多阶段离位技术的制作方法

本公开总体涉及移动式海上装置。更具体地但非限制性地，本公开涉及一种用于在离位操作期间取出自升船的系统。

背景技术：

自升船在海上工业中用于执行钻井作业以进入海床中的烃类储层的，为海上人员提供住宿，执行海上风电场安装，辅助执行有关的建设活动等。自升船可以指代例如自升式平台、起重平台、自升式驳船、移动式海上钻井装置(modu)、移动式海上生产装置(mopu)等。

通常，自升船包括船体和一个或多个腿，该一个或多个腿从船体向下延伸或穿过船体向下延伸。船体是浮起的，并且适于在水中漂浮。腿被设计为以升高状态支撑船体。腿可以延伸穿过设置在船体中的开口，或者可以附接到船体的侧面。升降系统可以刚性地附接到船体，以允许腿相对于船体垂直移动来升高(或降低)船体。自升船在两种主要状态下操作：(i)漂浮状态，在该状态下，所有腿的立脚离开海床，并且整个船舶结构由船体的浮力支撑；和(ii)升高状态，在该状态下，腿被下降到海床中，以由海床牢固地支撑，并且船体被升高到吃水线上方，在船体与吃水线之间具有正气隙。当船舶以漂浮状态移动到期望的海上位置并且船舶的状态在该位置处从漂浮状态变为升高状态时，这种操作俗称为“就位”操作。相反，当船舶从海上位置移开并且船舶的状态从升高状态变回至漂浮状态时，这种操作俗称为“离位”操作。

技术实现要素：

为了提供对所要求保护主题的一些方面和特征的基本理解，包括以下概括。该概括不是广泛概述，由此可见，它不旨在具体识别所要求保护主题的关键或重要元素或勾画所要求保护主题的范围。该概括的唯一目的是以简化形式提出所要求保护主题的一些概念，作为下面提出的更详细描述的前奏。

根据一个或多个实施方式，一种系统包括第一接口，该第一接口接收指示自升船的位置位移的传感器输出。系统还包括存储器和通信地耦合到存储器和第一接口的一个或多个处理器。一个或多个处理器执行存储在存储器中的程序指令，以便使得一个或多个处理器：获得与自升船对应的第一组条件和第二组条件；基于第一组条件下的自升船的第一结构分析，确定自升船的第一允许操作范围(例如，第一允许操作范围对应于自升船的第一船体吃水水平)；基于第一组条件和第二组条件下的自升船的第二结构分析，确定自升船的结构利用率；在结构利用率小于或等于预定值时，确定将自升船从具有正气隙的升高状态降低到消除正气隙的第一船体吃水水平是安全的；在船处于第一船体吃水水平的同时，从第一接口获得第一位置位移数据；并且在第一位置位移数据指示自升船在第一船体吃水水平时的位置位移在第一允许操作范围内时，指示将自升船从第一船体吃水水平降低至更深的第二船体吃水水平是安全的。

在另一个实施方式中，一种非暂时计算机可读记录介质存储计算机可读程序，该计算机可读程序能够由一个或多个处理器执行以执行操作，这些操作包括：接收指示自升船的位置位移的传感器输出；获得与自升船对应的第一组条件和第二组条件；基于第一组条件下的自升船的第一结构分析，确定自升船的第一允许操作范围(例如，第一允许操作范围对应于自升船的第一船体吃水水平)；基于第一组条件和第二组条件下的自升船的第二结构分析，确定自升船的结构利用率；在结构利用率小于或等于预定值时，确定将自升船从具有正气隙的升高状态降低到消除正气隙的第一船体吃水水平是安全的；在船处于第一船体吃水水平的同时，获得指示位置位移的第一位置位移数据；以及在第一位置位移数据指示自升船在第一船体吃水水平时的位置位移在第一允许操作范围内时，指示将自升船从第一船体吃水水平降低至更深的第二船体吃水水平是安全的。

在另一个实施方式中，一种自升船包括：船体，该船体适于漂浮；多个腿，该多个腿大致垂直于船体延伸；位置位移传感器，该位置位移传感器感测自升船的位置位移；存储器；以及一个或多个处理器，该一个或多个处理器通信地耦合到存储器。该一个或多个处理器执行存储在存储器中的程序指令，以便使得一个或多个处理器：获得与自升船对应的第一组条件和第二组条件；基于第一组条件下的自升船的第一结构分析，确定自升船的第一允许操作范围(例如，第一允许操作范围对应于自升船的第一船体吃水水平)；基于第一组条件和第二组条件下的自升船的第二结构分析，确定自升船的结构利用率；在结构利用率小于或等于预定值时，确定将自升船从具有正气隙的升高状态降低到消除正气隙的第一船体吃水水平是安全的；在船处于第一船体吃水水平的同时，从位置位移传感器获得第一位置位移数据；并且在第一位置位移数据指示自升船在第一船体吃水水平时的位置位移在第一允许操作范围内时，指示将自升船从第一船体吃水水平降低至更深的第二船体吃水水平是安全的。

