一种浮力调控及数据交互管缆系统

1.本发明属于海洋柔性管缆防护领域，具体为一种浮力调控及数据交互管缆系统。


背景技术：

2.能源是国民经济及社会发展的重要物质基础，随着全球经济的不断发展，石油产业的消费总额不断增加，对石油资源的开采也提出了更高需求，目前海洋油气资源开采相对较少，大量的海洋石油与天然气资源尚未得到开发利用，因此采用脐带缆开采的方法变得越来越重要，管缆的维护也越来越重要。
3.在柔性管道的在位运行期间，会受到风、浪、流等环境荷载、顶端浮体运动的共同作用，这些作用所产生的荷载会导致柔性管道的损坏，因此改变柔性管道位置以及脐带缆的设立方式可有效解决以上问题，其次，在优化管缆的疲劳受力的同时，改装动力设备，减少计算工况数量，提高计算分析效率是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
4.目前大部分情况下，仍然采用将水上推行器与浮式结构物直接相连的方式，例如申请号为202011319648.7的中国专利公开了一种浮式结构物接口装置及浮式结构物船及浮式结构物船与推进器的连接方法，申请号为202110520889.6的中国专利公开了一种适用于浮式结构物船单点系泊转动输电的传动系统，均存在结构损耗快、动力装置耗电快等弊端，缆绳位置无法智能控制。


技术实现要素：

5.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种数据传输效率高、抗风浪能力强的浮力调控及数据交互管缆系统。
6.技术方案：本发明所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，包括牵引缆绳、滑动轨道、浮筒、脐带缆和地面控制中心；牵引缆绳的一端穿过滑动导轨并固定于海底，滑动轨道通过脐带缆与浮筒相连，地面控制中心用于根据监测海域情况调整脐带缆的位置；
7.浮筒包括传输模块、水上推行器、浮标、控制分析单元、海面海况监测模块、太阳能板和蓄电池；传输模块将数据发送至浮标，再由浮标发送到地面控制中心；控制分析单元用于分析接收到的数据并将反馈至脐带缆内的动力装置；太阳能板将太阳能转化成电能并存储在蓄电池中，用于给传输模块、水上推行器、浮标、控制分析单元、海面海况监测模块供电；
8.脐带缆内部设置不锈钢管、双光纤缆、电缆、动力装置、电源转换模块、水下光纤通信模块和传感系统；双光纤缆与水下光纤通信模块相连，电源转换模块将电缆传输的电能转换成各装置所需电能，电源转换模块、水下光纤通信模块均与传感系统相连，传感系统设置于脐带缆内的不同高度位置。
9.进一步地，传感系统包括感知系统、传输系统和采集控制系统，感知系统包括温盐深仪、水流速传感器、张紧力传感器、摄像机，采集控制模块包括信息采集、信息处理模块，负责将采集到的数据进行预处理操作，传输模块用于将预处理过的数据传输到浮筒内的控
制分析单元。
10.进一步地，地面控制中心信息收集的步骤包括：
11.(a)感知系统通过将不同位置的传感系统的数据进行采集，采集控制模块对数据进行预处理；
12.(b)经过预处理的数据通过水下光纤通信模块以及双光线缆传输至浮筒内；
13.(c)浮筒内的控制分析单元对接收到的数据以及海面海况监测模块接收到的数据进行分析，并将分析结果通过wifi信号转发至浮标、地面控制中心，浮标将收集到的信息通过gps北斗卫星转发至地面控制中心。
14.进一步地，确定传感系统安装最优位置的方法包括以下步骤：
15.(a)测点位置初选，将初步选定的点记为初步选定测点自由度，未被选择的点记为未被选择自由度；
16.(b)构建mac矩阵，将初步选定测点自由度的模态向量矩阵记为u(n
×
m)；
17.(c)定位mac矩阵最大非对角元素；
18.(d)筛选未被选择的自由度，依次将未被选择测点的自由度添加到选定测点的自由度中，重新计算最大非对角元素的值；
19.(e)将初步选定测点自由度计算得到fisher矩阵；
