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(1.大連理工大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 遼寧 盤錦 124221； 2.大連理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 遼寧 大連 116023；3.中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院， 北京 100101)

0 引 言

石油與天然氣是當(dāng)今使用最為廣泛的能源，具有重要戰(zhàn)略意義[1]。渤海海域擁有豐富的油氣資源，我國(guó)在該海域投入多座油氣田進(jìn)行油氣開采[2-3]。渤海海域?qū)儆诟呔暥群Ｓ蚯宜钶^淺，平均水深僅為18 m左右，整體比熱容較低，導(dǎo)致該海域冬季存在嚴(yán)重的海冰災(zāi)害[4]。相關(guān)研究[5]表明，當(dāng)冰荷載與風(fēng)、浪、流荷載同時(shí)作用于平臺(tái)時(shí)，冰荷載為控制荷載。目前冰荷載的作用機(jī)理依舊是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)[6-8]，但是渤海海域的平臺(tái)在設(shè)計(jì)之初沒有可參考的抗冰規(guī)范，加上油氣資源較為分散，多為邊際油田，用鋼量較少，造成渤海海域的油氣田抗冰性與穩(wěn)定性較差，在冬季盛冰期海冰的撞擊下會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的冰激振動(dòng)[9]。1969年，渤海海域“海二井”被海冰推倒，并造成“海一井”嚴(yán)重受損，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2 000余萬元；1974年，渤海4號(hào)的烽火臺(tái)被海冰推倒[10]；渤海20-2海域某平臺(tái)也發(fā)生過由于平臺(tái)冰激振動(dòng)導(dǎo)致生產(chǎn)平臺(tái)上部法蘭松動(dòng)失效、管線斷裂的安全事故[11]，嚴(yán)重威脅平臺(tái)的安全生產(chǎn)與相關(guān)人員的生命安全。因此，應(yīng)對(duì)平臺(tái)冰激振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并在振動(dòng)超出安全范圍時(shí)及時(shí)預(yù)警。

國(guó)外自20世紀(jì)60年代起就已在庫(kù)克灣海洋平臺(tái)、瑞典Norstromsgrund燈塔、加拿大Athabasca河Hondo大橋、芬蘭Bothnia灣Kemi-I燈塔[12-13]等抗冰結(jié)構(gòu)上開展振動(dòng)測(cè)量工作[5]，技術(shù)較為成熟。國(guó)內(nèi)針對(duì)抗冰結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)起步較晚，20世紀(jì)90年代中期，大連理工大學(xué)率先對(duì)渤海海域海洋平臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)[14]，并構(gòu)建了完整的監(jiān)測(cè)體系。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然能較為準(zhǔn)確地測(cè)出海洋平臺(tái)冰振響應(yīng)，但其不具備硬件聯(lián)網(wǎng)(物聯(lián)網(wǎng))功能，且存在空間占用率與成本高、可靠性不足、自動(dòng)化程度低、數(shù)據(jù)處理繁瑣等問題。針對(duì)上述問題，本文在冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究中引入物聯(lián)網(wǎng)的思想，以集成化、模塊化為研究理念，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)化冰振加速度信息采集為研究目標(biāo)，構(gòu)建海洋平臺(tái)冰振加速度監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過將所測(cè)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化冰振信息采集與智能化冰振危害信息處理，為基于冰振監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究工作提供更加可靠、高效與物聯(lián)網(wǎng)化的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支撐。

1 冰激振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖1 油氣平臺(tái)簡(jiǎn)化模型

圖2 平臺(tái)冰激振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

由于油氣平臺(tái)為高聳結(jié)構(gòu)，在海冰荷載沖擊下存在明顯的鞭梢效應(yīng)，所以，相對(duì)于振動(dòng)位移，振動(dòng)加速度更能反映平臺(tái)振動(dòng)的劇烈程度。 對(duì)于離岸平臺(tái)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，可以基于平臺(tái)的動(dòng)力特性將平臺(tái)簡(jiǎn)化為圖1所示結(jié)構(gòu)， 并由振動(dòng)傳感器測(cè)量平臺(tái)在冰激振動(dòng)下的加速度響應(yīng)。

