海洋测量水下拖曳设备的位置计算方法研究
发布时间：2021-11-05 15:05
针对海洋测量水下拖曳设备位置确定问题,综合考虑拖缆受力、海流影响以及水下拖体的运动性质,建立了水下拖曳设备的位置计算模型,并仿真计算分析了测量船在不同航行状态下拖曳设备位置确定的规律,探讨了不同海流效应对拖曳设备位置确定的影响。仿真计算结果表明,在海洋动态环境作用下,拖缆各方向的偏移明显呈曲线形状,非简单几何运算所确定。测船各方向的运动均可对水下拖体的位置在相应方向产生一定影响,而水下拖体位置的变化量小于测船拖点位置的变化量。海流对水下拖曳设备定位可造成数米的偏差,需进行相应改正。建议可考虑采取船载式ADCP实时测流辅助水下拖曳设备定位的工作模式。
【文章来源】：海洋测绘. 2020,40(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２拖缆运动坐标系及拖缆受力分析示意图??拖缆运动坐标系通过３次旋转可与空间固定坐??＿
．５０??７??弹性模量￡：（Ｎ／ｍ２）??２．?ＯｅｌＯ??８??拖体长度Ｌ（ｍ）??１．００??９??拖体直径ｄ（ｍ）??０．１０??１０??拖体质量（ｋｇ）??２５??１１??拖体重心坐标??（ｘｇ，ｙｇ９ｚｇ）（ｍ）??（〇，〇，〇）??１２??拖体浮心坐标??（ｘｃ９ｙｃ，ｚｃ）?（ｍ）??（０，０，０）??此外，拖体其他参数采用文献［１１?］的参数。??３．１测船匀速直线航行??设定测船在匀速直航，船速为ｈ?＝?－５?ｍ／Ｓ，经计??算，拖缆及水下拖体的空间位置见图３。??图３勻速直航拖缆及拖体的空间位置示意图??由图３可看出，在匀速直线航行状态下，水下拖??体的空间位置无横向偏移，并且深度基本保持不变。??３．?２测船振荡运动影响??考虑到海洋动态环境作用，测船航行会受风浪??等影响存在周期振荡运动，取测船振荡运动在拖点??处数值上分为横向、纵向和垂直振荡三种形式。其??表达式为：Ｓ；?＝ｊｆｆ；ｓｉｎ（＜？ｔ）?〇??式中，为测船拖点处的坐标，下标ｉ表示这３??个方向；尽为各方向振幅，取为ｌ．〇ｍ沖为角速度；为??简便起见，所有初始相位均为零；运动周期为ｌ〇ｓ。??（１）横向振荡＝５，＝凡ｓｉｎ（＜ｕｔ）??求解〇设为变量Ｉ的第饥次近似值，则：??ｒ＂＋１?＝Ｘｍ?＋?ＡＸｍ?（２０）??取拖缆长度为１００?ｍ，得到测船横向振荡运动??时测船拖点及水下拖体的位置变化，见图４。??
