用于海洋平台立管载荷监测的数据同步采集方法及系统
本发明涉及海洋工程结构健康监测，特别是涉及一种用于海洋平台立管载荷监测的数据同步采集方法及系统。
背景技术：
1、海洋平台立管是连接海底井口系统与海洋平台的重要载荷传递构件，长期处于波浪、海流、平台升沉、井下作业载荷变化以及平台姿态变化等多因素耦合作用下，其轴向载荷、弯曲载荷和动态冲击载荷均可能随工况变化而发生波动。为了掌握立管受力状态，工程上通常沿立管轴向布设多个载荷监测节点，通过应变式传感器、光纤光栅传感器或载荷测量单元连续采集不同位置的载荷数据，并结合节点安装位置分析立管的垂向载荷分布。对于设置锁紧结构、夹持结构或张紧调节结构的立管系统而言，锁紧状态变化会改变局部边界条件和载荷传递路径，例如半锁紧切换为锁紧、锁紧切换为解锁或发生微滑移时，同一次锁紧动作可能引起立管载荷沿轴向逐步传播，并在不同监测节点处形成具有时间先后关系的瞬态响应。
2、现有数据同步采集方法多以统一时钟源、网络授时或集中触发信号为基础，对多个采集节点的数据附加统一时间戳后进行对齐，该类方法能够改善采集系统的电子时间一致性，但在立管锁紧状态变化场景下，仍难以保证不同节点数据对应同一结构响应阶段。具体而言，同一锁紧状态变化引起的载荷响应在靠近锁紧机构的节点处可能先出现，在远离锁紧机构的节点处可能后出现，该时间差既包含结构传播造成的客观延迟，也可能包含采集节点时钟偏差、采样触发偏差或数据缓存延迟。若直接按照原始时间戳或载荷峰值进行同步，容易将正常传播延迟误认为采集不同步，或者将局部噪声、平台振动引起的载荷突变误认为锁紧事件到达时刻，导致生成的载荷分布数据实际混合了不同传播阶段下的节点载荷值，进而影响垂向载荷分布分析、锁紧状态判断和结构安全评估的准确性。因此，亟需一种面向海洋平台立管锁紧状态变化场景的数据同步采集方法。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于海洋平台立管载荷监测的数据同步采集方法及系统，用于解决现有数据同步采集方法在立管锁紧状态变化场景下，难以保证不同节点数据对应同一结构响应阶段的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种用于海洋平台立管载荷监测的数据同步采集方法，包括以下步骤：获取有关锁紧机构的锁紧状态数据和各载荷监测节点采集的立管载荷数据，根据所述锁紧状态数据和立管载荷数据确定锁紧状态关联载荷事件集，其中，所述锁紧状态关联载荷事件集包括与锁紧状态变化相关的载荷响应片段；在所述锁紧状态关联载荷事件集中，根据所述载荷响应片段内相邻采样点的载荷突变与持续变化趋势确定各载荷监测节点的事件到达时刻，并生成事件到达时刻序列；
4、获取各载荷监测节点的节点安装位置参数以及锁紧状态修正传播时间，并根据所述事件到达时刻序列、各载荷监测节点的节点安装位置参数以及锁紧状态修正传播时间确定各载荷监测节点的节点时间校正量；获取各载荷监测节点的原始采样时间戳，使用所述节点时间校正量对所述载荷监测节点的原始采样时间戳进行校正，并在统一结构响应基准下选取同步载荷值，根据所述同步载荷值并结合节点安装位置参数生成同步载荷分布数据。
5、于本发明的一实施例中，所述根据所述锁紧状态数据和立管载荷数据确定锁紧状态关联载荷事件集，包括：当所述锁紧状态数据发生变化时，截取各载荷监测节点采集的立管载荷数据在对应时间窗口内的载荷响应片段；确定所述载荷响应片段的载荷变化强度，其中，所述载荷变化强度为所述载荷响应片段内最大载荷值与最小载荷值的差值；
6、当所述锁紧状态数据发生变化且参与载荷监测节点的数量不少于预设数量且各参与载荷监测节点的所述载荷变化强度高于预设背景波动阈值时，将对应的所述载荷响应片段确定为锁紧状态关联载荷事件。
7、于本发明的一实施例中，在所述确定所述载荷响应片段的载荷变化强度之后，还包括：对存在连续丢样、时间戳倒退、传感器饱和或载荷值超出量程的载荷监测节点标记为无效节点，并当所述无效节点的数量超过预设比例时，不输出所述锁紧状态关联载荷事件。
8、于本发明的一实施例中，所述根据所述载荷响应片段内相邻采样点的载荷突变与持续变化趋势确定各载荷监测节点的事件到达时刻，并生成事件到达时刻序列，包括：按节点本地时间戳对所述载荷响应片段进行排序，逐点计算到达判别量，其中，所述到达判别量包括当前采样点与前一采样点的载荷差值及后续采样点的持续变化量；获取首个达到预设触发条件且后续短时载荷变化保持锁紧载荷调整趋势的采样点，将所述采样点对应的节点本地时间戳确定为事件到达时刻。
