本发明属于船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统及方法。
背景技术：
浮式海洋平台/工程船的工作模式多在某一海域长期定位工作，可在小范围内移泊作业，其定位技术及方法非常关键。单点系泊属于浮式海洋平台/工程船定位模式的一种，多应用于fpso、油轮等可在预定区域内绕定点旋转的场合。
目前，单点系泊模式主要包括系泊(锚泊)定位、dp动力定位以及系泊与dp动力定位相结合的联合定位方式。一般情况下，1500米水深以上采用dp动力定位的较多，1500米水深以内采用系泊定位的较多，1500～3000米水深多采用系泊-dp动力定位联合定位方式。
其中，系泊定位的优点为：定位作业的综合成本低，能耗低；但由于定位铰车和缆绳的强度受限，因此，无法抵抗不同海况及海水腐蚀，在海洋环境条件恶劣或深水条件下不能满足浮式海洋平台/工程船所需的定位精度。而dp动力定位方式虽然可满足恶劣海况下和深水情况下的定位精度要求，但具有高能耗高成本的问题。
而系泊与dp动力定位相结合的联合定位方式，既能在恶劣海况下和深水情况下满足定位精度，又能减少单纯使用dp动力定位产生的高能耗高成本。但dp动力定位是最复杂的动力及控制系统，多应用于高附加值项目；海上石油开采比陆地石油开采的成本已经高出很多，因此，系泊与dp动力定位相结合的联合定位方式，由于成本高以及能耗高等问题，发展仍然受限。
所以，开发出一种结构简单、造价低、易于使用和维护，同时又能够在恶劣海况下和深水情况下满足定位精度需求的定位系统，成为目前亟需解决的事情。
技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统及方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统，，包括上位机、锚绞机系统、船舶推进系统以及系泊平台环境参数检测系统；所述上位机通过通信网络分别与所述锚绞机系统、所述船舶推进系统以及所述系泊平台环境参数检测系统连接。
优选的，所述系泊平台环境参数检测系统包括：风向检测模块、风速检测模块、风力检测模块、流速检测模块、浪涌计、系泊平台左右摇摆角度检测模块以及系泊平台振荡传感器。
优选的，所述锚绞机系统包括：锚绞机控制系统plc、锚机电动机、锚铰机、锚链、锚、第一24vdc电源模块、系泊运动控制器、电机供电模块alm、电机驱动模块pm、电动机编码器模块、电动机编码器、锚绞机编码器模块、锚绞机编码器、张力传感器、垂直向角度传感器、水平向角度传感器、减速器和制动器；
所述锚绞机控制系统plc通过所述电机驱动模块pm与所述锚机电动机连接，用于控制所述锚机电动机的工作状态；所述锚机电动机的输出端连接到所述锚铰机，用于驱动所述锚铰机进行锚链的伸缩动作；所述锚链的一端缠绕于所述锚铰机，另一端通过所述锚固定到系泊定位点；
电站母线排提供动力电源，其与所述电机供电模块alm连接，用于向所述电机供电模块alm提供450v三相交流电；所述电机供电模块alm将三相交流电变换为700v的直流电，并连接到所述电机驱动模块pm；所述电机驱动模块pm将700v的直流电变换为450vac供给所述锚机电动机，进而向所述锚机电动机供电；
外部110v交流电连接到所述第一24vdc电源模块，所述第一24vdc电源模块将110v交流电变换为24v直流电，并向所述锚绞机系统的除所述锚机电动机之外的其他设备模块供电；
所述电动机编码器用于检测所述锚机电动机的转角和转速，并发送给所述电动机编码器模块，经所述电动机编码器模块处理后，上传给所述锚绞机控制系统plc；
所述锚绞机编码器用于检测所述锚铰机的转角和转速，并发送给所述锚绞机编码器模块，经所述锚绞机编码器模块处理后，上传给所述锚绞机控制系统plc；
所述张力传感器安装在所述锚铰机的四个固定地脚中对角线上的两个地脚螺栓处，用于实时检测所述锚链的锚链张力，并直接传输给所述锚绞机控制系统plc；