20.(f)综合评估待选测点，将非对角元素最大值的能力和增加fisher迹的能力进行叠加；
21.(g)重新评定初选测点组，进行检查，重复(b)～(f)的步骤操作。
22.进一步地，浮筒内的控制分析单元对数据进行转发及分析处理，将一级指令通过双光纤缆下发至动力装置，控制感知系统的移动；地面控制中心对数据进行总分析处理，将指令通过gps北斗卫星传输至浮标以及通过wifi信号传输至浮筒内部的水上推行器。
23.进一步地，地面控制中心调整脐带缆位置的步骤包括：
24.a、系统开始运行，控制系统开始捕捉在连续工作周期中不同深海的水流速、压力、张紧力的信息，浮标开始监测定位信息；
25.b、感知系统将接收数据预处理后，通过光纤传输至浮筒内的控制分析单元、海面海况监测模块将捕捉到的数据传输至控制分析单元；
26.c、控制分析单元下发指令到动力装置进行传感系统的位置优化；
27.d、地面控制中心判断脐带缆是否超出能承受的最大压力；
28.d1、当脐带缆已经超出能承受的最大压力，地面控制中心根据预设训练模型，选择最佳的移动方向和距离；
29.d11、地面控制中心判断脐带缆是否处于承受的压力范围内；
30.d111、当超出承受的压力范围内，地面控制中心判断是否超出设置的控制阈值；
31.d1111、当未超出设置的控制阈值，重复步骤d；
32.d1112、当超出设置的控制阈值，地面控制中心将信号传输到浮标；
33.d1113、浮标将数据传输到地面控制中心；
34.d1114、地面控制中心根据预设训练模型，推动水上推行器移动，反馈控制指令到浮标；
35.d1115、浮标将指令传输到水上推行器；
36.d12、处于可承受的压力范围内，结束整个流程；
37.d2、当脐带缆未超出能承受的最大压力，地面控制中心记忆在此压力状态下的最佳位置。
38.采用粒子群算法，并且是先根据海内情况以及模型预设出的水上推行器的最佳位置，预设训练模型为：
39.步骤一，感知系统测得不同海深数据以及海平面的数据，以水上推行器的位置作为优化设计变量，以系统能耗最小为目标函数，表达式为：
[0040][0041]
式中，f'为系统能耗；α为单位转换系数；m为不同海深海况；μi为滑轨的位置；pi为第i时刻收集到的数据；p
i0
为第i时刻的前一时刻收集到的数据；η
pi
为第i时刻动力装置的效率；η
ei
为第i时刻的前一时刻动力装置的效率；
[0042]
步骤二，选择水上推行器的位置作为优化设计变量，即粒子的位置x，种群中每个粒子的位置，都是实际运行时的速度，通过粒子的迭代寻优，得到最优解；
[0043]
步骤三，粒子初始化完成后，设计一个水上推行器的初始位置，判定粒子位置即滑动轨道的位置是否满足动态管缆保持平衡的约束条件，判断每个粒子位置所代表的排量之和是否等于脐带缆所受的浮力之和，求出动力装置约束条件下的最大值和最小值，判断系统总动量是否在该范围内；
[0044]
步骤四，当同时满足两个条件或达到最大迭代次数时，停止计算，输出最优解；两个条件包括全局最优值连续k代没有发生变化，全局最优解对应的惩罚项小于给定的精度要求；否则返回步骤三，令循环次数加1，继续进行迭代。
[0045]
采用退火算法，目的是在后续过程中水上推行器不断变化的最优位置，预设训练模型包括以下步骤：
[0046]
步骤一一，以水上推行器的位置作为优化设计变量，设置模拟退火算法的初始温度tg充分大、算法迭代的初始解状态x0，各个温度t时的迭代次数l；
[0047]
步骤一二，粒子初始化完成后，判定粒子位置即是否满足脐带缆平衡，判断每个粒子位置所代表的浮力是否等于脐带缆所受浮力；若满足条件则转到一三；若不满足，则转一一，重新进行优化；
[0048]
步骤一三，对k＝1,
…
,l进行步骤一四步骤一七；
[0049]
步骤一四，产生新解x；
[0050]
步骤一五，计算增量
△
e＝e(x)-e(x)，其中e(x)为评价函数，ne(x)为评价指标；
[0051]
步骤一六，若
△
e(x)《0，则接受x作为新的当前解；若
△
e(x)》0，则以概率exp(
