深水铺管作业视景仿真系统设计研究

摘要

深水铺管作业是一个十分复杂的过程，在恶略的海洋环境下，不但要保证铺管船与管线，托管架，张紧器及海流之间的协调工作，还要保证铺设管道的安全性和完整性。而目前国内深水管线铺设领域的研究尚少，深水铺管作业的视景仿真系统也尚未进行过研发，依托十二五国家科技重大专项，“南海深水油气勘探开发关键技术及装备”重大课题—“深水海底管道铺设技术”，为了能够在陆地上对相关人员进行铺管作业培训演练，降低铺管实时作业差错，避免重大工程事故的发生，以保障船员的安全，及资金的合理利用，本文开发了基于“海洋石油201”号的铺管作业视景仿真系统。 在对“海洋石油201”号深水铺管起重船的铺管作业工艺流程及关键设备深入了解吸收的基础上，在系统设计前期，对培训人员的特性及所能接受的培训过程进行了深入剖析。并且研究了视景仿真系统与现实世界的关系。 在系统设计过程中，在保证功能实现的前提下，在人机交互方面，对软件界面考虑了如下因素:一致性，兼容性，适应性，指导性，结构性，提示性等。并从视觉认知角度，对界面设计提出了一定要求。对视景模块也从视觉认知角度考虑了如下因素:静态画面效果，动态画面效果，画面沉浸感及操作相应的及时性。 本文依据系统分析的原理，对系统功能模块进行分解、研究;设计出仿真培训系统的硬件架构和软件架构，并且实现了仿真系统的部分功能。在系统设计过程中，对于与本课题相关的自动控制、数据通讯、数学模型、系统集成等技术问题也进行了调研、学习，重点考虑了各功能模块（仿真成员）之间的数据通讯关系和数据接口问题。根据仿真系统地具体需求，对核心技术之一:可视化模块进行了重点研究和开发设计。基于三维仿真技术和设计学有关理论构建起仿真过程所需的超写实视景模型。 本文结构上，主要由三部分组成:系统方案设计，系统可视化模块技术实现，系统评价与反馈。其中系统方案设计主要是系统需求分析，总体功能设计（功能分析，系统逻辑结构设计，系统程序执行流程设计），硬件总体方案设计，软件方案设计（系统软件架构设计，系统数据流程设计，系统软件主界面设计），系统核心技术概要（可视化模块研究，数学模型系统研究，集成技术研究）。系统可视化模块技术实现包括铺管作业过程视景概述，铺管过程部分功能实现等）。而系统评价与反馈包括系统评价理论与铺管作业仿真系统评价与反馈，为下一步工作奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景、目的、意义

1．2 海上铺管工艺调研

1．2．1 铺管船概述

1．2．2 铺管船组成及关键设备

1．2．3 铺管作业工艺流程

1．3 视景仿真技术在海洋工程领域的应用

1．3．1 视景仿真概述

1．3．2 视景仿真技术在国内外的研究现状

1．3．3 视景仿真技术在海洋工程领域的应用

1．4 本文研究内容

第2章 系统相关理论

2．1 铺管作业视景仿真中的人机交互

2．1．1 人机交互概述

2．1．2 用户分析

2．1．3 系统分析

2．1．4 人机交互硬件分析

2．1．5 人机交互软件界面设计

2．1．6 人机交互中的视觉认知

2．2 铺管作业视景仿真系统与现实世界的关系

2．2．1 视景仿真系统依赖于现实世界

2．2．2 视景仿真系统的能动作用

2．3 本章小结

第3章 系统方案设计

3．1 总体功能设计

3．1．1 功能分析

3．1．2 系统逻辑结构设计

3．1．3 系统程序执行流程设计

3．2 硬件总体方案设计

3．2．1 系统硬件构建

3．3 软件方案设计

3．3．1 系统软件架构设计

3．3．2 系统数据流程设计

3．3．3 系统软件主界面设计

3．4 本章小结

第4章 系统可视化模块技术实现

4．1 铺管作业过程视景概述

4．2 系统开发工具选择

4．3 部分功能实现

4．3．1 基本功能的实现

4．3．2 海洋环境开发

4．3．3 关键模型的交互

4．3．4 视觉效果

4．3．5 数据通讯

4．3．6 分屏显示

4．4 铺管过程功能实现

4．4．1 铺管流程

4．4．2 突发事件模拟

4．5 系统评价与反馈

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文及研究成果

致谢