多个液压支撑以及传感器，每个液压支撑对应一个测距仪，测距仪用于测量沉管与半潜驳承载面的距离，液压支撑用于输出压力值、传感器用于测量垂荡加速度；基于压力值以及沉管与半潜驳承载面的距离确定驳船挠度变化量。
该测距仪可以为激光测距仪，该液压支撑可以对应有多种布置方式，例如可以如图2所示，等间距进行布置，每个液压支撑对应一个激光测距仪，该传感器可以布置于支墩液压支撑系统的中央。
S130，基于驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
可以基于驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度生成控制矩阵，控制矩阵的每一个元素对应一个液压支撑，元素的值包括行程值和压强值；基于控制矩阵控制多个液压支撑。
其中，当垂荡加速度竖直向上时，元素的值与垂荡加速度正相关；当垂荡加速度竖直向下时，元素的值与垂荡加速度无关。
该船舶摇摆角度可以包括船舶纵摇角度和船舶横摇角度。当船舶横摇角度为左正右负时，船舶横摇角度与元素的值正相关。当船舶纵摇角度为前正后负时，船舶纵摇角度与元素的值正相关。
在一些实施例中，通过激光测距仪阵列可测得沉管距离半潜驳承载面的距离H，为方便表述，写为矩阵形式：
Figure GDA0003168101250000061
其中hij，表示第i行j列的激光测距仪测得的沉管距离半潜驳承载面的距离。矩阵中每个元素在转运过程中的各个阶段会发生变化，通过激光测距仪实时测量，能够进行液压滑块行程变化。
当台车进入驳船指定位置后，激光测距仪阵列测得沉管距离驳船承载面的距离矩阵H0，沉管转承载过程，所有液压系统的提升量为H1，设定转承载的高出量为ΔH＝H1-H0，该量为人工设定值。
假定船舶在稳定状态下，每个液压缸输出压力都相同，且为P0，P0为
Figure GDA0003168101250000062
其中M为沉管质量，g为9.8N/kg，S为液压滑块截面积。
因此，基本输出量U0为：
Figure GDA0003168101250000071
在一些实施例中，半潜驳在转运沉管过程中，会受到外界风浪流等干扰因素影响，会造成半潜驳的横摇、纵摇和垂荡，随着船舶姿态变化，液压系统每个系统所承受的力会发生变化。如图3所示，为驳船横摇状态，横摇角为a。
船舶横摇增加的力ΔFroll为：
ΔFroll＝Mg*sina
其中，M为沉管的质量；g为比例系数，采用9.8N/kg；a为横摇角度，规定左正右负；
此时船舶中线下沉侧的液压系统将横摇增力ΔFroll承载，当a为正时，则增力分布的矩阵Pl roll为：
Figure GDA0003168101250000072
左舷侧i/2行均有受力。
当a为负时，增力分布矩阵Pr roll为：
Figure GDA0003168101250000073
右舷侧i/2行均有受力。
则Pi/2，j的增量ΔPi-1,j为：
Figure GDA0003168101250000081
则Pi/2-1，j的增量ΔPi-2,j为：
Figure GDA0003168101250000082
则Pi/2-2，j的增量ΔPi-3,j为：
Figure GDA0003168101250000083
则Pi，j的增量ΔPi,j为：
Figure GDA0003168101250000084
其中，S为液压滑块的横截面积。
在一些实施例中，船舶纵摇状态与上述船舶横摇状态类似，请参考横摇状态。
船舶纵摇增加的力ΔFpitch为：
ΔFpitch＝Mg*sinb
其中：M为沉管的质量；g为比例系数，采用9.8N/kg；b为纵摇角度，规定前正后负；当b为正时，其增力矩阵Pf pitch为：
Figure GDA0003168101250000085
则P1j的增量为：
Figure GDA0003168101250000091
则P2j的增量为：
Figure GDA0003168101250000092
则P3j的增量为：
Figure GDA0003168101250000093
则P4j的增量为：
Figure GDA0003168101250000094
当b为负时：
Figure GDA0003168101250000095
则P5j的增量为：
Figure GDA0003168101250000096
则P6j的增量为：
Figure GDA0003168101250000097
则P7j的增量为：
Figure GDA0003168101250000098
则P8j的增量为：
Figure GDA0003168101250000101
在一些实施例中，通过MRU(传感器)可以直接测得垂荡方向的加速度ah，当加速度竖直向下，则液压系统对沉管的作用力减小，当加速度竖直向上，则液压系统对沉管的作用力增大，此时计算增大力ΔFheave为：
ΔFheave＝Mah
当船舶垂荡方向竖直向上时，所有液压同时增加量Pheave为：
Figure GDA0003168101250000102
当船舶垂荡方向竖直向下时，液压受到沉管的影响减小，此时可保持不变。
基于上述实施例，总控制量中压力部分计算公式如下：
P＝P0+Proll+Ppitch+Pheave
P为i*j矩阵。
Figure GDA0003168101250000103
Figure GDA0003168101250000104
总控制量中挠度补偿量为H，为i*j矩阵。
最终控制矩阵U为：
Figure GDA0003168101250000105
其中，在获得控制矩阵U后，控制器向伺服控制器输出控制量，伺服控制器解析指令；伺服控制器接收指令后，液压系统根据相关指令执行，能够调节液压系统(主要指液压支撑)的行程和压强；液压系统根据传感器测量数据和控制器计算控制矩阵，实时调整自身的行程和压强，实现对沉管受力均匀。
图4为本发明实施例提供的一种半潜驳支墩装置结构示意图。如图4所示，该装置包括：
转移模块401，用于控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；
确定模块402，用于确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度；
控制模块403，用于基于驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
在一些实施例中，支墩液压支撑系统包括多个测距仪、多个液压支撑以及传感器，每个液压支撑对应一个测距仪，测距仪用于测量沉管与半潜驳承载面的距离，液压支撑用于输出压力值、传感器用于测量垂荡加速度；基于压力值以及沉管与半潜驳承载面的距离确定驳船挠度变化量。
在一些实施例中，控制模块403具体用于：
基于驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度生成控制矩阵，控制矩阵的每一个元素对应一个液压支撑，元素的值包括行程值和压强值；
基于控制矩阵控制多个液压支撑。
在一些实施例中，当垂荡加速度竖直向上时，元素的值与垂荡加速度正相关；当垂荡加速度竖直向下时，元素的值与垂荡加速度无关。
在一些实施例中，船舶摇摆角度包括船舶纵摇角度和船舶横摇角度。
