NO20141527A1

NO20141527A1 - Styringssystem og framgangsmåte for landing av et endeparti av et fritt utragende, langstrakt element, samt anvendelse av en bildeprosessor til generering av styringsparametere for styre-systemet

Info

Publication number: NO20141527A1
Application number: NO20141527A
Authority: NO
Inventors: Loyd Arve Nornes
Original assignee: Marine Aluminium As
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-04-18
Also published as: EP3233624A4; EP3233624A1; SG11201703511SA; CN107000820A; BR112017010325A2; WO2016099285A1; US20170330345A1; KR20170095190A; NO337449B1

Description

STYRINGSSYSTEM OG FRAMGANGSMÅTE FOR LANDING AV ET ENDEPARTI AV ET FRITT UTRAGENDE, LANGSTRAKT ELEMENT, SAMT ANVENDELSE AV EN BILDEPROSESSOR TIL GENERERING AV STYRINGSPARAMETERE FOR STYRE-SYSTEMET

Oppfinnelsen vedrører et styringssystem og en framgangsmåte for manøvrering av et langstrakt element som rager dreibart ut fra et fundament og som er innrettet til å kunne posisjonere et utragende endeparti i forhold til et landingssted fjernt fra fundamentet, idet manøvreringen tilveiebring-es ved hjelp av én eller flere aktuatorer tilknyttet styringssystemet. Det beskrives også anvendelse av en bildeprosessor til generering av styringsparametere for et styresystem for posisjonering av et utragende endeparti på et langstrakt element som rager dreibart ut fra et fundament i forhold til et landingssted fjernt fra fundamentet.

Ved manøvrering av et langstrakt element, for eksempel ei gangbru, som i sitt ene endeparti er

dreibart opplagret på et fundament og med et motstående, fritt utragende endeparti som skal posisjoneres nøyaktig i forhold til et fjerntliggende posisjonert område, og hvor elementet er anbrakt på et bevegelig underlag, typisk på et fartøy som er påvirket av bølgebevegelser og vindkrefter, eventuelt at elementet er anbrakt på et fast underlag og det utragende endepartiet skal posisjoneres i forhold til et bevegelig underlag, eller at både fundamentet og det fjerntliggende området er beve-gelige, er det nødvendig å styre elementets ytre ende for at elementets ytre endeparti skal posisjoneres riktig. For ei gangbru som anvendes for å gi personell mulighet til å forflytte seg mellom et fartøy og en nærliggende struktur, for eksempel en olje- eller gassfeltinstallasjon eller en vindturbin til havs, er det viktig å lande det ytre endepartiet av gangbrua på riktig sted i forhold til blant annet forankringspunkter og stasjonære gangveier på strukturen.

Manøvreringen av slike utragende elementer foregår stort sett ved at de dreies om en vertikalakse og en horisontalakse ved fundamentet. Det utragende elementet kan dessuten være teleskopisk eller eventuelt omfatte flere horisontale dreieledd som gjør det mulig å knekke det utragende elementet. De ulike bevegelsene styres for eksempel av hydrauliske aktuatorer, for eksempel hydrau-likksylindre og hydraulikkmotorer. Styringsreferansene er i sin enkleste form visuell observasjon av det ytre endepartiets avstand til landingsstedet. Ulempen med kjent teknikk er at referansene er unøyaktige blant annet fordi landingsstedet ikke er gjenkjennelig, og styringssignalene er i for liten grad tilpasset til utviklingen i referansestørrelsene, dvs. bevegelseshastigheten for det ytre endepartiet er i for liten grad tilpasset den gjenværende avstanden til landingsstedet.

EP2623413A1 beskriver et system og en metode for manøvrering av ei teleskopisk gangbru mellom et fartøy og et landingssted på en marin struktur ved å føre en kabel fra en vinsj på fartøyet over ei trinse ved landingsstedet og tilbake til et ytre endeparti på gangbrua. Gangbrua trekkes deretter ut til anlegg med den marine strukturen.

WO2012069825A1 beskriver et bruarrangement for overføring av personer mellom et fartøy og en offshoreinstallasjon, hvor bruplattformen er vertikalt forskyvbart opphengt i en støttestruktur på fartøyet, og brua er svingbar om sitt opplag rede endeparti på fartøyet.