附图说明

图1以轮廓图示出了根据一个或多个实施方式的处于升高状态的自升船。

图2以轮廓图示出了根据一个或多个实施方式的在开始离位操作之后处于过渡状态的自升船。

图3以轮廓图示出了根据一个或多个实施方式的处于漂浮状态的自升船。

图4以框图形式示出了根据一个或多个实施方式的控制系统。

图5以流程图形式示出了根据一个或多个实施方式的控制系统的操作。

图6示出了根据一个或多个实施方式的允许操作范围。

图7示出了根据一个或多个实施方式的图形用户界面(gui)的屏幕截图。

具体实施方式

本公开涉及改进的自升船以及用于改进其操作的系统和计算机可读介质。本文公开的技术旨在帮助人员并使自升船的离位操作自动化。特别地，可以基于自升船的条件(例如，自升船所安置的现场条件、船条件和/或环境条件)来执行自升船的结构分析。可以基于由结构分析识别的船物理极限，对于多个船体吃水水平确定限定水中的船体运动(位移)最大可允许极限(或最大允许极限，maximumpermissiblelimits)的可允许操作范围(或允许操作范围，permissibleoperatingranges)(例如，视圈)。可以找到使用船上仪器测量的实际环境条件(例如，测得的具有方向性的被测浪高、波传播、周期以及风驱动和涌浪这两者的波浪能的组成信息)下的自升船的最大利用率，并且将其用于进行关于将船降到水中(即，开始离位或拔腿操作)是否安全的初步评估。在找到利用率时，可以使用测得的环境条件，而不是依赖高度主观的人类观察或一般的波浪预报。在将船降到水中时，可以使用另外的船上仪器来跟踪船体由于环境引起的响应，并且如果响应在先前确定的可允许操作范围内，则可以继续拔腿操作。可以将在多个船体吃水深度处测得的船体运动与对应的视圈进行比较，以确定测得的条件是否在船的可接受的操作极限内，以便以多个阶段进行离位操作。由此，人员可以更准确地确定船的腿是否可以从海床安全地拔出。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了大量具体细节，以便提供所公开概念的透彻理解。作为本说明书的一部分，本公开的一些附图以框图形式表示了结构和装置，以便避免使所公开概念的新颖方面模糊。为了清楚起见，并未描述实际实施方案的所有特征。进一步地，作为本说明书的一部分，本公开的一些附图可以以流程图的形式提供。任何特定流程图中的方框都可以按特定顺序呈现。然而，应理解，任何给定流程图的特定顺序仅用于例示一个实施方式。在其他实施方式中，可以删除流程图中描绘的各种元素中的任何一个，或者可以以不同的顺序甚至同时执行所例示的操作序列。另外，其他实施方式可以包括未作为流程图的一部分描绘的另外步骤。而且，在本公开中使用的语言主要被选择为可读性和指示目的，而不是被选择为描绘或限制发明主题，必须依靠权利要求来确定这种发明主题。在本公开中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意指所公开主题的至少一个实施方式中包括关于实施方式描述的特定特征、结构或特性，并且对“一个实施方式”或“实施方式”的多个引用不应被理解为必须全部提及同一实施方式。

将理解，在任何实际实施方案的开发中(如在任何软件和/或硬件开发项目中)，必须做出大量决策来使开发人员实现特定目标(例如，遵守与系统和业务相关的约束)，并且这些目标可能因实施方案而异。还将理解，这种开发努力可能复杂且耗时，虽然如此，但这种开发努力将是具有本公开权益的显示系统的设计和实施中的普通技术人员的日常任务。

图1示出了根据一个实施方式的处于升高状态的自升船100。自升船100可以是自升式钻塔(如图1所示)、起重平台、自升式驳船、移动式海上钻井装置(modu)、移动式海上生产装置(mopu)、移动式海上风电场安装单元等。如图1所示，船100包括船体110、一个或多个腿120、升降系统130以及控制系统170。船体110是浮起的并且适于支撑包括腿120和任何船上货物的船100的重量。当船100处于升高状态时，船体110升高到吃水线150上方，并且在船体110与吃水线150之间具有正气隙。在升高状态下，船100的重量由腿120支撑，这些腿120已降低到海床140中。腿120可设置有适于穿入海床140中的立脚(例如，桩靴等)160。一旦被预加载，腿120就可通过在船100与海床140之间传递载荷来支撑船100。升降系统130可以固定地附接到船体110，以相对于腿120升高和降低船体110，以便使船100从升高状态过渡到漂浮状态，反之亦然。升降系统130的示例性实施方案可以包括齿条与齿轮机构。当船100处于升高状态时，升降系统130可以操作为将船体110降低到水中，直到船体110的浮力足以取出并升高腿120。进一步地，升降系统130可以操作为一旦船100已经完成其向升高状态(或漂浮状态)的过渡，就将腿120相对于船体110锁定到位。

在图2所示的过渡状态下例示了将船100从升高状态过渡到漂浮状态的过程，通常称为离位。在船体110位于吃水线150上方且腿120将船体110支撑在升高状态(图1)的时间与在船体110的浮力在腿120不再与海床140接触的情况下将船100支撑在漂浮状态下(图3)的时间之间存在一段时间。在该过渡时段期间，由于可能在船100的一个或多个部分上发生的载荷，环境可能引起船体110或船100的运动。更具体地，循环波浪引起的载荷可能导致腿120和升降系统130的加载由于静态和浮力载荷以及稳定的风/海流引起载荷而绕其平均值振荡。作用在船体110或船100上的波浪载荷可以作为内部载荷借助升降系统130和腿120传递到海床140，并且可能影响船100的一个或多个部分。进一步地，波浪的周期性可能引起惯性载荷，这些载荷借助升降系统130和腿120从它们的原点传递到海床140。这些载荷可能损坏船100的一个或多个部分，由此，必须建立船100在离位操作期间可以承受的载荷的可允许结构极限(或允许结构极限，allowablestructurallimits)。

在一个实施方式中，控制系统170可以用于确定船100在给定条件下的离位操作的可行性。另外，在一些实施方式中，控制系统170还可以控制离位操作的至少一部分。控制系统170可以操作为例如基于对于给定环境、地点以及船100的条件确定的利用率，并且基于船体110的运动数据与可允许操作范围的比较，来确定船100是否处于用于离开位置将船100取出的预定可接受的操作极限内。在一个实施方式中，控制系统170可以设置在船100上，以在离位时辅助操作人员控制船100的操作。在一个或多个其他实施方式中，控制系统170可以部分地设置在船100上，并且部分地设置在陆地上(例如，在通信地耦合至船上控制系统170的服务中心处)。控制系统170可以与船上仪器(未在图1中具体示出)耦合，以在船100受到气象学和(物理)海洋学(海洋中)条件(例如，风、海流、波浪能)时获得环境信息和运动信息，例如船100的纵荡、摇摆、起伏、偏航、俯仰以及侧倾。控制系统170还可与基于陆地和/或基于卫星的仪器(例如，来自卫星的气象数据)耦合。通常，控制系统170可以通过预测在给定环境下施加在船100上的结构载荷在用于离位的过渡时段期间是否在可接受的操作极限内，来协助操作人员确定在给定条件下离位是否安全。

