FI87841C - Foerfarande foer iakttagande av isbelastningen i konstruktioner - Google Patents

Description

1 87841

MENETELMÄ JÄÄKUORMITUKSEN HAVAITSEMISEKSI RAKENTEISSA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä jääkuormituksen 5 havaitsemiseksi rakenteissa, erityisesti laivan kansi-rakenteissa.

On tunnettua, että jään muodostuminen rakenteisiin, saattaa olla hyvin vaarallista ja aiheuttaa rakenteen sortumisen tai laivasta puheen ollen merion-10 nettomuuden. Muita rakenteita, joihin jäätä saattaa kertyä huonoissa olosuhteissa ovat mm. saaristossa tai meren rannalla olevat rakennelmat, kuten mastot, majakat ja sen kaltaiset. Vastaavasti tunturialueella tällaisiin rakenteisiin saattaa myös kertyä jäätä. 15 Rakenteet ovat tällöin alttiina sortumiselle, jolloin mm. tietoliikenneyhteydet vaarantuvat.

Ennestään tunnetaan laitteita jääkuormituksen havaitsemiseksi rakenteissa, joissa laitteissa rasituksen kohteeksi joutuviin osiin on sovitettu venymälius-. * 20 ka-antureita kuormituksen mittaamiseksi.

..I Edellä mainittujen järjestelyjen haittana on, että se ei yksinomaan mittaa jääkuormituksen rasituk-*· siä, vaan kaikki rakenteisiin kohdistuvat rasitukset *- tulevat näin mitatuiksi. Lisäksi järjestelyt ovat häi- 25 riöherkkiä ja vaativat jännitelähteitä ja johdatuksia. Niiden asentaminen ja ylläpito on hankalaa.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä ··.: mainitut ongelmat. Keksinnön tarkoituksena on erityi- .·*·. sesti saada aikaan uusi menetelmä nimenomaan jääkuormi- 30 tuksen havaitsemiseksi rakenteissa, erityisesti laivan kansirakenteissa. Keksinnön tarkoituksena on erityises-ti saada aikaan menetelmä, jonka avulla automaattisesti voidaan seurata jäänmuodostusta rakenteisiin ja tehdä tarpeen vaatiessa hälytys voimakkaasta jään muodostumi-35 sesta tai mahdollisesta liian suuresta rasituksesta rakenteille tai laivan kyseessä ollen tämän kaatumis- 2 87841 vaarasta.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

5 Keksinnön mukaisesti valitaan joukko kiinto pisteitä rakenteissa, erityisesti laivan kansirakenteissa, joiden kiintopisteiden asema mitataan ennalta määrätyssä koordinaatistossa sellaisissa olosuhteissa, jolloin rakenteet ovat jäästä tai lumesta vapaat, ja 10 asematiedot tallennetaan; jäätävissä olosuhteissa kiintopisteiden asemia mitataan vastaavalla tavalla ja vastaavassa koordinaatistossa; jäätävissä olosuhteissa mitattuja kiintopisteiden asemia verrataan tallennettuihin kiintopisteiden asemiin ja siirtymiä seurataan; 15 ja kun siirtymien arvot ylittävät ennalta määrätyt raja-arvot, suoritetaan hälytys jään muodostumisesta rakenteisiin.

Mainitut kiintopisteet valitaan rakenteiden mukaan. Tällaiset kiintopisteet voivat olla esimerkiksi 20 erilaisten ristikkorakenteiden risteyskohdat, suorakai-.·· teen tai muun muotoisten kappaleiden reunaviivat, jotka voivat muodostaa yhden tai useamman kiintopisteen tai ;··. kiintopistealueen, joilla esiintyy kontrastimuutoksia.

'· Kiintopisteiden asemat voidaan mitata tietystä *. i 25 mittauspisteestä käsin optisesti tai ultraäänen avulla ' " mittaamalla kiintopisteiden etäisyys mittauspisteistä.

Kun jäätä kertyy rakenteeseen kiintopisteiden ympärille, tämän pisteen etäisyys muuttuu mittauspisteestä ja - tälle siirtymälle eli jääkerroksen paksuudelle yhdessä . 30 suunnassa eli mittaussuunnassa voidaan asettaa ennalta määrätyt raja-arvot. Näin ollen jään kertymälle voidaan asettaa tietty normaali raja-arvo, joka sisältää itses-sään myös rakenteen mahdollisen pienen liikkeen, kuten huojumisen, mutta raja-arvot ylittävä siirtymä tunnis-35 tetaan ja tämän perusteella annetaan hälytys.