拖体位置??－＾０￣￣＾５０￣￣念￣￣＾￣￣０￣￣＾＾００??（ｂ）测船拖点及水下拖体ＺＺ平面侧视ｇ??图４横向振荡拖点位置、拖体位置的变化示意图??由图５可看出，①测船拖点纵向振荡使水下拖??体尤方向位置发生改变，同时造成拖体深度呈现周??期上升和下沉，变化范围为４．?７５￣５．?５２?ｍ；②测船拖??点纵向振荡造成拖体深度变化范围略小于测船拖点??横向振荡对拖体的深度变化。??（３）垂向振荡：Ｓｚ＝ｊｆｆ２ｓｉｎ（ｏ？）??（ａ）测船拖点及水下拖体位置空间三维示意图??图６垂向振荡拖点位置、拖体位置的变化示意图??３．?３?海流效应影响??设定海流仅在水平面内运动，垂向速度为零。??取拖缆长度为５０?ｍ，海流速度为０．?５?ｍ／ｓ。海流的??具体表达设定为：??Ｊ（ｚ）?＝?０．?５（ｃｏｓ０ｉ?＋?ｓｉｎｆｆｊ?＋?０?？?ｋ）?（２１）??式中，０为海流速度矢量与空间惯性坐标系（０－??轴正向的夹角。??为便于研究，本文对各方向海流作用下拖缆及??拖体位置进行了相应计算，分别取０?＝?０。，?３０。，４５。，??６０。，９０。，１２０。，１３５。，１５０。，１８０。，进人稳定状态后拖??缆及水下拖体的空间位置见图７。??－？－测船拖点位置??１??１??水下拖体位置．??１????１??１??１??１???１???１??１?１??１?寸????１?１??“」一．．丨丨ｉ?Ｊ??１??－＾００?－１５０?－１００??（ｂ）测船拖点及水下拖体平面侧视图??图５纵向振荡拖点位置、拖体位置的变化示意图??由图６可看出，①测船拖点垂向振荡可使拖体??Ｚ方向位置发
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋磁力仪拖鱼入水深度控制方法[J]. 任来平,范龙,林勇,李凯锋,吴太旗. 海洋测绘. 2013(02)
[2]拖体定位中的海洋动态环境效应补偿[J]. 任来平,李凯锋,赵俊生,柯泽贤. 海洋测绘. 2010(03)
[3]水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析[J]. 李志印,吴家鸣. 中国造船. 2007(02)
[4]海洋磁力测量拖鱼位置概算[J]. 边刚,刘雁春,翟国君,肖付民. 测绘通报. 2004(08)
[5]海洋调查中水下目标位置的确定[J]. 隋海琛,刘彦祥,姜晓晖. 海洋测绘. 2004(03)
[6]拖曳式多参数剖面测量系统水动力与控制性能研究述评[J]. 吴家鸣,叶家玮,李宁. 海洋工程. 2004(01)
[7]拖曳系统计算中拖缆与拖体的耦合计算[J]. 李英辉,李喜斌,戴杰,庞永杰,徐玉如. 海洋工程. 2002(04)
[8]拖曳线列阵阵形与姿态数值计算[J]. 邓德衡,黄国樑,楼连根. 海洋工程. 1999(01)
[9]侧扫声纳探测的若干问题[J]. 庄杰枣,王绍智,郑铁民,栾锡武,官晨钟. 海洋测绘. 1996(04)
[10]海下缆索系统运动的动力学模拟[J]. 李力波. 中国造船. 1989(04)
博士论文
[1]拖曳式测量系统剖面运动控制与数据产品制作[D]. 官晟.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2006
硕士论文
[1]拖曳系统运动仿真计算[D]. 张攀.武汉理工大学 2005
本文编号：3478028
【文章来源】：海洋测绘. 2020,40(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２拖缆运动坐标系及拖缆受力分析示意图??拖缆运动坐标系通过３次旋转可与空间固定坐??＿
．５０??７??弹性模量￡：（Ｎ／ｍ２）??２．?ＯｅｌＯ??８??拖体长度Ｌ（ｍ）??１．００??９??拖体直径ｄ（ｍ）??０．１０??１０??拖体质量（ｋｇ）??２５??１１??拖体重心坐标??（ｘｇ，ｙｇ９ｚｇ）（ｍ）??（〇，〇，〇）??１２??拖体浮心坐标??（ｘｃ９ｙｃ，ｚｃ）?（ｍ）??（０，０，０）??此外，拖体其他参数采用文献［１１?］的参数。??３．１测船匀速直线航行??设定测船在匀速直航，船速为ｈ?＝?－５?ｍ／Ｓ，经计??算，拖缆及水下拖体的空间位置见图３。??图３勻速直航拖缆及拖体的空间位置示意图??由图３可看出，在匀速直线航行状态下，水下拖??体的空间位置无横向偏移，并且深度基本保持不变。??３．?２测船振荡运动影响??考虑到海洋动态环境作用，测船航行会受风浪??等影响存在周期振荡运动，取测船振荡运动在拖点??处数值上分为横向、纵向和垂直振荡三种形式。其??表达式为：Ｓ；?＝ｊｆｆ；ｓｉｎ（＜？ｔ）?〇??式中，为测船拖点处的坐标，下标ｉ表示这３??个方向；尽为各方向振幅，取为ｌ．〇ｍ沖为角速度；为??简便起见，所有初始相位均为零；运动周期为ｌ〇ｓ。??（１）横向振荡＝５，＝凡ｓｉｎ（＜ｕｔ）??求解〇设为变量Ｉ的第饥次近似值，则：??ｒ＂＋１?＝Ｘｍ?＋?ＡＸｍ?（２０）??取拖缆长度为１００?ｍ，得到测船横向振荡运动??时测船拖点及水下拖体的位置变化，见图４。??
