耙吸挖泥船计算机辅助疏浚决策系统简介课题组立项背景近年来，随着计算机、传感器、自动控制、GPS定位系统和网络信息等技术在耙吸挖泥船上的广泛应用，大大提高了耙吸挖泥船的科技含量，并使疏浚业发展成为以高新科技为支撑的产业。国外新建的耙吸挖泥船已普遍采用全集成控制系统，即挖泥船驾驶台上诸如测量、疏浚、导航、电子海图等子系统都通过网络快速连接起来，使信息资源得到共享。与此网络连接的所有计算机都可以获得来自各系统的信息，并可以对所有系统进行控制。这种全方位的耙吸挖泥船控制集成系统（IHCS）以及疏浚监控与数据采集系统（SCADA）的应用，使耙吸挖泥船完全实现了自动化导航、操纵和疏浚，大大提高了挖泥船的施工效率。上海航道局新引进的“新海龙”轮自航耙吸挖泥船就具备上述功能。为了尽快提高我国耙吸挖泥船的施工效率，必须采用先进的技术对现有挖泥船进行更新改造。为此，国内疏浚单位已纷纷和有关科研单位联合开发可提高耙吸挖泥船施工效率的各种监测系统，如耙臂位置指示系统、吃水装载系统、疏浚轨迹显示系统等。这些系统的技术水平已与国际水平相当，但是国内至今还未对耙吸挖泥船整个疏浚过程的监控系统进行研制与开发。本项目在借鉴国外先进经验的同时，着重结合我国耙吸挖泥船目前的设备现状和操作人员技术水平参差不齐的情况，研制开发出符合我国国情的“耙吸挖泥船计算机辅助疏浚决策系统”。该系统不仅具有现代化耙吸挖泥船的控制集成系统和疏浚监控与数据采集系统的功能，更重要的是能提供与疏浚土质条件相结合的优化疏浚参数来指导操作人员的施工，较好地解决了操作人员因缺乏全面掌握与疏浚工艺有关的理论知识而单纯依靠经验进行施工的不足，确保挖泥船的产量实现最大化，这项技术的开发与应用在国内外均属首创。本项目列入了国家十五重大技术装备研制项目“挖泥船自动监控设备及高效耐用机具研制”专题科技攻关计划中，也被中港集团列为2002年度重点技术开发项目。开发目标1、进入新工地，通过短时间的施工试挖和数据采集与分析，能够提出指导性的优化施工参数，对于这种土质和工况，宜采用的泥泵转速、对地航速、波浪补偿器压力等控制值，从而协助挖泥船操作人员妥善操作，使挖泥船在保障设备安全的前提下，得到持续的高产效果。2、实时对主机、泥泵的柴油机工作状态参数监测显示。3、对耙臂位置、耙臂绞车系统、波浪补偿器、闸阀、高压冲水、挖深等主要挖泥设备工作状态实时监测。4、、为了保证挖泥船在安全前提下达到高产低耗，系统必须具有边界条件的自动预警、报警功能。5、实时显示设计的挖槽剖面、测量断面和耙头在航道中位置。6、挖泥工况记录、显示与打印。挖泥船操作员根据辅助决策系统给出的优化施工参数控制值，调整挖泥船操作，逐步达到并且保持较高的生产效率，从而使挖泥船固有的潜力得到充分发挥，从而提高耙吸挖泥船施工生产效率10—20%。技术思路建立全船设备状况的监测系统、安全报警系统，对实时工况数据进行采集，通过各种参数组合的试挖，由计算机对施工参数进行优化，在操作显示屏上提示最优的施工控制参数，达到辅助疏浚决策的目的。同时，随着设备状况的变化或施工土质的变化，根据采集到的数据自动进行寻优，提示操作人员改变相应的控制参数。系统实施方案图1航浚1003轮系统总体框架图总体框架系统在耙吸挖泥船施工过程中不断采集与挖泥船施工产量和安全有关的信号，通过使用计算机总线技术和软件技术将数据显示在计算机屏幕上，同时将数据保存在数据库中。通过分析模型及相关的算法软件对数据库中采集的数据进行归纳和分析，将不规则的数据转换为便于理解和分析的图形予以显示，并在相关的界面上向挖泥船操作人员提示可以获得较佳产量的疏浚施工工艺参数。涉及挖泥船施工产量和安全的信号采集于以下系统：高压冲水泵系统；泵机系统；主机系统；耙管绞车系统；液压闸阀系统；吃水装载系统。来自上述系统的信号构成“监测控制与数据采集系统”，即SCADA系统。系统还包含了挖泥船平面定位和耙臂位置指示系统。此系统作为一套相对独立的系统，通过计算机网络与SCADA系统产生信息关联。此外，系统还包含辅助决策软件系统部分。辅助决策软件负责对影响施工产量的所有信号进行实时查看及分析，并以直观的方式显示给操作人员。辅助决策软件系统包含实时曲线显示和历史数据分析两个部分。系统构成的总体框架如图1所示。系统采集了疏浚过程中几乎所有的信息，这些信息是计算机辅助疏浚决策系统的根本依据。为方便起见，本系统共使用了以下5条按系统划分而不是按位置划分的总线进行信号采集：1#总线液压闸阀监控系统；2#总线主机、发电机监测系统；3#总线高压冲水监控系统；4#总线绞车监控系统；5#总线泵机监控系统。测深系统是一套专用系统，该系统通过RS