一種海底電纜運動軌跡模擬方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種海底電纜運動軌跡模擬方法及系統，將電纜和放纜時間進行微分段處理；即每個微分段為一個電纜質點；將作為放纜時間的微分段；對所述電纜質點進行三維空間的受力分析，結合運動和力的關系，分別在空間三個方向上建立關于微分段和時間的函數關系的運動方程組；根據所述運動方程組，獲取初始時刻t0和時刻分別對應的水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；根據所述運動方程組，基于t0和分別對應的水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標得到時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；即得到了一段時間內水下電纜的運動軌跡。

【技術實現步驟摘要】
一種海底電纜運動軌跡模擬方法及系統
本專利技術涉及海底電纜地震采集電纜的運動軌跡領域，特別涉及一種海底電纜運動軌跡模擬方法及系統。
技術介紹
通過模擬電纜的沉放運動軌跡來調整放纜船路線，提高一次放纜的精度是一種控制地震采集檢波點點位的手段；目前國內對于OBC（OceanBottomCable海底電纜）地震采集檢波點定位研究更多的是二次定位問題，一次定位主要是靠導航船測量，并根據經驗公式計算電纜偏差值來調整放纜船行駛路線，不能更科學、直觀地反映電纜的運動形態。美國福羅里達州AKAI海洋工程公司早在二十世紀四十年代就開始研究海底電纜模擬方法和技術，在七、八十年代成功開發了基于PC的海底電纜管理系統軟件，之后憑借該軟件在全球范圍承擔海底電纜鋪設工程項目。該海底電纜管理軟件可以根據施工區域的水深和海底條件提前規劃放纜路徑和方案，仿真模擬電纜鋪設過程，進而實現在放纜和鋪設過程中實時發出指令，指揮放纜人員放纜和監控電纜在水中的運動狀態，最終達到實時控制電纜鋪設路徑的目的，并保證輕質電纜到達海底位置的精度達到水深的3.5%，這家海洋公司正是探索出了模擬電纜在水中運動的方法，憑借建立的合理的數學模型，為人工鋪設海底電纜提供了科學準確的施工依據。而國內目前OBC海洋地震采集在接收電纜鋪設過程中依然是憑經驗施工，存在著很大的不確定性，缺乏科學依據。隨著OBC業務的不斷擴大，甲方要求也越來越嚴格，在缺乏科學指導放纜方法的情況下，要保證高質量的服務，只有租借或購買國外公司的技術、設備，但卻付出了極高的代價。因此只有我們自己掌握了模擬電纜運動軌跡的方法，用以指導電纜布設的作業，才能有效地提高經濟效益，因此對于該方法的研究具有非常重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述問題，提出一種海底電纜運動軌跡模擬方法及系統，本申請的技術方案適用于OBC地震采集電纜的運動軌跡模擬和其它海底電纜繩運動軌跡的模擬，可應用于地震勘探、海底電纜鋪設等涉及需要模擬海底電纜軌跡的行業。為實現上述目的，本專利技術提供了一種海底電纜運動軌跡模擬方法，該方法包括：將電纜和放纜時間進行微分段處理；即每個微分段為一個電纜質點；將作為放纜時間的微分段；對所述電纜質點進行三維空間的受力分析，結合運動和力的關系，分別在空間三個方向上建立關于微分段和時間的函數關系的運動方程組；根據所述運動方程組，獲取初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；根據所述運動方程組，獲取時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；根據所述運動方程組，基于初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標得到時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；即得到了一段時間內水下電纜的運動軌跡。可選的，在本專利技術一實施例中，所述運動方程組為：式中，ρ為電纜的線密度，ρ0為海水的線密度，K為與海水的粘度系數和密度及電纜半徑有關的常量，T為電纜的切向張力，vx，vy，vz為海流在三維空間方向上對應的運動速度；(x,y,z)為電纜質點的位置三維坐標?？蛇x的，在本專利技術一實施例中，還包括：當電纜質點的位置信息中y取值為海水的深度時，根據所述水下電纜的運動軌跡得到坐標（x，z），坐標（x，z）為電纜在海底的模擬落地軌跡點。為實現上述目的，本專利技術還提供了一種海底電纜運動軌跡模擬系統，該系統包括：微分單元，用于將電纜和放纜時間微分段處理；即每個微分段為一個電纜質點；將作為放纜時間的微分段；運動方程組建立單元，用于對所述電纜質點進行三維空間的受力分析，結合運動和力的關系，分別在空間三個方向上建立關于微分段和時間的函數關系的運動方程組；電纜質點的位置獲取單元，用于根據所述運動方程組，獲取初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；根據所述運動方程組，獲取時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；電纜模擬運動軌跡獲取單元，用于根據所述運動方程組，基于所述電纜質點的位置獲取單元獲取的位置坐標信息來得到時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；即得到了一段時間內水下電纜的運動軌跡?？