WO2017046373A1 - Procédé et dispositif d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime - Google Patents

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WO2017046373A1
WO2017046373A1 PCT/EP2016/072045 EP2016072045W WO2017046373A1 WO 2017046373 A1 WO2017046373 A1 WO 2017046373A1 EP 2016072045 W EP2016072045 W EP 2016072045W WO 2017046373 A1 WO2017046373 A1 WO 2017046373A1
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sea
observation
waves
wave
platform
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PCT/EP2016/072045
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Céline DROUET
Xavier Dal Santo
Nicolas CELLIER
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Dcns
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    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/10—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to calamitous events, e.g. tornados or earthquakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/002—Generating a prealarm to the central station
    • G—PHYSICS
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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • B63B79/10—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation using sensors, e.g. pressure sensors, strain gauges or accelerometers
    • B63B79/15—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation using sensors, e.g. pressure sensors, strain gauges or accelerometers for monitoring environmental variables, e.g. wave height or weather data

Definitions

  • the present invention relates to a method for improving the safety of a marine platform, installed at sea or sailing at sea, comprising an observation of waves striking said platform and a characterization of a level of danger of said waves vis-à-vis an operation of the maritime platform. It also relates to an associated device and computer program.
  • the invention is in the field of maritime operations, and concerns various maritime platforms, fixed or mobile, for example wind turbines, ships.
  • Such maritime platforms are constantly hit by waves.
  • successive waves of large amplitude can cause material and human damage and jeopardize the safety of maritime operations.
  • such marine operations include landing gear, drone recovery, wind turbine control adaptation to secure its structure or navigation command of a ship.
  • the object of the invention is to remedy at least some of the drawbacks of the known methods, by proposing a method for improving the safety of a maritime platform which is faster and requires reduced computing resources.
  • the invention proposes a method for improving the safety of a marine platform, installed at sea or navigating at sea, comprising an observation of waves striking the said maritime platform, an operation of the sea platform being controlled by the intermediary of a control system.
  • the method comprises steps of: acquiring elevation values of the sea surface at a plurality of points, making it possible to characterize at least one group of waves, a wave being assimilated to a wave defined by a period and an amplitude,
  • the invention proposes a wave group analysis, and an evaluation of the hazard as a function of a characteristic quantity of a wave group, said characteristic quantity preferably being chosen as a function of the operation of the marine platform. .
  • the method according to the invention may also have one or more of the following characteristics, taken independently or in any technically acceptable combination.
  • the method further includes estimating a propagation time of the wave group to a position of said operation of the marine platform, and said alert raising indicates said propagation time.
  • the duration of propagation of the wave group to the position of said operation of the maritime platform is calculated according to a calculated speed, the calculated speed being a group speed or a speed calculated according to said selected characteristic quantity and corrected for possible propagation errors.
  • the characteristic quantity is selected according to said operation of the maritime platform.
  • the calculation of at least one characteristic quantity comprises an acquisition of an observation matrix at a given time instant, each element of the observation matrix being equal to an elevation value above a reference level of the sea surface, at a given observation point of a grid of a field of observations.
  • the observation domain is rectangular, one of the sides of the observation domain being collinear with a main wave propagation direction.
  • the method includes applying a convolution mask to said observation array.
  • It includes a directional spectrum estimate of the waves characterizing the sea in a vicinity of the maritime platform, and the dimensions of the convolution mask are selected according to parameters of the directional spectrum. It includes the computation of a group-significant height matrix of which each element is associated with a given spatial index observation point, and has a value representative of the wave energy whose observation points are included in a spatial domain defined by the convolution mask and centered on said observation point.
  • the invention relates to a device for improving the safety of a maritime platform, installed at sea or navigating at sea, comprising an observation of waves striking the said maritime platform, a marine platform operation being controlled by the intermediate of a control system.
  • the device comprises modules adapted to:
  • the invention relates to a computer program product comprising code instructions which, when implemented by one or more programmable device calculation processors implement a method as briefly described below. above.
  • FIG. 1 schematically shows a vessel comprising a device embodying an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a block diagram of the main blocks of a programmable device adapted to implement the invention
  • FIG. 3 is a graph illustrating a signal representative of a wave
  • FIG. 4 schematically illustrates a wave observation domain
  • FIG. 1 schematically illustrates wave characteristic parameters
  • FIG. 6 is a flowchart of the main functional blocks of a device for improving the safety of a marine platform according to one embodiment
  • Figure 7 is a flowchart of the main steps implemented by a method of improving the safety of a marine platform according to one embodiment.
  • Figure 1 schematically illustrates a ship 2, which is a maritime platform, traveling at sea.
  • the invention applies to marine platforms installed at sea, for example a wind farm.
  • the ship 2 is equipped with geolocation instruments 4 and an inertial unit 6 for calculating the position and the speed of movement at each moment.
  • the ship is also equipped with a set of sensors 8, for example of the LIDAR or RADAR type, making it possible to analyze the surface of the sea 12, in a field of observation D.
  • the range of these sensors is at least equal to notice necessary for the implementation of the desired maritime operation.