9、于本发明的一实施例中，所述将所述采样点对应的节点本地时间戳确定为事件到达时刻之后，还包括：获取各载荷监测节点的安装位置参数，并根据节点安装位置参数对各载荷监测节点的事件到达时刻进行顺序校核；当远离锁紧机构的载荷监测节点的事件到达时刻小于靠近锁紧机构的载荷监测节点的事件到达时刻时，在所述远离锁紧机构的载荷监测节点的载荷响应片段内继续搜索满足条件的采样点，并将符合传播顺序的时间戳更新为事件到达时刻。
10、于本发明的一实施例中，所述根据所述事件到达时刻序列、各载荷监测节点的节点安装位置参数以及锁紧状态修正传播时间确定各载荷监测节点的节点时间校正量，包括：根据所述节点安装位置参数选取距离锁紧机构最近的载荷监测节点作为参考节点，并确定其他载荷监测节点与所述参考节点的实际到达时刻差；将所述实际到达时刻差减去所述锁紧状态修正传播时间，得到所述节点时间校正量，其中，所述锁紧状态修正传播时间为根据等效传播速度与边界修正系数确定的载荷传播时间。
11、于本发明的一实施例中，所述根据等效传播速度与边界修正系数确定锁紧状态修正传播时间，包括：根据当前锁紧状态变化类型调用锁紧状态标定记录中的等效传播速度；获取当前载荷监测节点与所述参考节点的位置差，确定所述位置差与所述等效传播速度的比值，并将所述比值乘以与当前锁紧状态变化类型对应的边界修正系数，从而得到锁紧状态修正传播时间。
12、于本发明的一实施例中，所述使用所述节点时间校正量对所述载荷监测节点的原始采样时间戳进行校正，并在统一结构响应基准下选取同步载荷值，根据所述同步载荷值并结合节点安装位置参数生成同步载荷分布数据，包括：将各载荷监测节点的原始采样时间戳减去各载荷监测节点对应的节点时间校正量，从而得到校正后采样时间戳；
13、选取所述参考节点的校正后到达时刻作为基准时刻，在校正后采样时间戳中获取对应基准时刻的载荷采样值，当不存在与基准时刻完全一致的采样点时，在相邻校正后采样记录之间进行线性插值获取同步载荷值；按照节点安装位置参数的顺序组织各载荷监测节点的同步载荷值，生成同步载荷分布数据集合，并对校正后采样序列无法覆盖基准时刻或相邻插值采样点时间间隔超过允许插值间隔的载荷监测节点，在所述同步载荷分布数据集合中记录缺失状态。
14、一种用于海洋平台立管载荷监测的数据同步采集方法，包括：锁紧状态关联载荷事件集确定模块，用于获取有关锁紧机构的锁紧状态数据和各载荷监测节点采集的立管载荷数据，根据所述锁紧状态数据和立管载荷数据确定锁紧状态关联载荷事件集，其中，所述锁紧状态关联载荷事件集包括与锁紧状态变化相关的载荷响应片段；事件到达时刻序列生成模块，用于在所述锁紧状态关联载荷事件集中，根据所述载荷响应片段内相邻采样点的载荷突变与持续变化趋势确定各载荷监测节点的事件到达时刻，并生成事件到达时刻序列；
15、节点时间校正量确定模块，用于获取各载荷监测节点的节点安装位置参数以及锁紧状态修正传播时间，并根据所述事件到达时刻序列、各载荷监测节点的节点安装位置参数以及锁紧状态修正传播时间确定各载荷监测节点的节点时间校正量；同步载荷分布数据生成模块，用于获取各载荷监测节点的原始采样时间戳，使用所述节点时间校正量对所述载荷监测节点的原始采样时间戳进行校正，并在统一结构响应基准下选取同步载荷值，根据所述同步载荷值并结合节点安装位置参数生成同步载荷分布数据。
16、一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述的用于海洋平台立管载荷监测的数据同步采集方法。
17、如上所述，本发明的一种用于海洋平台立管载荷监测的数据同步采集方法及系统，具有以下有益效果：本发明通过将锁紧状态变化作为事件触发依据，从连续载荷数据中筛选真实关联的载荷响应片段，避免将海洋环境扰动或单点噪声误认为同步基准；并针对载荷传播前沿先到达、峰值后出现的工程特点，结合相邻采样点突变与短时持续变化确定事件到达时刻，使提取时刻更贴近结构响应起始点而非局部振动峰值；本发明还通过引入锁紧状态修正传播时间，将立管结构传播造成的客观延迟与采集链路附加时间偏差有效分离，精准计算节点时间校正量；还利用该校正量对原始时间戳进行统一映射后重组同步载荷分布数据，使各节点载荷值严格对应同一结构响应阶段，消除不同传播阶段载荷值直接拼接导致的分布失真；最终为立管垂向载荷分布计算、锁紧状态判断和结构安全评估提供高保真、同基准的数据支撑，显著提升复杂海况下海洋平台立管监测系统的同步采集精度与工程适用性。