所述垂直向角度传感器用于实时检测锚链与垂直方向的夹角，并直接传输给所述锚绞机控制系统plc；
所述水平向角度传感器用于实时检测锚链水平方向与船艏向的夹角，并直接传输给所述锚绞机控制系统plc；
所述减速器，安装于所述锚机电动机和所述锚铰机之间，用于保证锚绞机所需的低速大转矩；
所述制动器安装于所述锚铰机的控制端，用于制动刹车，防止锚链的长度和张力滑动。
优选的，所述船舶推进系统包括：船舶推进控制系统plc、船舶推进力调整单元以及船舶推进方向调整单元；所述船舶推进控制系统plc分别与所述船舶推进力调整单元以及所述船舶推进方向调整单元连接；
具体的，所述船舶推进系统包括吊舱推进系统、电机直驱型推进系统和柴油机推进系统。
优选的，所述吊舱推进系统包括：电力推进控制系统plc、电力推进控制器、第二24vdc电源模块、推进供电模块alm、推进驱动模块pm、回转驱动模块pm、推进电机编码器模块、回转电机编码器模块、回转电机、回转电机编码器、推进电机、推进电机编码器、推进电机输出轴扭矩传感器和螺旋浆；
所述电力推进控制系统plc通过所述推进驱动模块pm与所述推进电机连接，用于控制所述推进电机的工作状态；所述推进电机的输出端连接到所述螺旋浆，用于控制所述螺旋浆旋转速度；
所述电力推进控制系统plc通过所述回转驱动模块pm与所述回转电机连接，用于控制所述回转电机的工作状态，进而调整平台方向；
电站母线排提供动力电源，其与所述推进供电模块alm连接，用于向所述推进供电模块alm提供450v三相交流电；所述推进供电模块alm三相交流电变换为700v的直流电，并分别连接到所述推进驱动模块pm和所述回转驱动模块pm；所述推进驱动模块pm将700v的直流电变换为450v直流电供给所述推进电机，进而向所述推进电机供电；所述回转驱动模块pm将700v的直流电变换为450v直流电供给所述回转电机，进而向所述回转电机供电；
外部110v交流电连接到所述第二24vdc电源模块，所述第二24vdc电源模块将110v交流电变换为24v直流电，并向所述吊舱推进系统的除所述回转电机和所述推进电机之外的其他设备模块供电；
所述推进电机编码器，用于检测所述推进电机的转角和转速，并发送给所述推进电机编码器模块，经所述推进电机编码器模块处理后，上传给所述电力推进控制系统plc；
所述回转电机编码器，用于检测所述回转电机的转角和转速，并发送给所述回转电机编码器模块，经所述回转电机编码器模块处理后，上传给所述电力推进控制系统plc；
所述推进电机输出轴扭矩传感器，用于检测所述推进电机输出轴的扭矩值，并直接上传给所述电力推进控制系统plc。
优选的，所述电机直驱型推进系统包括：电力推进控制系统plc、电力推进控制器、第二24vdc电源模块、推进供电模块alm、推进驱动模块pm、推进电机编码器模块、推进电机、推进电机编码器、推进电机输出轴扭矩传感器、螺旋浆、舵机系统和舵叶；
所述电力推进控制系统plc通过所述推进驱动模块pm与所述推进电机连接，用于控制所述推进电机的工作状态；所述推进电机的输出端连接到所述螺旋浆，用于控制所述螺旋浆旋转速度；
电站母线排提供动力电源，其与所述推进供电模块alm连接，用于向所述推进供电模块alm提供450v三相交流电；所述推进供电模块alm三相交流电变换为700v的直流电，并连接到所述推进驱动模块pm；所述推进驱动模块pm将700v的直流电变换为450v直流电供给所述推进电机，进而向所述推进电机供电；外部110v交流电连接到所述第二24vdc电源模块，所述第二24vdc电源模块将110v交流电变换为24v直流电，并向所述电机直驱型推进系统的除所述推进电机之外的其他设备模块供电；
所述推进电机编码器，用于检测所述推进电机的转角和转速，并发送给所述推进电机编码器模块，经所述推进电机编码器模块处理后，上传给所述电力推进控制系统plc；
所述推进电机输出轴扭矩传感器，用于检测所述推进电机输出轴的扭矩值，并直接上传给所述电力推进控制系统plc；