NO330279B1 omtaler et system for overføring av mannskap, gods, etc. mellom flytende strukturer, hvor ei gangbru anordnet på den ene strukturen og en plattform er anordnet på den andre strukturen. Strukturene forbindes med minst ei line som støtter og leder gangbrua når den koples til og fra plattformen.

EP2439335A2 beskriver ei gangbru innrettet til å forbinde en havneterminal med et skip. Gangbrua er teleskopisk og en første teleskopseksjon er i et første endeparti understøttet av ei søyle og i et andre endeparti av en støttestruktur som omfatter midler for bevegelse av det utragende endepartiet av gangbrua for å kompensere for skipets bevegelser.

WO2012021062A1 beskriver en hivkompensert plattform på et fartøy, idet plattformen er forsynt med ei gangbru som er dreibart opplagret i plattformen og med et utragende endeparti er innrettet til å lande på et mål.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Det er tilveiebrakt et styringssystem for sikker manøvrering av et langstrakt element, særlig ei gangbru, som er dreibart opplagret i og rager ut fra et fundament og er innrettet til å posisjonere et ytre endeparti i forhold til et landingssted som ligger fjernt fra nevnte fundament, hvor styringssystemet er basert på at et mønster som er tildannet på objektet som utgjør landingsstedet, er avles-bart ved hjelp av et kamera anordnet på nevnte endeparti. Mønsteret leses av samtidig av minst ett kamera, fortrinnsvis to identisk orienterte kameraer anordnet i en avstand fra hverandre, hvor det minst ene kameraet er anordnet under elementet nær det området av det ytre endepartiet som skal posisjoneres i forhold til landingsstedet og typisk settes ned på landingsstedet.

Nevnte mønster kan eventuelt være av en art som bare reflekterer infrarødt lys fra en IR-lyskilde for derved å eliminere lesefeil forårsaket av lysreflekser, tåke, regn, etc.

Mønsteret avbildes av det minst ene kameraet, og bildene analyseres i en bildetolkingsenhet ved at størrelsen på mønsteret, og orienteringen av mønsteret i bildene kontinuerlig konverteres til informasjon om avstanden mellom det minst ene kameraet og mønsteret, og særlig til informasjon om avstanden mellom et relevant parti av elementet som skal posisjoneres, og landingsstedet. Når det benyttes for eksempel to kameraer, settes samhørende bilder sammen for bildeanalyse, hvor også bildeinformasjon som avstanden mellom gjengivelsene av mønsteret og avstanden mellom kameraene inngår i grunnlaget for genereringen av informasjon om avstanden mellom et relevant parti av elementet som skal posisjoneres, og landingsstedet. Informasjonen som genereres fra bildetolkingen, omgjøres til styringsparametere for aktuatorer som er innrettet til å kunne bevege elementet i forhold til fundamentet, typisk ved hjelp av algoritmer, slik at endepartiet av elementet automatisk anbringes i riktig posisjon. Anvendelse av bildeinformasjon fra flere kameraer vil kunne gi en bedre kvalitet på de genererte styringsparameterne.

Ved å anvende ett objekt (delmønster) i mønsteret som skal avleses av kameraet, for eksempel én sirkel, vil avstanden mellom kameraplanet og mønsteret kunne fastsettes nøyaktig. Anvendes tre objekter anordnet med innbyrdes lik avstand, dvs. i hjørnene på en likesidet trekant, vil bildeanalysen også indikere kameraets dreining om en akse perpendikulært på kameraplanet samt kameraets dreining om en akse sammenfallende med kameraplanet.

Når det benyttes flere kameraer, vil analyse av bilder fra hvert av kameraene kunne anvendes til funksjonskontroll av kameraene for derved å sikre at grunnlaget for styringssignalene som styringssystemet benytter, er i orden.

Objektet/objektene som tildanner mønsteret, kan være tildannet på en hvilken som helst måte som gjør at mønsteret kan registreres av kameraet. Mønsteret kan være tildannet som grafiske elementer gjengitt i farger som skiller elementene fra underlaget, de kan være tildannet som utsparinger i landingsstedet forsynt med en underliggende lyskilde som sørger for at mønsteret blir synlig, etc.