Keksinnön edullisimmassa sovellutuksessa rakenteista, erityisesti laivan kansirakenteista, otetaan 3 87841 joukko kuvia, edullisesti videokuvia, sellaisissa olosuhteissa, jolloin rakenteet ovat jäästä tai lumesta vapaat, jotka kuvat tallennetaan kuvamuistiin ja kuvista valitaan kiintopisteet; ja jäätävissä olosuhteissa 5 rakenteista, erityisesti laivan kansirakenteista otetaan vastaavista kohdista joukko kuvia, joissa kuvissa olevia kiintopisteitä seurataan ja verrataan tallennettujen kuvien kiintopisteisiin, ja kun kiintopisteiden siirtymien arvot ylittävät ennalta määrätyt raja-arvot, 10 suoritetaan hälytys jään muodostumisesta rakenteisiin.

Kameroiden, erityisesti videokameroiden, käyttäminen kuvien ottamiseen rakenteista mahdollistaa kuvankäsittelyntietokoneen ja siihen liitetyn sopivan kuva-analyysiohjelman ja/tai -yksikön avulla hyvin 15 monipuolisen kuvainformaation käsittelyn, jonka perusteella saadaan paitsi tietoa jään muodostumisesta rakenteisiin myös valvontakuvat useasta tarkistuspistees-tä rakenteen, kuten laivan kansirakenteen, tilasta valvontapisteeseen, kuten laivan komentosillalle. Li-20 säksi tietokoneen käyttö kuvainformaation analysointiin mahdollistaa huonolla säällä häiriöiden eliminoimisen ; ; kuvasta erilaisin suodatusmenetelmin.

'··*' Keksinnön eräässä edullisessa sovellutuksessa kuvia otetaan yhdellä kameralla useasta kohteesta suun-V-: 25 taamalla kamera sopivasti.

··; Keksinnön eräässä edullisessa sovellutuksessa kameran polttoväliä muutetaan ja näin kohteesta suurennetaan osia tarkasteltavaksi.

____; Edellä esitetyissä sovellutuksissa käytetään ... 30 siis kameraa, joka on vapaasti suunnattavissa haluttui hin kohteisiin ja myös polttoväliltään muunnettavissa | eli kohteesta voidaan suurentaa osia tarkastelun alle.

: Tämä luonnollisesti edellyttää sitä, että kohteet käy- dään ennalta laaditun suunnitelman mukaisesti läpi ja 35 niistä otetaan kuvat, jotka talletaan muistiin, jonka jälkeen jäätävissä olosuhteissa sama kuvienottorutilni käydään kameralla läpi. Tällöin otetut kuvat ovat 4 87841 vertailukelpoisia. Näin menetellen rakenteista voidaan valita sellaiset yksityiskohdat, jotka tiedetään varmasti keräävän sopivissa huonoissa olosuhteissa jäätä itseensä. Lisäksi menetelmän herkkyyttä voidaan paran-5 taa, kun kohteesta käytetään suurennettuja kuvia.

Keksinnön eräässä edullisessa sovellutuksessa kuvien harmaasävyjen perusteella arvioidaan, onko jäätä muodostunut rakenteisiin vai onko lunta kertynyt rakenteisiin. On selvää, että jään muodostuminen rakentei-10 siin on huomattavasti vaarallisempaa kuin lumen kertyminen. Jää on tiiviimpää ja raskaampaa ja sen vaarat rakenteille ovat näin suuremmat. Yksinkertainen ja tehokas menettely jään ja lumen erottamiseksi toisistaan on tarkkailla kuvassa ilmeneviä harmaasävyjä: 15 jääkerros on harmaata, kun taas lumi on valkoista.

Keksinnön eräässä sovellutuksessa kuvainfor-maatiota kerätään kohteesta sopivan pituinen aika, sekunneista aina minuutteihin asti, säävaikutusten eliminoimiseksi. Tällä menettelyllä pyritään esim. 20 eliminoimaan lumisateen näkyvyyttä haittaava vaikutus.

