海上结构性能监测与运维决策方法、装置及系统与流程

本发明涉及一种海上结构性能监测与运维决策方法、装置及系统。适用于海洋工程和结构健康监测领域，特别是海上风电场电气平台的结构监测与运维决策。

背景技术：

海洋工程结构面临多种环境载荷作用，如风、浪、流、地震等，结构响应及失效破坏具有很强的不确定性。目前，对于海工结构安全性的控制更多地集中在设计阶段，缺乏对在役期间实际环境荷载数据与响应数据的同步监测，因此很难推断结构的实际受力与响应情况。此外海上运维的成本也远远高于陆上，巡检频率较低且缺乏针对性，难以及时发现安全隐患并采取有效措施。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在问题，提供一种海上结构性能监测与运维决策方法、装置及系统，以解决海洋工程结构的安全监测缺乏准确性和时效性、运维计划没有针对性、出海巡检成本高且效果差等问题。

本发明所采用的技术方案是：一种海上结构性能监测与运维决策方法，其特征在于：

获取实时环境载荷采集装置采集的海上结构四周风浪流荷载及水位变化；

根据获取的风浪流荷载及水位变化通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

获取结构应变采集装置同步采集的海上结构关键构件或节点处的应变数据，并与求解得到的海上结构关键构件或节点应变数据进行比较，根据差异程度判断是否有构件或节点失效；

当判断有构件或节点失效时，根据该失效构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

将巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

一种海上结构性能监测与运维决策装置，其特征在于，包括：

自动化数字孪生有限元建模计算模块，用于获取实时环境载荷采集装置采集的海上结构四周风浪流荷载及水位变化，并根据获取的风浪流荷载及水位变化通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

应变响应异常构件识别与报警模块，用于获取结构应变采集装置同步采集的海上结构关键构件或节点处的应变数据，并与所述自动化数字孪生有限元建模计算模块求解得到的海上结构关键构件或节点应变数据进行比较，根据差异程度判断是否有构件或节点失效；

运维方案自动生成模块，用于当所述应变响应异常构件识别与报警模块判断有构件或节点失效时，根据该失效构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

与用户终端通讯模块，用于将所述运维方案自动生成模块给出的巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

一种海上结构性能监测与运维决策系统，其特征在于，包括：

实时环境载荷采集装置，用于采集海上结构四周的风浪流荷载以及水位变化；

结构应变采集装置，用于采集风浪流荷载造成的海上结构关键构件或节点的应变数据，数据采集频率与所述实时环境载荷采集装置保持一致；

数据处理服务装置，包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储介质，所述处理器被配置为：

获取实时环境载荷采集装置采集的海上结构四周风浪流荷载及水位变化；

根据获取的风浪流荷载及水位变化通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

获取结构应变采集装置同步采集的海上结构关键构件或节点处的应变数据，并与求解得到的应变数据进行比较，根据差异程度判断是否有构件或节点失效；

当判断有构件或节点失效，根据该失效构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

将巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

一种海上结构性能监测与运维决策方法，其特征在于：

获取海上结构附近的灾害预警信息；

根据获取的灾害预警信息中的数据通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

将求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据与预设的关键构件或节点的应变数据进行比较，判断是否有构件或节点存在安全隐患；

当判断有构件或节点存在安全隐患时，根据该存在安全隐患构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

将巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

一种海上结构性能监测与运维决策装置，其特征在于，包括：

灾害信息获取模块，用于获取海上结构附近的灾害预警信息；

自动化数字孪生有限元建模计算模块，用于根据所述灾害信息获取模块获取的灾害预警信息中的数据通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

应变响应异常构件识别与报警模块，用于将所述自动化数字孪生有限元建模计算模块求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据与预设的关键构件或节点的应变数据进行比较，判断是否有构件或节点存在安全隐患；

运维方案自动生成模块，用于当所述应变响应异常构件识别与报警模块判断有构件或节点存在安全隐患时，根据该失效构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

与用户终端通讯模块，用于将所述运维方案自动生成模块给出的巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

一种海上结构性能监测与运维决策系统，其特征在于，包括：

实时环境载荷采集装置，用于采集海上结构四周的风浪流荷载以及水位变化；

结构应变采集装置，用于采集风浪流荷载造成的海上结构关键构件或节点的应变数据，数据采集频率与所述实时环境载荷采集装置保持一致；

数据处理服务装置，包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储介质，所述处理器被配置为：

获取海上结构附近的灾害预警信息；

根据获取的灾害预警信息中的数据通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

将求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据与预设的关键构件或节点的应变数据进行比较，判断是否有构件或节点存在安全隐患；