  • the observation domain D has, for example, a rectangular perimeter located at a given distance from the ship.
  • the field of observation has a perimeter in the form of a circular or oval ring, the set of sensors 8 being able to rotate 360 °, making it possible to acquire several sets of data around the ship 2.
  • the surface of the sea 12 is analyzed near the ship 2 carrying the sensors 8, and a dangerous level of wave groups is estimated.
  • the sensors are capable of analyzing the sea surface up to a given observation distance of the ship 2, making it possible to calculate a corresponding notice.
  • an observation distance of half a nautical mile provides a warning of 30 to 60 seconds depending on the sea state encountered and the speed of advance of the platform maritime.
  • Groups of waves whose level of danger is higher than a predetermined danger threshold are propagated towards one or more marine platforms including the ship 2 to allow the operator to anticipate, with a given notice, and to adjust the achievement various maritime operations on these maritime platforms.
  • the vessel also comprises a programmable device 10, for example a computer, which receives data obtained by the sensors 8, as well as data from the geolocation instruments 4 and the inertial unit 6.
  • This programmable device 10 is part of or is associated with a control system 14 and provides information for the maritime platform safety improvement according to the invention.
  • the control system controlled remotely or by an operator, makes it possible to control various maritime operations on the maritime platform, for example a landing on the ship.
  • the control system allows for example to guide wind turbines.
  • FIG. 2 schematically illustrates the main functional blocks of a computer-type, workstation-type programmable device capable of implementing the method of the invention.
  • the programmable device is a computer of a control system 14 of the ship 2.
  • a programmable device 20 capable of implementing the method of the invention comprises a central processing unit 28, comprising one or more processors, able to execute computer program instructions when the device 20 is powered up.
  • a multiprocessor CPU is used to perform parallel computations.
  • the device 20 also comprises information storage means 30, for example registers, capable of storing executable code instructions allowing the implementation of programs comprising code instructions able to implement the methods according to the invention. .
  • the device 20 comprises control means 24 for updating parameters and receiving commands from an operator.
  • the control means 24 comprise a telecommunication device for receiving remote commands and parameter values.
  • control means 24 are means for inputting commands from an operator, for example a keyboard.
  • the programmable device 20 comprises a screen 22 and additional pointing means 26, such as a mouse.
  • the various functional blocks of the device 20 described above are connected via a communication bus 32.
  • the sensors 8 are able to measure an elevation of the sea surface, with respect to a reference level, at a plurality of points distributed in the field of observation, at successive time instants.
  • the reference level is typically the sea level, zero altitude.
  • the observation of the elevation of the sea surface in a plurality of observation points P- ⁇ to P n at a given instant t 0 allows the temporal profile of a wave representative of a wave to be reconstituted, as shown in Figure 3.
  • the time instants are expressed in seconds (s) with respect to an instant of origin, corresponding to the observation of a first point Pi of the sea surface and the elevation values (or amplitude) are expressed in meters.
  • the direction d is the wave propagation direction and the observation points are distributed in an observation field D schematically illustrated in FIG. 4, with a three-dimensional spatial reference ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ). associated.
  • the observation domain and the associated reference point are preferably oriented so that one of the X or Y directions is collinear with the main wave propagation direction d.
  • the domain D has a rectangular surface in the plane (X, Y) of respective dimensions and L 2 .
  • one side of the rectangular D domain is collinear with the wave propagation direction d.
  • the dots are distributed over a regular grid on the surface of the D domain.
  • the tiling of points is not regular.
  • the coordinates of the points can be represented in a cartesian coordinate system or in polar coordinates.
  • observation domain has another geometrical shape (oval, circular, etc.)
  • the observed elevation ⁇ ( ⁇ ⁇ , ⁇ ] , ⁇ ) is the coordinate along the Z axis of point P of domain D, of spatial coordinates (x ⁇ y j ), at time t.
  • a wave is defined by a time signal, from the observed elevations, between two zero crossings rising at the time instants t up and t up + 1 .
  • the characteristic parameters retained are its period T w and its amplitude
  • H w which is the height between the lowest point (hollow) and the highest point (the peak of the wave).
  • a group of waves is defined for example by a succession of at least two waves having similar characteristics (large amplitude, period, ...)
  • FIG. 6 is a block diagram of the main modules implemented by a programmable device adapted to implement the invention.
  • the device 40 comprises a module 42 for acquiring observation data, in particular data relating to the wave elevation at each point P, j observed.
  • a characteristic quantity is an energy, as detailed in the embodiment described hereinafter with reference to FIG.
  • the characteristic quantity may be the period of the waves to avoid the appearance of parametric roll phenomena.
  • a module 46 implements parameter calculations, for example the calculation of the group velocity of the waves observed, as well as the associated directional spectrum in a neighborhood of the maritime platform.
  • the directional spectrum of the waves observed is characterized by parameters including in particular the peak period T p , the significant height of the group Hs, the main direction of propagation d, the directional spread ⁇ .
  • the values of the calculated parameters are stored in a memory unit 52.
