深海管道位姿绳测量法不确定度分析与实验研究

作     者：兰荻 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王茁

授予年度：2019年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：管道位姿 拉绳测量 不确定度 样机实验 

摘      要：管道位姿测量系统是测量水下管道相对位姿的关键设备,在水下回接作业中有着广泛的应用。课题的前期研究为国家“863计划重大专项“深水管道铺设技术中的子课题“深水回接位姿精确测量设备样机研制。本课题研究目的在于在基于被测管道定位的深水管道位姿测量系统研究的基础上,基于误差分析理论中的不确定度理论,以辅助拉绳测量法为研究对象,结合水下拉绳测量装置作业方式,进行海底两管道间相对距离、方位多参数测量的不确定性分析,寻找其主要来源,求解出影响多参数测量不确定度的主要分量并对其进行相应调整。提出合理的测量装置结构以及合适的评定方法,从而以最佳方式估计被测量值,满足水下工程测量施工要求的精度指标。本文对国内外基于拉绳测量法的管道位姿测量技术的研究现状进行分析。利用不确定度理论对基于管道定位的深海管道位姿测量系统的不确定度进行分析与评定,并通过对前期测量数据评定的对比分析确定对测量精度影响较大的分量。通过对不确定度分量的分析与调整提出基于法兰定位的深海管道位姿测量系统。结合设计要求制定基于法兰定位的测量系统总体方案,并完成实验样机与上位机监控界面的设计,为进一步理论分析求解与实验样机的设计提供依据。本文分析了测量绳的水下力学模型,首先采用线性波理论与莫里森方程对波浪载荷对测量绳的影响进行求解;其次对测量绳的水下抛物线与悬链线模型进行对比分析,研究控制模型误差的精度参数。最后基于过渡矩阵算法对基于法兰定位的管道位姿测量系统的求解进行研究,得到管道相对距离与位姿的理论求解方法,为工程样机实验奠定理论基础。本文通过基于法兰定位的管道位姿测量系统的工程样机实验对理论求解方法与实际测量精度进行验证。通过初始化实验、绳长检测机构实验以及角度测量机构实验分别对测量绳长度、各水平、俯仰摆角以及正交倾角进行测量,验证了相关功能单元的可靠性。通过综合位姿测量实验,验证了该测量系统在保证测量精度的前提下可较好地降低测量不确定度。