拖体位置??－＾０￣￣＾５０￣￣念￣￣＾￣￣０￣￣＾＾００??（ｂ）测船拖点及水下拖体ＺＺ平面侧视ｇ??图４横向振荡拖点位置、拖体位置的变化示意图??由图５可看出，①测船拖点纵向振荡使水下拖??体尤方向位置发生改变，同时造成拖体深度呈现周??期上升和下沉，变化范围为４．?７５￣５．?５２?ｍ；②测船拖??点纵向振荡造成拖体深度变化范围略小于测船拖点??横向振荡对拖体的深度变化。??（３）垂向振荡：Ｓｚ＝ｊｆｆ２ｓｉｎ（ｏ？）??（ａ）测船拖点及水下拖体位置空间三维示意图??图６垂向振荡拖点位置、拖体位置的变化示意图??３．?３?海流效应影响??设定海流仅在水平面内运动，垂向速度为零。??取拖缆长度为５０?ｍ，海流速度为０．?５?ｍ／ｓ。海流的??具体表达设定为：??Ｊ（ｚ）?＝?０．?５（ｃｏｓ０ｉ?＋?ｓｉｎｆｆｊ?＋?０?？?ｋ）?（２１）??式中，０为海流速度矢量与空间惯性坐标系（０－??轴正向的夹角。??为便于研究，本文对各方向海流作用下拖缆及??拖体位置进行了相应计算，分别取０?＝?０。，?３０。，４５。，??６０。，９０。，１２０。，１３５。，１５０。，１８０。，进人稳定状态后拖??缆及水下拖体的空间位置见图７。??－？－测船拖点位置??１??１??水下拖体位置．??１????１??１??１??１???１???１??１?１??１?寸????１?１??“」一．．丨丨ｉ?Ｊ??１??－＾００?－１５０?－１００??（ｂ）测船拖点及水下拖体平面侧视图??图５纵向振荡拖点位置、拖体位置的变化示意图??由图６可看出，①测船拖点垂向振荡可使拖体??Ｚ方向位置发
【参考文献】：
期刊论文
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[5]海洋调查中水下目标位置的确定[J]. 隋海琛,刘彦祥,姜晓晖. 海洋测绘. 2004(03)
[6]拖曳式多参数剖面测量系统水动力与控制性能研究述评[J]. 吴家鸣,叶家玮,李宁. 海洋工程. 2004(01)
[7]拖曳系统计算中拖缆与拖体的耦合计算[J]. 李英辉,李喜斌,戴杰,庞永杰,徐玉如. 海洋工程. 2002(04)
[8]拖曳线列阵阵形与姿态数值计算[J]. 邓德衡,黄国樑,楼连根. 海洋工程. 1999(01)
[9]侧扫声纳探测的若干问题[J]. 庄杰枣,王绍智,郑铁民,栾锡武,官晨钟. 海洋测绘. 1996(04)
[10]海下缆索系统运动的动力学模拟[J]. 李力波. 中国造船. 1989(04)
博士论文
[1]拖曳式测量系统剖面运动控制与数据产品制作[D]. 官晟.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2006
硕士论文
[1]拖曳系统运动仿真计算[D]. 张攀.武汉理工大学 2005
本文编号：3478028
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