. . Keksinnön eräässä edullisessa sovellutuksessa, kun jään kertyminen havaitaan eli siirtymien arvot * ylittävät ennalta määrätyt raja-arvot, suoritetaan hälytyksen lisäksi kuvan esittäminen monitorilla val-25 vontahuoneessa, kuten laivan komentosillalla. Näin " " voidaan varmentua siitä, että todella jäätä on kertynyt * : rakenteisiin ja että sitä on kertynyt vaarallisessa määrin. Samalla voidaan katsehavainnon perusteella päätellä, onko todella kysymys jään kertymisestä eikä ·*. 30 pelkästään lumen kertymisestä.

Keksinnön eräässä edullisessa sovellutuksessa :.· rakenteita valaistaan valokuviolla sen mukaisten kiin- : : topisteiden joukon aikaansaamiseksi rakenteiden pin taan.

35 Keksinnön eräässä oduliisesua sovellutuksessa valokuvio muodostetaan pyyhkäisylaserilla.

Yleensä kohteen valaisemisessa käytetään hy- 5 37841 vaksi ympäristöstä tulevaa luonnonvaloa tai, mikäli on tarvis keinovaloa sopivan valonheittimen tms. avulla. Eräissä tapauksissa kuitenkin on edullista käyttää erityistä valokuviota, joka kohdistetaan tarkkailtavan 5 rakenteen pintaan. Näin kameralla saadaan kuvattua , tietynlainen kuvio, joka ensimmäisessä vaiheessa tal lennetaan hyvissä sääolosuhteissa, kun taas huonoissa sääolosuhteissa tarkkaillaan kuvion muodon muutoksia ja päätellään niiden perusteella miten paljon jäätä on 10 kertynyt eli miten paksu jääkerros on muodostunut kohteen pintaan.

Keksinnön eräässä edullisessa sovellutuksessa hälytyksen lisäksi suoritetaan tapahtumien tallennus-järjestelmän käynnistys, kun jään muodostuminen on 15 ylittänyt ennalta määrätyt raja-arvot. Tällainen tallennus järjestelmä on esim. videonauhuri, joka mahdollistaa jään kertymisen analysoinnin jälkikäteen. Samalla voidaan tallentaa myös muuta tietoa tilanteesta, kuten laivan hallintaan ja radioliikenteeseen liittyvää 20 tieto.

. . Keksinnön eduista voidaan todeta lisäksi seu- raavaa. Keksinnön mukaista menestelmää voidaan soveltaa ··' hyvin monenlaisiin kohteisiin ja hyvin erilaisissa olosuhteissa. Menetelmä on kohdetta koskettamaton, 25 jolloin valvontalaitteet voidaan sijoittaa etäisyyden *:·* päähän valvottavasta kohteesta. Edelleen keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa luotettavasti käyttäen hyväksi kokemusperäistä tietoa jään kertymi-sestä erilaisiin rakenteisiin ja näin saada aikaan 30 luotettava järjestelmä kullekin rakenteelle tai erityi sesti laivan kansirakenteteille sopivaksi. On huomatta- va, että erityisesti optista kuvaa hyväksi käyttävissä järjestelmissä voidaan hyödyntää tietämystä hahmon tunnistuksesta.

35 Keksinnön ansiosta jään muodostumisesta saa- • ’ daan tietoa jo hyvin varhaisessa vaiheessa ennen kuin on ajauduttu vakavaan vaaratilanteeseen. Näin hälytys 6 87841 saadaan esim. laivalla komentosillalle valvottavista kohteista hyvissä ajoin ja ne voidaan lisäksi tarkistaa komentosillalla olevasta monitorista. Näin tarvittaviin toimenpiteisiin, kuten hätämerkin lähettämiseen, jää 5 enemmän aikaa kuin muussa tapauksessa. Edelleen voidaan mahdollisesti laivassa ryhtyä toimenpiteisiin jään-muodostuksen estämiseksi tiettyihin kriittisiin osiin laivassa. Näin voidaan mahdollisesti välttää haveri.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskoh-10 taisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää laivan keulan kansirakenteita ja keula-alueelle sovitettua videokameraa; kuva 2 esittää lohkokaavion muodossa keksinnön mukaista laitteistoa jääkuormituksen havaitsemiseksi rakenteis-15 sa; kuva 3 esittää havainnollisesti videokameran kuvaa eräästä tarkistuskohdasta, joka kuva on tallennettu muistiin ennen jäänmuodostusta laivan rakenteista; ja kuva 4 esittää havainnollisesti toista kuvaa, joka on 20 otettu jään muodostettua paksun kerroksen havainnoita-. . vaan samaan tarkistuskohtaan laivan kansirakenteissa kuin kuvassa 3.