更具体地，控制系统170可以通过确定船100可以承受的载荷的实际可允许结构极限，来执行结构分析并建立用于离位的可允许操作范围。基于所确定的可接受的操作极限，当船100处于如图1所示的升高状态时，控制系统170可以首先输出指示，该指示辅助操作人员确定在给定的环境、地点以及船条件下将船100降低至水中以开始离位操作是否安全。条件可以是使用船上仪器测量的实际测量条件。在一个实施方式中，控制系统170可以首先指示将船体110降低至中间船体吃水深度(如例如图2所示)是安全的，该中间船体吃水深度小于(或浅于)船体110的载重线船体吃水深度(如例如图3所示)。在船体110降低至中间船体吃水深度的同时，控制系统170可以再次使用船上仪器来确定实时船体运动(例如，船体的纵荡和摇摆运动)，并且将观察到的船体运动与建立的可允许操作范围进行比较，以确定船的行为是否在可允许结构极限内。如此处所用的，并且如图2至图3所示，术语“船体吃水深度”指代船体110在腿120的不同条件下浸入水中的距离。基于该比较，控制系统170还可以指示将船体110降低到更低的高度或最大船体吃水深度以从海床140取出腿120(例如，漂浮状态的船100的载重线船体吃水深度或大于载重线船体吃水深度的船体吃水深度)是安全的。可以将船体110降低到大吃水深度(例如，大于载重线船体吃水深度)，以便形成足够的额外浮力和腿拉力，以将腿120从海床140取回或收回。而且，要从中取出船100的给定地点处的土壤刚度可能在海床140附近以低刚度分层到下面的相当大的深度，从而导致腿到海床中的大穿入。在这种地点处，可能需要更大的拔腿力，因此可能需要更多的船体110在水中。这些地点还可能需要更长的时间来使腿120从海床140松开。

图4示出了根据一个或多个实施方式的控制系统170的框图。如图4所示，控制系统170包括计算装置400、复数n个信号处理单元(spu)以及复数n个传感器。在图4所例示的示例中，n个信号处理单元包括spu1470a、spu2470b以及spun470n，并且n个传感器包括传感器1480a、传感器2480b以及传感器n480n。传感器1-n480a-480n可以经由spu1-n470a-470n与计算装置400分别耦合。另选地，多个传感器可以经由同一信号处理单元与计算装置400耦合。计算装置400可以包括处理器模块410、存储器420、存储装置430、输入接口440、输出接口450以及网络接口460。控制系统170的一个或多个部件可以是便携式的。例如，所有计算装置400、传感器1-n480a-480n以及spu1-n470a-470n可以是便携式的，并且可以从船100移动到另一艘船。进一步地，控制系统170可以设置在船100上。另选地，控制系统170的一个或多个部件可以设置在船100上，并且控制系统170的其他部件可以设置在远离船100的一个或多个位置处(例如，基于陆地的远程监测中心或作为基于云的网络的一部分)。

传感器1-n480a-480n可以包括以下中的一个或多个：全球定位系统(gps)传感器、风速计、导航雷达、海面扫描和测量装置、运动传感器、运动参考单元(mru)或其他海洋中传感器。传感器1-n480a-480n可以感测对应于船100的不同条件。例如，传感器1-n480a-480n可以感测以下条件中的一个或多个：海洋中条件(例如，波浪能、波浪谱、浪高、波浪周期、风速、海流速度、吃水深度、盐度、气温、湿度)；方位条件(例如，波浪能(风驱动和涌浪这两者)相对于船100的航向在海面状态下来自的方向)；现场条件(例如，其上方安置船100的海床140的土壤特性、船100所在位置的水深、指示船100的腿120穿入海床140中多深的腿穿入深度)；以及船条件(例如，船体吃水深度、船体110的倾斜度、船体110与吃水线150之间的气隙)。传感器1-n480a-480n可以设置在船体110、腿120或立脚160上。另选地，传感器1-n480a-480n中的一个或多个可以设置在远离船100的位置处，并且通信地耦合到计算装置400。传感器1-n480a-480n可以响应于诸如风、波浪以及海流的海洋中条件而感测到船100的一个或多个部分的运动信息(位置位移)。例如，传感器1-n480a-480n中的一个或多个可以感测围绕船体的六个自由度中的每个自由度的运动(纵荡、摇摆、起伏、偏航、俯仰以及侧倾)，以计算船体110的位移。计算装置400可以经由有线连接或无线连接从传感器1-n480a-480n接收信息。在一个实施方式中，传感器1-n480a-480n包括以周期性间隔捕获船体110的运动数据的一个或多个mru以及海面扫描和测量装置。由mru捕获的数据可以在输出到用户之前进行处理和分析。mru可以测量旋转速度和平移加速度，该旋转速度和平移加速度可以基于积分常数转换为船体110的运动。mru可以设置在船100上，使得它定位在船100的漂心(cof)处，以测量船体110的运动(例如，纵荡和摇摆)。可在船100的不同部分中设置另一个mru，以补偿由海面扫描和测量装置(例如，尖头朝下浪高测量装置)执行的气隙计算。传感器1-n480a-480n还可以包括海军级导航雷达。从导航雷达输出的数据可以由对应的信号处理单元(即，雷达处理单元)处理，以检测船100附近的对象(例如，船舶)。进一步地，基于扫掠操作从导航雷达输出的视频可以由雷达处理单元处理，以识别波浪能信息(例如，浪高、波浪方向、波浪周期)，该信息可以在离位操作期间显示和使用。雷达可以定位在船100上，使得雷达的掠角可以是至少50°。