所述电力推进控制系统plc通过所述舵机系统和舵叶连接，进而控制推进方向。
优选的，所述柴油机推进系统包括柴油机推进控制系统plc、柴油机、螺旋桨、舵机控制系统和舵叶；
所述柴油机推进控制系统plc通过所述柴油机与所述螺旋桨连接，进而控制所述螺旋桨的转速，实现对推进力的控制；
所述柴油机推进控制系统plc通过所述舵机控制系统与所述舵叶连接，进而控制推进方向。
本发明还提供一种应用船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统的定位方法，包括以下步骤：
步骤1，当船舶抛锚时，在风浪流作用下船舶艏向自动朝向最大风速方向；此时，风向风速传感器检测最大风速及方向；船艏向传感器检测船舶艏向；
步骤2，手动操作锚绞机，在保证船舶艏向朝向最大风速方向的同时，将锚链的另一端固定于定位点，实现船舶定位；
步骤3，然后，锚绞机系统进入全自动模式；
锚绞机控制系统plc读入风速、风向、风力、流速、浪高、振荡周期、潮差、纵摇角度以及左右摇摆角度，锚绞机控制系统plc判断船舶六自由度运动范围是否超出定位临界控制范围，其中，风浪流作用下，船舶可绕系泊点锚位360度旋转，定位临界控制范围为最大漂移半径﹤5～6％水深，定位范围误差﹤2～3％水深，平台的纵向和横向倾斜≤1°，张力控制精度≤±5％额定负载；如果没有超出，则依靠系泊锚链回复力限制住船舶的小范围运动，实现单点系泊；如果超出，则锚绞机控制系统plc根据风向风速、风力、船艏向和系泊锚链张力的实时检测值，进行比较运算，判断系泊锚链张力是否小于系泊锚链临界破断力，如果小于，则执行步骤4；否则，执行步骤5；
步骤4，锚绞机控制系统plc对系泊锚链进行长度定值控制，锚绞机通过卷筒的转动控制系泊锚链张力，使系泊锚链张力与风浪流作用力相平衡，维持船舶在要求的定位范围内；
具体的，锚绞机控制系统plc实时检测系泊锚链的当前长度，并判断系泊锚链的当前长度是否因风浪流影响而发生变化，如果没有变化，则不动作；如果发生变化，则进一步确定系泊锚链的当前长度相比前一时刻，是缩短还是伸长；如果系泊锚链长度缩短，则锚绞机控制系统plc控制锚铰机自动反转，放松系泊锚链，减小系泊锚链张力，借助风浪流作用使船舶回复原位；如果系泊锚链长度伸长，则锚绞机控制系统plc控制锚铰机自动正转，收紧系泊锚链，增大系泊锚链张力，拖动船舶恢复原位；由此实现单点系泊定位；
步骤5，当系泊锚链张力达到系泊锚链临界破断力时，表明锚绞机的作用力不能抵御风浪流作用力，此时，锚绞机控制系统plc对系泊锚链进行恒张力控制，上位机启动船舶推进系统，使船舶推进系统投入工作；锚绞机系统和船舶推进系统相关联，等时同步工作，船舶推进系统对推进力和推进方向进行控制，以产生用于阻止船舶在风浪流作用下移动的推力，并且，该推力补偿风浪流作用力与锚绞机作用力的差额；
具体的，首先，在船舶推进系统的作用下使船舶回复原位，然后船舶推进系统作用力自动调整，即：根据当前实时测得到的风浪流作用力和锚绞机作用力，得到需要输出的船舶推进系统作用力，使船舶推进系统作用力与锚绞机作用力的和等于风浪流作用力，此时的锚绞机作用力为定值，船舶推进系统作用力变化以适应锚绞机作用力，由此实现单点系泊定位。
本发明提供的船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统及方法具有以下优点：
本发明提供一种船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统及方法，通过系泊锚-桨联合协同定位，为海工定位项目带来稳定、高效、节能和低成本优势，推进设备资源利用率高，还减小了系泊设备容量，具有较高的经济和社会效益，对提升海上采油、装卸货等定位项目的竞争力具有重要的现实意义和推广价值。
附图说明
图1为本发明提供的船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统的布置方式图；