Kuvassa 1 on osltotty kaavioinaJsonti laivan keulaosa 6, jonne on asennettu videokamera 1. Laivan 25 etukannella 6 on joukko pollareita 2, 5 sekä muita rakenteiden ulokkeita 3, 4. Kamera 1 on järjestetty tarkkailemaan kaikkia mainittuja rakenteita 2, 3, 4 ja 5.Kamera 1 on tässä tapauksessa järjestetty varsinaista kansitasoa korkeammalle tasolle ja suojattu ympäristö---- 30 vaikutuksia vastaan. Kamera 1 on varustettu kääntömoot- torilla (ei esitetty piirustuksessa) siten, että sitä voidaan kääntää nuolen a osoittamalla tavalla akselin 0 \ · ympäri. Lisäksi on edullista, jos kameran suuntauskul- maa pystysuunnassa voidaan myös muuttaa. Kamera 1 on 35 lisäksi varustettu laitteella optiikan polttovälin muuttamiseksi.

7 37841

Kuvassa 2 on esitetty lohkokaaviorauodossa keksinnön mukaista menetelmää soveltava laitteisto. Yhden tai useamman videokameran 1 lisäksi järjestelyyn kuuluu tässä tapauksessa valaisulaite 7, joka voi olla 5 liitetty esim. videokameran 1 yhteyteen, kuten kuvassa 1 on havainnollisesti esitetty. Laitteistoon kuuluu edelleen ohjauslaite 8, jonka avulla videokameran 1 liikkeitä ohjataan. Videokamera 1 ja ohjausyksikkö 8 on yhdistetty tietokoneeseen 9, jonka avulla huolehditaan 10 ohjausyksikön 8 toiminnasta sekä käsitellään videokameralta 1 saatuja kuvia. Tietokoneeseen 9 on liitetty myös kuva-analyysiyksikkö 10, jonka avulla analysoidaan videokameralla saatuja kuvia. Kuva-analyysiyksikkö 10 voidaan luonnollisesti toteuttaa ohjelmallisesti ja 15 integroida olennaiseksi osaksi tietokonetta 9. Laitteistoon voi lisäksi kuulua tallennusyksikkö 11.

Keksinnön mukaista menetelmää toteuttava laitteisto toimii seuraavasti. Videokameralla 1 otetaan kuvia laivan kansirakenteiden jäänmuodostukselle alt-20 tiina olevista kohteista 2, 3, 4 ja 5. Näistä rakenteista otetaan ensimmäiset kuvat so. vertailukuvat silloin, kun ne ovat jäästä tai lumesta vapaat eli käytännössä milloin tahansa, kun olosuhteet ovat sopi vat. Nämä otetut kuvat tallennetaan tietokoneen 9 muis-25 tiin 9a.

Kuva 3 esittää videokameralla 1 otettua ver-tailukuvaa pollarista 2. Pollari 2 on vapaa jäistä ja : : sen kaikki muodot käyvät selvästi ilmi kuvasta. Video kamera 1 on kohdistettu pollariin ja zoomattu siten, 30 että pollari täyttää suuren osan kuva-alasta. Kuva-analyysiyksikön 10 avulla valitaan otetusta pollarin 2 kuvasta sopivia kiintopisteitä, kuten pisteet A, B, C, D, E, jotka erityisesti tallennetaan muistiin tarkkailua varten.

r. 35 Kun laiva lähtee merelle ja olosuhteet ovat "... jäätävät ja merenkäynti kova, laitojen yli vyöryvät laineet huuhtelevat kansirakenteita, jolloin jään- 8 87841 muodostusta alkaa tapahtua. Tällöin laitteisto jään-muodostuksen havaitsemiseksi on toiminnassa. Videokameran 1 avulla käydään läpi valittuja kansirakenteiden kohteita 2, 3, 4 ja 5 ja kuvat talletetaan tietojenkä-5 sittely-yksikölle 9. Näitä kuvia analysoidaan kuvankäsittely-yksiköllä 10 muutosten havaitsemiseksi valvottavissa kohteissa.