  • the device comprises a comparison module 48, able to compare one or each of the characteristic quantities C calculated at a danger threshold S c associated with this characteristic quantity, previously calculated and stored in the memory unit 52.
  • observation history data H is recorded, and a calculation module 50 is able to use these data to determine various danger thresholds S c .
  • a set of parameter values associated with the operation envisaged for example the amplitudes of movement of the ship according to various degrees of freedom, and these values are stored. of parameters.
  • the value of the characteristic quantity of a chosen wave group for example energy, is calculated in relation to the envisaged maritime operation reaching the platform at the instant t ,. Therefore, it is possible, automatically or semi-automatically, with the assistance of an operator, to determine danger thresholds S c of a characteristic quantity as a function of the parameter values associated with the operation envisaged.
  • a propagation module simulates the propagation of the observed wave group to the position of the operation performed by the maritime platform concerned.
  • the position of the operation is the spatial position of the maritime platform at a given moment.
  • the propagation module simulates the propagation of the group of waves observed up to the position of the operation carried out by the maritime platform concerned, whatever the level of dangerousness of the waves.
  • This propagation simulation makes it possible to estimate the duration of propagation, and consequently to predict the arrival of a group of waves detected as being dangerous for a given operation, with a given time notice, for example of the order of 30 seconds.
  • a module 56 makes it possible to raise an alert to warn the control system of the marine platform of the arrival of the group of waves detected as dangerous.
  • control system comprises man-machine interfaces and is controlled by an operator
  • visual or audible alerts are sent.
  • FIG. 7 is a flowchart of the main steps of a method for improving the safety of a marine platform according to the invention, in which the calculated characteristic quantity is representative of the energy of the wave packets representative of the groups of observed waves.
  • parameters are calculated and stored, in particular the parameters of the directional spectrum of the waves observed around the sea platform, characterizing the state of the sea.
  • This step is followed by a step 72 of acquiring the observations of the elevation values ⁇ ( ⁇ ⁇ , ⁇ ] , ⁇ ) at each point P, j of the domain D, of spatial coordinates
  • a convolution mask P is applied at each point of the observation matrix O bt .
  • P is a rectangular mask whose all coefficients are equal to 1.
  • this convolution mask can cover different forms, for example a circular Gaussian nucleus,
  • this convolution mask are a function of the sea state encountered. For example, by choosing the energy as the great characteristic, it is parameterized as a function of the wave peak period and the directional spread.
  • the filtering by application of the convolution mask P consists in calculating, for each point (i, j) of the matrix of the observations O bt , a filtered value.
  • the convolution mask can be directly applied to the matrix of observations O bt or to a quantity derived from the observation matrix chosen as a function of the envisaged maritime operation, for example the period of the waves if one seeks to study the phenomena parametric rolls.
  • the filtering step 74 is followed by a step 76 of significant height calculation of group H SG t at each point (i, j), which is a significant quantity of the wave energy whose points of observation are included in the field of the convolution mask P around the point P associated with the point associated with the spatial index (i, j) of the observations matrix.
  • the filtering and the calculation of the significant height are carried out in a single step.
  • the calculated values of the significant group height are compared, during a comparison step 78, each with a threshold of danger S, associated with the characteristic quantity H SG t , previously calculated and stored.
  • step 78 is followed by a step 80 of propagation of the matrix containing the values of significant height of group H SG t towards the maritime platform considered.
  • each danger threshold having an associated level of confidence.
  • the calculated propagation velocity is adjusted according to the propagation errors observed.
  • Step 80 is followed by an alerting step 84 to the control system of the maritime platform, for example in the form of a display on a graphical interface intended for an operator, when the characteristic value calculated exceeds one or more danger thresholds.
  • the arrival of groups of waves having a level of danger compared to an operation performed on a marine platform is thus provided, sufficient notice being transmitted so that the operator of the control system can take corrective action .
  • the safety of maritime operations is thus increased.

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Abstract

Procédé et dispositif d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime L'invention concerne un procédé et un dispositif d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime, installée en mer ou naviguant en mer, comprenant une observation de vagues percutant ladite plateforme maritime, une opération de la plateforme maritime étant contrôlée par l'intermédiaire d'un système de commande. Le procédé et dispositif de l'invention sont adaptés à : - acquérir (42) des valeurs d'élévation de la surface de la mer en une pluralité de points, permettant de caractériser au moins un groupe de vagues, une vague étant assimilée à une onde définie par une période et une amplitude, - calculer (44) au moins une grandeur caractéristique de chaque groupe de vagues, - comparer (48) la grandeur caractéristique calculée à un seuil de dangerosité, - si la comparaison indique un dépassement du seuil de dangerosité, lever (56) une alerte destinée audit système de commande.

Description

Procédé et dispositif d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime
La présente invention concerne un procédé d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime, installée en mer ou naviguant en mer, comprenant une observation de vagues percutant ladite plateforme et une caractérisation d'un niveau de dangerosité desdites vagues vis-à-vis d'une opération de la plateforme maritime. Elle concerne également un dispositif et un programme d'ordinateur associés.