在一个实施方式中，计算装置400可以是通用计算机系统，诸如台式、膝上型、笔记本或平板计算机系统。计算装置400也可以是便携式电子装置，诸如个人数字助理(pda)或智能手机。处理器模块410、存储器420、存储装置430、输入接口440、输出接口450以及网络接口460可以经由系统总线、底板或交换结构彼此耦合。处理器模块410可以包括一个或多个处理单元，各个处理单元可以包括至少一个中央处理单元(cpu)和零个或多个图形处理单元(gpu)；各个处理单元又可以包括一个或多个处理核。各个处理单元可以基于精简指令集计算机(risc)或复杂指令集计算机(cisc)架构或任何其他合适的架构。处理器模块410可以是单个处理器元件、片上系统、集成电路(ic)的封装集合或贴附到一个或多个基板的ic集合。存储器420可以包括由处理器模块410使用的一种或多种不同类型的介质(通常为固态)。例如，存储器420可以包括存储缓存、只读存储器(rom)和/或随机存取存储器(ram)。存储装置430可以包括一个或多个永久存储介质，这些永久存储介质包括例如磁盘(固定的、软式的以及可移动的)、诸如cd-rom和数字视频光盘(dvd)的光学介质、以及诸如电可编程只读存储器(eprom)和电可擦可编程只读存储器(eeprom)的半导体存储装置。存储器420和存储装置430可以用于保留媒体(例如，音频、图像以及视频文件)、结构分析数据、数学模型、有限元模型、流体力学模型、船100数据、现场数据、海洋中数据、船体110运动数据、结构分析结果数据、算法、被组织为一个或多个模块并以任何期望计算机编程语言编写的计算机程序指令或代码、以及任何其他合适的数据。当由处理器模块410执行时，这种计算机程序代码可以实施此处描述的方法和动作中的一个或多个。在一个实施方式中，计算装置400还可以包括记录日志490a处理，该处理用于对由传感器1-n480a-480n生成的数据进行基于时间的存储。由此，由传感器1-n480a-480n生成的信息可以在存储装置430中进行基于时间的存储，该信息包括表示由传感器1-n480a-480n生成的数据的输出gui(屏幕)数据和音频/视频数据。例如，由传感器1-n480a-480n获得的海洋中数据(包括雷达视频数据)和指示升降系统130中的齿轮载荷的齿轮载荷数据可以进行基于时间的存储，该齿轮载荷基于将腿120从海床140拔出时的升降系统130的马达的功率输出水平而确定。所记录的数据可以被快速且安全地访问，以便用于随后的分析、报告、明智的决策以及模型的校准，这些模型用于执行结构分析，以确定船100的可接受的操作极限。例如，记录490a过程可以使用符合用于过程控制(opc)标准的对象链接和嵌入(ole)的历史数据记录来实施。

进一步地，计算装置400包括输出接口450，该输出接口可以是显示器(例如，液晶显示器(lcd)或另一种类型的显示器)，该显示器允许用户查看由计算装置400生成的图像和其他输出。输出接口450可以包括触摸屏，该触摸屏允许用户与由在计算装置400上执行的一个或多个程序生成的图形用户界面(gui)交互。另外或者另选地，计算装置400可以将图像发送到另一个装置(例如，船100上的单独控制系统或远离船100的装置)的显示器。输出接口450可以包括可以被控制系统170用于向用户传达信息的任何听觉、视觉和/或其他感觉接口。计算装置400还可以包括广播490b处理，该处理用于经由网络接口460将从传感器1-n480a-480n获得的数据广播到船100上的多个装置和/或在远离船100的一个或多个位置处的多个装置(例如，岸上位置或其他海上位置处的装置)。例如，计算装置400可以广播数据，使得可以经由诸如因特网的网络安全地访问数据。计算装置400还可以包括允许用户与计算装置400交互的一个或多个输入接口440(例如，小键盘、鼠标、触摸板、触摸屏、一个或多个开关、按钮等中的一个或多个)。可以理解，gui可以是一种用户界面，该用户界面允许用户借助例如图形图标、视觉指示器等与计算装置400和/或控制系统170交互。在一个实施方式中，输入接口440可以在离位操作期间经由网络接口460接收用于操作船100的数据或指令。例如，输入接口440可以接收可能被用于控制对船100的操作的海洋中数据(metoceandata)。另选地或者另外，输入接口440还可以从远程位置接收指令，这些指令用于基于经由输出接口450发送到远程位置的传感器1-n480a-480n的数据，在离位操作期间操作船100。在一个实施方式中，可以使用在计算装置400上同时且独立地运行的各个虚拟机，来实施记录日志490a、数据显示、广播490b以及由计算装置400提供的其他功能(例如，故障排除)。另外，计算装置400可以包括网络接口460，该网络接口允许计算装置400与各种其他电子装置和/或传感器1-n480a-480n接口连接。网络接口460可以包括蓝牙接口、局域网(lan)或无线局域网(wlan)接口、以太网连接等。网络接口460可以使用任何合适的技术(例如，有线或无线的)和协议(例如，传输控制协议(tcp)、互联网协议(ip)、用户数据报协议(udp)、互联网控制消息协议(icmp)、超文本传输协议(http)、邮局协议(pop)、文件传输协议(ftp)、互联网消息访问协议(imap)、modbus协议、过程现场网络协议(profinet)以及过程现场总线协议(profibus))。

参照图5，离位操作500例示了根据一个或多个实施方式的、控制系统170可以采取的动作。离位操作500从方框505开始，在方框505中，控制系统170获得用于执行船100的结构分析的数据。该数据可以从一个或多个来源获得，包括传感器1-n480a-480n、输入接口440、存储器420、存储装置430以及网络接口460。在一个实施方式中，数据可以包括以下中的一个或多个：现场条件、船条件以及(假定的)环境条件。

在方框510处，控制系统170基于在方框505处获得的现场条件、船条件以及(假定的)环境条件的数据，来执行船100的结构分析。结构分析可以包括使用具有动态放大因数的准静态结构分析，来预测在离位操作期间的、在船体110在水中而腿120完全卡住或部分卡住时的应力水平和船体运动。结构分析可以考虑以下内容中的一个或多个：其上安置船100的海床140的土壤特性、船100的位置处的水深、指示船100的腿120穿入海床140中多深的腿穿入深度、船体110与吃水线150之间的气隙、船体110的吃水水平、主导波浪能(风驱动或涌浪)的振幅和方向、船体110的倾斜度、升降系统130的刚度、以及腿120、船体110和升降系统130的结构能力。波浪能可被认为包括风驱动的波浪分量和涌浪分量。在一个实施方式中，当涌浪在船100的局部环境中主导时，可以使用规则波来执行结构分析。当风驱动波浪在船100的局部环境中主导时，可以使用随机波浪执行结构分析。另选地，可以使用具有不同方向和周期的涌浪和风驱动波浪的组合来执行结构分析。控制系统170可以基于从传感器1-n480a-480n接收的数据来确定是涌浪主导还是风驱动波浪主导。另选地，该信息可以由用户提供。

