基于GNSS和静力水准的海洋石油平台变形监测研究

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海洋石油钻井平台是海洋油气资源勘探开发的重要基础设施,恶劣的海洋环境使得海洋石油平台的结构健康监测成为平台运行维护的重要一环。本文对基于GNSS-RTK定位技术与静力水准测量技术的海洋石油平台结构健康监测方法进行研究,并运用这两项技术对实际海洋石油平台工程进行动态变形监测试验分析,其主要研究内容和研究成果如下:
  根据GNSS的工作原理,分析了GNSS定位质量的各影响因素,对GPS+BDS组合系统定位的精度和可靠性进行探讨,揭示出GPS定位中引入BDS系统,有助于提高系统定位的可视卫星数、定位数据的有效数量和解算数据的可靠性比例,降低空间位置精度衰减因子PDOP值和均方根误差RMS,从而提高系统定位的精度和可靠性。
  对几种海上GNSS-RTK定位方式进行实测试验,通过对RTK常规差分、Beacon信标差分和MSAS星站差分进行比测,结果表明,RTK常规差分的定位精度为厘米级,而Beacon信标差分和MSAS星站差分的定位精度均为分米级,且MSAS星站差分定位有一个特性:其定位误差存在连续性的漂移现象,即在较短的定位时域内,MSAS星站差分具有较高的内符合定位精度。
  鉴于采用GNSS技术进行海洋石油平台的变形监测时,平台周围环境皆是对卫星信号具有较强反射的海水,以及平台上对卫星信号具有较强干扰的各种金属设施和电器设备,根据GNSS-RTK技术的多路径效应误差产生的原理,探讨了多路径效应误差影响的规律性,选择各种不同的地类环境对多路径效应误差进行测试试验,并对试验结果进行分析,揭示出不同地类环境之间的多路径效应误差的大小差异。
  为了削减GNSS-RTK技术的多路径效应误差,提出了一种基于Chebyshev(切比雪夫)和EEMD(总体经验模态分解)分析相结合的混合型滤波联合去噪的方法,并应用这种方法对海洋石油平台的GNSS-RTK监测试验数据进行联合去噪处理,试验结果表明,此方法能合理有效剔除监测数据中的多路径效应误差。
  设计了一套基于静力水准测量原理的海洋石油平台沉降远程自动监测系统,并将其应用于海洋石油平台沉降监测试验,通过对试验数据的处理分析,结果表明,该系统运行正常,可以连续自动监测海洋石油平台毫米级的沉降量,并能实现远程传输和预警。
  将GNSS-RTK技术应用于海洋石油平台的三维变形(水平位移和沉降)监测,通过连续24小时的监测试验和数据处理分析,结果表明,GNSS-RTK目前尚不适合对海洋石油平台厘米级或更小沉降量的监测,通过对监测数据进行滤波去噪处理,GNSS-RTK技术有望满足离岸10km以内的海洋石油平台厘米级的水平位移监测要求。
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