Oppfinnelsen er definert av de selvstendige patentkravene. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt et styringssystem for manøvrering av et langstrakt element som rager dreibart ut fra et fundament og som er innrettet til å kunne posisjonere et utragende endeparti i forhold til et landingssted fjernt fra fundamentet, idet manøvreringen tilveie-bringes ved hjelp av én eller flere aktuatorer tilknyttet styringssystemet, kjennetegnet ved at landingsstedet er forsynt med et kameralesbart mønster;

det utragende endepartiet er forsynt med minst ett kamera som er innrettet til å kunne avbilde det grafiske mønsteret når nevnte endeparti befinner seg nær landingsstedet;

kameraet er på signalkommuniserende vis forbundet med en bildeprosessor; og

bildeprosessoren er innrettet til ved bildeanalyse å bestemme kameraets posisjon i forhold til mønsteret og å konvertere bildeinformasjonen til styringsparametere for styringssystemet for å posisjonere det utragende endepartiet i forhold til landingsstedet.

Det utragende endepartiet kan være forsynt med minst to kameraer som er anordnet i avstand fra hverandre og er ensrettede og ha sammenfallende kameraplan.

Det utragende endepartiet kan omfatte et landingsunderstell som i det minste delvis befinner seg i kameraets synsfelt.

Det langstrakte elementet kan være ei gangbru, og det utragende endepartiet kan være innrettet til å lande på landingsstedet.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en framgangsmåte ved manøvrering av et langstrakt element som rager dreibart ut fra et fundament og som er innrettet til å kunne posisjonere et utragende endeparti i forhold til et landingssted fjernt fra fundamentet, hvor framgangsmåten omfatter trinnet

å manøvrere elementet ved hjelp av flere aktuatorer tilknyttet et styringssystem, kjennetegnet ved at framgangsmåten omfatter de ytterligere trinnene: å forsyne landingsstedet med et kameralesbart mønster;

å forsyne det utragende endepartiet med minst ett kamera som er innrettet til å kunne avbilde mønsteret når nevnte endeparti befinner seg nær landingsstedet;

å forbinde kameraet på signalkommuniserende vis med en bildeprosessor;

ved bildeanalyse i bildeprosessoren å bestemme kameraets posisjon i forhold til mønsteret og å konvertere bildeinformasjonen til styringsparametere for styringssystemet; og å posisjonere det utragende endepartiet i forhold til landingsstedet.

Framgangsmåten kan omfatter det ytterligere trinnet å oppdatere styringsparameterne kontinuerlig.

Framgangsmåten kan omfatter det ytterligere trinnet å gjennomføre en landing av det utragende endepartiet eller et element som er opphengt i det utragende endepartiet, på landingsstedet automatisk ved kontinuerlig oppdatering av styringsparameterne for styringssystemet.

I et tredje aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt anvendelse av en bildeprosessor til generering av styringsparametere for et styresystem for posisjonering av et utragende endeparti på et langstrakt element som rager dreibart ut fra et fundament i forhold til et landingssted fjernt fra fundamentet.

Det langstrakte elementet kan være ei gangbru.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv et langstrakt element i form av ei gangbru som i et ytre endeparti er forsynt med et landingsunderstell og en kamerarigg omfattende to kameraer, hvor gangbruas ytre endeparti er posisjonert over et landingssted forsynt med et kameralesbart mønster i form av grafiske objekter anordnet med innbyrdes lik avstand; Fig. 2a viser et frontriss av det ytre endepartiet med landingsunderstellet og kamerariggen; Fig. 2b viser et sideriss av det ytre endepartiet med landingsunderstellet og kamerariggen; Fig. 3a og 3b viser landingsstedet sett fra første kamera (fig. 3a) og et andre kamera (fig. 3b) med linseakser stående perpendikulært på landingsstedet og en bildebasislinje er parallell med en sidekant på landingsstedet; Fig. 4 viser et bilde sammensatt av bilder fra det første og det andre kameraet gjengitt i

figurene 3a og 3b, hvor den avbildede avstanden mellom identiske objekt er indikert;

Fig. 5 viser landingsstedet sett fra det første kameraet når en linseakse står perpendikulært

på landingsstedet og bildebasislinjen er dreid i forhold til landingsstedet; og

Fig. 6 viser landingsstedet sett fra det første kameraet når en linseakse står skjevt på landingsstedet og bildebasislinjen er parallell med en sidekant på landingsstedet.