蛇x的，在本專利技術一實施例中，所述運動方程組建立單元獲取的運動方程組為：式中，ρ為電纜的線密度，ρ0為海水的線密度，K為與海水的粘度系數和密度及電纜半徑有關的常量，T為電纜的切向張力，vx，vy，vz為海流在三維空間方向上對應地的運動速度；(x,y,z)為電纜質點的位置三維坐標。可選的，在本專利技術一實施例中，還包括：電纜模擬落地軌跡點確定單元；所述電纜模擬落地軌跡點確定單元，用于當電纜質點的位置信息中y取值為海的深度時，根據所述水下電纜的運動軌跡得到坐標（x，z）；其中，所述坐標（x，z）為電纜在海底的模擬落地軌跡點。上述技術方案具有如下有益效果：該技術方案將復雜的基于力學分析的運動學模型進行非線性數值求解后，根據電纜運動的邊界物理條件模擬出電纜的在水中的運動軌跡及落入海底的位置，進而用來調整放纜船的航行軌跡，提高電纜落地點位的精度，并且準確地模擬出電纜在水中的運動軌跡及沉落海底的位置將有助于提高一次放纜的精度，改善地震采集的放纜的工藝，從而提高生產效率，獲得更好地生產效益。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術提出的一種海底電纜運動軌跡模擬方法流程圖；圖2為本專利技術提出的一種海底電纜運動軌跡模擬系統方框圖；圖3為電纜質點在海流作用下的受力分析和運動方向示意圖；圖4為在海水作用下電纜三維受力分析示意圖；圖5為本專利技術實施例中放纜船的航跡示意圖；圖6為本專利技術實施例中電纜的沉放模擬運動軌跡示意圖；圖7為本專利技術實施例中依據模擬運動軌跡獲取的電纜海底位置示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本申請的技術方案是在分析影響拖纜軌跡的各個因素的基礎上，分析電纜沉放過程中的受力情況，建立運動學模型，通過非線性數學求解的方法，模擬出電纜在三維空間的運動軌跡及落在海底的位置情況。如圖1所示，為本專利技術提出的一種海底電纜運動軌跡模擬方法流程圖。該方法包括：步驟101：將電纜和放纜時間微分段處理；即每個微分段為一個電纜質點；將每個微分段作為放纜時間的微分段；步驟102：對所述電纜質點進行三維空間的受力分析，結合運動和力的關系，分別在空間三個方向上建立關于微分段和時間的函數關系的運動方程組；步驟103：根據所述運動方程組，獲取初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；步驟104：根據所述運動方程組，基于初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標得到時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；即得到了一段時間內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海底電纜運動軌跡模擬方法，其特征在于，該方法包括：將電纜和放纜時間進行微分段處理；即每個微分段為一個電纜質點；將作為放纜時間的微分段；對所述電纜質點進行三維空間的受力分析，結合運動和力的關系，分別在空間三個方向上建立關于微分段和時間的函數關系的運動方程組；根據所述運動方程組，獲取初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；根據所述運動方程組，基于初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標得到時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；即得到了一段時間內水下電纜的運動軌跡。

【技術特征摘要】
1.一種海底電纜運動軌跡模擬方法，其特征在于，該方法包括：將電纜和放纜時間進行微分段處理；即每個微分段為一個電纜質點；將作為放纜時間的微分段；對所述電纜質點進行三維空間的受力分析，結合運動和力的關系，分別在空間三個方向上建立關于微分段和時間的函數關系的運動方程組；根據所述運動方程組，獲取初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；根據所述運動方程組，基于初始時刻t0水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標和時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標得到時刻水中電纜上各個質點在三維空間中的位置坐標；即得到了一段時間內水下電纜的運動軌跡；其中，所述運動方程組為：式中，ρ為電纜的線密度，ρ0為海水的線密度，K為與海水的粘度系數和密度及電纜半徑有關的常量，T為電纜的切向張力，vx，vy，vz為海流在三維空間方向上對應地的運動速度；(x,y,z)為電纜質點的位置三維坐標；g為重力加速度。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：當電纜質點的位置信息中y取值為海水的深度時，根據所述水下電纜的運動軌跡得到坐標(x，z)，坐標(x，z)為電纜在海底的模擬落地軌跡點。3.一種海底電纜運動軌跡模擬系統，其特征在于，該系統包括：微分單元...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳浩林，牛宏軒，倪成洲，劉軍，
申請(專利權)人：中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司，
類型：發明
國別省市：河北;13