图2为本发明提供的船海工程单点系泊锚桨联合协同定位方法的流程图；
图3为本发明提供的吊舱推进系统的原理图；
图4为本发明提供的电机直驱型推进系统的原理图；
图5为本发明提供的柴油机推进系统的原理图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
海洋工程工作模式多在某一海域长期定点作业型项目，选用最合适的定位方案非常关键。现有的主要定位模式主要存在以下主要问题：
(1)、dp动力定位系统需要多个推进器同步协调持续运转，能耗大，所需的电站容量也大。
(2)、dp动力定位系统初始投资高、设备昂贵，其总成本与水深无关。
(3)、dp动力定位系统运营、管理及维护的成本很高。
(4)、系泊定位系统主要承受风浪流载荷，应力不能超过系泊缆(链)的破断力，为此使系泊设备的功率、尺寸和强度进一步加大，造成甲板负荷大、成本很高。
(5)、推进系统仅在航行和移泊起作用，定位中尚未应用，导致推进器功能没有充分发挥及资源浪费。
具有自航能力的海洋平台和工程船采用系泊定位时，其推进器不参与定位工作，仅仅用于航行和移泊，其定位仅靠系泊系统来完成的，这导致推进器的作用没有充分发挥出来，系泊系统因选大而造成投资高。
(6)、系泊系统与推进系统的协同作用机制缺少应用性研究。
针对上述问题，本发明提供一种船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统及方法，通过系泊锚-桨联合协同定位，为海工定位项目带来稳定、高效、节能和低成本优势，推进设备资源利用率高，还减小了系泊设备容量，具有较高的经济和社会效益，对提升海上采油、装卸货等定位项目的竞争力具有重要的现实意义和推广价值。
具体的，本发明解决单独采用dp动力定位具有的能耗大、投资高、运营成本高的难题，解决单独采用系泊定位具有的难以抵御恶劣海况的难题，解决推进系统在系泊定位中如何发挥作用的问题，解决系泊(锚泊)定位与推进器(桨)联动协调的技术难点。
本发明具有以下优点：
(1)、系泊定位系统与推进系统联动，相互协调作用，提高定位精度和抵御恶劣海况能力。
(2)、系泊定位控制系统与推进控制系统采用统一的总线系统、灵活的拓扑结构及等时同步协调策略。
(3)、推进系统在平面上进行辅助定位，可减轻系泊定位系统所承受的风浪流载荷。
(4)、系泊定位系统与推进系统联合可提升海洋平台和工程船的移泊效率。
(5)、推进系统辅助作用于系泊定位系统，减轻了绞锚机功率，由此减小了电站容量，降低成本，节能减排效果显著。
本发明提供一种船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统，如图1所示，为船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统的布置简图，包括上位机、锚绞机系统、船舶推进系统以及系泊平台环境参数检测系统；所述上位机通过通信网络分别与所述锚绞机系统、所述船舶推进系统以及所述系泊平台环境参数检测系统连接。
下面分别对系泊平台环境参数检测系统、锚绞机系统、船舶推进系统详细介绍：
(一)系泊平台环境参数检测系统
系泊平台环境参数检测系统包括：风向检测模块、风速检测模块、风力检测模块、流速检测模块、浪涌计、系泊平台左右摇摆角度检测模块以及系泊平台振荡传感器。
(二)锚绞机系统
参考图3-图5，所述锚绞机系统包括：锚绞机控制系统plc、锚机电动机、锚铰机、锚链、锚、第一24vdc电源模块、系泊运动控制器、电机供电模块alm、电机驱动模块pm、电动机编码器模块、电动机编码器、锚绞机编码器模块、锚绞机编码器、张力传感器、垂直向角度传感器、水平向角度传感器、减速器和制动器；其中，系泊运动控制器为可控整流-逆变系泊运动控制器。电机供电模块alm为有源前端可控整流的系泊电机供电模块alm。