结构分析还可以包括：基于船100的数学模型执行有限元分析，以确定在各种假定环境条件(例如，风速、波浪能、波浪周期、浪高、海流、相对于船100的风、波浪和海流能量来自的方向)以及特定的现场和船条件(例如，其上安置船100的海床140的土壤特性、船100的位置处的水深、指示船100的腿120穿入海床140中多深的腿穿入深度、船体110与吃水线150之间的气隙)下作用在船100上的载荷。有限元分析可以包括表示船100的整体结构的有限元(例如，梁元、板元等)。例如，在载荷由于各种假定的环境条件而施加到系统的同时，可以当在离位操作期间将腿120从完全卡住(腿120到海床140中的完全穿入深度处)位置或部分卡住(小于腿120到海床140中的完全穿入)位置拔出海床140时，对腿120与升降系统130的相互作用建模。结构分析还可以包括执行船100的流体力学分析。例如，可以创建流体力学模型来计算在假定的环境条件下作用在船100上的力。在执行结构分析时，可以假定与船100或船/土壤系统的一个或多个部分对应的不同的土壤刚度条件和阻尼值，来预测船体110的运动以及引起船体运动的船100上的波浪载荷。例如，在离位操作期间，船100所定位在的土壤的软粘土条件可能需要大的船体110透支和逐腿拔出努力(例如，由于立脚160被卡住)。具有深腿穿入和漫长拔腿操作的软粘土壤的地点呈现与高拔力和到环境的延长暴露关联的风险。因此，可以关于船100的所有腿120被完全卡住或一个或多个腿被部分地松开而开发不同的土壤刚度模型，并且可以基于所确定的土壤刚度模型来执行船100的结构分析。然后可以基于分析来确定船100可以承受的载荷的最大可允许结构极限。

一旦识别了产生船100可以承受的载荷的最大可允许结构极限的条件，就可以准备可允许的浪高数据，并且可以使用这些限制条件来建立在为了取出而拔动腿120时的各种船体110吃水水平的可允许船体偏移包络，从而确定不同船体吃水深度和/或基础条件(例如，完全/部分卡在/松开在海床140中的腿120的数量)下的船100的一个或多个可允许操作范围(方框515)。由此，可以基于船100可以承受的载荷的实际可允许结构极限来确定用于离位的船100的可允许操作范围。即，可以基于特定于船100的结构分析来确定用于离位的允许操作范围。还可以基于表示最坏情况条件(例如，土壤刚度和/或被完全/部分卡住/松开的腿120的数量)的假定载荷和基础条件来确定可允许操作范围。更进一步地，可以基于船100与船100所位于的其他基础设施的接近度来确定可允许操作范围。例如，可允许操作范围可以被设置为防止血管100与任何邻近基础设施(例如，平台)的任何结构特征之间的接触。在方框515处确定的可允许操作范围可以显示在显示器上。

在方框520处，控制系统170可以获得给定的地点和船条件(例如，上面安置船100的海床140的土壤特性、船100的位置处的水深、和/或指示船100的腿120穿入海床140中多深的腿穿入深度)和给定的环境条件(例如，风、海流、风驱动波浪和涌浪能量、风驱动波浪和涌浪周期、风驱动波浪和涌浪高度、相对于船100的能量来自的方向、风驱动波浪和涌浪能量在对应峰值时段附近有多集中或窄带的度量)，并且基于给定地点、船以及环境条件确定结构利用率(统一检查或“uc”)。给定的地点和环境条件可以是使用船上仪器(例如，一个或多个传感器1-n480a-480n)获得的实际测量条件。在一个实施方式中，结构利用率的最大可接受值可以是100％或1.0(即，“统一”)。结构利用率可以指示所获得的地点和环境条件是否可能导致船100超过其可接受的操作极限。

在一个实施方式中，结构分析可以在开始离位操作之前很久就执行，并且其结果可以作为结构响应的矩阵存储在存储装置430中，这些结果指示船100在不同的地点和船条件(其上安置船100的海床140的土壤特性、船100的位置处的水深、指示船100的腿120穿入海床140中多深的腿穿入深度、船体吃水深度、船体110的倾斜度、升降系统130的刚度，以及腿120、船体110和升降系统130的结构能力)以及假定的环境条件(例如，波浪能、波浪周期、浪高、风、海流、相对于船100的能量来自的方向)下的可接受的操作极限(即，船100可以承受的载荷的可允许结构极限)。例如，分析结果可以与各种地点和船条件以及假定的环境条件相结合地存储在查找表中。然后，在方框520处，控制系统170可以从可用的存储的结果数据矩阵进行插值，以在给定的地点、船以及环境条件下为船100产生条件特定的结构利用率。另选地，方框510处的结构分析可以在船100上或者借助于船外系统实时地进行，并且可允许操作范围(方框515)和结构利用率(方框520)可以基于实时执行的结构分析来确定。在方框520处获得的环境条件可以是使用船上仪器(例如，一个或多个传感器1-n480a-480n)获得的船100的地点处的测量或实际条件。由此，控制系统170可以使用船上仪器来确定实际波浪能。然后，控制系统170可以针对具有不同方向和周期的风驱动波浪和涌浪的给定组合确定地点特定的结构利用率。另选地，环境条件可以表示对海洋中条件的预测，这些海洋中条件指示预测条件在预定的将来时段内将是什么。气象条件可以从传感器1-n480a-480n或从外部来源获得。图7的gui700中进一步例示了结构利用率的确定。

