CN113865648A - 一种波浪能装置锚链断裂监测方法、装置、设备及介质 - Google Patents

一种波浪能装置锚链断裂监测方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波浪能装置锚链断裂监测方法、装置、设备及介质，其中，所述监测方法包括：通过波浪能装置内部的定位系统和倾角测量系统分别实时采集所述波浪能装置的位置信息和姿态角信息；分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息。上述方法通过波浪能装置内置的传感系统实时采集数据，再根据所采集的实时数据判断锚链工作状态，有效避免了外界环境带来的影响，监测结果准确性更高。

Description

一种波浪能装置锚链断裂监测方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种波浪能装置锚链断裂监测方法、装置、设备及介质。
背景技术
海洋中蕴含着丰富的可再生能源，波浪能是其中一种主要的海洋能源，它的开发和利用对于缓解能源危机和减少环境污染是非常重要的。波浪能的发电装置形式各种各样，包括点头鸭式、震荡浮体式、震荡水柱式、鹰式和海蛇式等，为了保证波浪能装置的能量转化效率，通常要求使用锚链对波浪能装置进行定位，以限制装置某些自由度的运动幅度。然而，由于波浪能装置长期漂浮在海上，容易遭遇到恶劣天气，或者因为长期腐蚀而导致装置局部强度降低，进而出现锚链断裂的情况。
对于波浪能装置锚链断裂情况的监控，现有技术主要通过安装张力传感器来获取波浪能装置的运行数据，进而监测锚链断裂情况，但由于所安装的张力传感器长期暴露在高盐高湿环境中，极易出现损坏，因此波浪能装置锚链断裂监测结果的准确性较低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种波浪能装置锚链断裂监测方法、装置、设备及介质，可通过波浪能装置内置设备实时采集数据，再根据所采集的数据判断锚链当前状态，有效避免了外界环境对数据监测带来的影响，得到的锚链断裂判断结果准确性更高。
第一方面，本发明提供一种波浪能装置锚链断裂监测方法，包括：
通过波浪能装置内部的定位系统和倾角测量系统分别实时采集所述波浪能装置的位置信息和姿态角信息；
分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息。
可选的，所述告警阈值通过下述方法确定：
基于水动力学模型分别计算所述波浪能装置在第一工况和第二工况下的水动力学响应；其中，所述第一工况是指在预设波浪方向上锚链未断裂状态；所述第二工况是指在预设波浪方向上锚链已断裂状态；
设置第一工况下得到的水动力学响应的最大值为基准值，设置第二工况下得到的水动力学响应的最小值为限值；
根据所述基准值和所述限值确定所述告警阈值。
可选的，所述水动力学响应包括所述波浪能装置的最大漂移量和最大转动量；所述告警阈值包括所述最大漂移量对应的第一阈值和所述最大转动量对应的第二阈值。
可选的，所述分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息，具体为：
根据所述位置信息和所述姿态角信息分别确定所述波浪能装置的实时最大漂移量和实时最大转动量；
判断所述实时最大漂移量是否大于所述第一阈值；同时，判断所述实时最大转动量是否大于所述第二阈值；
若均是，则生成锚链断裂的告警信息。
可选的，所述根据所述位置信息和所述姿态角信息分别确定所述波浪能装置的实时最大漂移量和实时最大转动量，具体为：
对所述位置信息和所述姿态角信息进行滤波处理；
基于完成滤波处理后的所述位置信息确定实时最大漂移量；
基于完成滤波处理后的所述姿态角信息确定实时最大转动量。
可选的，所述生成锚链断裂的告警信息之后，还包括：
将所述告警信息传送至本地监控中心或岸基监控中心。
第二方面，本发明提供一种波浪能装置锚链断裂监测装置，包括：
采集模块，用于通过波浪能装置内部的定位系统和倾角测量系统分别实时采集所述波浪能装置的位置信息和姿态角信息；
判断模块，用于分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息。
可选的，所述波浪能装置锚链断裂监测装置还包括告警模块，用于在生成锚链断裂的告警信息之后，将所述告警信息传送至本地监控中心或岸基监控中心。
