2014-2020年国家能源发展战略要求加强近海油气勘探开发,大力提升海洋油气产量,因此海上钻井平台数量将会增大。筒型海洋钻井平台由于技术先进性、安全稳定性和作业可靠性等方面的优势,得到了越来越多世界各国的青睐。筒型平台拖航业务则是筒型平台投入生产使用的一个重要环节,但是拖航环境复杂性、拖航操纵复杂性、拖航方案复杂性、事故的突发性和严重性使得拖航作业充满风险,因此如何保障海上拖航安全、提高海上拖航风险预防效果越来越成为广大工程技术人员和科研工作者,尤其是海上拖航相关部门关注的焦点。论文以MMG模型为基础,结合悬链线模型构建了拖带系统运动模型,并基于卡尔曼滤波算法构建拖带系统轨迹实时预测模型实现对船舶运动轨迹的实时跟踪和预测,最后结合指标预警准则建立了拖航系统风险预警体系,对拖带系统的碰撞、搁浅、偏航等高概率风险实时预警,对潜在的风险能够提前识别并发出警报,同时结合相应的避碰规则和实际拖航水域通航环境给出相应的风险缓解和消除措施。因此,对大型筒型拖带平台的拖航风险预警研究对保障拖带作业的安全有重要的理论和实际意义。本文的主要研究内容和成果如下:(1)构建拖带系统运动模型基于MMG基础理论和悬链线模型构建了筒型平台拖带系统运动模型,同时设计了多组不同实验环境下的仿真实验对拖带系统运动模型的可靠性进行验证。实验结果表明机动幅度越大,拖船和筒型平台状态越难恢复稳定,轨迹波动现象越明显。因此,在拖航作业实际操纵中应该尽量避免大幅度机动操作来降低拖带系统失控进而产生严重事故的可能性。(2)构建拖带系统轨迹实时预测模型基于卡尔曼滤波算法构建拖带系统轨迹实时预测模型实现对拖带系统中拖船与筒型平台运动轨迹的实时跟踪和预测,并通过设计不同实验环境条件下的单船和拖带系统轨迹预测仿真实验,验证了卡尔曼滤波算法对拖带系统船舶运动轨迹的预测具有可行性。通过对轨迹预测误差分析得到轨迹预测时间步长越长,拖带速度越大、改向操纵幅度越大,所预测的船舶轨迹误差越大。因此要结合实际的环境条件、交通流条件等,确定合理的预测时间,使其在保证轨迹预测精度的前提下具有工程实用性。基于本章的仿真实验预警误差分析结果和实际海上拖航预警需要,设定预警时间步长为10s,为后续的拖带系统风险预警提供理论依据。(3)构建拖带系统风险预警模型基于指标预警准则建立了拖航系统风险预警体系,选取高概率的事故类型(碰撞事故、搁浅事故、偏航事故)为预警范围,确定了预警范围中各个事故类型的预警指标,根据拖航实际情况确定相应的预警条件、报警方式和预警流程,并结合相应的避碰规则和实际拖航水域通航环境给出相应的风险缓解和消除措施。最后设计仿真实验,基于拖带系统中的拖船和被拖带的筒形平台轨迹预测结果进行了相应的风险预警实验,验证本章拖航系统风险预警的可靠性和实用性。