‑△
e(x)/t)接受x'作为新的当前解；
[0052]
步骤一七，若满足算法停止准则，则将当前解作为最优解输出，结束程序；
[0053]
步骤一八，逐渐降低温度t，当t
→
0时，返回步骤一二。
[0054]
进一步地，脐带缆的表面设置网状柔性管缆保护套。脐带缆与浮筒通过可旋转吊环连接。
[0055]
工作原理：动力装置不是时刻运动，不运动的时刻处于节电模式，运动的时候耗电更多，检测装置设置监测时间间隔，每几秒监测海内情况，不连续检测可以节能省电，并做
定期维护保养。需要控制的牵引缆绳通过滑动轨道控制它的位置。
[0056]
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：能够有效控制浮式结构物的稳定状态，增强抗风浪能力，减少疲劳损伤，能够实时监测海域情况，收集海域数据，通过不同的组网方式传输数据，提高数据传输效率，使数据传输真实有效，优化算法设计能以最快速度下达指令，控制牵引系统移动实现牵引缆绳位置的智能控制。
附图说明
[0057]
图1是本发明的结构示意图；
[0058]
图2是本发明滑动轨道2的结构示意图；
[0059]
图3是本发明浮筒3、脐带缆4的连接示意图；
[0060]
图4是本发明浮筒3的结构示意图；
[0061]
图5是本发明水上推行器32的结构示意图；
[0062]
图6是本发明脐带缆4的剖视图；
[0063]
图7是本发明脐带缆4的功能示意图；
[0064]
图8是本发明传感系统48的结构示意图；
[0065]
图9是本发明传感系统48的安装位置最优设计流程图；
[0066]
图10是本发明地面控制中心5的控制流程图，其中，a为信息收集的流程图，b为下发指令的流程图；
[0067]
图11是本发明地面控制中心5调整脐带缆4位置的流程图；
[0068]
图12是本发明控制分析单元3的预设训练模型算法流程图；
[0069]
图13是本发明控制分析单元5的算法模拟判断流程图。
具体实施方式
[0070]
如图1，浮力调控及数据交互管缆系统的牵引缆绳1连接在浮式结构物底端并固定于海底，配重块置于牵引缆绳1的垂直方向，减少牵引缆绳1的应力疲劳损伤，使浮式结构物在一定范围内保持稳定状态。滑动轨道2通过脐带缆4与浮筒3相连。牵引缆绳1、浮力筒3增强抗风浪能力使浮式结构物保持稳定状态，脐带缆4、地面控制中心5用于实时监测海域情况，收集海域数据，下达指令控制牵引系统移动。
[0071]
如图2～3，滑动轨道2中心打孔22穿过牵引缆绳1，顶部采用螺旋结构方式21与脐带缆4相连接，保证结构的稳定性，增强脐带缆的抗扭力。滑动轨道2两侧对称打孔22顺应海流方向，使滑动轨道2处于水平状态且与牵引缆绳1处于同一方向，保护水平方向的缆绳，减少疲劳损伤。滑动轨道2上的对称水流孔23，水流从孔中流过，减少水流的冲击力，减少对滑动轨道2的损耗。脐带缆4与浮筒3通过可旋转吊环6连接，浮筒3在水上推行器32的作用下可改变行进方向，设置可旋转吊环6则不影响脐带缆的受力状态。
[0072]
如图4～5，浮力筒3主要由传输模块31、水上推行器32、浮标33、控制分析单元34、海面海况监测模块35、太阳能板36、蓄电池37组成。太阳能板36将太阳能转化成电能并存储在蓄电池37中，用于给整个浮筒3供电。控制分析单元34用于将接收到的数据进行分析，并将分析结果反馈至动力装置45控制传感系统48移动。海面海况监测模块35监测海面风浪情况，传输模块31将海面风浪数据和由双光纤缆43传输的数据共同转发至浮标33，由浮标33
发送到地面控制中心5。水上推行器32从后端到前端依次包含电池舱、控制舱、电机舱等舱室，尾部设置推进电机以及水平舵和垂直舵进行方向的改变。
[0073]