1.1 傳統(tǒng)冰激振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

受中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司委托，大連理工大學(xué)岳前進(jìn)等自20世紀(jì)90年代中期就在渤海海域相關(guān)油氣平臺(tái)上開展平臺(tái)冰激振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，并構(gòu)建一套完整的平臺(tái)冰激振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[15]，如圖2所示。該系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、拾振器、雷達(dá)以及氣象觀測(cè)站等組成，其中：攝像機(jī)可以實(shí)時(shí)獲取海面圖像信息，并通過自主研發(fā)的軟件自動(dòng)計(jì)算冰厚、冰速以及海冰來向；拾振器可以采集平臺(tái)受冰激振動(dòng)下的加速度信息；雷達(dá)可在必要時(shí)開啟以獲得指定海域的海冰分布信息；氣象觀測(cè)站可以實(shí)時(shí)獲得氣象信息。多年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明：該套系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測(cè)量平臺(tái)冰激振動(dòng)情況，為平臺(tái)安全運(yùn)行提供可靠保障。

1.2 傳統(tǒng)冰激振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺陷

圖3 傳統(tǒng)振動(dòng)加速度采集系統(tǒng)

圖4 不同平臺(tái)振動(dòng)加速度采集系統(tǒng)間的聯(lián)系(傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng))

上述測(cè)量參數(shù)中，振動(dòng)加速度直接反映平臺(tái)振動(dòng)程度。傳統(tǒng)振動(dòng)加速度采集系統(tǒng)主要由加速度傳感器、放大器、A/D采集卡與采集主機(jī)構(gòu)成。加速度傳感器感知結(jié)構(gòu)的冰振響應(yīng)，其采集到的信號(hào)經(jīng)放大器放大后通過A/D采集卡將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到采集主機(jī)中，如圖3所示。傳統(tǒng)振動(dòng)加速度采集系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中存在諸多不足，其中的核心問題是該套系統(tǒng)不具備聯(lián)網(wǎng)功能，當(dāng)對(duì)多座平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每個(gè)平臺(tái)需單獨(dú)布設(shè)一套采集系統(tǒng)，且各系統(tǒng)間無法實(shí)現(xiàn)信息共享，難以為整個(gè)海域的抗冰工作提供有效的數(shù)據(jù)支持。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于不同平臺(tái)振動(dòng)加速度采集間的聯(lián)系如圖4所示。

傳統(tǒng)振動(dòng)加速度采集系統(tǒng)還存在以下不足：

(1) 空間占用率與成本高。傳統(tǒng)振動(dòng)加速度采集系統(tǒng)組分多、集成性差，且海上環(huán)境惡劣，空氣中濕度與含鹽度較高，極易對(duì)設(shè)備造成損壞，影響測(cè)量精度，必要時(shí)需輔以防護(hù)裝置對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，系統(tǒng)成本與空間占用率較高。由于平臺(tái)空間有限，冬季測(cè)冰期結(jié)束后需拆除所有設(shè)備，第2年海冰出現(xiàn)時(shí)再重新安裝，極為不便。

(2) 系統(tǒng)可靠性不足。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組分過多，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)作，需要排查各個(gè)環(huán)節(jié)尋找故障設(shè)備，給系統(tǒng)的維護(hù)帶來了極大困難。以采集卡為例，該設(shè)備為美國(guó)MCC公司原裝進(jìn)口產(chǎn)品，精密度高但易損壞，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，受平臺(tái)環(huán)境與技術(shù)所限，往往無法維修，只能直接更換。為確保監(jiān)測(cè)工作正常進(jìn)行，每個(gè)平臺(tái)上都需預(yù)留1套備用設(shè)備，大幅增加了設(shè)備成本。此外，每套傳統(tǒng)系統(tǒng)都需要1臺(tái)電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)由于電腦的特殊性，經(jīng)常會(huì)由于系統(tǒng)或人為等因素造成系統(tǒng)故障，從而降低系統(tǒng)的可靠性。

(3)自動(dòng)化程度低。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示與自動(dòng)存儲(chǔ)平臺(tái)受冰激振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)加速度信息但無法自動(dòng)處理相關(guān)數(shù)據(jù)。特定時(shí)段振動(dòng)加速度最大值與當(dāng)日振動(dòng)報(bào)表等信息需依靠MATLAB輔助程序手動(dòng)處理。為確保所得數(shù)據(jù)的全面性，每個(gè)平臺(tái)都需安排值守人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的維護(hù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力的同時(shí)還大幅增加人工成本。

隨著渤海海域邊際油田日益老化，對(duì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求也不斷提高，傳統(tǒng)的冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于自身存在的系統(tǒng)缺陷顯然已經(jīng)無法滿足相關(guān)監(jiān)測(cè)要求。

2 物聯(lián)網(wǎng)化冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等的信息承載體，能夠讓所有被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，通過物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)測(cè)等功能，并為相關(guān)決策提供有效數(shù)據(jù)支撐。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)化冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)

