海洋環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究.pdf

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1、50一■技術(shù)交流石20油15和年化第工18設(shè)卷備一海洋環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究裴紅英(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)[摘要]通過對鋪管作業(yè)海況、船舶運動姿態(tài)、水下流速剖面等測量數(shù)據(jù)進行實時立體監(jiān)測，形成同一的數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，為船舶作業(yè)提供及時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并反饋給作業(yè)系統(tǒng)，為深水起重鋪管船操船、起重和鋪管作業(yè)提供參考依據(jù)，最終形成海上鋪管作業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)庫，生成相關(guān)圖表及存檔技術(shù)文件。相關(guān)軟件可進行歷史數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、經(jīng)驗數(shù)據(jù)等的比對及查詢，積累海上作業(yè)第一手資料，提升施工作業(yè)技術(shù)水平。[關(guān)鍵詞]海洋立體監(jiān)測；數(shù)據(jù)管理；應(yīng)用研究隨著海洋石

2、油天然氣開發(fā)的不斷深入，海上127條軌道，每個軌道從．66．15。到66．15。存儲一鋪管、海上吊裝作業(yè)等活動愈發(fā)頻繁。然而海洋次數(shù)據(jù)，從66．15。到。66．15。又存儲一次數(shù)據(jù)，每環(huán)境復(fù)雜多變，深海工程設(shè)備為適應(yīng)災(zāi)害性的環(huán)個周期存儲254次數(shù)據(jù)。JASON衛(wèi)星覆蓋了南海海境，對海洋管道主要鋪設(shè)工具的鋪管船，也提出域，能夠滿足數(shù)據(jù)研究的需要。了更高的技術(shù)要求。未來深水油氣開采的潛力巨JASON衛(wèi)星數(shù)據(jù)包含南海海域2001年至2010大，其作業(yè)環(huán)境更加惡劣，對作業(yè)者意味著巨大年時間內(nèi)的風(fēng)場數(shù)據(jù)，可以讀取任意區(qū)域任意時的困難。無論是鋪管作業(yè)，還是深海吊

3、裝、付托間內(nèi)的風(fēng)場變化。選擇風(fēng)速數(shù)據(jù)庫文件，如圖l所安裝等海上施工都依賴于作業(yè)環(huán)境。海上立體環(huán)示為2009年5月1日風(fēng)速沿經(jīng)度方向分布曲線。境監(jiān)測系統(tǒng)管理軟件的開發(fā)能夠為作業(yè)管理人員根據(jù)得到的2009年5月份所有數(shù)據(jù)文件，找到提供決策支持，指導(dǎo)鋪管、深水吊裝、付托安裝同一坐標(biāo)點在每一時間段內(nèi)所對應(yīng)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，等海上作業(yè)，并為施工數(shù)據(jù)挖掘(延升研究)、編輯為同一文件，可以得到坐標(biāo)點(110．25。E，技術(shù)積累提供有力條件和有效依據(jù)。l0．25。N)的風(fēng)速隨時間變化規(guī)律，如圖2所示。l南海環(huán)境數(shù)據(jù)獲取及其仿真1．1風(fēng)場數(shù)據(jù)處理JAS0N衛(wèi)星運行軌道從66

4、．04。S到66．04。N，衛(wèi)星運行周期是9．915天，每個周期有時間(day)圖2點位(1lO．25。E，10．25。N)風(fēng)速隨時間變化曲線1．2海平面高度作者簡介：裴紅英(1979一)，女，甘肅民勤人，本科，工程師。從事海洋工程及科技管理工作。圖12009年5月1日風(fēng)速分布曲線第4期裴紅英海洋環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究一51，JASON衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫包含了2001年至201O年一點的流速剖面，如圖5所示，為點位(1l2。E，間全球海平面高度數(shù)據(jù)，此處海平面高度表示實10。N)和點位(116。E，10。N)的深水流速剖面。測點相對于海平面平均高度的數(shù)據(jù)

5、，可計算被測點的有效波高。圖3為2008年1月海平面高度分布-

6、時間而發(fā)散，輸出誤差隨著時間累積。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)容易受干擾，輸出不連續(xù)，輸出信息不完整。因此，在船體姿態(tài)計算中采用姿態(tài)方位組合導(dǎo)航系統(tǒng)，以便得到更精確的載體姿態(tài)原始數(shù)據(jù)。利用Matlab軟件對船體姿態(tài)各個要素的原始實驗數(shù)據(jù)分別進行野值(在測量得到的原始數(shù)據(jù)中，受環(huán)境和偶然因素的影響不可避免會出現(xiàn)偏差較大的反常值，這些反常值被稱為野值)剔除和濾波之后，根據(jù)剛體運動學(xué)和船舶運動的相圖4點位(110．25。E，10．25。N)有效波高變化曲線1．3南海深水流速剖面豐富的風(fēng)場數(shù)據(jù)來自NCEP／QSCAT數(shù)據(jù)，使用高斯網(wǎng)格，分辨率T62。NCEP原始數(shù)據(jù)來自N

7、OAA氣候研究中心。計算的風(fēng)場范圍是110。E-120。E，0。N．15。N。東西方向20組數(shù)據(jù)，南北方向15組數(shù)據(jù)。由于網(wǎng)格采用曲線網(wǎng)格，坐標(biāo)軸方向與經(jīng)緯度方向不平行，因此需要進行換算。根據(jù)上述方法可以得到計算海域任意圖6未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)得到的船體速度52．■技術(shù)交流石20油15和年化第工18設(shè)卷備一相比，更加科學(xué)化和系統(tǒng)化。并行開發(fā)方法是先使單個模塊生成完畢，然后采用模塊集成技術(shù)，使所有局部組成一個統(tǒng)一的有機整體。本課題開發(fā)的管理信息系統(tǒng)主要是“海洋流速剖面監(jiān)測”、“作業(yè)船位姿監(jiān)測”和“海表狀況監(jiān)測”3個功能模塊并行開發(fā)，最后實現(xiàn)作業(yè)的決策支持。本

8、系統(tǒng)采用系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計方法。4結(jié)論(1)采用模塊化方法和并行技術(shù)，構(gòu)建海上環(huán)圖7經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到的船體速