如图6～8，脐带缆4表面设置网状柔性管缆保护套41，内部放置不锈钢管42若干条，用于承受弯曲载荷作用时的应力。除此之外，脐带缆4的内部还包括电缆44、电源转换模块46、动力装置45、双光纤缆43以及传感系统48，电缆44给整个系统传输电能，电源转换模块46将电缆44传输的电能转换成适用于各装置的电能。双光纤缆43与水下光纤通信模块47连接用于双向传输数据，提高数据传输速率。传感系统48置于脐带缆4内的不同高度位置，包括感知模块481、传输模块482、采集控制模块483。感知模块481包括ctd、水流速传感器、张紧力传感器、摄像机，负责采集海内不同深度的水流速、温度、压力、图像等数据。采集控制模块483包括信息采集、信息处理模块，负责将采集到的数据进行预处理操作，传输模块482包括水下光纤通信模块，负责将预处理过的数据传输到浮筒3内的控制分析单元34。
[0074]
如图9，脐带缆4内的传感系统48安装位置最优设计流程包含以下步骤：
[0075]
(a)测点位置初选，将初步选定的点记为初步选定测点自由度，未被选择的点记为未被选择自由度；
[0076]
(b)构建mac矩阵，将初步选定测点自由度的模态向量矩阵记为u(n
×
m)；
[0077]
(c)定位mac矩阵最大非对角元素；
[0078]
(d)筛选未被选择的自由度，依次将未被选择测点的自由度添加到选定测点的自由度中，重新计算最大非对角元素的值；
[0079]
(e)将初步选定测点自由度计算得到fisher矩阵；
[0080]
(f)综合评估待选测点，将非对角元素最大值的能力和增加fisher迹的能力进行叠加；
[0081]
(g)重新评定初选测点组，进行检查，重复(b)～(f)的步骤操作。
[0082]
如图10a，地面控制中心5的信息收集处理工作过程：
[0083]
(a)感知系统481通过将不同位置的传感系统48的数据进行采集，采集控制模块483对数据进行预处理；
[0084]
(b)双光纤缆43集成了两根单芯光纤，水下光纤通信模块47时刻将处理过的数据通过其中一根纤芯传输到浮筒3内；
[0085]
(c)浮筒3内的控制分析单元34对接收到的数据以及海面海况监测模块35接收到的数据进行分析，并将分析结果通过wifi信号转发至浮标33、地面控制中心5，浮标33将收集到的信息通过gps北斗卫星转发至地面控制中心5，浮筒3内的操作指令通过双光纤缆43中的另一根纤芯传输到水下光纤通信模块47中。
[0086]
如图10b，地面控制中心5的下发指令工作过程：
[0087]
(a)浮筒3内的控制分析单元34对数据进行转发及分析处理，将一级指令通过双光纤缆43下发至动力装置45，控制感知系统481的移动；
[0088]
(b)地面控制中心5对数据进行总分析处理，将指令通过gps北斗卫星传输至浮标33以及通过wifi信号传输至浮筒3内部的水上推行器32。
[0089]
如图11，地面控制中心5调整脐带缆4位置，包括以下步骤：
[0090]
a、系统开始运行，感知系统481开始捕捉在连续工作周期中不同深海的水流速、压力、张紧力的信息，浮标33开始监测定位信息；
[0091]
b、感知系统481将接收数据预处理后，通过双光纤缆43传输至浮筒3内的控制分析单元34、海面海况监测模块35将捕捉到的数据传输至控制分析单元34；
[0092]
c、控制分析单元34下发指令到动力装置45进行传感系统48的位置优化；
[0093]
d、地面控制中心5判断脐带缆4是否超出能承受的最大压力；
[0094]
d1、当脐带缆4已经超出能承受的最大压力，地面控制中心5根据预设训练模型，选择最佳的移动方向和距离；
[0095]
d11、地面控制中心5判断脐带缆4是否处于承受的压力范围内；
[0096]
d111、当超出承受的压力范围内，地面控制中心5判断是否超出设置的控制阈值；
[0097]
d1111、当未超出设置的控制阈值，重复步骤d；
[0098]
d1112、当超出设置的控制阈值，地面控制中心5将信号传输到浮标33；
[0099]
d1113、浮标33将数据传输到地面控制中心5；
[0100]
d1114、地面控制中心5根据预设训练模型，推动水上推行器32移动，反馈控制指令到浮标33；
[0101]
d1115、浮标33将指令传输到水上推行器32；