第三方面，本发明提供一种数据处理设备，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序，所述程序由所述处理器执行，使得所述数据处理设备执行第一方面所述的波浪能装置锚链断裂监测方法。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第一方面所述的波浪能装置锚链断裂监测方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的波浪能装置锚链断裂监测方法通过利用波浪能装置内置的定位系统和倾角测量系统实时采集波浪能装置的运行数据，再比较所采集的实时运行数据与告警阈值间的关系，从而准确判断锚链当前状态，不仅避免了外界环境对数据采集带来的干扰，还能得到准确性更高的锚链断裂状态监测结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的波浪能装置锚链断裂方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的波浪能装置锚链断裂监测装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，第一方面，本发明一个实施例提供一种波浪能装置锚链断裂监测方法，包括下述步骤：
S1：通过波浪能装置内部的定位系统和倾角测量系统分别实时采集所述波浪能装置的位置信息和姿态角信息。
具体地，所述定位系统和倾角测量系统分别为波浪能装置内置的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)和惯性导航系统(INS)，可分别用于获取波浪能装置的实时位置和姿态角；在一个实施例中，所述定位系统还可设置为全球定位系统(Global Positioning System，GPS)。
通过使用内置的定位定姿系统实时监测波浪能装置的运行状态，既可以节约额外安装传感器的成本，又能规避外界高盐高湿环境对数据监测带来的不利影响，确保了所采集数据的准确性。
S2：分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息。
可以理解的是，位置信息和姿态角信息分别对应有预设的告警阈值，所述告警阈值的取值根据实际应用场景分别进行个性化设置，以确保两部分信息的判断结果能够准确体现锚链当前状态。
以下将通过一个具体实施例描述所述波浪能装置锚链断裂监测方法：
在进行波浪能装置运行状态监测前，利用下述方式确定本实施例所使用的告警阈值。
首先构建波浪能装置的水动力学模型，并基于所述水动力学模型分别计算所述波浪能装置在第一工况和第二工况下的水动力学响应。
水动力学是一种研究水及其他液体的运动规律及其与边界相互作用的学科，若流体部分计算理论的不同，结构部分的模型也不相同，因此水动力学模型一般为结构物本身的几何体(如实体、壳或梁等)。
本实施例基于势流理论进行水动力学分析，具体可选用AQWQ、WAMIT或MOSES等水动力学分析模型，此部分内容为现有技术，本发明不做赘述。
需要说明的是，第一工况和第二工况下均为波浪能装置的典型工况，具体通过锚链状态、波浪方向以及波浪谱参数进行确定；其中，波浪方向是指在0°～360°范围内根据一定间隔所取的角度值；波浪谱参数中的波浪谱可为PM谱或JONSWAP谱。
本实施例选用JONSWAP谱，在所述典型工况下，波浪谱参数具体如下表1所示：
表1
有效波高/m 跨零周期/s 谱峰周期/s 流速/(m/s) 风速/(m/s)
5.86 6.89 9.71 0.92 21.40
在本实施例中，第一工况是指在选定波浪方向上，锚链未断裂的状态，第二工况是指在选定波浪方向上，至少一根锚链已断裂的状态。
水动力学响应则包括所述波浪能装置的最大漂移量和最大转动量，其中，所述最大转动量是指艏摇方向转动量绝对值的最大值。
进一步地，在第一工况中，将所述波浪能装置的最大漂移量和最大转动量中的最大值分别记作基准值，示例性的，所述波浪能装置的最大漂移量和最大转动量具体如下表2所示：
表2
入射角(°) 最大漂移量(m) 最大转动量(°)
0 8.03 0.08
30 7.45 1.64
60 7.72 0.38
90 7.33 1.87
120 7.76 0.45
150 7.04 2.04
180 6.91 0.05
210 6.35 1.09
240 7.24 0.50
270 7.28 1.73
300 7.95 0.46
330 6.74 1.04
结合表2可知，本实施例中，最大漂移量和最大转动量的基准值分别为8.03m和2.04°。