当判断有构件或节点存在安全隐患时，根据该存在安全隐患构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

将巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

所述实时环境载荷采集装置包括浪高仪、表面流速仪、屋顶风速仪和水位计，如海上结构为风机则还包括叶片机组载荷监控仪器。

所述结构应变采集装置为粘贴在海上结构关键构件或节点的应变片及其采集器。

所述用户终端为能与所述数据处理服务装置通讯的手机、平板电脑或pc机。

本发明的有益效果是：本发明能将海上结构承受的性能信息能及时、同步地得到反馈和呈现，有效提高定期巡检或应急维修的针对性和经济效益，降低结构失效风险，保障人员、财产安全。

附图说明

图1为实施例中海上结构性能监测与运维决策装置的示意图。

具体实施方式

本实施例为一种海上结构性能监测与运维决策系统，包括海上结构1、数据采集系统2、数据处理服务系统3和用户终端4。

海上结构1可以是油气生产平台、生活平台、渔业平台、电气平台(升压站或换流站)、风机等不同结构型式。在海上结构1的设计、建造期间同步规划并安装数据采集系统2。

本例中数据采集系统2包括实时环境载荷采集系统21和结构应变采集系统22。实时环境载荷采集系统21包括至少4个浪高仪、4个表面流速仪、4个屋顶风速仪和1个水位计(如为风机则还包括叶片机组载荷监控仪器)，实时记录海上结构1正东、正南、正西和正北四个主方向上的风浪流荷载及水位变化，采集频率可自主设置，最高为1分钟一次，数据直接通过海缆传到陆地上的数据处理服务系统3中。结构应变采集系统22为粘贴在设计关键构件或节点处的应变片及其采集器，同步采集风浪流载荷造成的关键构件或节(如基础与上部组块连接点、主变压器支撑梁等)的应变响应情况，采集频率与实时环境载荷采集系统21保持一致，数据同样通过海缆传到陆地上的数据处理服务系统3中。

本实施例中数据处理服务系统3包括包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储介质，处理器被配置为：

获取实时环境载荷采集装置采集的海上结构四周风浪流荷载及水位变化；

根据获取的风浪流荷载及水位变化通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

获取结构应变采集装置同步采集的海上结构关键构件或节点处的应变数据，并与求解得到的应变数据进行比较，根据差异程度判断是否有构件或节点失效；

当判断有构件或节点失效，根据该失效构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

将巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

本实施例中处理器还被配置为：

获取海上结构附近的灾害预警信息；

根据获取的灾害预警信息中的数据通过有限元建模计算求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据；

将求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据与预设的关键构件或节点的应变数据进行比较，判断是否有构件或节点存在安全隐患；

当判断有构件或节点存在安全隐患时，根据该存在安全隐患构件或节点给出巡检对象和巡检方案；

将巡检对象和巡检方案推送至用户终端，提示工作人员进行巡检。

图1为本实施例中海上结构性能监测与运维决策装置的示意图。本例中海上结构性能监测与运维决策装置包括自动化数字孪生有限元建模计算模块31、应变响应异常构件识别与报警模块32、灾害信息获取模块33、运维方案自动生成模块34和与用户终端通讯模块35。

灾害信息获取模块33定期从附近的气象站、海洋水文观测站、地震台站等获取其发布的风暴潮、地震等灾害预警信息，并将数据传递给结构自动化数字孪生有限元建模计算模块31。

结构自动化数字孪生有限元建模计算模块31为市场上购买的商业有限元软件经过简单的适应性开发得到，其几何模型、设备载荷信息、土壤支撑信息文件事先编制完成，用于获取实时环境载荷采集装置采集的海上结构四周风浪流荷载及水位变化，并根据获取的风浪流荷载及水位变化，自动重写海况载荷信息文件，并自动提交求解器进行在位工况计算；用于根据灾害信息获取模块33传递来的灾害预警信息中的数据自动生成对应的海况载荷信息或地震信息文件，并自动提交求解器进行自存工况计算。

应变响应异常构件识别与报警模块32用于比较从结构应变采集系统22接收到的应变数据和结构自动化数字孪生有限元建模计算模块31计算得到的结果，判断是否有构件或节点失效，并根据差异程度决定是否发出报警信号；用于将自动化数字孪生有限元建模计算模块求解得到海上结构关键构件或节点的应变数据与预设的关键构件或节点的应变数据进行比较，判断是否有构件或节点存在安全隐患。

运维方案自动生成模块34用于在应变响应异常构件识别与报警模块32显示有构件或节点已失效或存在安全隐患时，根据预先设定的构件或节点对应的巡检对象和巡检方案自动给出有针对性的巡检对象和详细的巡检方案。

与用户终端通讯模块35定期收集应变响应异常构件识别与报警模块32和运维方案自动生成模块34给出的信息，定期或警示性地点对点向用户终端4推送。

结构自动化数字孪生有限元建模计算模块31的计算可靠性由项目试运行期间数据采集系统2提供的载荷环境与应变响应数据进行验证和调校。

本实施例中用户终端4为可经用户终端通讯模块35与数据处理服务系统3通讯的手机/平板电脑/pc客户端，除接收信息的功能外，也可发送请求获取数据处理服务系统3中储存的特定信息。