[0102]
d12、处于可承受的压力范围内，结束整个流程；
[0103]
d2、当脐带缆4未超出能承受的最大压力，地面控制中心5记忆在此压力状态下的最佳位置。
[0104]
如图12，地面控制中心5的预设训练模型为：
[0105]
步骤一，感知系统481测得不同海深数据以及海平面的数据，以水上推行器32的位置作为优化设计变量，以系统能耗最小为目标函数，给定初始移动方案，表达式为：
[0106][0107]
式中，f'为系统能耗；α为单位转换系数；m为不同海深海况；μi为滑轨的位置；pi为第i时刻收集到的数据；p
i0
为第i时刻的前一时刻收集到的数据；η
pi
为第i时刻动力装置45的效率；η
ei
为第i时刻的前一时刻动力装置45的效率；
[0108]
步骤二，选择水上推行器32的位置作为优化设计变量，即粒子的位置x，种群中每个粒子的位置，都是实际运行时的速度，通过粒子的迭代寻优，得到最优解；
[0109]
步骤三，粒子初始化完成后，判定粒子位置即滑动轨道2的位置是否满足脐带缆4保持平衡的约束条件，即判断给定初始方案是否可行，判断每个粒子位置所代表的排量之和是否等于脐带缆4所受的浮力之和，求出动力装置45约束条件下的最大值和最小值，判断系统总动量是否在该范围内；
[0110]
步骤四，当同时满足两个条件或达到最大迭代次数时，停止计算，输出最优解；两个条件包括全局最优值连续k代没有发生变化，全局最优解对应的惩罚项小于给定的精度要求；否则返回步骤三，令循环次数加1，继续进行迭代。
[0111]
如图13，预设训练模型包括以下步骤：
[0112]
步骤一一，以水上推行器32的位置作为优化设计变量，设置模拟退火算法的初始温度tg无穷大、算法迭代的初始解状态x0，各个温度t时的迭代次数l；
[0113]
步骤一二，粒子初始化完成后，判定粒子位置即是否满足脐带缆平衡，判断每个粒子位置所代表的浮力是否等于脐带缆4所受浮力；若满足条件则转到一三；若不满足，则转
一一，重新进行优化；
[0114]
步骤一三，对k＝1,
…
,l进行步骤一四步骤一七；
[0115]
步骤一四，产生新解x；
[0116]
步骤一五，计算增量
△
e＝e(x)-e(x)，其中e(x)为评价函数，ne(x)为评价指标；
[0117]
步骤一六，若
△
e(x)《0，则接受x作为新的当前解；若
△
e(x)》0，则以概率exp(
‑△
e(x)/t)接受x'作为新的当前解；
[0118]
步骤一七，若满足算法停止准则，则将当前解作为最优解输出，结束程序；
[0119]
步骤一八，逐渐降低温度t，当t
→
0时，返回步骤一二。

技术特征：
1.一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：包括牵引缆绳(1)、滑动轨道(2)、浮筒(3)、脐带缆(4)和地面控制中心(5)；所述牵引缆绳(1)的一端穿过滑动导轨(2)并固定于海底，所述滑动轨道(2)通过脐带缆(4)与浮筒(3)相连，所述地面控制中心(5)根据监测海域情况调整脐带缆(4)的位置；所述浮筒(3)包括传输模块(31)、水上推行器(32)、浮标(33)、控制分析单元(34)、海面海况监测模块(35)、太阳能板(36)和蓄电池(37)；所述传输模块(31)将数据发送至浮标(33)，再由浮标(33)发送到地面控制中心(5)；所述控制分析单元(34)用于分析接收到的数据并将反馈至脐带缆(4)内的动力装置(45)；所述太阳能板(36)将太阳能转化成电能并存储在蓄电池(37)中，用于给传输模块(31)、水上推行器(32)、浮标(33)、控制分析单元(34)、海面海况监测模块(35)供电；所述脐带缆(4)内部设置不锈钢管(42)、双光纤缆(43)、电缆(44)、动力装置(45)、电源转换模块(46)、水下光纤通信模块(47)和传感系统(48)；所述双光纤缆(43)与水下光纤通信模块(47)相连，所述电源转换模块(46)将电缆(44)传输的电能转换成各装置所需电能，所述电源转换模块(46)、水下光纤通信模块(47)均与传感系统(48)相连，所述传感系统(48)设置于脐带缆(4)内的不同高度位置。