1、本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种水下防护设施顶盖薄板结构碰撞识别的传感器布置方法及系统。
背景技术：
2、水下生产系统是深水油气开采的重要组成部分。与陆上设备相比，水下生产系统更加专业、技术含量高、可靠性要求高、利润高，正在成为高效场所。开发深水油气田和边际油田的重要技术手段。
3、水下生产系统虽然有很多优点，但位于航行区域的关键设备很容易受到商船、渔船、油轮等抛锚、渔网拖带、沉船等事故的影响。裸露的水下生产树、管汇、跨接管等，可能会因坠落物体的撞击而损坏，从而造成较大的负面影响。因此，迫切需要对水下生产系统的安全采取必要的物理保护。常用的防护设施有：水下沉箱、管汇支护结构和水下隧道等。
4、水下防护沉箱是一种常见的实物防护设施。它通过巨大的桶体和顶盖覆盖水下生产系统的关键设备，并且仅通过顶盖上预设的人孔或圣诞树孔。实现内部和外部的连接。其广泛应用在一定程度上保护了水下生产系统，可以有效减轻或避免位于航行区域的水下生产系统所遭受的冲击载荷。但对于防护沉箱来说，落物的冲击力将直接作用在其上盖上。当冲击水平达到屈服极限时，可能会导致顶盖发生较大的塑性变形。因此，迫切需要开发此类沉箱的防护设施。屋顶板结构的现场监测。通过离散传感器捕获的实时动态信号反演并重建屋顶结构的动态状态，获得整个结构的全局动态响应，可以作为损伤判断和安全预警的依据。
5. 然而，水下防护设施顶板薄板结构的整体动力响应在很大程度上依赖于离散传感器信号的重建。传感器的数量和位置对结果有重大影响。当传感器密度过高时，计算时间会急剧增加，资源会严重浪费。相反，当密度太小时，重构结果会严重失真，甚至得不到所需的全局响应。对于传统的简单结构，传感器可以布置成矩形四点分布。然而，实际工程中大多数结构都会呈现非均匀、不对称、不连续的特殊情况。此时，对于水下防护设施顶盖薄板等复杂结构的传感器布置已成为亟待解决的问题。
6、现有的传感器布局方式多采用无孔的连续对称结构，布局方式多为简单的矩形网格四点式。这类方法虽然在优化过程中考虑了网格密度的影响，但没有从根本上颠覆这种简单的矩形布局模式；但这种布局方法在处理水下防护设施顶盖等复杂的带孔薄板结构时存在局限性，导致识别结果误差较大。
技术实现要素：
7、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于水下防护设施顶盖上薄板结构碰撞识别的传感器布置方法及系统，克服了现有传感器布置方法的局限性，大大提高了此类皮带的精度。影响孔板结构的识别精度。
8、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种传感器布置方法，包括：步骤一、确定待监测物体的结构参数；步骤2、确定传感器布置的基本方式；步骤3、利用主体结构的质心或重点监控区域的几何中心构造一个刚好能够覆盖所有孔洞的辅助圆/或图形；步骤4、传感器的具体布局；步骤5、调整传感器布局，完成传感器布局。
9、进一步地，步骤一中，所述确定方法包括以下步骤：
10、步骤11、确定主体结构的形状、尺寸以及孔的形状、数量、位置和尺寸；
11、第12步：建立平面坐标系，量化第11步中结构参数的坐标。
12、进一步地，在步骤2中，以八边形八点排列模式为基本模式。
13、进一步地，在步骤3中，如果主体结构为圆形，则以主体结构的中心或重点监控区域的中心为圆心构造辅助圆。
14、进一步地，步骤3中，如果主体结构的轮廓接近正n边形，则按照圆形主体结构加工方法进行近似加工； n≥4。
15、进一步地，在步骤3中，如果主体结构的轮廓为三角形，则根据孔的位置调整辅助圆的大小，使其内切于主体结构的轮廓；如果无法使用主结构轮廓内切圆，则辅助圆包含所有孔，则选择等边三角形布置方式。
16.进一步地，在步骤3中，如果主体结构的轮廓是不规则几何图形，则首先考虑包含所有孔且内接于轮廓的辅助圆。当辅助圆难以实现时，可考虑三、四、六或八边形的布局模式。
17、进一步地，步骤4中，具体的积分分配方法包括以下步骤：