在第二工况中，将所述波浪能装置的最大漂移量和最大转动量中的最小值分别记作限值，示例性的，所述波浪能装置的最大漂移量和最大转动量具体如下表3所示：
表3
入射角(°) 最大漂移量(m) 最大转动量(°)
0 36.27 36.60
30 29.70 30.25
60 16.24 14.77
90 24.03 26.48
120 33.83 34.51
150 23.85 28.22
180 16.95 12.06
210 23.08 26.87
240 28.98 31.07
270 26.06 25.82
300 18.27 18.75
330 25.71 27.20
根据表3可得，本实施例中，最大漂移量和最大转动量的限值分别为16.24m和12.06°。
分别将上述最大漂移量和最大转动量的基准值乘以对应设置的放大系数，得到最大漂移量所对应的第一阈值以及最大转动量所对应的第二阈值。
需要说明的是，最大漂移量和最大转动量所对应的放大系数的值应分别设置为大于1，且第一阈值和第二阈值应分别小于所对应的限值。
示例性的，本实施例中的最大漂移量和最大转动量所对应的放大系数取值分别为1.5和3.0，则所得到的第一阈值和第二阈值分别为12.05m和6.12°。
完成告警阈值的设置后，使用波浪能装置内置的北斗卫星导航系统和惯性导航系统采集所述波浪能装置的实时运行数据，具体包括实时位置和姿态角。
在本实施例中，所述波浪能装置的主要参数包括：总长80m，船体长度72m，总宽88m，主甲板型深4m，顶甲板型深28m，吃水深度15.5m，排水量20000t，导缆孔高度9.5m，重心位置(0,0,5.5)m，绕X、Y和Z轴回转半径分别为23.476m、24.128m和31.686m，配置有6根锚链。
进一步地，所采集的实时运行数据需进行滤波操作，以去除数据中的噪声，提高数据准确度。具体地，所述滤波操作具体可为卡尔曼滤波。
可以理解的是，根据位置信息可确定波浪能装置的漂移情况，且根据姿态角信息可确定波浪能装置的转动情况；因此，本实施例将滤波后的数据中的最大实时位置和最大姿态角分别设置为实时最大漂移量和实时最大转动量。
在另一实施例中，考虑受风浪影响，波浪能装置位置每时每刻都在变化，在采集运行数据时，该时刻的波浪能装置已有初始漂移量和初始倾角量，为此，本实施例选取风浪较小的工况下，一段时间内波浪能装置的运动响应，以得到平均漂移量和平均转动量，并将二者设置为所述波浪能装置的初始静平衡位置，以作为后续所采集的实时运行数据的参考值。
示例性的，所述风浪较小工况具体可为：风速小于5m/s，有义波高小于0.25m/s，持续时间不低于1小时。
本实施例引入参考值后，需将滤波后的数据中的最大实时位置和最大姿态角分别减去平均漂移量和平均转动量，从而得到实时最大漂移量和实时最大转动量。
确定了波浪能装置当前的实时最大漂移量和实时最大转动量后，进一步地，分别判断所得到的实时最大漂移量和实时最大转动量与第一阈值和第二阈值间的大小关系；具体地，当实时最大漂移量大于第一阈值时，发出锚链断裂的第一状态指示，并保持不变；当实时最大转动量的绝对值大于第二阈值时，发出锚链断裂的第二状态指示，并保持不变。
当锚链断裂的第一状态指示和第二状态指示同时出现时，生成锚链断裂的告警信息，直至人工恢复为锚链未断裂的状态指示。
需要说明的是，对实时最大漂移量和实时最大转动量的判断先后顺序本发明并不限定，上述仅为示例性描述。
可以理解的是，当锚链断裂后，在接下来的很长一段时间，如果风浪方向和大小没有发生显著变化，波浪能装置将进入一个新的平衡位置，并在该平衡位置附近运动，此时转动量的变化不会超过限值，但锚链已是断裂的；因此，当生成了锚链断裂的告警信息后，需维持锚链断裂的告警信息不变，待技术人员及时处理后再人工恢复为锚链未断裂状态，以达到有效的告警作用。
在另一实施例中，可根据所生成的锚链断裂告警信息发出本地告警和远程告警，并分别传送至本地监控中心或岸基监控中心。
本发明实施例提供的波浪能装置锚链断裂监测方法无需使用额外的锚链张力传感器，而是利用内置监测设备进行数据监测，可以有效降低监测成本，并减小海洋环境侵蚀对设备的影响，有利于保证设备的稳定性和使用寿命；同时还采用漂移量和转动量双重状态指示来判断锚链是否发生断裂，有效提高了锚链状态监测结果的准确性。
参照图2，第二方面，本发明一个实施例还提供一种波浪能装置锚链断裂监测装置，包括采集模块101和判断模块102。
采集模块101用于通过波浪能装置内部的定位系统和倾角测量系统分别实时采集所述波浪能装置的位置信息和姿态角信息；