Det henvises først til figur 1, hvor et langstrakt element 1, her vist som ei gangbru, rager ut fra et fundament 13 som kan være anordnet på et fartøy eller en fast installasjon (ikke vist), og hvor et første endeparti 11 er opplagret om en første og en andre dreieakse 131, henholdsvis 132, og er teleskopisk forlengbart for ved hjelp av aktuatorer 14 å kunne lande et andre, ytre endeparti 12 på et landingssted 2 på en ikke vist installasjon, for eksempel et fartøy eller fast installasjon til havs. Det ytre endepartiet 12 er formålstjenlig forsynt med et landingsunderstell 15, her vist som et ko-nisk element dreibart opplagret i et kuleledd 151 på det ytre endepartiet 12, og som er innrettet til å kunne fastgjøres i strukturer ved landingsstedet 2 når gangbrua 1 har landet i en foretrukket posisjon indikert med et landingsmerke 23 på figur 1. Et styringssystem 16 er tilknyttet flere aktuatorer 14 og et ikke vist drivverk, for eksempel et hydraulikkanlegg omfattende på i og for seg kjent vis motor(er), pumper, ventiler, akkumulatorer, slanger og rør forstyrt tilførsel av et trykksatt fluid til aktuatorene.

Det henvises nå særlig til figur 2a og 2b. I umiddelbar nærhet av landingsunderstellets 15 innfes-ting i gangbrua 1 er det anordnet en kamerasammenstilling 3, hvor et første og et andre kamera 31, 32 er innrettet til å avbilde i det minste et nedre parti 152 av landingsunderstellet 15 samt et område som befinner seg under landingsunderstellet 15. Kameraene 31, 32 er innstilt med innbyrdes parallelle linseakser 34, 34' og sammenfallende kameraplan 33, 33' og bildebasis 35, 35' (se fig. 3a og 3b), og er fortrinnsvis anordnet med bildebasis 35, 35', dvs. bildets ene bildekant, vinkel-rett på gangbruas 1 lengdeakse. Et kamerasynsfelt 36 er indikert på figur 1.

Det henvises nå særlig til figur 3a og 3b. Landingsstedet 2, som er forsynt med en adkomstvei 21,

for eksempel en port, er forsynt med et kameralesbart mønster 22 omfattende ett objekt 221.

Det kan anvendes kamera som er følsomme for lys med andre bølgelengder enn synlig lys.

Når landingsstedet 2 er identifisert ved hjelp av det grafiske mønsteret 22 avbildet av begge kameraene, illustrert ved avbildningene ifølge figur 3a og 3b, pares bildene til et sammensatt bilde slik det er vist i figur 4, og den avleste avstanden La mellom avbildningene av det grafiske objektet 221, kan sammen med den kjente avstanden mellom kameraene 31, 32 i kamerariggen 3 anvendes til å beregne avstanden fra kameraplanet 33 til landingsstedet 2. Disse beregningene utføres av en bildeprosessor 161 og omgjøres til styringsparametere for styringssystemet 16 for gangbruas 1 aktuatorer 14. Ved kontinuerlig behandling av bildeinformasjonen, kan styringssystemet 16 stadig oppdateres med nye styringsparametere inntil gangbrua 1 har landet på landingsstedet 2.

Ved å beregne den avbildede innbyrdes avstanden mellom tre objekter 221 a, 221b, 221c som er anordnet i innbyrdes lik avstand i mønsteret 22 på landingsstedet 2, slik det er vist på figurene 5 og 6, kan bildeanalysen i tillegg til å gi informasjon om avstanden mellom gangbrua 1 og landingsstedet 2 også gi informasjon om gangbruas 1 awinkling i forhold til landingsstedet 2. Figur 5 viser en situasjon avbildet av det første kameraet 31 hvor linseaksen 34 står perpendikulært på landingsstedet 2, men kameraet 31 er dreid slik at bildebasislinjen 35 ikke er parallell med en fremre (avbildet som nedre) sidekant 2a for landingsstedet 2. Den avbildede avstanden U, kan anvendes som indikator for dreiningen, bl.a. ved sammenligning med den avbildede avstanden L2. Figur 6 viser en situasjon avbildet av det første kameraet 31 hvor linseaksen 34 står på skrå, mens bildebasislinjen 35 er parallell med den fremre sidekanten 2a for landingsstedet 2. Bl.a. forholdet mellom de avbildede avstandene l_iog L2kan anvendes som indikator for skråstillingen av linseaksen 34.

Analyseresultatet for et sett bilder kan også kontrolleres, dvs. verifiseres, ved å sammenligne resul-tatet med analyseresultater for tidligere faser i den pågående landingsoperasjonen.