在方框525处，控制系统170确定结构利用率是否小于或等于预定值。在一个实施方式中，在方框505-525处，船100在船体110如图1所示在吃水线150上方的情况下可以处于升高状态。基于方框525的确定结果，可以将船体110降低到水中。由此，如果控制系统170确定结构利用率小于或等于预定值(在方框525处为“是”)，则控制系统170可以指示将船100从升高状态降到第一船体吃水水平是安全的(方框535)。第一船体吃水水平可以是中间船体吃水水平，该水平小于船体110的载重线船体吃水水平。例如，船体110的中间船体吃水水平可以是8-10英尺。如果控制系统170确定计算出的结构利用率大于预定值(在方框525处为“否”)，则控制系统170可以指示继续离位操作是不安全的(即，将船100从升高状态降低至水中是不安全的)。在环境条件改善之前，不进行离位操作(方框530)。例如，在方框530处，控制系统170可以生成警报，该警报可以显示在显示器上，以指示将不进行或继续离位操作。在方框530处，控制系统170也可以被编程为将船100自动地维持在升高状态或开始将船100升高到升高状态，而无需用户进行任何操作。在一个实施方式中，在方框535处，控制系统170可以被编程为自动开始将船100从升高状态降低到第一船体吃水水平，而无需用户进行任何操作。在另一个实施方式中，在方框535处，控制系统170可以简单地用信号通知用户将船100降低到水中是安全的。

在方框540处，在船体110处于第一船体吃水水平的同时，控制系统170可以获得船体110的位置位移数据。在船体110处于第一船体吃水水平的同时，可以通过船100上的仪器(例如，传感器1-n480a-480n)测量位置位移数据。进一步地，在方框540处，可以在预定的时间段(例如，30分钟)内检查船体110的水密完整性，在该预定时间段期间，控制系统170可以获得处于第一船体吃水水平的船体110的位置位移信息。水密完整性检查可以包含检查是否存在可能使得船体110接纳水的、对船体110的任何损坏，并且检查连接到船体110的通海阀中的泄漏。在一个实施方式中，可以获得船体110的纵荡/摇摆运动值，作为位置位移数据。纵荡/摇摆运动值可以是由传感器1-n480a-480n(例如，mru)提供的实时测量值。可以在方框540处在至少预定时间段内测量位置位移数据。例如，位置位移数据可以被测量至少10分钟。位置位移数据也可以周期性地测量。例如，位移数据可以每秒测量一次。

在方框545处，可以将在第一船体吃水水平处获得的位置位移数据与第一可允许操作范围(例如，在方框515处确定)进行比较，以确定在第一船体吃水水平处获得的位置位移数据是否在由第一可允许操作范围定义的阈值内。以示例的方式，当船体110运动数据在由第一范围定义的阈值内时，可以确定在第一船体吃水水平处的位置位移数据在由第一可允许操作范围定义的阈值内。换言之，如果任何当前的船体110运动数据在由第一范围定义的阈值之外，则可以确定在第一船体吃水水平处的位置位移数据不在阈值内。第一船体吃水水平处的位置位移数据和第一可允许操作范围可以呈现在显示器上，以辅助用户进行比较。在一个实施方式中，用户然后可以确定在第一船体吃水水平处获得的位置位移数据是否在阈值内。在另一个实施方式中，控制系统170可以在用户没有任何辅助的情况下确定在第一船体吃水水平处获得的位置位移数据是否在阈值内，并且经由输出接口450输出确定的结果。在方框545处，可以在预定的时间段内(例如，贯穿执行水密完整性检查的时段)执行比较，同时将比较结果连续地输出给用户。

如果确定在第一船体吃水水平处获得的位置位移数据在由第一可允许操作范围定义的阈值内(方框545处为“是”)，则控制系统170可以指示将船100从第一船体吃水水平降到第二船体吃水水平是安全的(方框555)。第二船体吃水水平可以是最大船体吃水水平，该水平等于或大于船体110的载重线船体吃水水平。例如，船体110的最大船体吃水水平可以比船体110的载重线船体吃水水平大3-4英尺，或者在一个特定示例中，约为21英尺。进一步地，在方框555处，控制系统170可以被编程为在确认水密完整性检查已经成功完成之后自动开始将船100从第一船体吃水水平降低到第二船体吃水水平，而无需用户进行任何操作。在另一个实施方式中，在方框555处，控制系统170可以简单地用信号通知用户将船100进一步降低至第二船体吃水水平是安全的。另一方面，如果确定在第一船体吃水水平处获得的位置位移数据不在由第一可允许操作范围定义的阈值内(方框545处为“否”)，则控制系统170可以指示继续离位操作是不安全的(即，将船100从第一船体吃水水平降到第二(更深)船体吃水水平是不安全的)(方框550)。在方框550处，控制系统170还可以指示船100应该从第一船体吃水水平升高到具有正气隙的升高状态。在一个实施方式中，在方框550处，控制系统170可以被编程为自动开始将船100从第一船体吃水水平升高到比第一船体吃水水平浅的船体吃水水平或升高到升高状态，而无需用户进行任何操作。在另一个实施方式中，在方框550处，控制系统170可以简单地用信号通知用户将船100从第一船体吃水水平升高到比第一船体吃水水平浅的船体吃水水平或提高至离开水的升高状态。如果位置位移数据超出由第一可允许操作范围定义的阈值，则这并不意味着船100承受过度应力。相反，这意味着如果操作移到达到第二(更深)船体吃水水平的下一个阶段，则可以预期的是，腿120和/或升降系统130上的应力水平将高于船100可以承受的载荷的可允许结构极限。在这种情况下，无法继续离位操作。

在方框560处，控制系统170可以获得在船体110处于第二船体吃水水平时的船体110的位置位移数据。在船体110处于第二船体吃水水平的同时，可以通过船100上的仪器(例如，传感器1-n480a-480n)测量位置位移数据。在一个实施方式中，可以获得船体110的纵荡/摇摆运动值，作为位置位移数据。纵荡/摇摆运动值可以由传感器1-n480a-480n实时测量。位置位移数据可以周期性地测量。例如，位移数据可以每秒测量一次。