為解決傳統(tǒng)冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的諸多問題，本文在冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究中引入物聯(lián)網(wǎng)中互聯(lián)互通、智能化的思想，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)化冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行初步概念設(shè)計(jì)，具體步驟為：(1)通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，以解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法共享的問題；(2)通過集成化、模塊化的設(shè)計(jì)理念解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)空間占用率與成本高、可靠性差的問題；(3)通過重新編寫智能化采集軟件解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度低的問題。

圖5 海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè) 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)終端

圖6 海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成

2.2 海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

基于上述思想，本文研發(fā)出海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將觀測(cè)平臺(tái)冰激振動(dòng)所需的各類傳感器、協(xié)議、通信、電源和容錯(cuò)等高度集成到一個(gè)11.5 cm×7.5 cm×4.5 cm的金屬盒中，如圖5所示?，F(xiàn)場(chǎng)只需1臺(tái)高性能的電腦主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，將計(jì)算機(jī)所帶來的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)降至最低，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化信息采集與智能化信息處理。

2.2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與供電方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用外接12 V電源的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電；由于系統(tǒng)本身體積較小，安裝時(shí)受場(chǎng)地因素限制較少，且由于海洋平臺(tái)本身的結(jié)構(gòu)特性會(huì)對(duì)無線信號(hào)的傳遞造成較大干擾，故選用有線網(wǎng)絡(luò)通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由處理器模塊、加速度傳感器模塊、看門狗模塊、串口調(diào)試通信模塊、網(wǎng)口通信模塊以及電源管理模塊組成，如圖6所示。處理器模塊是整個(gè)設(shè)備的核心模塊，使用AT91SAM7X 256芯片，支持IP/ICMP/TCP/DHPC等協(xié)議，可動(dòng)態(tài)獲取IP以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，最高工作頻率為55 MHz，工作溫度為-40℃ ～ 85℃，能夠?qū)鞲衅髂K進(jìn)行設(shè)置并采集數(shù)據(jù)；加速度傳感器模塊由感知物體加速度的芯片構(gòu)成，其模擬輸出信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；看門狗模塊可定時(shí)檢測(cè)處理器的運(yùn)行狀態(tài)，一旦檢測(cè)到工作異?；虺绦蛑袛?，則重啟處理器；串口調(diào)試模塊負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置；網(wǎng)口通信模塊可將處理器采集的加速度數(shù)據(jù)以TCP/IP協(xié)議發(fā)送；電源管理模塊負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)各部分的供電。

海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)模塊高度集成、相互協(xié)作，從根本上解決了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)空間占用率高的問題，并在現(xiàn)場(chǎng)成功構(gòu)建了海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)體系。

3 海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)

圖7 不同平臺(tái)振動(dòng)加速度采集系統(tǒng)間的聯(lián)系(物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng))

相比傳統(tǒng)的冰振加速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在信息共享性、自動(dòng)化、可靠性等方面實(shí)現(xiàn)了突破。

3.1 信息共享性

圖8 海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作流程圖

海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)無需在每個(gè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)上都布設(shè)采集主機(jī)，在設(shè)置好相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)后，所有平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均可在中心平臺(tái)的集成軟件上實(shí)時(shí)分區(qū)顯示，并可根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)需要選擇隱藏或顯示不同平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。中心處理平臺(tái)上的計(jì)算機(jī)還可以遠(yuǎn)程訪問各個(gè)子平臺(tái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并設(shè)定或修改系統(tǒng)參數(shù)；各個(gè)子平臺(tái)也能將采集到的振動(dòng)加速度信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳至中心平臺(tái)，如圖7所示。必要時(shí)還可以實(shí)時(shí)回查相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)化。

3.2 自動(dòng)化

海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)人機(jī)界面友好、交互性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開機(jī)后會(huì)實(shí)時(shí)自動(dòng)生成加速度變化曲線且能自動(dòng)計(jì)算振動(dòng)加速度最大值(每5 min更新1次)并生成報(bào)表，無需人工干預(yù)。同時(shí)，新系統(tǒng)還能自動(dòng)計(jì)算振動(dòng)加速度的平均值、中位數(shù)、方差等統(tǒng)計(jì)值并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，當(dāng)需要時(shí)可隨時(shí)調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的工作流程如圖8所示。該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能強(qiáng)大，網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化程度高，解決了需要人員留守平臺(tái)的問題，實(shí)現(xiàn)了由半人工化傳統(tǒng)系統(tǒng)向自動(dòng)化智能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。