所述锚绞机控制系统plc通过所述电机驱动模块pm与所述锚机电动机连接，用于控制所述锚机电动机的工作状态；所述锚机电动机的输出端连接到所述锚铰机，用于驱动所述锚铰机进行锚链的伸缩动作；所述锚链的一端缠绕于所述锚铰机，另一端通过所述锚固定到系泊定位点；
电站母线排提供动力电源，其与所述电机供电模块alm连接，用于向所述电机供电模块alm提供450v三相交流电；所述电机供电模块alm将三相交流电变换为700v的直流电，并连接到所述电机驱动模块pm；所述电机驱动模块pm将700v的直流电变换为450vac供给所述锚机电动机，进而向所述锚机电动机供电；
外部110v交流电连接到所述第一24vdc电源模块，所述第一24vdc电源模块将110v交流电变换为24v直流电，并向所述锚绞机系统的除所述锚机电动机之外的其他设备模块供电；
所述电动机编码器用于检测所述锚机电动机的转角和转速，并发送给所述电动机编码器模块，经所述电动机编码器模块处理后，上传给所述锚绞机控制系统plc；
所述锚绞机编码器用于检测所述锚铰机的转角和转速，并发送给所述锚绞机编码器模块，经所述锚绞机编码器模块处理后，上传给所述锚绞机控制系统plc；
所述张力传感器安装在所述锚铰机的四个固定地脚中对角线上的两个地脚螺栓处，用于实时检测所述锚链的锚链张力，并直接传输给所述锚绞机控制系统plc；
所述垂直向角度传感器用于实时检测锚链与垂直方向的夹角，并直接传输给所述锚绞机控制系统plc；
所述水平向角度传感器用于实时检测锚链水平方向与船艏向的夹角，并直接传输给所述锚绞机控制系统plc；
所述减速器，安装于所述锚机电动机和所述锚铰机之间，用于保证锚绞机所需的低速大转矩；
所述制动器安装于所述锚铰机的控制端，用于制动刹车，防止锚链的长度和张力滑动。
(三)船舶推进系统
所述船舶推进系统包括：船舶推进控制系统plc、船舶推进力调整单元以及船舶推进方向调整单元；所述船舶推进控制系统plc分别与所述船舶推进力调整单元以及所述船舶推进方向调整单元连接。
按推进器类型分为单点系泊锚-桨联合吊舱推进型定位系统、单点系泊锚-桨联合电机直驱型定位系统和单点系泊锚-桨联合柴油机推进型定位系统三种，共同点是上位计算机经以太网联接锚绞机控制系统和推进控制系统，plc+运动控制系统经现场总线联接在一起。锚机电动机和锚绞机组成系泊系统，推进电机或柴油机、螺旋桨、回转电机或舵机构成推进系统。
(1)吊舱推进系统
参考图3，所述吊舱推进系统包括：电力推进控制系统plc、电力推进控制器、第二24vdc电源模块、有源前端可控整流的推进供电模块alm、推进驱动模块pm、回转驱动模块pm、推进电机编码器模块、回转电机编码器模块、回转电机、回转电机编码器、推进电机、推进电机编码器、推进电机输出轴扭矩传感器和螺旋浆；
所述电力推进控制系统plc通过所述推进驱动模块pm与所述推进电机连接，用于控制所述推进电机的工作状态；所述推进电机的输出端连接到所述螺旋浆，用于控制所述螺旋浆旋转速度；
所述电力推进控制系统plc通过所述回转驱动模块pm与所述回转电机连接，用于控制所述回转电机的工作状态，进而调整平台方向；
电站母线排提供动力电源，其与所述推进供电模块alm连接，用于向所述推进供电模块alm提供450v三相交流电；所述推进供电模块alm三相交流电变换为700v的直流电，并分别连接到所述推进驱动模块pm和所述回转驱动模块pm；所述推进驱动模块pm将700v的直流电变换为450v直流电供给所述推进电机，进而向所述推进电机供电；所述回转驱动模块pm将700v的直流电变换为450v直流电供给所述回转电机，进而向所述回转电机供电；
外部110v交流电连接到所述第二24vdc电源模块，所述第二24vdc电源模块将110v交流电变换为24v直流电，并向所述吊舱推进系统的除所述回转电机和所述推进电机之外的其他设备模块供电；
所述推进电机编码器，用于检测所述推进电机的转角和转速，并发送给所述推进电机编码器模块，经所述推进电机编码器模块处理后，上传给所述电力推进控制系统plc；
