2019冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南

冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南2018冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南11目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1節(jié)通則 1目的 1應(yīng)用 1定義 1附加標(biāo)志 2圖紙和資料 3檢驗(yàn)與試驗(yàn) 3船上保存的文件 3第2節(jié)冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng) 4一般規(guī)定 4環(huán)境信息 4冰區(qū)操作船體監(jiān)測位置 5典型結(jié)構(gòu)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 5冰區(qū)操作船體監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方法 8安全閾值確定 8短期監(jiān)測預(yù)報(bào) 10輔助決策 10第3節(jié)非標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式的補(bǔ)充要求 12一般規(guī)定 12冰區(qū)轉(zhuǎn)彎操作 12冰區(qū)沖撞操作 12冰區(qū)尾向操作 14冰區(qū)淺水操作 15冰區(qū)斜向操作 15第1節(jié)通則目的本指南旨在為冰區(qū)航行船舶的冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)（以下簡稱“監(jiān)）本指南包括監(jiān)測與決策系統(tǒng)的工況和操作程序，通過測量、記錄船舶冰區(qū)操作過程中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，監(jiān)測、評估和記錄船體結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。本指南為用戶提供選擇監(jiān)測與決策系統(tǒng)、設(shè)定數(shù)據(jù)測量和記錄方法、確定安全閾值報(bào)警范圍的技術(shù)參考，不替代船東和設(shè)備提供商對監(jiān)測與決策系統(tǒng)的責(zé)任。應(yīng)用監(jiān)測與決策系統(tǒng)應(yīng)具備獨(dú)立控制啟動(dòng)/與決策系統(tǒng)，在船舶駛出冰區(qū)后，關(guān)閉該系統(tǒng)。船舶在冰區(qū)操作過程中，監(jiān)測與決策系統(tǒng)可提供冰載荷作用下船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的實(shí)時(shí)測量信息。當(dāng)實(shí)時(shí)測量信息接近/全預(yù)警/報(bào)警，并提供相應(yīng)的操作決策建議。監(jiān)測與決策系統(tǒng)應(yīng)能通過已有的測量信息預(yù)報(bào)隨后的數(shù)據(jù)變化趨勢，當(dāng)該趨勢可能接近安全閾值時(shí)，為船舶操作提供安全提示。新安裝監(jiān)測與決策系統(tǒng)在初次冰區(qū)航行時(shí)，應(yīng)與其他極地冰區(qū)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)系統(tǒng)（如POLARIS）對比使用。為積累冰載荷數(shù)據(jù)需要，CCS反演功能。定義CCSIMO（PolarCode、CCSCCS《極地水域操作手冊編寫指南》的定義適用本指南。監(jiān)測與決策系統(tǒng)系指能夠監(jiān)測相關(guān)參數(shù)，并通過對比安全閾值判斷結(jié)構(gòu)所處的安全水平的系統(tǒng)。監(jiān)測參數(shù)系指能夠描述船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)和/系統(tǒng)，冰載荷作用下冰帶區(qū)的局部應(yīng)力是最重要的參數(shù)。安全閾值系指按照規(guī)范強(qiáng)度衡準(zhǔn)要求和被監(jiān)測構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式而設(shè)置的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的長在冰區(qū)操作過程中決策和責(zé)任。評定指標(biāo)系指經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的構(gòu)件實(shí)測應(yīng)力與安全閾值的比值。預(yù)警0.8冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南PAGEPAGE10報(bào)警1危險(xiǎn)的信息。安全提示系指通過監(jiān)測與決策系統(tǒng)的預(yù)測，冰區(qū)操作船體監(jiān)測位置的評定指標(biāo)的1時(shí)應(yīng)發(fā)出安全提醒信息。冰級規(guī)范81324標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式非標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式系指標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式以外的其它操作場景。實(shí)時(shí)系指冰區(qū)操作過程中的實(shí)際時(shí)間。短期預(yù)報(bào)系指短期范圍內(nèi)的變化預(yù)測。附加標(biāo)志按照本指南及相關(guān)規(guī)范要求安裝監(jiān)測與決策系統(tǒng)的船舶，可申請監(jiān)測與決策系統(tǒng)EE（un，ng。2HMS-ICE。3授予相應(yīng)的操作擴(kuò)展附加符號。