筒型平台拖带风险预警及可视化系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及到一种水上交通安全预警系统，特别涉及到一种筒型平台拖带风 险预警及可视化系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，筒型基础海洋平台由于具有缩减工程量、节省投资以及可重复使用等优 点，在很多领域已经取代了传统的粧基，这对于我国边际油田的开发具有重要的意义。研究 筒型基础海洋平台的海上拖航风险，是筒型基础海洋平台投入实际使用的重要环节。如何 保障海上拖航安全、提高海上拖航风险预防效果越来越成为广大工程技术人员和科研工作 者，尤其是海上拖航相关部门关注的焦点问题。
[0003]目前，海上拖航作业存在相当的困难和复杂性：一是海上拖航作业面临的挑战越 来越大，作业的天气和港区作业环境复杂多变；二是单船的操纵运动就具有相当的复杂性， 双船的可控运动则更加难度；三是在远洋拖航作业中，需要用拖船通过拖缆来控制航向，但 是在具体作业中，很难对拖缆进行恰当的控制，操作不当会影响海上航行的安全以及造成 严重船舶颠覆事故；四是海上拖航控制的主观性强，缺乏有效的辅助拖航操纵控制设备。
[0004] 依靠现代化的计算机网络和通信设备，运用先进的智能处理算法，以定量和定性 相结合分析模式建立轨迹预测模型，这是现代海上数字化信息建设的重要内容之一。但是 关于船舶航行轨迹预测算法还存在船舶航行轨迹的预测精度不够理想、计算过程复杂等一 些不足。同时海上风险预警是海上应急管理的重要环节，预警的效果反映了海上安全主管 机关应急能力，成功的预警能够使人们在事故发生时做好充分的心理准备，提前做好应急 准备工作，降低事故造成的损失。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种筒型平台拖带风险预警及可视化系统，能 准确的预测拖带系统航行轨迹，对可能存在的航行风险进行及时、准确的识别、预警并给出 最优的风险缓解操作措施以供参考，同时当任务设备出现故障时发出告警信号，从而保障 拖带系统的安全。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种筒型平台拖带风险预警及 可视化系统，其特征在于：它包括：
[0007] 信息采集模块，用于采集水域航道环境、船舶交通流、水文气象、拖带系统拖船和 被拖筒型平台航行状态及任务设备运行状态信息，构建筒型平台拖带系统数据库；
[0008] 信息传输模块，用于建立基于各种通信模式的数据链网，制定自适应的数据交互 和通信协议，实现不同类型通信模式的切换，为其它模块之间在不同工作模式、不同工作环 境下的信息交互提供可靠的传输通道；
[0009] 拖带系统轨迹预测模块，用于根据筒型平台拖带系统数据库中的数据，基于MMG 理论构建筒型平台拖带系统船舶运动模型，并进一步采用卡尔曼滤波算法构建筒型平台拖 带系统轨迹预测模型，实现筒型平台拖带系统船舶轨迹预测，得到筒形平台拖带系统轨迹 预测信息；
[0010] 可视化模块，用于将筒形平台拖带系统轨迹信息与电子海图/电子江图坐标信息 相匹配，实现筒形平台拖带系统运动可视化；
[0011] 预警模块，包括航行风险预警子模块和任务设备故障告警子模块；其中航行风险 预警子模块用于从筒型平台拖带系统数据库中获取水域航道环境、船舶交通流信息，结合 实际情况确定预警范围，设定预警指标、预警条件和预警方式，并确定预警流程，依据拖带 系统轨迹预测信息进行航行风险预判，当拖带系统出现航行风险时发出预警信号；任务设 备故障告警子模块用于实时监控所有任务设备的运行状况，包括拖船、被拖筒型平台、拖 缆、信息采集传感器以及通信设备的运行状态，当任务设备出现故障时发出告警信号。
