基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统和移位方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统及移位方法，所述系统包括控制单元和与控制单元相连的GPS模块、锚机及变频器，所述锚机的数量至少为2，分别设置于船舶的不同位置，锚机分别通过缆绳与独立的锚点连接；所述方法包括GPS定位、在施工图纸上加载大地坐标系、船舶移位等步骤，本发明专利技术使GPS模块的实时定位信息与施工图纸上的目标位置信息有机结合，确保了船舶位移符合施工要求，自适应算法可以及时对外界因素的干扰进行修正，实现了移船过程的自动化，使船舶及时在受风、浪等荷载作用和潮位涨落的影响下也能自动调整船舶的运动，应用该系统的船舶的移船过程自动完成，在节省人力资源成本的同时提升了移船的速度和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋工程的船舶定位移位领域，更具体地，涉及ー种基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统及移位方法。
技术介绍
诸如海上堤坝、人工岛、跨海桥梁、海底管道等海洋工程，都要求施工船舶定位误差小于0.5米，为了达到精确定位移船，施工船舶大都通过锚机收放缆绳实现移位，不需要船舶动カ系统，所以目前的海上施工船舶也多为非自航船舶。不过现有的非自航船舶定位移船控制大多依赖简单的人工控制装置，控制过程需要多名操作人员，同时由于海上施工船舶受风浪等作用カ影响相当显著，实际操作中需要经验丰富的操作人员根据不同エ况综合协调控制各锚机缆绳的收放，最終实现船舶的定位移动，不过目前这种人工移船定位操作方式落后、人力需求大，并且施工速度和精度也难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的，即克服现有技术的不足，提供一种基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统和基于该系统的船舶智能移位方法，使用该系统和方法可以实现移船过程的自动化，并大大提高移船作业的速度和精度。为了达到上述第一方面之目的，采用如下技术方案:在计算机上安装船舶智能移位系统，通过向变频器发送通讯指令，控制各锚机协同工作，实现移船过程的自动化。为了达到上述第二方面之目的，采用技术方案:船舶智能移位系统实时接收GPS定位信息，在不同风浪流作用下，分析移船过程的运动状态，调整船舶定位偏差，提高移船作业的速度和精度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:本专利技术的船舶智能移位系统及方法通过在施工图纸上加载大地坐标系，使GPS模块的实时定位信息与施工图纸上的目标位置信息有机结合，确保船舶位移符合施工要求，控制单元通过对来自GPS模块的信息对锚机的转动不断进行调整，可以及时对外界因素的干扰进行修正，实现了移船过程的自动化，进ー步保证了移船的精确性，使船舶及时在受风、浪等荷载作用和潮位涨落的影响下也能自动调整船舶的运动，应用该系统的船舶的移船过程自动完成，在节省人力资源成本的同时提升了移船的速度和精度。同时，本专利技术的船舶智能移位系统采用电动锚机为动力，在施工船舶领域拥有更广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术所述船舶智能移位系统的组成示意图。图2是本专利技术所述船舶智能移位系统的锚机分布示意图。图3是本专利技术所述移位方法中船舶移位过程示意图图4是本专利技术所述移位方法中自适应算法结构图。图5是本专利技术所述移位方法中自适应算法的寻优流程示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术做进ー步说明:參见图1-图2，一种基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统，包括控制单元6和与控制单元相连的GPS模块，还包括固定于船舶上的锚机51-54及分别用于控制锚机51-54的变频器71-74，所述变频器71-74与控制单元6相连，所述锚机的数量至少为2，分别设置于船舶甲板的不同位置，每个锚机分别通过缆绳与独立的锚点1-4连接，控制单元6包括中心处理模块和与中心处理模块连接的施工图纸加载模块，其中:中心处理模块用于根据GPS模块的定位信息生成船舶运动路径并指令变频器控制锚机51-54动作；施工图纸加载模块用于读取施工图纸并在施工图纸中加载大地坐标系；GPS模块用于获取定位信息并反馈给控制単元6 ；锚机51-54用于通过收放缆绳改变船舶的位置，每台锚机的供电系统按照电源一变频器一锚机的形式连接。在本实施例中，控制单元6为PC，锚机的数量为4，分别设置于船舶的四个角点附近，上述GPS模块包括两台形成差分式定位系统的GPS定位仪，为了保证系统的通用性，GPS模块和变频器71-74之间均通过RS485通讯线与计算机的COM ロ连接。在移位作业开始前，将非自航船舶由拖轮牵引至施工地段，抛四ロ边锚并收紧锚缆，使边锚分别与锚点1-4通过缆绳连接。參见图3，一种基于上述船舶智能移位系统的移位方法，包括以下步骤实现:SI =GPS模块测量自身所在的位置并生成定位信息；为了实现对船舶的精确定位，GPS模块包括两台移动式GPS定位仪81和82，其中一台起到坐标定位的作用，另一台起到控制船舶角度的作用，两台GPS定位仪配合形成差分式定位系统，GPS模块通过数据转接线接入控制单元。