2.根据权利要求1所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述传感系统(48)包括感知系统(481)、传输系统(482)和采集控制系统(483)，所述感知系统(481)包括温盐深仪、水流速传感器、张紧力传感器、摄像机，所述采集控制模块(483)包括信息采集、信息处理模块，负责将采集到的数据进行预处理操作，所述传输模块(482)用于将预处理过的数据传输到浮筒(3)内的控制分析单元(34)。3.根据权利要求2所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述地面控制中心(5)信息收集的步骤包括：(a)感知系统(481)通过将不同位置的传感系统(48)的数据进行采集，采集控制模块(483)对数据进行预处理；(b)经过预处理的数据通过水下光纤通信模块(47)以及双光线缆(43)传输至浮筒(3)内；(c)浮筒(3)内的控制分析单元(34)对接收到的数据以及海面海况监测模块(35)接收到的数据进行分析，并将分析结果通过wifi信号转发至浮标(33)、地面控制中心(5)，浮标(33)将收集到的信息通过gps北斗卫星转发至地面控制中心(5)。4.根据权利要求1所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述确定传感系统安装最优位置的方法包括以下步骤：(a)测点位置初选，将初步选定的点记为初步选定测点自由度，未被选择的点记为未被选择自由度；(b)构建mac矩阵，将初步选定测点自由度的模态向量矩阵记为u(n
×
m)；(c)定位mac矩阵最大非对角元素；(d)筛选未被选择的自由度，依次将未被选择测点的自由度添加到选定测点的自由度中，重新计算最大非对角元素的值；(e)将初步选定测点自由度计算得到fisher矩阵；(f)综合评估待选测点，将非对角元素最大值的能力和增加fisher迹的能力进行叠加；
(g)重新评定初选测点组，进行检查，重复(b)～(f)的步骤操作。5.根据权利要求1所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述浮筒(3)内的控制分析单元(34)对数据进行转发及分析处理，将一级指令通过双光纤缆(43)下发至动力装置(45)，控制感知系统(481)的移动；所述地面控制中心(5)对数据进行总分析处理，将指令通过gps北斗卫星传输至浮标(33)以及通过wifi信号传输至浮筒(3)内部的水上推行器(32)。6.根据权利要求1所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述地面控制中心(5)调整脐带缆(4)位置的步骤包括：a、系统开始运行，感知系统(481)开始捕捉在连续工作周期中不同深海的水流速、压力、张紧力的信息，浮标(33)开始监测定位信息；b、感知系统(481)将接收数据预处理后，通过双光纤缆传输至浮筒(3)内的控制分析单元(34)、海面海况监测模块(35)将捕捉到的数据传输至控制分析单元(34)；c、控制分析单元(34)下发指令到动力装置(45)进行传感系统(48)的位置优化；d、地面控制中心(5)判断脐带缆(4)是否超出能承受的最大压力；d1、当脐带缆(4)已经超出能承受的最大压力，地面控制中心(5)根据预设训练模型，选择最佳的移动方向和距离；d11、地面控制中心(5)判断脐带缆(4)是否处于承受的压力范围内；d111、当超出承受的压力范围内，地面控制中心(5)判断是否超出设置的控制阈值；d1111、当未超出设置的控制阈值，重复步骤d；d1112、当超出设置的控制阈值，地面控制中心(5)将信号传输到浮标(33)；d1113、浮标(33)将数据传输到地面控制中心(5)；d1114、地面控制中心(5)根据预设训练模型，推动水上推行器(32)移动，反馈控制指令到浮标(33)；d1115、浮标(33)将指令传输到水上推行器(32)；d12、处于可承受的压力范围内，结束整个流程；d2、当脐带缆(4)未超出能承受的最大压力，地面控制中心(5)记忆在此压力状态下的最佳位置。