馬晉雄，夏寶宏

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451;2.能威（天津）海洋工程技術(shù)有限公司，天津 300392）

1 引言

隨著人類對(duì)海洋的勘察了解，海洋里的石油和天然氣儲(chǔ)量豐富，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展海洋能源的開采在油氣開采量占比越來越大。我國的原油有80%來自進(jìn)口，提高石油產(chǎn)量迫在眉睫；我國在具有延長海岸線的優(yōu)勢(shì)下，石油能源的開采也正向海洋轉(zhuǎn)移；對(duì)于近海石油開采，導(dǎo)管架這種固定式平臺(tái)是重要的一部分，在我國的渤海、東海以及南海近海海域大部分油田采用固定式導(dǎo)管架形式。隨著祖國要成為海洋強(qiáng)國的原則指引下，海洋石油也將慢慢走向深海，從而南海油田區(qū)塊將被大力開發(fā)?？萍荚诓粩喟l(fā)展進(jìn)而海洋石油開發(fā)水深也不斷加大。

隨著海上采油平臺(tái)逐漸增加需要的中心處理平臺(tái)也越來越多，中心平臺(tái)一般重量比較大（12000T-20000T）因此在運(yùn)輸過程中組塊的運(yùn)動(dòng)情況會(huì)直接影響作業(yè)的安全性；潮汐、涌浪、大風(fēng)等復(fù)雜多變的外力作用，都會(huì)導(dǎo)致組塊在運(yùn)輸過程中運(yùn)動(dòng)幅度增大。所以，組塊運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是保證運(yùn)輸安全的重要手段。

運(yùn)輸過程中組塊運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)組塊運(yùn)動(dòng)的橫搖/縱搖傾角以及XYZ 三軸加速度，為組塊運(yùn)輸順利進(jìn)行提供了重要保障。

本文結(jié)合陸豐項(xiàng)目，介紹了運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)在組塊運(yùn)輸過程中的應(yīng)用以及運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的一些潛在應(yīng)用，可供類似項(xiàng)目參考。

2 項(xiàng)目介紹

2.1 組塊基本信息

陸豐14-4DPP 組塊將采用傳統(tǒng)的高位浮托方法進(jìn)行海上安裝作業(yè)，主作業(yè)駁船為T 型駁船海洋石油228，重約15500 噸。陸豐14-4DPP 組塊在珠海建造場(chǎng)地進(jìn)行建造，并在場(chǎng)地裝船后運(yùn)輸至陸豐施工現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸距離大約為200海里（360公里）大概需要拖航48小時(shí)；因此在運(yùn)輸過程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)組塊的運(yùn)動(dòng)情況，為運(yùn)輸航行提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)要求

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)組塊情況我們選擇在一層和三層外側(cè)主腿位置甲板上個(gè)安裝4 組高精度運(yùn)動(dòng)傳感器；監(jiān)測(cè)和記錄組塊在運(yùn)輸全過程的橫縱搖角度以及XYZ 三項(xiàng)的加速度。

（2）橫搖/縱搖的精度不低于0.1°，加速度的測(cè)量精度不低于10mg，采樣頻率不低于5Hz。

（3）運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果保證能夠不間斷的在船甲板接收端顯示器上實(shí)時(shí)顯示并保存。

3 姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備

3.1 高精度雙軸傾角傳感器

本次組塊運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采用高精運(yùn)動(dòng)傳感器，測(cè)量精度為0.05°，分辨為0.001°，量程為±300°。數(shù)據(jù)輸出形式為RS232/RS422 能夠更好地兼容數(shù)據(jù)采集軟件。

圖1 高精度雙軸傳感器

3.2 無線傳輸電臺(tái)及天線

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)需要數(shù)據(jù)可以選擇有線傳輸和無線傳輸，以往項(xiàng)目無線電臺(tái)工作傳輸頻段為410-441MHz可調(diào)，空中波特率為0.3-19.2kbps 可調(diào)，傳感器輸出協(xié)議和電臺(tái)通訊協(xié)議都為RS232/RS422 可選。電臺(tái)天線一般采用鞭狀天線空中波特率為0.3-19.2kbps，傳輸距離2km 左右。

圖2 無線傳輸電臺(tái)及天線

4 姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件

運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件能夠穩(wěn)定的運(yùn)行現(xiàn)在的主流系統(tǒng)win7&win10 上，軟件具有良好的兼容性；為了監(jiān)測(cè)人員操作方便軟件簡化了操作界面。在運(yùn)動(dòng)傳感器接通電源后，在軟件中打開對(duì)軟件里對(duì)應(yīng)編號(hào)的串口，運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)值和時(shí)程曲線就實(shí)時(shí)地顯示在軟件界面了。