L'invention se situe dans le domaine des opérations maritimes, et concerne diverses plateformes maritimes, fixes ou mobiles, par exemple éoliennes, navires.
De telles plateformes maritimes sont constamment percutées par des vagues. De manière connue, des vagues successives de grande amplitude peuvent provoquer des dommages matériels et humains et mettre en péril la sûreté des opérations maritimes.
En particulier, lorsque la plateforme maritime est un navire, le mouvement de ce navire sous l'effet des vagues est d'autant plus important que la période de chaque vague est proche de la période des mouvements propres du navire.
II existe des moyens d'observation permettant d'acquérir le niveau d'élévation des vagues au-dessus du niveau de la mer, qui est le niveau d'altitude zéro.
Cependant, afin d'améliorer la sécurité d'une plateforme maritime il est non seulement utile d'observer des vagues, mais également d'analyser si elles sont susceptibles de mettre une opération maritime mise en œuvre par la plateforme en péril en s'intéressant à une ou plusieurs grandeurs caractéristiques des vagues (amplitude, période, énergie, ...)..
Par exemple, de telles opérations maritimes incluent des opérations de type appontage, récupération de drone, adaptation du contrôle d'éolienne pour sécuriser sa structure ou commandement de navigation d'un navire.
On connaît à l'heure actuelle des méthodes de modélisation de champ de vagues qui sont déterministes, qui nécessitent une connaissance approfondie des paramètres physiques d'amplitude et de phase des vagues, et qui nécessitent une grande puissance de programmation à cause de la complexité des calculs à effectuer.
L'invention a pour objet de remédier à au moins certains des inconvénients des méthodes connues, en proposant un procédé d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime plus rapide et nécessitant des ressources calculatoires allégées.
A cet effet, l'invention propose un procédé d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime, installée en mer ou naviguant en mer, comprenant une observation de vagues percutant ladite plateforme maritime, une opération de la plateforme maritime étant contrôlée par l'intermédiaire d'un système de commande.
Le procédé comporte des étapes de : - acquisition de valeurs d'élévation de la surface de la mer en une pluralité de points, permettant de caractériser au moins un groupe de vagues, une vague étant assimilée à une onde définie par une période et une amplitude,
- calcul d'au moins une grandeur caractéristique de chaque groupe de vagues, - comparaison de la grandeur caractéristique calculée à un seuil de dangerosité,
- si la comparaison indique un dépassement du seuil de dangerosité, levée d'alerte destinée audit système de commande.
Avantageusement, l'invention propose une analyse de groupes de vagues, et une évaluation de la dangerosité en fonction d'une grandeur caractéristique d'un groupe de vagues, ladite grandeur caractéristique étant choisie de préférence en fonction de l'opération de la plateforme maritime.
Le procédé selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes combinaisons techniquement acceptables.
Le procédé comporte en outre une estimation d'une durée de propagation du groupe de vagues jusqu'à une position de ladite opération de la plateforme maritime, et ladite levée d'alerte indique ladite durée de propagation.
La durée de propagation du groupe de vagues jusqu'à la position de ladite opération de la plateforme maritime est calculée en fonction d'une vitesse calculée, la vitesse calculée étant une vitesse de groupe ou une vitesse calculée en fonction de ladite grandeur caractéristique choisie et corrigée des éventuelles erreurs de propagation.
La grandeur caractéristique est sélectionnée en fonction de ladite opération de la plateforme maritime.
Le calcul d'au moins une grandeur caractéristique comprend une acquisition d'une matrice d'observations à un instant temporel donné, chaque élément de la matrice d'observations étant égal à une valeur d'élévation au-dessus d'un niveau de référence de la surface de la mer, en un point d'observation donné d'un quadrillage d'un domaine d'observations.
Le domaine d'observation est rectangulaire, un des côtés du domaine d'observation étant colinéaire à une direction principale de propagation des vagues.
Le procédé comporte l'application d'un masque de convolution à ladite matrice d'observations.
Il comporte une estimation de spectre directionnel des vagues caractérisant la mer dans un voisinage de la plateforme maritime, et les dimensions du masque de convolution sont sélectionnées en fonction de paramètres du spectre directionnel. Il comporte le calcul d'une matrice de hauteur significative de groupe dont chaque élément est associé à un point d'observation d'indice spatial donné, et a une valeur représentative de l'énergie des vagues dont les points d'observation sont compris dans un domaine spatial défini par le masque de convolution et centré sur ledit point d'observation.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime, installée en mer ou naviguant en mer, comprenant une observation de vagues percutant ladite plateforme maritime, une opération de la plateforme maritime étant contrôlée par l'intermédiaire d'un système de commande.