所述回转电机编码器，用于检测所述回转电机的转角和转速，并发送给所述回转电机编码器模块，经所述回转电机编码器模块处理后，上传给所述电力推进控制系统plc；
所述推进电机输出轴扭矩传感器，用于检测所述推进电机输出轴的扭矩值，并直接上传给所述电力推进控制系统plc。
(2)电机直驱型推进系统
参考图4，所述电机直驱型推进系统包括：电力推进控制系统plc、电力推进控制器、第二24vdc电源模块、有源前端可控整流的推进供电模块alm、推进驱动模块pm、推进电机编码器模块、推进电机、推进电机编码器、推进电机输出轴扭矩传感器、螺旋浆、舵机系统和舵叶；
所述电力推进控制系统plc通过所述推进驱动模块pm与所述推进电机连接，用于控制所述推进电机的工作状态；所述推进电机的输出端连接到所述螺旋浆，用于控制所述螺旋浆旋转速度；
电站母线排提供动力电源，其与所述推进供电模块alm连接，用于向所述推进供电模块alm提供450v三相交流电；所述推进供电模块alm三相交流电变换为700v的直流电，并连接到所述推进驱动模块pm；所述推进驱动模块pm将700v的直流电变换为450v直流电供给所述推进电机，进而向所述推进电机供电；外部110v交流电连接到所述第二24vdc电源模块，所述第二24vdc电源模块将110v交流电变换为24v直流电，并向所述电机直驱型推进系统的除所述推进电机之外的其他设备模块供电；
所述推进电机编码器，用于检测所述推进电机的转角和转速，并发送给所述推进电机编码器模块，经所述推进电机编码器模块处理后，上传给所述电力推进控制系统plc；
所述推进电机输出轴扭矩传感器，用于检测所述推进电机输出轴的扭矩值，并直接上传给所述电力推进控制系统plc；
所述电力推进控制系统plc通过所述舵机系统和舵叶连接，进而控制推进方向。
(3)柴油机推进系统
参考图5，所述柴油机推进系统包括柴油机推进控制系统plc、柴油机、螺旋桨、舵机控制系统和舵叶；
所述柴油机推进控制系统plc通过所述柴油机与所述螺旋桨连接，进而控制所述螺旋桨的转速，实现对推进力的控制；
所述柴油机推进控制系统plc通过所述舵机控制系统与所述舵叶连接，进而控制推进方向。
单点系泊锚-桨联合定位系统，通过以太网将系泊控制系统和推进控制系统联系在一起，实现数据共享、协同控制。系泊系统作用为主，推进系统为辅，只有当系泊系统超负荷时，推进系统投入工作，这时系泊系统为恒张力控制，推进系统克服额外负荷，且推进系统作用力与系泊系统作用力共线同方向，共同抵御外界负荷。
本发明适用于各种船舶的抛锚停泊、系缆桩停泊的情况，及海上采油或受油工作中的悬链浮筒式系泊系统、单锚腿式系泊系统、软钢臂式系泊系统、内转塔式系泊系统和外转塔式系泊系统。当浮体形状是船舶形状时，适合长宽比大的浮体(如fpso、游轮、fso等)，由于遭遇的纵向与横向环境力相差很大，浮体风向标倾向明显，单点系泊系统显现出良好的优越性，将浮体定位于预定海域，使浮体具有风向标效应，在各种风浪流作用下浮体受力为最小，允许浮体绕系泊点做360°的自由旋转。
图1所示的浮式生产装置或船舶的艏向正对着优势风浪流作用方向，螺旋桨与艏向在同一平面内。若风浪流作用力超过系泊系统的容许值(系泊缆/链破断力等)，此时推进器必须起动运转，补偿系泊系统过载部分，工作过程如图2所示。
抛锚后，在风浪流作用下船舶艏向自动朝向最大风速方向，如图1所示。风向标安装传感器检测方向风速和风力，船舶电罗经和gps都能检测船舶艏向。抛锚时锚绞机手动操作，抛锚定位后，锚绞机进入全自动模式，锚绞机控制系统读入风向风速、风力、船艏向和系泊锚链张力的实时检测值，进行比较运算。若系泊锚链张力＜系泊锚链破断力(极限值)，锚绞机系统对系泊锚链进行长度定值控制，锚绞机通过卷筒的转动控制系泊锚链张力，使系泊锚链张力与风浪流作用力相平衡，维持船舶在要求的定位范围内。当风浪流作用力变大，引起锚链伸长，则锚绞机自动正转，收紧系泊锚链，增大系泊锚链张力，拖动船舶恢复原位；当风浪流作用力变小，引起锚链缩短，则锚绞机自动反转，放松系泊锚链，减小系泊锚链张力，借助风浪流作用使船舶回复原位。