在方框565处，可以将在第二船体吃水水平处获得的位置位移数据与第二可允许操作范围(例如，在方框515处确定)进行比较，以确定在第二船体吃水水平处获得的位置位移数据是否在由第二可允许操作范围定义的阈值内。以示例的方式，当船体110运动数据在由第二范围定义的阈值内时，可以确定在第二船体吃水水平处的位置位移数据在由第二可允许操作范围定义的阈值内。换言之，如果任何当前的船体110运动数据在由第二范围定义的阈值之外，则可以确定在第二船体吃水水平处的位置位移数据不在阈值内。第二可允许操作范围可以与第一可允许操作范围不同(例如，大于)。在一个实施方式中，当确定在第一船体吃水水平处获得的位置位移数据在由第一范围定义的阈值内时(方框545处为“是”)，则可以获得在将船100从第一船体吃水水平降低至第二船体吃水水平时的位置位移数据，并且将其与第二可允许操作范围进行比较，以确定拔腿操作的进行安全性。在另选实施方式中，可以获得在将船100从第一船体吃水水平降低至第二船体吃水水平时的位置位移数据，并将其与除第一和第二可允许操作范围之外的可允许操作范围进行比较。第二船体吃水水平处的位置位移数据和第二可允许操作范围可以显示在显示器上，以辅助用户进行比较。在一个实施方式中，用户然后可以确定在第二船体吃水水平处获得的位置位移数据是否在阈值内。在另一个实施方式中，控制系统170可以在用户没有任何辅助的情况下确定在第二船体吃水水平处获得的位置位移数据是否在阈值内，并且经由输出接口450输出确定的结果。在方框565处，可以在预定的时间段内执行比较，同时将比较结果连续地输出给用户。

如果确定在第二船体吃水水平处获得的位置位移数据在由第二可允许操作范围定义的阈值内(方框565处为“是”)，则控制系统170可以指示继续离位操作是安全的(方框575)。如果确定在第二船体吃水水平处获得的位置位移数据不在由第二可允许操作范围定义的阈值内(方框565处为“否”)，则控制系统170可以指示继续离位操作是不安全的(即，将船100以第二船体吃水水平保持在水中是不安全的)(方框570)。在方框570处，控制系统170还可以向用户指示将船100从第二船体吃水水平升高到比第二船体吃水水平浅的船体吃水水平或升高到第一船体吃水水平或具有正气隙的升高状态。在一个实施方式中，在方框570处，控制系统170可以被编程为自动开始将船100从第二船体吃水水平升高到比第二船体吃水水平浅的船体吃水水平或升高到第一船体吃水水平或升高状态，而无需用户进行任何操作。在这种情况下，在升高船100之前，控制系统170也可以被编程为将可能已经从其预加载位置升高离开海床140的任何腿120降低。在另一个实施方式中，在方框570处，控制系统170可以简单地用信号通知用户将船100升高至比第二船体吃水水平浅的船体吃水水平或提高至第一船体吃水水平或在升高状态下完全离开水。在这种情况下，在升高船100之前，在方框570处，控制系统170也可以用信号通知用户将可能已经从其预加载位置升高离开海床140的任何腿120降低。进一步地，在方框575处，控制系统170可以被编程为自动继续船100的离位操作，而无需用户进行任何操作。在这种情况下，在方框575处，控制系统170还可以被编程为自动开始将腿120升高离开海床140，而无需任何用户操作。在另一个实施方式中，在方框575处，控制系统170可以简单地用信号通知用户继续船100的离位操作是安全的。在这种情况下，控制系统170还可以用信号通知用户开始将腿120拔出海床140。

图6示出了根据一个或多个实施方式的示例性可允许操作范围600(例如，如在图5的方框515处确定的)。可允许操作范围600可以显示为视圈，这些视圈用于在离位操作的不同阶段期间使用。视圈可以视觉地显示针对不同船体吃水条件和/或船100的基础条件(例如，完全/部分卡住/松开的腿120数)的船体110运动(例如，船体110的纵荡和摇摆运动)的可允许操作范围(即，位移极限)。在一个实施方式中，如图6所示，横坐标表示船体110的摇摆运动(以英尺为单位测量)，而纵坐标表示船体110的纵荡运动(以英尺为单位测量)。可以显示两个(或一个或三个或更多个)视圈。视圈610可以对应于处于第一船体吃水水平和/或第一基础条件时的船体110的位置位移的可允许操作范围。视圈620可以对应于处于第二船体吃水水平和/或第二基础条件时的船体110的位置位移的可允许操作范围。由此，可以针对相同的船体吃水水平和不同的基础条件提供多个视圈。例如，当所有的腿120都完全卡住时，可以生成一个视圈，以便在离位操作开始时使用，而当腿120不再完全卡住时，可以生成另一个视圈，以便使用。

在一个实施方式中，位置位移数据630可被显示为叠加在视圈上，以促进位置位移数据与适当视圈的比较。位置位移数据630可以指示船体110相对于预定船体位置的实时纵荡/摇摆运动。位置位移数据630可以以预定间隔(例如，每秒)从传感器1-n480a-480n周期性地获得并实时显示。进一步地，如图6所示，可以对应于最近的预定时间段同时显示多个位置位移数据点，从而促进基于所显示数据点和对运动随时间的变化和/或趋势的理解而进行的船体运动预测。在图6所示的位置位移数据630中，最大的点可以表示当前的位置位移，并且最小的点可以表示与过去的指定时间关联的位置位移。虽然在图6中被例示为视圈，但是可允许操作范围可以以任何合理的方式来表示，只要可以促进在离位操作期间将实时测得的船体运动与对应的可允许操作范围进行比较即可。

图6所示的位置位移数据630可以基于对应的地点特定视圈向用户传达船100与定义的可接受的操作极限有多接近。常规上，负责取出船只100的人员将必须使用他们的最佳判断和经验来估计海洋中条件以及腿120和升降系统130上的预期载荷。凭借本文所述的技术，可以将来自船上仪器的实际船体110响应测量(纵荡/摇摆运动)与对应的视圈进行比较，这去掉了常规离位评估的大部分主观分析和保守性。进一步地，当将中间船体吃水水平处测得的运动与对应的视圈进行比较时，如果所测得的运动碰巧超过了预测值，则只要所测得的运动也未超出所有腿完全卡住时的最大船体吃水深度处的视圈，船100上的应力水平就仍低于可允许的结构极限，因为中间视圈基于最大船体吃水水平处的预期船体运动来建立。更进一步，如果中间船体吃水水平处的所测得船体110运动数据指示在中间视圈之外的位移，则可以在不损坏船100的情况下相当快速地升高回船100。通过使用所测得的船体110运动并将其与对应的可允许操作范围进行比较，离位评估充分考虑了海况是被风驱动波浪还是涌浪主导，还充分考虑了土壤条件和波浪传播。常规上，由于将单组极限值用于定义用于离位的可接受的操作极限，因此这些极限必须是最保守的。然而，由于针对离位的可允许结构极限基于不同的条件(例如，水深、波浪周期、环境的方向等)有很大变化，并且由于本技术基于不同的条件开发可允许的结构极限，因此可以开发可接受的操作极限，这些操作极限允许可以使船100离位的更大范围的条件。