Le dispositif comporte des modules adaptés à :
- acquérir des valeurs d'élévation de la surface de la mer en une pluralité de points, permettant de caractériser au moins un groupe de vagues, une vague étant assimilée à une onde définie par une période et une amplitude,
- calculer au moins une grandeur caractéristique de chaque groupe de vagues,
- comparer la grandeur caractéristique calculée à un seuil de dangerosité,
- si la comparaison indique un dépassement du seuil de dangerosité, lever une alerte destinée audit système de commande.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur comportant des instructions de code qui, lorsqu'elles sont mises en œuvre par un ou plusieurs processeurs de calcul de dispositifs programmables mettent en œuvre un procédé tel que brièvement décrit ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement un navire comprenant un dispositif mettant en œuvre un mode de réalisation de l'invention;
la figure 2 est un synoptique des principaux blocs d'un dispositif programmable apte à mettre en œuvre l'invention ;
la figure 3 est un graphe illustrant un signal représentatif d'une vague ; - la figure 4 illustre schématiquement un domaine d'observation de vagues ;
la figure 5 illustre schématiquement des paramètres caractéristiques de vague ;
la figure 6 est un organigramme des principaux blocs fonctionnels d'un dispositif d'amélioration de la sécurité d'une plateforme maritime selon un mode de réalisation ; la figure 7 est un organigramme des principales étapes mises en œuvre par un procédé d'amélioration de la sécurité d'une plateforme maritime selon un mode de réalisation. La figure 1 illustre schématiquement un navire 2, qui est une plateforme maritime, en déplacement en mer.
Il s'agit d'un exemple non limitatif de plateforme maritime pour laquelle l'invention s'applique. En particulier, l'invention s'applique à des plateformes maritimes installées en mer, par exemple une ferme d'éoliennes.
Le navire 2 est équipé d'instruments de géolocalisation 4 et d'une centrale inertielle 6 permettant d'en calculer la position et la vitesse de déplacement à chaque instant.
Le navire est également équipé d'un ensemble de capteurs 8, par exemple de type LIDAR ou RADAR, permettant d'analyser la surface de la mer 12, dans un domaine d'observation D. La portée de ces capteurs est au moins égale au préavis nécessaire à la mise en œuvre de l'opération maritime souhaitée.
Dans un mode de réalisation, le domaine d'observation D a par exemple un périmètre rectangulaire, situé à une distance donnée du navire.
En variante, le domaine d'observation a un périmètre en forme d'anneau circulaire ou ovale, l'ensemble de capteurs 8 étant apte à tourner à 360°, permettant d'acquérir plusieurs ensembles de données autour du navire 2.
La surface de la mer 12 est analysée à proximité du navire 2 embarquant les capteurs 8, et un niveau de dangerosité de groupes de vagues est estimé.
Les capteurs sont aptes à analyser la surface de la mer jusqu'à une distance d'observation donnée du navire 2, permettant de calculer un préavis correspondant.
A titre d'exemple non limitatif, une distance d'observation d'un demi-mille nautique permet d'obtenir un préavis de 30 à 60 secondes en fonction de l'état de mer rencontré et de la vitesse d'avance de la plateforme maritime.
Les groupes de vagues dont le niveau de dangerosité est supérieur à un seuil de dangerosité prédéterminé sont propagés vers une ou plusieurs plateformes maritimes incluant le navire 2 pour permettre à l'opérateur d'anticiper, avec un préavis donné, et d'ajuster la réalisation d'opérations maritimes diverses sur ces plateformes maritimes.
Le navire comporte également un dispositif programmable 10, par exemple un ordinateur, qui reçoit des données obtenues par les capteurs 8, ainsi que les données des instruments de géolocalisation 4 et de la centrale inertielle 6. Ce dispositif programmable 10 fait partie de ou est associé à un système de commande 14 et fournit des informations permettant l'amélioration de sécurité de plateforme maritime selon l'invention.
Le système de commande, contrôlé à distance ou par un opérateur, permet de commander diverses opérations maritimes sur la plateforme maritime, par exemple un appontage sur le navire. Dans le cas où la plateforme maritime est une ferme d'éoliennes, le système de commande permet par exemple d'orienter les éoliennes.
La figure 2 illustre schématiquement les principaux blocs fonctionnels d'un dispositif programmable de type ordinateur, station de travail, apte à mettre en œuvre le procédé de l'invention.
Dans un mode de réalisation, le dispositif programmable est un ordinateur d'un système de commande 14 du navire 2.
Un dispositif programmable 20 apte à mettre en œuvre le procédé de l'invention comprend une unité centrale de traitement 28, comportant un ou plusieurs processeurs, apte à exécuter des instructions de programme informatique lorsque le dispositif 20 est mis sous tension. Dans un mode de réalisation, une unité centrale de traitement multiprocesseurs est utilisée, permettant d'effectuer des calculs parallèles. Le dispositif 20 comporte également des moyens de stockage d'informations 30, par exemple des registres, aptes à stocker des instructions de code exécutable permettant la mise en œuvre de programmes comportant des instructions de code aptes à mettre en œuvre les procédés selon l'invention.
Le dispositif 20 comporte des moyens de commande 24 permettant de mettre à jour des paramètres et de recevoir des commandes d'un opérateur. Lorsque le dispositif programmable 20 est un dispositif embarqué, les moyens de commande 24 comprennent un dispositif de télécommunication permettant de recevoir des commandes et des valeurs de paramètres à distance.
Alternativement et de manière optionnelle, les moyens de commande 24 sont des moyens de saisie de commandes d'un opérateur, par exemple un clavier.