18、步骤41、判断辅助圆或其他辅助图形的质心是否有孔。如果没有孔洞，则为结构实体，则在此位置增加一个监测点，得到从中心向外的放射状布置图；如果有洞，则取消该点的布局；
19. 步骤42. 根据传感器部署在结构响应最差或最危险、最容易损坏的位置的需要，考虑结构上的孔洞，并在这些孔洞的边缘远离建筑物的位置设置监测点。辅助圆/或图形的质心；
20、步骤43：判断孔是否集中。如果相邻孔之间的距离很近，则在其边缘设置的监测点将根据等价原则进行简化，将多个点合并为一个点，使该点到达这些孔。距离一致；如果孔距较远，则将监测点设置在孔的边缘，并将这些点延伸到辅助圆/或图形；
21、步骤44：将步骤43中设置的监控点设为关于辅助圆/图形中心对称的点，并将其作为新的监控点。
22、进一步地，步骤5中，调整方法为：
23、基于整体平衡的原则，辅助圆/图形上的监测点均从独立孔的边缘监测点延伸，间距应保持一致；不在辅助圆/图形上的监控点全部合并。因此，它应该维持其地位；
24、基于便于安装和更换的原则，各监测点应靠近孔位设置，同时避免孔位较多、较密造成区域过于集中。
25、一种传感器布置系统，包括： 参数确定模块、 模式确定模块、 辅助建筑模块、 点分布模块和调整模块。
26、参数确定模块，用于确定待监测物体的结构参数；
27、模式确定模块，用于确定传感器排列的基本模式；
28、辅助建筑模块利用主体结构质心或其重点监控区域的几何中心构建一个
一个辅助圆/或图形，可以刚好覆盖所有的孔；
29、点布模块用于专门放置传感器；
30、调整模块，用于调整传感器的分布点，完成传感器的布置。
31、由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点： 1、本发明考虑了结构表面孔洞分布复杂对传统传感器布置方法的不利影响，同时考虑监测区域（范围）和传感器的利用率。采用辅助图形构建、分类处理、等价化简、对称设置等方法，解决了水下防护设施顶盖带孔薄板冲击识别的复杂问题，为复杂结构的冲击识别提供信息在海洋工程和结构健康监测领域。为传感器布置提供了理论基础。 2、本发明有效克服了现有传感器布置方法的局限性，综合考虑了薄板结构的形状和尺寸以及开口的形状、数量、位置和尺寸，同时还考虑了反射、衍射和应力波的开口。孔附近容易出现的应力集中现象，创新性地优化了现有的传感器布置方法，实现了针对此类复杂薄板的传感器布置方法，也拓宽了传感器布置在结构健康监测领域的应用。
附图说明
32、图1为本发明提供的传感器布置方法的流程图；
33、图2为本发明实施例中的待监控结构示意图；
34.图3是根据本发明实施例的传感器装置的最终效果图。
具体实施
35、为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明。显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36、如图1所示，本发明提供了一种水下防护设施顶盖上薄板结构碰撞识别的传感器布置方法，包括以下步骤：
37、 步骤一、确定监测对象的结构参数；
38、具体判定方法包括以下步骤：
39、第十一步，确定主体结构的形状、尺寸以及孔洞的形状、数量、位置和尺寸；
40、第12步：建立平面坐标系，量化第11步中结构参数的坐标。
41、步骤2、确定传感器布置的基本方式；
42、常见的基本图案有正三角形排列、正四边形排列、正六边形排列和正八边形排列。本实施例中，通过计算监控面积和传感器利用率来确定合理的布局模式。具体计算方法如下：
43、对于等边三角形的三点布置：假设传感器的相邻距离为1，则监测面积s和传感器利用率η（监测面积/传感器数量）为：
44.45。对于正四边形的四点布置：假设传感器的相邻距离为1，则监测面积s和传感器利用率eta为：
[0046] [0047]
对于正六边形六点布置：假设传感器的相邻距离为1，则其监测面积s和传感器利用率η为：
[0048] [0049]
对于正八边形的八点布置：假设传感器的相邻距离为1，则监测面积s和传感器利用率eta为：