若系泊锚链张力≥系泊锚链破断力(极限值)，锚绞机的作用力不能抵御风浪流作用力，锚绞机系统对系泊锚链进行恒张力控制，则船舶推进系统投入工作，驱动螺旋桨正向旋转，产生较大的推力，阻止船舶在风浪流作用下移动。船舶推进控制系统与锚绞机控制系统相关联，等时同步工作，船舶推进系统作用力补偿风浪流作用力与锚绞机作用力的差额。首先在船舶推进系统的作用下使船舶回复原位，然后船舶推进系统作用力自动调整，使船舶推进系统作用力与锚绞机作用力的和等于风浪流作用力，此时的锚绞机作用力为定值，船舶推进系统作用力变化以适应锚绞机作用力。单点系泊控制的动力学模型为
式中参数：x-船舶位移，m-船舶及附加质量，c-水对船体的粘滞阻力系数，r-系泊锚链张力，y-系泊锚链长度，p-螺旋桨产生的推力，ω-螺旋桨转速，f(t)-风浪流激振力。
本发明在进行船海工程单点系泊锚桨联合协同定位时，涉及到系泊锚链长度定值控制过程和系泊锚链恒张力控制过程。下面对这两个控制过程详细介绍下：
系泊锚链长度定值控制过程
系泊长度定值控制可限制平台的上下运动，以平台底部距离海底水深h0为参考值，平台实际距离工作海域的海底为h，则偏差δh＝h0-h。若-δ≤δh≤δ，δ≥0，δ一般为0.2～0.3米，，锚绞机恒长度控制，锚绞机的刹车装置起作用，系泊锚链长度不变但张力随环境力变化。h0与平台压载状态(吃水)相关，涨潮、落潮或平台压载程度都将影响h0大小。
若因涨潮导致平台上升，即δh＜-δ时，浮力大于锚绞机刹车力，则锚绞机起动反转放出锚链/缆，锚绞机刹车脱开，使系泊锚链长度增大，直至平台上浮停止为止。若因落潮导致平台下沉，即δh＞δ时，浮力小于锚绞机刹车力，则锚绞机起动正转收紧锚链/缆，锚绞机刹车脱开，使系泊锚链长度缩短，直至平台上浮停止为止。当平台停止上浮或下沉后，锚绞机慢慢转动(正转也可能反转)，逐渐调整锚链/缆长度及张力，保持平台吃水到允许值；平台吃水到规定值后，锚绞机调整锚链/缆张力与浮力相适应，进行恒张力控制，最后刹车起作用，保持恒张力。若锚链/缆张力＜锚链/缆破断力，锚绞机随着浮力调整锚链/缆张力；若锚链/缆张力＞锚链/缆破断力，则锚绞机只进行恒张力控制，系泊锚链长度随环境力变化。潮汐对平台的影响为慢变过程，要先有系泊锚链的长度变化后，锚绞机才开始调整其长度和张力，这样防止了锚绞机调节过头。
系泊锚链恒张力控制过程：
系泊恒张力控制可限制平台在x-y(规定平台艏向为x轴正方向)平面内运动，防止平台漂移超出允许范围。风/流方向和大小的变化导致船舶移位及锚链/缆张力变化，其原则是先放松下风锚链并等时同步收紧上风锚链。锚绞机控制系统使上风锚链/缆均匀地承受环境力载荷同时全部放松下风锚链/缆；若上风锚链/缆张力超过其1/3破断强度，则上风锚链/缆进行恒张力，平台的四个推进器开始起动工作。推进器为全回转吊舱式，推进控制系统通过通讯方式接收锚绞机控制系统信息，协同四个推进器转动调向并驱动螺旋桨旋转产生的合力抵抗风/流作用力，从而减轻系泊锚链/缆的负荷。推进器产生的推力，补偿系泊锚链张力与环境作用力差额，减轻了锚绞机负荷，提高平台抵御风浪流的能力。
系泊平台的环境表征参数包括风速v米/秒，流速i节，浪高m米，振荡周期t，潮差δ米，纵摇β度，左右摇摆α度，需要风速仪、流速仪、浪涌计、潮汐表、摇摆表、振荡传感器等进行实时检测，送入锚绞机控制系统，再经通讯方式送入推进控制系统。风浪流影响下海洋平台六自由度运动，小范围内的运动靠系泊锚链回复力限制住，其定位临界控制范围为最大漂移半径﹤5～6％水深，定位范围误差﹤2～3％水深，平台的纵向和横向倾斜≤1°，张力控制精度≤±5％额定负载，超出这些范围时，锚-桨联合协同定位起作用，是平台运动又回到规定的范围内。
本发明还提供一种应用船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统的定位方法，包括以下步骤：