7.根据权利要求6所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述预设训练模型为：步骤一，感知系统(481)测得不同海深数据以及海平面的数据，以水上推行器(32)的位置作为优化设计变量，以系统能耗最小为目标函数，表达式为：式中，f'为系统能耗；α为单位转换系数；m为不同海深海况；μ
i
为滑轨的位置；p
i
为第i时刻收集到的数据；p
i0
为第i时刻的前一时刻收集到的数据；η
pi
为第i时刻动力装置(45)的效率；η
ei
为第i时刻的前一时刻动力装置(45)的效率；步骤二，选择水上推行器(32)的位置作为优化设计变量，即粒子的位置x，种群中每个粒子的位置，都是实际运行时的速度，通过粒子的迭代寻优，得到最优解；步骤三，粒子初始化完成后，判定粒子位置即滑动轨道(2)的位置是否满足脐带缆(4)
保持平衡的约束条件，判断每个粒子位置所代表的排量之和是否等于脐带缆(4)所受的浮力之和，求出动力装置(45)约束条件下的最大值和最小值，判断系统总动量是否在该范围内；步骤四，当同时满足两个条件或达到最大迭代次数时，停止计算，输出最优解；两个条件包括全局最优值连续k代没有发生变化，全局最优解对应的惩罚项小于给定的精度要求；否则返回步骤三，令循环次数加1，继续进行迭代。8.根据权利要求6所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述预设训练模型包括以下步骤：步骤一一，以水上推行器(32)的位置作为优化设计变量，设置模拟退火算法的初始温度tg无穷大、算法迭代的初始解状态x0，各个温度t时的迭代次数l；步骤一二，粒子初始化完成后，判定粒子位置即是否满足脐带缆平衡，判断每个粒子位置所代表的浮力是否等于脐带缆(4)所受浮力；若满足条件则转到一三；若不满足，则转一一，重新进行优化；步骤一三，对k＝1,
…
,l进行步骤一四步骤一七；步骤一四，产生新解x；步骤一五，计算增量
△
e＝e(x)-e(x)，其中e(x)为评价函数，ne(x)为评价指标；步骤一六，若
△
e(x)<0，则接受x作为新的当前解；若
△
e(x)>0，则以概率exp(
‑△
e(x)/t)接受x'作为新的当前解；步骤一七，若满足算法停止准则，则将当前解作为最优解输出，结束程序；步骤一八，逐渐降低温度t，当t
→
0时，返回步骤一二。9.根据权利要求1所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述脐带缆(4)的表面设置网状柔性管缆保护套(41)。10.根据权利要求1所述的一种浮力调控及数据交互管缆系统，其特征在于：所述脐带缆(4)与浮筒(3)通过可旋转吊环(6)连接。

技术总结
本发明公开了一种浮力调控及数据交互管缆系统，包括牵引缆绳、滑动轨道、浮筒、脐带缆和地面控制中心；牵引缆绳的一端穿过滑动导轨并固定于海底，滑动轨道通过脐带缆与浮筒相连，地面控制中心用于根据监测海域情况调整脐带缆的位置；浮筒包括传输模块、水上推行器、浮标、控制分析单元、海面海况监测模块、太阳能板和蓄电池；传输模块将数据发送至浮标，再由浮标发送到地面控制中心；控制分析单元用于分析接收到的数据并反馈至脐带缆内的动力装置。本发明能有效控制浮式结构物的稳定状态，增强抗风浪能力，减少疲劳损伤，提高数据传输效率，数据传输真实有效，优化算法设计能以最快速度下达指令，控制牵引系统移动实现牵引缆绳位置的智能控制。智能控制。智能控制。


技术研发人员：窦培林 刘亚娇 李秀 赵世发
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/6/27