Le dispositif programmable 20 comprend un écran 22 et un moyen supplémentaire de pointage 26, tel une souris.
Les divers blocs fonctionnels du dispositif 20 décrits ci-dessus sont connectés via un bus de communication 32.
Les capteurs 8 sont aptes à mesurer une élévation de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence, en une pluralité de points répartis dans le domaine d'observation, à des instants temporels successifs. Le niveau de référence est typiquement le niveau de la mer, d'altitude zéro. L'observation de l'élévation de la surface de la mer en une pluralité de points d'observation P-ι à Pn à un instant t0 donné, permet de reconstituer le profil temporel d'une onde représentative d'une vague, comme illustré à la figure 3.
Dans cette figure, on a représenté un graphe, comportant en abscisse l'axe temporel (t) et en ordonnée l'axe d'élévation ( η ) par rapport au niveau de la mer.
Par exemple, les instants temporels sont exprimés en secondes (s) par rapport à un instant d'origine, correspondant à l'observation d'un premier point Pi de la surface de la mer et les valeurs d'élévation (ou amplitude) sont exprimées en mètres.
Connaissant la vitesse de propagation des vagues, on peut placer l'observation en chaque point P, à l'instant t0 à un instant temporel t, en fonction de la distance entre le point P, et le point d'origine de l'observation
Des points Pi à Pn, dans une direction d'observation d, sont illustrés dans le coin supérieur droit de la figure 3.
Dans un mode de réalisation, la direction d est la direction de propagation des vagues et les points d'observation sont répartis dans un domaine d'observation D schématiquement illustré à la figure 4, avec un référentiel spatial tridimensionnel (Χ,Υ,Ζ) associé.
Dans cet exemple, le domaine d'observation et le repère associé sont orientés de préférence de manière à ce qu'une des directions X ou Y soit colinéaire à la direction principale de propagation des vagues d. Dans cet exemple, le domaine D a une surface rectangulaire dans le plan (X,Y) de dimensions respectives et L2.
On observe un ensemble de points P, j, du domaine D, avec ( , /)€ D,i€ [1, J, 'G [l, 2] , Mi étant le nombre de points observés selon la direction
X, M2 le nombre de points observés selon la direction Y.
Dans le mode de réalisation illustré à titre d'exemple, un des côtés du domaine D rectangulaire est colinéaire à la direction de propagation des vagues d.
Dans un mode de réalisation, les points sont répartis sur un quadrillage régulier sur la surface du domaine D.
En variante, le pavage de points n'est pas régulier.
Les coordonnées des points peuvent être représentées dans un repère cartésien ou en coordonnées polaires.
En variante, le domaine d'observation a une autre forme géométrique (ovale, circulaire,...)
L'élévation η(χί , γ] , ΐ) observée est la coordonnée selon l'axe Z du point P du domaine D, de coordonnées spatiales (x^ yj ) , à l'instant t. Comme illustré à la figure 5, une vague est définie par un signal temporel, à partir des élévations observées, entre deux passages à zéro montants aux instants temporels tup et tup+l . Les paramètres caractéristiques retenus sont sa période Tw et son amplitude
Hw , qui est la hauteur entre le point le plus bas (creux) et le point le plus élevé (la crête de la vague).
Les vagues sont observées et sont analysées pour détecter des groupes de vagues grâce à des méthodes connues de l'homme du métier .Un groupe de vagues est définie par exemple par une succession d'au moins deux vagues ayant des caractéristiques similaires (grande amplitude, période, ...)
La figure 6 est un synoptique des principaux modules mis en œuvre par un dispositif programmable apte à mettre en œuvre l'invention.
Le dispositif 40 comporte un module 42 d'acquisition de données d'observation, notamment des données relatives à l'élévation des vagues en chaque point P, j observé.
Il comporte également un module 44 de calcul d'une ou plusieurs grandeurs caractéristiques de groupes de vagues.
Par exemple, un choix parmi plusieurs grandeurs caractéristiques C est envisagé, en fonction de l'opération maritime à surveiller, ou de la caractéristique de mouvement du navire considéré.
Selon un mode de réalisation, pour certains types d'opération, une grandeur caractéristique est une énergie, comme détaillé dans le mode de réalisation décrit ci- après en référence à la figure 7.
En variante, la grandeur caractéristique peut être la période des vagues pour éviter l'apparition des phénomènes de roulis paramétriques.
Un module 46 met en œuvre des calculs de paramètres, par exemple le calcul de la vitesse de groupe des vagues observées, ainsi que le spectre directionnel associé dans un voisinage de la plateforme maritime.
Le spectre directionnel des vagues observées est caractérisé par des paramètres comprenant notamment la période de pic Tp, la hauteur significative de groupe Hs, la direction principale de propagation d, l'étalement directionnel Δβ.
Les valeurs des paramètres calculées sont mémorisées dans une unité de mémoire 52.