判断模块102用于分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息。
在一个实施例中，所述波浪能装置锚链断裂监测装置还包括告警模块，可用于在生成锚链断裂的告警信息之后，将所述告警信息传送至本地监控中心或岸基监控中心。
上述装置内的各模块之间信息交互、执行过程等内容，由于与本发明第一方面的方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方法的目的。
第三方面，本发明提供一种数据处理设备，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序，所述程序由所述处理器执行，使得所述数据处理设备执行第一方面所述的波浪能装置锚链断裂监测方法。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第一方面所述的波浪能装置锚链断裂监测方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可监听存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种波浪能装置锚链断裂监测方法，其特征在于，包括：
通过波浪能装置内部的定位系统和倾角测量系统分别实时采集所述波浪能装置的位置信息和姿态角信息；
分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息。
2.根据权利要求1所述的波浪能装置锚链断裂监测方法，其特征在于，所述告警阈值通过下述方法确定：
基于水动力学模型分别计算所述波浪能装置在第一工况和第二工况下的水动力学响应；其中，所述第一工况是指在预设波浪方向上锚链未断裂状态；所述第二工况是指在预设波浪方向上锚链已断裂状态；
设置第一工况下得到的水动力学响应的最大值为基准值，设置第二工况下得到的水动力学响应的最小值为限值；
根据所述基准值和所述限值确定所述告警阈值。
3.根据权利要求2所述的波浪能装置锚链断裂监测方法，其特征在于，
所述水动力学响应包括所述波浪能装置的最大漂移量和最大转动量；
所述告警阈值包括所述最大漂移量对应的第一阈值和所述最大转动量对应的第二阈值。
4.根据权利要求3所述的波浪能装置锚链断裂监测方法，其特征在于，所述分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息，具体为：
根据所述位置信息和所述姿态角信息分别确定所述波浪能装置的实时最大漂移量和实时最大转动量；
判断所述实时最大漂移量是否大于所述第一阈值；同时，判断所述实时最大转动量是否大于所述第二阈值；
若均是，则生成锚链断裂的告警信息。
5.根据权利要求4所述的波浪能装置锚链断裂监测方法，其特征在于，所述根据所述位置信息和所述姿态角信息分别确定所述波浪能装置的实时最大漂移量和实时最大转动量，具体为：
对所述位置信息和所述姿态角信息进行滤波处理；
基于完成滤波处理后的所述位置信息确定实时最大漂移量；
基于完成滤波处理后的所述姿态角信息确定实时最大转动量。
6.根据权利要求4所述的波浪能装置锚链断裂监测方法，其特征在于，所述生成锚链断裂的告警信息之后，还包括：
将所述告警信息传送至本地监控中心或岸基监控中心。
7.一种波浪能装置锚链断裂监测装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于通过波浪能装置内部的定位系统和倾角测量系统分别实时采集所述波浪能装置的位置信息和姿态角信息；
判断模块，用于分别判断所述位置信息和所述姿态角信息是否大于所对应的预设告警阈值，若均是，生成锚链断裂的告警信息。
8.根据权利要求7所述的波浪能装置锚链断裂监测装置，其特征在于，还包括：
告警模块，用于在生成锚链断裂的告警信息之后，将所述告警信息传送至本地监控中心或岸基监控中心。
9.一种数据处理设备，其特征在于，包括：
处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序，所述程序由所述处理器执行，使得所述数据处理设备执行如权利要求1～6中任一项所述的波浪能装置锚链断裂监测方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于执行如权利要求1～6中任一项所述的波浪能装置锚链断裂监测方法。
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