[0050] [0051]
综上所述，通过上述计算可以看出，正八边形布局模式无论是监控面积还是传感器利用率都是最高的。这样不仅可以用最少数量的传感器完成监测任务，而且可以最大限度地发挥每个传感器的监测性能。也可以满足测点布置应尽可能覆盖整个结构的一般原则。因此，本实施例优选采用八点八边形排列图案作为本发明排列方法的原型。
[0052]
步骤 3. 构造辅助圆/或图形：
[0053]
利用主体结构的质心或其重点监控区域的几何中心构造一个刚好覆盖所有孔洞的辅助圆/或图形。在：
[0054]
一个。若主体结构为圆形，则以主体结构中心或重点监控区域中心为圆心构建辅助圆；
[0055]
b.若主体结构轮廓接近正n边形（n≥4），仍按a中圆形主体结构处理方法近似处理；
[0056]
c.如果主体结构轮廓为三角形，则根据孔的位置调整辅助圆的大小，使其内切于主体结构轮廓；如果无法将主体结构轮廓内接辅助圆的孔全部包含在内，可以选择等边三角形布置方式；
[0057]
d.如果主体结构的轮廓是不规则几何图形，则优先考虑包含所有孔且内切于轮廓的辅助圆。当辅助圆难以实现时，则考虑三（角）、四、六或八角形布局模式。 。
[0058]
这里的辅助圆或者其他辅助图形就是预设的传感器布局范围。这首先保证了结构的所有关键区域都落在设定的监测范围内，符合传感器布局总体原则中的灵敏度原则（传感器监测的区域）。对外部环境负荷的变化应该非常敏感）；另外，辅助圆或其他样式的辅助图形应尽可能遵守对称原则。
[0059]
步骤4.传感器的具体放置；
[0060]
具体的点位布局方法包括以下步骤：
[0061]
步骤41、判断辅助圆或其他辅助图形的质心是否有孔。如果没有孔，则它是一个结构实体。
将该位置添加为监测点，从而得到从中心向外放射状的布局图；如果有洞，则取消该点的布局；
[0062]
步骤42.基于脆弱/危险位置优先的原则，即传感器需要部署在结构响应最不利或最危险且容易损坏的地方。考虑结构中的孔，并在远离辅助圆/或图形质心的这些孔的边缘上设置监控。点，可以监测孔附近发生的应力集中现象；
[0063]
步骤43、判断孔是否集中。如果相邻孔之间的距离很近，则在其边缘设置的监测点将根据等价原则进行简化，将多个点合并为一个点，使得该点到这些孔的距离尽量为持续的;如果孔距较远，则将监测点设置在孔的边缘，并将这些点延伸到辅助圆/或图形；
[0064]
步骤44：利用对称原理可以减少传感器的数量。因此，将步骤43中设置的监测点作为关于辅助圆/图形的质心的对称点，作为新的监测点。
[0065]
步骤5、调整传感器布局，完成传感器布局；
[0066]
调整方法为：
[0067]
步骤51、基于整体平衡原则，辅助圆/或图形上的监测点均从独立孔的边缘监测点延伸，且间距尽可能保持一致；不在辅助圆/图形上的监控点均为多点。合并结果应尽可能保持其地位不变；
[0068]
步骤52、基于便于安装和更换的原则，各监测点应靠近孔位设置，同时避免因孔位较多、较密而造成过度集中区域。
[0069]
例子：
[0070]
下面结合图1进一步描述本发明。 2作为一个实施例。
[0071]
步骤一、确定监测对象的结构参数：
[0072]
主体结构呈圆形，外径28.5米。其上有6个矩形开口（标记为#1~#6）。它们的大小和位置是已知的。可以以圆心为原点来确定开口的中心坐标。平面坐标系进一步定量确定，此处不再详细示出。
[0073]
步骤2.确定传感器排列的基本模式：
[0074]
孔数为6个，因此理论上选择的监测点数量应大于6个，结合传感器的监测面积和利用率可以得出，八边形的监测效率明显更高比六边形的。因此，选择八边形。八点布局模式。
[0075]
步骤3.构建辅助圆：
[0076]
主体结构的轮廓是圆形的，因此构造了辅助圆形。轮廓的中心是辅助圆的中心，从开口#1的上边缘到圆中心的距离是辅助圆的半径。它可以把所有的洞都包起来。这样，设计时首先将所有开口都包含在监控范围内。其次，辅助圆对称性好。
[0077]
第四步、具体布局：
[0078]