在一些实施例中，船舶横摇角度为左正右负时，船舶横摇角度与元素的值正相关。
在一些实施例中，船舶纵摇角度为前正后负时，船舶纵摇角度与元素的值正相关。
本申请实施例提供的半潜驳支墩装置，与上述实施例提供的半潜驳支墩方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
图5为本发明实施例提供的一种半潜驳支墩系统结构示意图。如图5所示，该系统包括多个测距仪、多个液压支撑、传感器以及控制器。其中，每个液压支撑对应一个测距仪，该测距仪用于测量沉管与半潜驳承载面的距离，该测距仪可以为激光测距仪，例如图5所示的激光测仪距阵列，该激光测距仪阵列用于输出距离矩阵。该液压支撑用于输出压力值、该传感器用于测量船舶姿态，该船舶姿态包括船舶摇摆角度以及垂荡加速度，例如图5中所述的MRU，该MRU用于输出船舶姿态；该多个液压支撑可以构成如图5所示的支墩液压支撑系统，该支墩液压支撑系统可以由伺服驱动器驱动；该控制器用于执行前述如图1所示的方法。例如，用于控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；基于所述压力值以及所述沉管与半潜驳承载面的距离确定所述驳船挠度变化量；确定船舶摇摆角度以及垂荡加速度；基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。例如，如图5所示，控制器用于输出控制矩阵。
图6为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意图，图6所示的控制器600包括：至少一个处理器601、存储器602、至少一个网络接口604和其他用户接口603。电子设备600中的各个组件通过总线系统605耦合在一起。可理解，总线系统605用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统605除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图6中将各种总线都标为总线系统605。
其中，用户接口603可以包括显示器、键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。
可以理解，本申请实施例中的存储器602可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synch link DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，DRRAM)。本文描述的存储器602旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
上述本申请实施例揭示的方法可以应用于处理器601中，或者由处理器601实现。处理器601可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器601中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器601可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件单元组合执行完成。软件单元可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器602，处理器601读取存储器602中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSPDevice，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半潜驳支墩方法，其特征在于，包括：
控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；
确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度；
基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支墩液压支撑系统包括多个测距仪、多个液压支撑以及传感器，每个液压支撑对应一个测距仪，所述测距仪用于测量沉管与半潜驳承载面的距离，所述液压支撑用于输出压力值、所述传感器用于测量垂荡加速度；基于所述压力值以及所述沉管与半潜驳承载面的距离确定所述驳船挠度变化量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀的步骤，包括：
基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度生成控制矩阵，所述控制矩阵的每一个元素对应一个液压支撑，所述元素的值包括行程值和压强值；
基于所述控制矩阵控制所述多个液压支撑。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述垂荡加速度竖直向上时，所述元素的值与所述垂荡加速度正相关；当所述垂荡加速度竖直向下时，所述元素的值与所述垂荡加速度无关。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述船舶摇摆角度包括船舶纵摇角度和船舶横摇角度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述船舶横摇角度为左正右负时，所述船舶横摇角度与所述元素的值正相关。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述船舶纵摇角度为前正后负时，所述船舶纵摇角度与所述元素的值正相关。
8.一种半潜驳支墩装置，其特征在于，包括：
转移模块，用于控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；
确定模块，用于确定驳船挠度变化量、船舶摇摆角度以及垂荡加速度；
控制模块，用于基于所述驳船挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
9.一种半潜驳支墩系统，其特征在于，包括：多个测距仪、多个液压支撑、传感器以及控制器，每个液压支撑对应一个测距仪，所述测距仪用于测量沉管与半潜驳承载面的距离，所述液压支撑用于输出压力值、所述传感器用于测量船舶姿态，所述船舶姿态包括船舶摇摆角度以及垂荡加速度；所述控制器用于，控制沉管由台车液压承载，转移至半潜驳承载面上的支墩液压支撑系统承载；基于所述压力值以及所述沉管与半潜驳承载面的距离确定所述船舶挠度变化量；确定船舶摇摆角度以及垂荡加速度；基于所述船舶挠度变化量、所述船舶摇摆角度以及所述垂荡加速度，通过行程和压强控制对沉管受力均匀。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1～7中任一项所述的半潜驳支墩方法。
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