Il est à noter que plusieurs méthodes d'estimation du spectre directionnel des vagues observées sont connues de l'homme du métier (MLM pour « Maximum likelihood method », maximum entropie, avec des méthodes de « spectral partitionning » pour discrétiser plusieurs systèmes d'états de mer,...). Le dispositif comprend un module de comparaison 48, apte à comparer une ou chacune des grandeurs caractéristiques C calculées à un seuil de dangerosité Sc associé à cette grandeur caractéristique, préalablement calculé et mémorisé dans l'unité de mémoire 52.
Par exemple, des données H d'historique d'observation sont enregistrées, et un module de calcul 50 est apte à utiliser ces données pour déterminer divers seuils de dangerosité Sc.
Ainsi, dans un mode de réalisation, on observe, à des instants temporels t,, un ensemble de valeurs de paramètres associés à l'opération envisagée, par exemple les amplitudes de mouvement du navire selon divers degrés de liberté, et on mémorise ces valeurs de paramètres. Par ailleurs, on calcule la valeur de la grandeur caractéristique d'un groupe de vagues choisie, par exemple l'énergie, en rapport avec l'opération maritime envisagée atteignant la plateforme à l'instant t,. Par conséquent, il est possible, de manière automatique ou semi-automatique, avec l'aide d'un opérateur, de déterminer des seuils de dangerosité Sc d'une grandeur caractéristique en fonction des valeurs de paramètres associés à l'opération envisagée.
Lorsque le module de comparaison 48 indique un dépassement du seuil de dangerosité Sc correspondant, un module de propagation simule la propagation du groupe de vagues observé jusqu'à la position de l'opération effectuée par la plateforme maritime concernée.
Par exemple, la position de l'opération est la position spatiale de la plateforme maritime à un instant donné.
En variante, le module de propagation simule la propagation du groupe de vagues observé jusqu'à la position de l'opération effectuée par la plateforme maritime concernée quel que soit le niveau de dangerosité des vagues.
Cette simulation de propagation permet d'estimer la durée de propagation, et par conséquent de prévoir l'arrivée d'un groupe de vagues détecté comme étant dangereux pour une opération donnée, avec un préavis temporel donné, par exemple de l'ordre de 30 secondes.
Un module 56 permet de lever une alerte pour prévenir le système de commande de la plateforme maritime de l'arrivée du groupe de vagues détecté comme dangereux.
Par exemple, dans le cas où le système de commande comporte des interfaces homme-machine et est piloté par un opérateur, des alertes visuelles ou sonores sont envoyées.
Dans un mode de réalisation, les modules 42, 44, 46, 48, 50, 54 et 56 sont des modules logiciels. La figure 7 est un organigramme des principales étapes d'un procédé d'amélioration de la sécurité d'une plateforme maritime selon l'invention, dans lequel la grandeur caractéristique calculée est représentative de l'énergie des paquets d'ondes représentatif des groupes de vagues observés.
Lors d'une première étape préalable 70, des paramètres sont calculés et mémorisés, en particulier les paramètres du spectre directionnel des vagues observées autour de la plateforme maritime, caractérisant l'état de la mer.
Cette étape est suivie d'une étape 72 d'acquisition des observations des valeurs d'élévation η(χί , γ] , ΐ) en chaque point P, j du domaine D, de coordonnées spatiales
(JC; , yj ) , à un instant t courant.
Une matrice d'observations Obt de taille M1 xM2 est obtenue. Si on note η(χί , γ] , ΐ) = J i (t) l'élément d'indice (i,j) de la matrice, on a la formule suivante :
Figure imgf000011_0001
A l'étape de filtrage 74, un masque de convolution P est appliqué en chaque point de la matrice d'observation Obt .
Dans ce mode de réalisation, P est un masque rectangulaire dont tous les coefficients sont égaux à 1 .
De manière plus générale, ce masque de convolution peut recouvrir différentes formes, par exemple un noyau gaussien, circulaire,
Les dimensions de ce masque de convolution sont fonction de l'état de mer rencontré.Par exemple en choisissant comme grande caractéristique l'énergie, celui-ci est paramétré en fonction de la période de pic des vagues et de l'étalement directionnel.
Le filtrage par application du masque de convolution P consiste à calculer, pour chaque point (i,j) de la matrice des observations Obt , une valeur filtrée. Le masque de convolution peut être directement appliqué à la matrice des observations Obt ou sur une grandeur dérivée de la matrice des observations choisie en fonction de l'opération maritime envisagée, par exemple la période des vagues si l'on cherche à étudier les phénomènes de roulis paramétriques. L'étape de filtrage 74 est suivie d'une étape 76 de calcul de hauteur significative de groupe HSG t en chaque point (i,j), qui est une grandeur significative de l'énergie des vagues dont les points d'observation sont compris dans le domaine du masque de convolution P autour du point P associé au point associé à l'indice spatial (i,j) de la matrice des observations.
Selon une variante, le filtrage et le calcul de la hauteur significative sont effectués en une seule étape.
Les valeurs calculées de la hauteur significative de groupe sont comparées, lors d'une étape de comparaison 78, chacune, à un seuil de dangerosité S, associé à la grandeur caractéristique HSG t , préalablement calculé et mémorisé.