Kuva 4 havainnollistaa tilannetta, jossa pollarin 2 päälle on kertynyt merkittävä kerros jäätä. 10 Tämä videokameralla otettu kuva on tällöin talletettu tietojenkäsittelylaitteen muistiin, jonka jälkeen sitä analysoidaan kuva-analyysiyksiköllä 10. Erityisesti aikaisemmin valitut kiintopisteet A, B, C, D ja E käydään läpi, jolloin saadaan uudet koordinaatit vastaa-15 ville pisteille A', B', C, D' ja E'. Kun näitä koordinaatteja verrataan aikaisempiin vastaavien vertailu-pisteiden koordinaatteihin, havaitaan, että siirtymiä on tapahtunut erityisesti pollarin vasemmassa reunassa eli siirtymät A' - A ja B' - B ovat verraten suuria. 20 Kun nämä siirtymät ylittävät ennalta asetetun raja-arvon, annetaan hälytys komentosillalle jään muodostu-:y; misesta rakenteisiin. Tällöin komentosillalle järjeste- tyssä monitorissa voidaan katsoa videokameran 1 tuotta-• maa reaaliaikaista kuvaa pollarista 2 ja tehdä siitä ! ; 25 johtopäätökset. Vastaavalla tavalla voidaan tarkistaa ; sekä laivan oikeanpuoleiset että vasemmanpuoleiset kohteet ja päätellä onko olemassa vaara aluksen kaatu-' * miselle.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet-*:·*: 30 tyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muun- nokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten . \ määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

« *

Claims (11)

9 87841

1. Menetelmä jääkuormituksen havaitsemiseksi rakenteissa, erityisesti laivan kansirakenteissa, 5 tunnettu siitä, että . -rakenteissa, erityisesti laivan kansirakenteissa, valitaan joukko kiintopisteitä, joiden asemat mitataan ennaltamäärätyssä koordinaatistossa sellaisissa olosuhteissa, jolloin rakenteet ovat jäästä tai lumesta valo paat, ja asematiedot tallennetaan; -jäätävissä olosuhteissa kiintopisteiden asemia mitataan vastaavalla tavalla ja vastaavassa koordinaatistossa; -jäätävissä olosuhteissa mitattuja kiintopisteiden 15 asemia verrataan tallennettujen kiintopisteiden asemiin ja siirtymiä seurataan; ja -kun siirtymien arvot ylittävät ennaltamäärätyt raja-arvot, suoritetaan hälytys jäämuodostumisesta rakenteisiin .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakenteista, erityisesti laivan kansirakenteista, otetaan joukko kuvia, edullisesti videokuvia, sellaisissa olosuhteissa, jolloin rakenteet ovat jäästä tai lumesta vapaat, jotka kuvat 25 tallennetaan ja kuvista valitaan kiintopisteet; ja :\j jäätävissä olosuhteissa rakenteissa, erityisesti laivan ____: kansirakenteista, otetaan vastaavista kohdista joukko kuvia, joissa kuvissa olevia kiintopisteitä seurataan ja verrataan tallennettujen kuvien kiintopisteisiin ja 30 kun kiintopisteiden siirtymien arvot ylittävät ennaltamäärätyt raja-arvot, suoritetaan hälytys jäänmuodos-tumisesta rakenteisiin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, .···. tunnettu siitä, että kuvia otetaan yhdellä 35 kameralla useasta kohteesta suuntaamalla kamera.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen mene-telmä, tunnettu siitä, että kameran polttoväliä 10 37841 muutetaan ja näin kohteesta suurennetaan osia tarkasteltavaksi .

5. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuvien 5 harmaasävyjen perusteella arvioidaan jäänmuodostuminen ja/tai lumenkertyminen rakenteisiin.

6. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ku-vainformaatiota kerätään kohteesta sopivan pituinen 10 aika säävaikutusten eliminoimiseksi.

7. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun siirtymien arvot ylittävät ennaltamäärätyt raja-arvot, suoritetaan hälytyksen lisäksi kuvan esittäminen moni- 15 torilla valvontahuoneessa.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakenteita valaistaan valokuviolla sen mukaisten kiintopisteiden joukon aikaansaamiseksi rakenteiden pintaan.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valokuvio muodostetaan pyyhkäisylaserilla. V:

10. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun : 25 siirtymien arvot ylittävät ennaltamäärätyt raja-arvot, .·. : suoritetaan hälytyksen lisäksi tapahtumien tallennus- järjestelmän käynnistys.

11 37841