一个。由于圆心没有洞，因此在此设置监测点；
[0079]
b.按照易损/危险位置优先的原则，在远离圆心的所有孔洞边缘设置监测点；
[0080]
c.对于相距较远的两个孔口#1和#2，由于它们距离其他孔也较远，因此保留其上设置的监测点，并将孔口#2右边缘的监测点向右延伸延伸到辅助圈；其他有四个集中开口。 #5、#6号口设置的监测点可等效合并为左侧1个监测点。开口#3和#4建立的监测点可以相当于开口。 #5、#6的上下端如图3所示；
[0081]
d.利用对称原理，使c中的监测点关于圆心对称，即可得到所有监测点。
[0082]
步骤 5. 最终调整：
[0083]
辅助圆上的监测点等距分布，整体形成一个矩形；使辅助圆中的等效点保持在等效位置。整体效果如图3所示，图中黑色五角星代表监控。观点。
[0084]
综上所述，本发明克服了现有技术的诸多缺陷，具有以下特点：
[0085]
(1) 考虑孔的不对称分布：
[0086]
实际的工程结构比理想模型复杂得多。海洋工程实际使用的防护结构往往具有几何不对称、纹理不均匀、结构不连续等特点。因此，针对此类结构的碰撞识别的传感器布局方法必须多加考虑。因素，传统的矩形四点布置方法显然不再适用。本发明通过优化数量、构造辅助圆/图形、等效简化、对称设置，最终提出了一种用于水下防护设施顶盖上带孔薄板撞击识别的传感器布置方法。该方法可以找到传感器的关键布点点，不仅可以合理覆盖监测范围内的所有孔洞，还可以监测孔洞周围的危险应力状态。
[0087]
(2) 考虑传感器的监测面积和利用率：
[0088]
传感器的数量是本发明的关键。在工程中，传感器过多只会导致资源浪费和效率低下，而传感器过少则会导致识别失真。本发明根据监测面积和利用率，结合孔的数量，确定合理的传感器数量，实现传感器整体的高效利用和优化布置。此外，该方法简单，适合工程推广。
[0089]
(3) 考虑整体原则和易操作原则：
[0090]
本发明综合考虑各监测点的协调性，利用辅助圆/图形的对称性，采用宏观尺度对称等距点分布的原则；另外，基于安装、更换方便操作的原则，点分布位置避免了孔密度过大的集中区域。
[0091]
本领域技术人员将理解，本申请的实施例可以被提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例或组合软件和硬件方面的实施例的形式。此外，本申请可以采用其中包含计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储、CD等）。
－
ROM、光存储器等）。
[0092]
参考根据本申请的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本申请。应当理解，流程图和/或框图中的每个过程和/或框、以及流程图和/或框图中的过程和/或框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得由计算机或其他可编程的处理器执行的指令数据处理装置产生一种用于实现流程图的一个过程或多个过程和/或框图的一个或多个块中指定的功能的装置。
[0093]
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，其使得计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式操作，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括该指令的制品是指，指令设备实现流程图的一个或多个过程和/或框图的一个或多个块中指定的功能。
[0094]
这些计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，导致在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行。指令提供用于实现在流程图的一个或多个过程和/或框图的一个或多个块中指定的功能的步骤。