步骤1，当船舶抛锚时，在风浪流作用下船舶艏向自动朝向最大风速方向；此时，风向风速传感器检测最大风速及方向；船艏向传感器检测船舶艏向；
步骤2，手动操作锚绞机，在保证船舶艏向朝向最大风速方向的同时，将锚链的另一端固定于定位点，实现船舶定位；
步骤3，然后，锚绞机系统进入全自动模式；
锚绞机控制系统plc读入风速、风向、风力、流速、浪高、振荡周期、潮差、纵摇角度以及左右摇摆角度，锚绞机控制系统plc判断船舶六自由度运动范围是否超出定位临界控制范围，其中，定位临界控制范围为最大漂移半径﹤5～6％水深，定位范围误差﹤2～3％水深，平台的纵向和横向倾斜≤1°，张力控制精度≤±5％额定负载；如果没有超出，则依靠系泊锚链回复力限制住船舶的小范围运动，实现单点系泊；如果超出，则锚绞机控制系统plc根据风向风速、风力、船艏向和系泊锚链张力的实时检测值，进行比较运算，判断系泊锚链张力是否小于系泊锚链临界破断力，如果小于，则执行步骤4；否则，执行步骤5；
步骤4，锚绞机控制系统plc对系泊锚链进行长度定值控制，锚绞机通过卷筒的转动控制系泊锚链张力，使系泊锚链张力与风浪流作用力相平衡，维持船舶在要求的定位范围内；
具体的，锚绞机控制系统plc实时检测系泊锚链的当前长度，并判断系泊锚链的当前长度是否因风浪流影响而发生变化，如果没有变化，则不动作；如果发生变化，则进一步确定系泊锚链的当前长度相比前一时刻，是缩短还是伸长；如果系泊锚链长度缩短，则锚绞机控制系统plc控制锚铰机自动反转，放松系泊锚链，减小系泊锚链张力，借助风浪流作用使船舶回复原位；如果系泊锚链长度伸长，则锚绞机控制系统plc控制锚铰机自动正转，收紧系泊锚链，增大系泊锚链张力，拖动船舶恢复原位；由此实现单点系泊定位；
步骤5，当系泊锚链张力达到系泊锚链临界破断力时，表明锚绞机的作用力不能抵御风浪流作用力，此时，锚绞机控制系统plc对系泊锚链进行恒张力控制，上位机启动船舶推进系统，使船舶推进系统投入工作；锚绞机系统和船舶推进系统相关联，等时同步工作，船舶推进系统对推进力和推进方向进行控制，以产生用于阻止船舶在风浪流作用下移动的推力，并且，该推力补偿风浪流作用力与锚绞机作用力的差额；
具体的，首先，在船舶推进系统的作用下使船舶回复原位，然后船舶推进系统作用力自动调整，即：根据当前实时测得到的风浪流作用力和锚绞机作用力，得到需要输出的船舶推进系统作用力，使船舶推进系统作用力与锚绞机作用力的和等于风浪流作用力，此时的锚绞机作用力为定值，船舶推进系统作用力变化以适应锚绞机作用力，由此实现单点系泊定位。
由此可见，本发明提供的一种船海工程单点系泊锚桨联合协同定位系统及方法，综合利用了具有结构简单、造价低、易于使用和维护等优点的系泊(锚泊)定位系统及抵御风浪流可对系泊定位补偿的推进系统，通过系泊系统与推进系统(锚-桨联合)的协同作用进行定位，为提升海洋工程定位系统的精度、稳定性、安全性、可靠性、低成本、节能减排及系统优化提供技术方案和应用指导。
本发明针对水深3000米以内海上钻井、采油等需要系泊定位的海工项目，解决系泊系统过载及抵御恶劣海况的难题，解决dp动力定位高耗能高成本的问题，克服海上作业遭遇恶劣海况而长期停工的难题。
本发明具体具有以下优点：
(1)本发明综合利用了系泊系统与推进系统的优点，可大大降低系泊定位系统的造价，降低船舶电站容量，提高推进系统的利用率，可实现系泊锚-桨联合协同定位系统产业化，系泊锚-桨联合协同定位模式对提升船海工程的定位精确性、稳定性、节能减排和市场竞争力具有重要的现实意义和推广应用价值。
(2)自航能力海洋平台及工程船锚-浆联合(系泊系统与推进系统联合)定位技术与方法实现定位性能与价值的平衡点，可大大降低定位作业的综合成本。
(3)海洋工程工作模式多在某一海域长期定点作业型项目，选用最合适的定位方案非常关键。本发明系泊锚-桨联合协同定位系统很有必要，将给海工项目带来稳定、高效、低成本的系统化集成解决方案。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。