S2:控制单元读取GPS模块的定位信号并计算船舶在大地坐标系中的当前坐标；大地坐标系亦称为地理坐标系，是大地測量中以參考椭球面为基准面建立起来的坐标系，地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示，大地坐标系的确立包括选择ー个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据，ー个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫參考椭球，參考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。在本实施例中，所述设定大地參考系优选为目前作为我国规划、设计、施工标准的北京1954坐标系，控制単元在读取GPS模块的定位信息后，采用滤波算法将GPS定位信息转化为北京1954坐标系中的坐标。由于GPS模块在船上的位置固定不变，因此，控制単元根据获取的坐标位置信息以及GPS与船舶的相对位置，即可计算出船舶任意点的坐标，从而精确定位船舶的位置。S3:控制单元读入施工图纸并在施工图纸中加载大地坐标系；所述控制单元包括用于读取施工图纸并在施工图纸中加载大地坐标系的施工图纸加载単元，当施工图纸加载单元打开CAD图档后，根据CAD图档和大地坐标系之间的对应关系加载大地坐标系，使施工图纸位置和大地坐标系中的位置重合对应，则控制単元根据GPS的定位信息可以得到船舶的当前在坐标并在施工图上绘制出船舶的当前位置10。由于施工图纸也是以北京1954坐标系绘制，因此GPS模块采集的坐标和施工图纸上标注的坐标为同一坐标系下的坐标，在加载施工图纸后，可直接通过智能定位系统软件中的CAD模块在施工图纸中实时绘制船舶当前位置，直观显示船舶移动路径及終点位置。 上述CAD读取模块可以根据施工图纸的绘制软件进行开发使两者兼容，由于目前大多数施工图纸采用AutoCAD绘制，故本实施例中的CAD读取模块相应地识别AutoCAD的图档，这些图档的后缀名通常为DWG或DXF。S4:在施工图纸中输入船舶的目标坐标及停泊角度，则控制単元可以自动施工图上绘制出船舶的目标坐标(对应目标位置10’)，通过上ー步骤得到的船舶当前坐标及角度，直观反映出船舶当前位置与施工区域的相对关系。S5:控制单元根据当前坐标和目标坐标确定船舶在设定坐标系中的运行轨迹AB，并指令变频器控制锚机运转；基于上ー步骤的結果，控制单元通过计算每个锚机收放缆绳的长度，并协调四台锚机的收放速度，使船舶在四台锚机的共同作用下沿预定轨迹运行。S5:控制单元通过周期性或非周期性地读取GPS的定位信息得到船舶的当前坐标并与目标坐标进行比较，如当前坐标与目标坐标相同，则指令变频器控制锚机停止转动，如两者不同，则返回步骤SI。參见图4，在本实施例中，控制单元每秒采集一次GPS定位信息，并根据定位信息对施工图上的船舶当前坐标进行实时更新，通过对实际运行轨迹与给定轨迹的比较，控制単元可以计算当前风、浪等外界干扰因素对船舶移位的影响，并由此反向分析抵消其作用所需的锚机频率、转速，通过遗传算法快速寻找最优參数，最后向变频器发送命令，控制锚机收放修正工程船舶的轨迹，以达到避免风、浪等因素对定位移船干扰、控制船舶按照给定轨迹运行的效果。换个角度来说，在以上过程中，控制单元通过不断读取GPS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统，其特征在于，包括控制单元和与控制单元相连的GPS模块，还包括固定于船舶上的锚机及用于控制锚机的变频器，所述变频器与控制单元相连，所述锚机的数量至少为2，分别设置于船舶甲板的不同位置，每个锚机分别通过缆绳与独立的锚点连接，控制单元包括中心处理模块和与中心处理模块连接的施工图纸加载模块，其中：?中心处理模块用于根据GPS模块的定位信息生成船舶运动路径并指令变频器控制锚机动作；?施工图纸加载模块用于读取施工图纸并在施工图纸中加载大地坐标系；?GPS模块用于获取定位信息并反馈给控制单元；?锚机用于通过收放缆绳改变船舶的位置。

【技术特征摘要】
1.种基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统，其特征在于，包括控制单元和与控制单元相连的GPS模块，还包括固定于船舶上的锚机及用于控制锚机的变频器，所述变频器与控制单元相连，所述锚机的数量至少为2，分别设置于船舶甲板的不同位置，每个锚机分别通过缆绳与独立的锚点连接，控制单元包括中心处理模块和与中心处理模块连接的施工图纸加载模块，其中: 中心处理模块用于根据GPS模块的定位信息生成船舶运动路径并指令变频器控制锚机动作； 施工图纸加载模块用于读取施工图纸并在施工图纸中加载大地坐标系； GPS模块用于获取定位信息并反馈给控制単元； 锚机用于通过收放缆绳改变船舶的位置。2.权利要求1所述基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统，其特征在于，所述锚机的数量为4。3.权利要求1所述基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统，其特征在于，所述GPS模块包括两台形成差分式定位系统的GPS定位仪。4.权利要求1所述基于自适应算法的非自航船舶智能移位系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志良，张功新，刘嘉，张波云，朱幸科，
申请(专利权)人：中交四航工程研究院有限公司，中交第四航务工程局有限公司，广州港湾工程质量检测有限公司，广州四航岩土技术工程有限公司，广州四航材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：