图7示出了根据一个或多个实施方式的图形用户界面(gui)700的屏幕截图。gui700可以结合做出离位的决定而被显示在显示器上。gui700可以包括一个或多个用户交互屏幕，这些屏幕允许用户与执行图5中描述的一个或多个操作的控制系统170的程序进行交互。gui700可以向用户指示计算装置400可用于从用户(例如，经由输入接口440)接收输入值710a-740b，以控制gui700。在一个实施方式中，gui700可以从一个或多个传感器1-n480a-480n接收一个或多个输入值710a-740b。例如，gui700可以从导航雷达接收输入值720b-740b，作为实际测量的值。另选地，gui700可以接收输入值720b-740b作为预测值，该预测值为在预定的将来时段内预测条件将被预测为什么的预测值。

如图例示，输入值710a对应于水深(例如，从吃水线150到海床140的水的深度)，并且输入值710b对应于腿穿入量(例如，指示船100的腿120穿入海床140中多深的腿穿入深度)。应当注意，输入值710b可以对应于例如多个腿120穿入值的输入、所有腿120的单个(例如，平均)穿入值和/或一个或多个腿120穿入值的独立输入，在不同的腿120可能具有一个或多个不同的腿穿入值时，这些独立输入可能有用。输入值720a-c对应于船100的方位条件，并且可以由三(3)个参数表示：钻塔航向720a(例如，钻塔的船头或头部指向的指南针方向)、风驱动波浪的方向720b以及涌浪的方向720c(例如，风驱动波浪和涌浪相对于船100的航向或相对于真实北向来自的方向)。如图7所示，输入值720a-c也可以视觉地显示。输入值730a-c和740a-b可以对应于波浪能(可以被认为包括风驱动波浪分量730a-c和涌浪分量740a-b)，并且可以由以下参数表示：有效浪高(hs)、峰频谱周期(tp)、峰度参数(γ)、最大浪高(hmax)以及过零周期(tz)。

输入值710a-740b可以由用户手动输入到gui700中。另选地或另外，计算系统400可以从船上仪器(例如，传感器1-n480a-480n)和/或存储装置430获得输入值710a-740b中的一个或多个，作为实际测得值，并且将它们自动输入到gui700中。虽然在图7中例示了输入值710a-740b，但是理解，可以结合gui700显示更少或更多数量的输入值。另外和/或另选地，与上述条件分开或除此之外的其他条件可以对应于输入值710a-740b。操作命令760和780也可以出现在gui700中。操作命令760可以对应于计算uc和偏移的指令，以指示控制系统170基于输入值710a-740b中的一个或多个确定结构利用率(uc)和一个或多个可允许操作范围。操作命令780可以对应于向控制系统170的指令，以向可以由用户提供的预定位置790输出偏移数据(例如，视圈数据)。

在开始离位操作之前，当用户激活操作命令760(例如，计算uc和偏移的按钮)时，控制系统170可以输出一个或多个至少基于输入值710a-b确定的可允许操作范围。例如，控制系统170可以产生一个或多个船体吃水水平和/或基础条件(例如，完全/部分卡在/松开在海床140中的腿120数)下的视圈(如图6所示)，以在拔动船100的腿120以便取出的同时使用。进一步地，当用户运行操作命令760时，控制系统170可以确定在由输入值710a-740b指定的条件下的船100的最大结构利用率。控制系统170可以将所确定的结构利用率作为输出值770a-b输出。输出值770a可以表示为要与最大可接受值(例如，100％)进行比较的百分比值。在图7所示的gui700中，由于计算出的结构利用率为41％(即，小于或等于100％的最大可接受值)，因此控制系统170可以输出指示770b(例如，“可以”)，该指示指示继续离位操作并将船100降入水中是安全的。当用户运行操作命令780(例如，输出数据的按钮)时，包含与计算出的可允许操作范围对应的数据的文件被输出到可由用户选择的预定位置790。例如，该文件可以是包含坐标对的文件，该坐标对用于在计算装置400的显示器上生成一个或多个视圈。(excel是微软公司的注册商标。)

在一个实施方式中，为了改进用于确定可允许操作范围和结构利用率的结构分析(在图5的方框510处)，可以记录观察到的条件/响应的确认或偏差，以校准在执行结构分析中使用的数学模型。这种校准可以导致更准确的数学模型，从而提高了关于在不同条件下的船100的响应的预测和产生的可允许操作范围的准确性。随着越来越多的表示地点特定的土壤和环境条件(例如，风、波浪、海流及其相对于船100航向的独立方向)的实际运动的数据被收集，可以对数学模型进行改善，以更佳地预测船100的结构极限。例如，可以基于在结构分析期间预测的船体110运动与在离位操作期间由船上仪器测量的实际船体110运动之间的比较，来调节船100的一个或多个部分的假定土壤刚度条件和阻尼值。在一个实施方式中，可以记录以下数据点中的一个或多个来校准结构分析模型：升降系统130上的载荷、船体吃水水平、船体倾斜度、最大波浪高度、周期、方向、海洋是以风驱动波浪为主导还是涌浪主导的指示、腿120中的一个或多个的位置、顶升的开始/结束、喷射的开始/结束以及船100的位移运动。

应理解，上述描述旨在为例示性的，而不是限制性的。已经呈现了材料来使得本领域技术人员能够制造并使用所要求保护的公开主题，并且该材料在特定实施方式的背景下提供，其变体对于本领域技术人员而言将是显而易见的(例如，一些所公开的实施方式可以彼此组合使用)。因此，图1至图4中所示的元件的特定布置、图5所示的步骤或动作的布置或图6和图7所示的(输入/输出)数据的布置不应解释为限制所公开主题的范围。因此，本发明的范围应参照所附权利要求连同使这种权利要求有权利的等同物的全范围一起来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”被用作相应术语“包括”和“其中”的简明英语对等词。