圖3 軟件中串口參數(shù)設(shè)置

運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件也是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行了多次更改；為了軟件在不大的屏幕上同時(shí)清楚顯示8 組傳感器的運(yùn)動(dòng)情況，軟件將設(shè)置4 個(gè)窗口展示8 組傳感器的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)情況，8 組運(yùn)動(dòng)傳感器的監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)可以通過切換窗口來查看。

圖4 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示

監(jiān)測(cè)軟件每小時(shí)自動(dòng)保存一組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，格式為CSV 格式，保存文件自動(dòng)計(jì)算了這15 分鐘內(nèi)的各個(gè)監(jiān)測(cè)值的最大值，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存時(shí)長和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)長都可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行設(shè)置。

圖5 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和統(tǒng)計(jì)時(shí)間設(shè)置

為了給后續(xù)類似運(yùn)輸項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支持，軟件特意設(shè)置了數(shù)據(jù)回放功能，可以在軟件中回放采集過程中某一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過程

組塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)主要包括四個(gè)部分分別是：①確定傳感器軸向；②安裝固定運(yùn)動(dòng)傳感器；③運(yùn)動(dòng)傳感器的測(cè)試；④實(shí)時(shí)顯示儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

5.1 確定傳感器軸向

為了方便報(bào)出組塊運(yùn)動(dòng)情況我們建立了一個(gè)坐標(biāo)系，船頭指向船尾為X 軸正方向，繞X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為橫搖值；船左舷指向右舷為Y 軸正方向，繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為縱搖值；船底指向甲板方向?yàn)閆 軸正方向；根據(jù)建立的坐標(biāo)系和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠反映出組塊的運(yùn)動(dòng)情況。

5.2 安裝固定運(yùn)動(dòng)傳感器

為了在監(jiān)測(cè)過程中知道每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況我們對(duì)測(cè)點(diǎn)和傳感器進(jìn)行了編號(hào)，按照測(cè)點(diǎn)和傳感器的編號(hào)進(jìn)行安裝固定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況我們將傳感器分別安裝在1 層和3 層甲板最外側(cè)四個(gè)主腿位置。將傳感器數(shù)據(jù)線與無線傳輸模塊連接，為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，傳輸天線位置盡量避免遮擋以防信號(hào)傳輸中斷，從而造成數(shù)據(jù)丟失。

5.3 運(yùn)動(dòng)傳感器的測(cè)試

在正式監(jiān)測(cè)之前我們會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)傳感器和軟件以及無線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，來確保運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的連續(xù)性。同時(shí)在監(jiān)測(cè)方案定制過程中聽取了現(xiàn)場(chǎng)意見，應(yīng)該考慮傳感器安裝位置不水平給運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)帶來的誤差，總結(jié)討論后將軟件設(shè)計(jì)了角度 “歸零”功能；“歸零”功能可以將運(yùn)動(dòng)傳感器當(dāng)前狀態(tài)設(shè)置為初始值，隨后的運(yùn)動(dòng)變化是基于這個(gè)初始值的變化，在監(jiān)測(cè)前采取“歸零”功能就能抵消運(yùn)動(dòng)傳感器安裝位置不平以及安裝時(shí)非水平帶來的測(cè)量誤差，保證了運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

圖6 傳感器初始角度歸零

5.4 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示

組塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過數(shù)字和曲線的形式呈現(xiàn)在監(jiān)測(cè)軟件中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以根據(jù)組塊運(yùn)動(dòng)的幅值情況來決定下一步的施工計(jì)劃。

6 結(jié)論

在此項(xiàng)目組塊運(yùn)輸過程中采用對(duì)組塊運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為組塊運(yùn)輸?shù)陌踩峁?shù)據(jù)支持，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

隨著世界經(jīng)濟(jì)融合的加快和各國貿(mào)易的增加,航運(yùn)技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，來往各國之前的重大件貨物運(yùn)輸逐漸增多,而對(duì)于重大件貨物來說基本只有海運(yùn)可以選擇，同時(shí)重大件貨物可能還具有重量大、體積大、重心高、運(yùn)輸距離長等特點(diǎn)；一旦出現(xiàn)安全問題造成貨物損失或船舶破壞，帶來的是巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。隨著船舶和重大件的大型化發(fā)展，安全問題越來越突出，海上事故也偶爾出現(xiàn)。所以僅僅根據(jù)航行前的船舶運(yùn)動(dòng)分析是不能夠完全保障船舶和貨物的安全的。基于上述原因會(huì)擔(dān)心貨物在航行期間的安全問題。我們可以在現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備基礎(chǔ)上，在運(yùn)輸駁船上安裝一套數(shù)據(jù)傳送裝置，可以將數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星基站傳送到辦公室，方便貨主隨時(shí)監(jiān)測(cè)自己貨物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。