3.3 可靠性

海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為完全自主研發(fā)，選用設(shè)備前進(jìn)行了大量的前期調(diào)研，詳細(xì)對(duì)比了不同廠家的設(shè)備并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的試運(yùn)行，以確保系統(tǒng)可靠性。在2015-2016年度渤海海域海冰監(jiān)測(cè)中，分別在JZ20-2海域與JZ9-3海域的5座平臺(tái)上安裝了海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并進(jìn)行長(zhǎng)期性能測(cè)試。在長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的冬季測(cè)冰期中，系統(tǒng)故障率低，可靠性可以滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

圖9 海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)系統(tǒng)與傳統(tǒng)冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)圖

海洋平臺(tái)冰振加速度是反映海洋平臺(tái)受海冰沖擊程度最直觀、最有效的指標(biāo)。通過實(shí)時(shí)獲取同一海域不同平臺(tái)的冰振加速度以及遠(yuǎn)程調(diào)用相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息，不但可以直觀了解不同平臺(tái)的振動(dòng)情況，為整個(gè)海域的抗冰決策提供有效參考，還可以在冰情嚴(yán)重時(shí)借助不同平臺(tái)的振動(dòng)信息實(shí)時(shí)調(diào)整破冰船的破冰軌跡，形成最優(yōu)破冰航線，為海洋平臺(tái)的安全生產(chǎn)提供有力保障。

4 系統(tǒng)驗(yàn)證

為驗(yàn)證海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，本文在渤海海域的JZ20-2NW平臺(tái)上進(jìn)行了系統(tǒng)的驗(yàn)證工作。首先在該平臺(tái)的同一位置同時(shí)安裝傳統(tǒng)平臺(tái)冰振加速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如圖9所示。本文以2016年1月30日06時(shí)15分至20分所測(cè)得的平臺(tái)x方向冰激振動(dòng)加速度為例，對(duì)比這兩種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

4.1 時(shí)程數(shù)據(jù)對(duì)比

圖10為傳統(tǒng)冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)x方向振動(dòng)加速度時(shí)程對(duì)比圖和局部放大圖，可以看出：兩套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)x方向振動(dòng)加速度在變化趨勢(shì)與數(shù)值上基本吻合，所測(cè)數(shù)據(jù)可相互驗(yàn)證。

圖10 兩套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)x方向振動(dòng)加速度對(duì)比

為進(jìn)一步對(duì)比兩套冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)海洋平臺(tái)冰振加速度的精度，將兩套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)每分鐘冰振加速度平均值進(jìn)行對(duì)比，得到的結(jié)果見表1，可以看出：兩套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的海洋平臺(tái)冰振加速度平均值基本相同，最大誤差為2.02%，符合工程要求。

表1 2套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)每分鐘冰振加速度平均值

4.2 數(shù)據(jù)頻域分析

JZ20-2 NW平臺(tái)的基頻為1 Hz左右，對(duì)監(jiān)測(cè)傳感器的低頻性能要求較高。將兩套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)x方向振動(dòng)加速度進(jìn)行快速傅里葉變換得到頻域比較圖如圖11所示，可以看出：傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)基頻均為1 Hz左右，均能較好反映海洋平臺(tái)的低頻振動(dòng)，因此，冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)滿足冰振測(cè)量的需求。

圖11 兩套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的平臺(tái)x方向振動(dòng)加速度頻域分析

5 結(jié) 論

相比傳統(tǒng)冰振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本文的海洋平臺(tái)冰振監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要在以下方面做出改進(jìn)：

(1)集成性與可靠性。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)且高度集成，所選構(gòu)件均在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過嚴(yán)格的極限測(cè)試，即使系統(tǒng)損壞也可根據(jù)模塊進(jìn)行快速更換，不但大幅減少了系統(tǒng)的空間占用率還確保了系統(tǒng)的可靠性。

(2)智能化。該系統(tǒng)可在監(jiān)測(cè)冰振加速度的同時(shí)自動(dòng)生成冰振加速度報(bào)表并計(jì)算冰振加速度平均值、方差、中位數(shù)等統(tǒng)計(jì)值，無需人工干預(yù)。

(3)信息化。該系統(tǒng)可通過中心平臺(tái)上的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程訪問各個(gè)子平臺(tái)上的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定或修改并進(jìn)行雙向信息傳遞。

由于海上工況惡劣，非冰期平臺(tái)在風(fēng)、浪、流的作用下也會(huì)產(chǎn)生受迫振動(dòng)。該類振動(dòng)相對(duì)冰激振動(dòng)較弱但會(huì)造成疲勞、損傷等問題，影響結(jié)構(gòu)疲勞壽命，故可將本系統(tǒng)長(zhǎng)年留放在平臺(tái)上，以獲得平臺(tái)全年的振動(dòng)加速度數(shù)值，并以此為基礎(chǔ)推算結(jié)構(gòu)剩余疲勞壽命。

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