[0012] 按上述方案，所述的信息采集模块包括数据采集单元、预处理单元和数据融合单 元；其中数据采集单元用于利用传感器采集原始数据；预处理单元用于将原始数据进行去 噪处理，构成筒型平台拖带系统数据库；数据融合单元用于将筒型平台拖带系统数据库的 数据进行整理、分类和打包。
[0013] 按上述方案，所述的水域航道环境包括航道长cl、宽CW、水深cd，通过电子海图/ 电子江图、雷达、测深仪等获得；船舶交通流信息包括船舶位置（X，y)、速度V、航向0，通过 AIS、雷达等获得；水文气象信息包括航道水域风w、浪c、流f，通过气象仪、风速计、计程仪 等测量获得；拖带系统拖船和被拖筒型平台航行状态信息包括船舶位置（X，Y)、速度V、航 向S，通过MEMS传感器、AIS等获得。
[0014] 按上述方案，所述的拖带系统轨迹预测模块构建船舶运动模型时，是在考虑拖带 系统水平面运动中的横荡、纵荡和艏摇三自由度运动的基础上，结合通航环境信息，基于 MMG理论进行构建的。
[0015] 按上述方案，所述的拖带系统轨迹预测模块构建筒型平台拖带系统轨迹预测模型 时，基于卡尔曼滤波算法，根据筒型平台拖带系统的状态方程和观测方程，以最小均方差为 准则估计动态系统的状态。
[0016] 按上述方案，所述的航行风险预警模块的预警范围分为：碰撞事故、搁浅事故和 其他事故；所述的预警指标根据拖带风险预警范围确定，对于碰撞事故，将最近会遇距离 (DistancetoClosestPointofApproach，DCPA)、最近会遇时间（TimetoClosestPoint ofApproach，TCPA)进行加权综合作为预警指标；对于搁浅事故及其他事故风险，选取富裕 水深边界值作为预警指标。
[0017] 本发明的有益效果为：通过采用MMG理论和卡尔曼滤波算法，能准确的预测拖带 系统航行轨迹，并将拖带系统轨迹信息与电子海图/电子江图坐标信息相匹配，实现拖带 系统运动可视化；对外界环境造成的航行风险进行预警，结合实际通航水域的实际情况确 定预警范围，设定预警指标和预警条件，并确定预警流程，给出最优的风险缓解措施，同时 实时监控所有任务设备的运行状况，对设备运行安全提供保障。当拖带系统存在安全风险 时，对其动态行为实施监控并为控制中心提供及时的报警信息，实现拖带系统风险预警，保 障拖带系统的安全，减小事故风险。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明一实施例的结构示意图。
[0019] 图2为拖带系统坐标系示意图。
[0020] 图3为拖缆运动模型示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
[0022] 图1为本发明一实施例的结构示意图，它包括：
[0023] 信息采集模块，用于采集水域航道环境、船舶交通流、水文气象、拖带系统拖船和 被拖筒型平台航行状态及任务设备运行状态信息，构建筒型平台拖带系统数据库；
[0024] 信息传输模块，用于建立基于各种通信模式的数据链网，制定自适应的数据交互 和通信协议，实现不同类型通信模式的切换，为其它模块之间在不同工作模式、不同工作环 境下的信息交互提供可靠的传输通道；
[0025] 拖带系统轨迹预测模块，用于根据筒型平台拖带系统数据库中的数据，基于MMG 理论构建筒型平台拖带系统船舶运动模型，并进一步采用卡尔曼滤波算法构建筒型平台拖 带系统轨迹预测模型，实现筒型平台拖带系统船舶轨迹预测，得到筒型平台拖带系统轨迹 预测信息；
[0026] 可视化模块，用于将筒型平台拖带系统轨迹信息与电子海图/电子江图坐标信息 相匹配，实现筒型平台拖带系统运动可视化；
[0027] 预警模块，包括航行风险预警子模块和任务设备故障告警子模块；其中航行风险 预子警模块用于从筒型平台拖带系统数据库中获取水域航道环境、船舶交通流信息，结合 实际情况确定预警范围，设定预警指标、预警条件和预警方式，并确定预警流程，依据拖带 系统轨迹预测信息进行航行风险预判，当拖带系统出现航行风险时发出预警信号；任务设 备故障告警子模块用于实时监控所有任务设备的运行状况