Styringsparameterne som genereres ved bildeanalysene, kan anvendes til å automatisere manøv-reringen av det langstrakte elementet 1 særlig i kritiske faser som ved landing av det utragende endepartiet 12 av ei gangbru på landingsstedet 2, men også for andre langstrakte, utragende elementer, eksempelvis en kranbom.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformer illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de avhengige kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende. Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former, ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktum at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekk ikke med fordel kan brukes.

Claims

1. Styringssystem (16) for manøvrering av et langstrakt element (1) som rager dreibart ut fra et fundament (13) og som er innrettet til å kunne posisjonere et utragende endeparti (12) i forhold til et landingssted (2) fjernt fra fundamentet (13), idet manøvreringen tilveiebring-es ved hjelp av én eller flere aktuatorer (14) tilknyttet styringssystemet (16),karakterisert vedat landingsstedet (2) er forsynt med et kameralesbart mønster (22); det utragende endepartiet (12) er forsynt med minst ett kamera (31, 32) som er innrettet til å kunne avbilde mønsteret (22) når nevnte endeparti (12) befinner seg nær landingsstedet (2); det minst ene kameraet (31, 32) er på signalkommuniserende vis forbundet med en bildeprosessor (161); og bildeprosessoren (161) er innrettet til ved bildeanalyse å bestemme det minst ene kameraets (31, 32) posisjon i forhold til mønsteret (22) og å konvertere bildeinformasjonen til styringsparametere for styringssystemet (16) for å posisjonere det utragende endepartiet (12) i forhold til landingsstedet (2).

2. Styringssystem (16) i henhold til krav 1, hvor det utragende endepartiet (12) er forsynt med minst to kameraer (31, 32) som er anordnet i avstand fra hverandre og er ensrettede og har sammenfallende kameraplan (33, 33').

3. Styringssystem (16) i henhold til krav 1, hvor det utragende endepartiet (12) omfatter et landingsunderstell (15) som i det minste delvis befinner seg i det minst ene kameraets (31, 32) synsfelt (36).

4. Styringssystem (16) i henhold til krav 1, hvor det langstrakte elementet (1) er ei gangbru og hvor det utragende endepartiet (12) er innrettet til å lande på landingsstedet (2).

5. Framgangsmåte ved manøvrering av et langstrakt element (1) som rager dreibart ut fra et fundament (13) og som er innrettet til å kunne posisjonere et utragende endeparti (12) i forhold til et landingssted (2) fjernt fra fundamentet (13), hvor framgangsmåten omfatter trinnet å manøvrere elementet (1) ved hjelp av flere aktuatorer (14) tilknyttet et styringssystem (16), karakterisert vedat framgangsmåten omfatter de ytterligere trinnene: å forsyne landingsstedet (2) med et kameralesbart mønster (22); å forsyne det utragende endepartiet (12) med minst ett kamera (31, 32) som er innrettet til å kunne avbilde mønsteret (22) når nevnte endeparti (12) befinner seg nær landingsstedet (2); å forbinde det minst ene kameraet (31, 32) på signalkommuniserende vis med en bildeprosessor (161); ved bildeanalyse i bildeprosessoren (161) å bestemme det minst ene kameraets (31, 32) posisjon i forhold til mønsteret (22) og å konvertere bildeinformasjonen til styringsparametere for styringssystemet (16); og å posisjonere det utragende endepartiet (12) i forhold til landingsstedet (2).

6. Framgangsmåten i henhold til krav 5, hvor framgangsmåten omfatter det ytterligere trinnet: å oppdatere styringsparameterne kontinuerlig.

7. Framgangsmåten i henhold til krav 5, hvor framgangsmåten omfatter det ytterligere trinnet: å gjennomføre en landing av det utragende endepartiet (12) eller et element (15) som er opphengt i det utragende endepartiet (12), på landingsstedet (2) automatisk ved kontinuerlig oppdatering av styringsparameterne for styringssystemet (16).

8. Anvendelse av en bildeprosessor (161) til generering av styringsparametere for et styresystem (16) for posisjonering av et utragende endeparti (12) på et langstrakt element (1) som rager dreibart ut fra et fundament (13) i forhold til et landingssted (2) fjernt fra fundamentet (13).

9. Anvendelse i henhold til krav 8, hvor det langstrakte elementet (1) er ei gangbru.