En cas de dépassement du seuil de dangerosité S par une valeur HSG t (i, j) , l'étape 78 est suivie d'une étape 80 de propagation de la matrice contenant les valeurs de hauteur significative de groupe HSG t vers la plateforme maritime considérée.
En variante, plusieurs seuils de dangerosité peuvent être utilisés, chaque seuil de dangerosité ayant un niveau de confiance associé.
L'étape de propagation 80 met en œuvre la vitesse de groupe Cg = - -Tp pour propager les « vagues dangereuses ».
En variante, une autre vitesse de propagation dépendant du critère choisi est appliquée.
Selon une alternative, la vitesse de propagation calculée est ajustée en fonction des erreurs de propagation observées.
L'étape 78 est suivie d'autre part d'une étape 82 de mise à jour de l'instant temporel d'observation pris en considération, l'instant courant t étant mis à l'instant suivant ts=t+dt, où dt est la fréquence d'échantillonnage de mesure, et l'étape 82 est suivie de l'étape 72 préalablement décrite.
L'étape 80 est suivie d'une étape 84 de levée d'alerte à destination du système de commande de la plateforme maritime, par exemple sous forme d'affichage sur une interface graphique à destination d'un opérateur, lorsque la valeur caractéristique calculée dépasse le ou un des seuils de dangerosité.
Avantageusement, l'arrivée de groupes de vagues présentant un niveau de dangerosité par rapport à une opération effectuée sur une plateforme maritime est ainsi prévue, un préavis suffisant étant transmis de manière à ce que l'opérateur du système de commande puisse entreprendre une action corrective. La sécurité des opérations maritimes est ainsi augmentée.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Procédé d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime, installée en mer ou naviguant en mer, comprenant une observation de vagues percutant ladite plateforme maritime, une opération de la plateforme maritime étant contrôlée par l'intermédiaire d'un système de commande, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de :
- acquisition (72) de valeurs d'élévation de la surface de la mer en une pluralité de points, permettant de caractériser au moins un groupe de vagues, une vague étant assimilée à une onde définie par une période et une amplitude,
- calcul (74, 76) d'au moins une grandeur caractéristique de chaque groupe de vagues,
- comparaison (78) de la grandeur caractéristique calculée à un seuil de dangerosité,
- si la comparaison indique un dépassement du seuil de dangerosité, levée d'alerte (84) destinée audit système de commande.
2. - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte en outre une estimation (80) d'une durée de propagation du groupe de vagues jusqu'à une position de ladite opération de la plateforme maritime, et en ce que ladite levée d'alerte indique ladite durée de propagation.
3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la durée de propagation du groupe de vagues jusqu'à la position de ladite opération de la plateforme maritime est calculée en fonction d'une vitesse calculée, la vitesse calculée étant une vitesse de groupe ou une vitesse calculée en fonction de ladite grandeur caractéristique choisie et ajustée en fonction d'erreurs de propagation détectées.
4. - Procédé selon l'une des quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est sélectionnée en fonction de ladite opération de la plateforme maritime.
5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le calcul d'au moins une grandeur caractéristique comprend une acquisition d'une matrice d'observations à un instant temporel donné, chaque élément de la matrice d'observations étant égal à une valeur d'élévation au-dessus d'un niveau de référence de la surface de la mer, en un point d'observation (P, j) donné d'un quadrillage d'un domaine d'observations.
6. - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le domaine d'observation est rectangulaire, un des côtés du domaine d'observation étant colinéaire à une direction principale de propagation des vagues.
7. - Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte l'application d'un masque de convolution à ladite matrice d'observations.
8. - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une estimation (70) de spectre directionnel des vagues caractérisant la mer dans un voisinage de la plateforme maritime, et en ce que les dimensions du masque de convolution sont sélectionnées en fonction de paramètres du spectre directionnel.
9. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte le calcul (76) d'une matrice de hauteur significative de groupe dont chaque élément est associé à un point d'observation d'indice spatial donné, et a une valeur représentative de l'énergie des vagues dont les points d'observation sont compris dans un domaine spatial défini par le masque de convolution et centré sur ledit point d'observation.
10. - Dispositif d'amélioration de la sécurité de plateforme maritime, installée en mer ou naviguant en mer, comprenant une observation de vagues percutant ladite plateforme maritime, une opération de la plateforme maritime étant contrôlée par l'intermédiaire d'un système de commande, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des modules adaptés à :
- acquérir (42) des valeurs d'élévation de la surface de la mer en une pluralité de points, permettant de caractériser au moins un groupe de vagues, une vague étant assimilée à une onde définie par une période et une amplitude,
- calculer (44) au moins une grandeur caractéristique de chaque groupe de vagues,
- comparer (48) la grandeur caractéristique calculée à un seuil de dangerosité,
- si la comparaison indique un dépassement du seuil de dangerosité, lever (56) une alerte destinée audit système de commande.
1 1 .- Programme d'ordinateur comportant des instructions de code qui, lorsqu'elles sont mises en œuvre par un ou plusieurs processeurs de calcul de dispositifs programmables mettent en œuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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