双船海洋电磁拖体航迹监测软件设计与实现

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由于陆地上的石油资源逐渐减少,因此,世界范围的油气勘探重心逐渐由陆地转向深海区域。海洋可控源电磁探测方法是目前国际海洋资源探测领域的研究热点之一,为海底油气资源勘探提供高科技支撑。双船拖曳式海洋电磁勘探系统是由我国十三五重点专项项目自主提出的,相较于传统的勘探系统,本系统既可以进行海底全方位拟三维电磁观测,同时还具有可以任意变化的收发距以及灵活的测线等优点,这些优势保证其更加高效地进行深海油气资源的探测。对于勘探过程中发射机和接收机拖体航迹数据的实时监测需要,本文提出了双船海洋电磁拖体航迹监测软件的设计方案,用以直接监测发射机和接收机在水下的航行轨迹,完成了双船拖体航迹信息的数据整合和可视化操作,以便于后期协助勘探人员进行勘探过程的分析和决策。基于对双船拖体航迹监测软件实时性、高效性的通信要求,利用.NET Framework平台下的C#语言,采用串口通信和网络通信两种通信方式实现双船之间的数据传输与数据共享。通过串口通信完成对GPS信息的接收,运用TCP/IP协议建立通信通道,并通过运用Socket接口实现双船的通信功能;依据串口通信和网络通信建立的通信协议及UTF-8解码方式对接收到的拖体参数信息进行解析,解析成时间、X坐标、Y坐标、深度和设备号5个参数,以实现对数据的实时可视化监测,并通过研究GDI+技术,采用数据值与坐标值转换的算法,将接收到的位置信息转换成GDI+图形的页面坐标,完成对拖体二维航迹图像的绘制,为拖体航迹监测软件提供了更为直观的监测方式;为实现对规划信息和航迹数据的高效存储、快速查询,采用数据库技术与文本读写相结合的存储方式,并编写了存储过程方法,提高了数据的存储效率,实现对航迹数据的本地备份,为后续的数据处理提供数据支持。同时,在航迹监测软件设计中添加了异常报警功能,以保证监测数据的有效性和海试行进的安全性。由于深海环境复杂,拖体容易受到洋流以及海洋生物等外界干扰,深度产生复杂变化,影响实际海洋电磁勘探,而单纯依靠缆绳的调节远远不够。因此,通过建立空间坐标系得到拖体的六自由度运动方程,然后运用牛顿第二定律,建立拖体的动力学方程,联立解耦得到拖体的数学模型。最后采用模糊控制与PID控制相结合的方法对建立的拖体深度数学模型进行控制,并在实验室运用MATLAB/Simulink进行仿真分析。本文对拖体航迹监测软件的运行情况进行了大量的室内、外测试。拖体航迹监测软件在实验室阶段,多次采用串口通信和网络通信进行试验,结果显示,拖体航迹监测软件不仅可以实现数据之间的通信、解析功能,还可以实现航迹图像的监测和数据的存储备份,且报警功能正常,测试过程中软件稳定运行;在野外测试阶段,拖体航迹监测软件参与了湖试系统联调、第一次海试和第二次海试勘探工作,通过调试和改进,拖体航迹监测软件在海试中可以稳定运行,且长时间进行数据通信,实时系统调用界面正常,异常报警及时且正常,对拖体航迹监测软件的可行性和有效性进行了验证,可以满足双船海洋电磁勘探工作对监测的需求。同时,在实验室运用MATLAB对拖体深度数学模型进行仿真控制,仿真结果表明,模糊PID控制算法可以达到对拖体深度的精确控制,且控制效果远好于PID控制。
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