1.4.3附加符號說明Turn滿足船舶在冰區(qū)轉(zhuǎn)彎操作過程中冰帶區(qū)結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測功能需求的監(jiān)測與決策系統(tǒng)Glancing滿足船舶在冰區(qū)沖撞操作過程中船體梁彎曲和剪切監(jiān)測功能需求的監(jiān)測與決策系統(tǒng)Oblique滿足船舶在冰區(qū)斜向操作過程中冰帶區(qū)結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測功能需求的監(jiān)測與決策系統(tǒng)Stern-Ahead滿足船舶在冰區(qū)尾向操作過程中冰帶區(qū)結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測功能需求的監(jiān)測與決策系統(tǒng)Shallow-Water滿足船舶在冰區(qū)淺水操作過程中船底區(qū)結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測功能需求的監(jiān)測與決策系統(tǒng)1.4.2、1.4.3中的附加標(biāo)志。監(jiān)測與決策系統(tǒng)（包括傳感器）CCS型式認(rèn)可證書。圖紙和資料包含下列信息的文件資料應(yīng)提交批準(zhǔn)：（包括各個(gè)傳感器信息、監(jiān)測節(jié)點(diǎn)安全閾值信息；監(jiān)測與決策系統(tǒng)的電力系統(tǒng)圖。下列文件資料應(yīng)提交備查：有關(guān)軟件（包括數(shù)據(jù)處理單元）的說明；監(jiān)測與決策系統(tǒng)的使用手冊。檢驗(yàn)與試驗(yàn)初次檢驗(yàn)至少應(yīng)包括以下項(xiàng)目：確認(rèn)相關(guān)圖紙資料已審查；確認(rèn)極地水域操作手冊（PWOM）已反映監(jiān)測與決策系統(tǒng)；確認(rèn)系統(tǒng)及硬件產(chǎn)品（包括傳感器）持有相應(yīng)的證書；統(tǒng)功能。在進(jìn)行年度檢驗(yàn)／中間檢驗(yàn)/的功能運(yùn)行正常：監(jiān)測與決策系統(tǒng)的維護(hù)情況記錄；監(jiān)測與決策系統(tǒng)的總體運(yùn)行情況；系統(tǒng)故障／失效的詳細(xì)情況和原因分析；修理記錄和備件更換情況；檢查和確認(rèn)監(jiān)測與決策系統(tǒng)相關(guān)儀器儀表按規(guī)定的程序和計(jì)劃進(jìn)行了校準(zhǔn)；如驗(yàn)船師認(rèn)為有必要，一些測試和分析過程需要進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。如監(jiān)測與決策系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或者設(shè)備損壞、修理和換新，或監(jiān)測手段等發(fā)生較大變化，船東或船舶管理公司應(yīng)申請進(jìn)行臨時(shí)檢驗(yàn)。船上保存的文件使用手冊應(yīng)保存在船上。使用手冊至少應(yīng)包括下列說明：操作；傳感器和系統(tǒng)的設(shè)定和校準(zhǔn)；故障識(shí)別；修理；系統(tǒng)維護(hù)和功能測試（表明組件和系統(tǒng)的測試方法以及測試觀察的內(nèi)容；測試結(jié)果的解釋說明。監(jiān)測與決策系統(tǒng)的維護(hù)和校準(zhǔn)日志，應(yīng)保存在船上。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的安全閾值監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的安全閾值第2節(jié)冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)一般規(guī)定本節(jié)為采用標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式的船舶安裝監(jiān)測與決策系統(tǒng)的基本要求。監(jiān)測與決策系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測冰區(qū)操作過程中冰帶區(qū)構(gòu)件的應(yīng)力，當(dāng)監(jiān)測值以及監(jiān)測與決策系統(tǒng)的測量頻率能滿足測量沖擊載荷的要求，建議不低于150Hz，并在應(yīng)變監(jiān)測過程應(yīng)消除零飄現(xiàn)象，可采取接地線和及時(shí)清理平衡等操作措施。駕駛室應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示冰區(qū)操作船體監(jiān)測信息，包括預(yù)警、報(bào)警、安全提示、和輔助決策等，為船長提供輔助決策支持。2.1.5。冰區(qū)操作船體監(jiān)測冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)冰載荷分布趨勢冰載荷分布趨勢預(yù)期操作需求預(yù)期作業(yè)環(huán)境確定冰載荷監(jiān)測位確定冰載荷監(jiān)測位置監(jiān)測功能需求選擇被監(jiān)測構(gòu)件構(gòu)件的種類和形式冰級規(guī)范強(qiáng)度要求監(jiān)測功能需求選擇被監(jiān)測構(gòu)件構(gòu)件的種類和形式冰級規(guī)范強(qiáng)度要求實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)測的評定指標(biāo)N是否小于0.8YN是否小于1是否小于1NYY報(bào)警短期預(yù)報(bào)的評定指標(biāo)預(yù)警結(jié)構(gòu)安全輔助決策安全提示輔助決策圖2.1.5監(jiān)測與決策系統(tǒng)的工作流程環(huán)境信息1及其相應(yīng)的厚度、海冰密集度等，并應(yīng)在監(jiān)測與決策系統(tǒng)能顯示相關(guān)信息。監(jiān)測與決策系統(tǒng)應(yīng)采取必要措施消除環(huán)境溫度對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，比如設(shè)置溫度補(bǔ)償裝置或采用計(jì)及環(huán)境溫度變化的算法。冰區(qū)操作船體監(jiān)測位置監(jiān)測與決策系統(tǒng)主要通過在水線附近船體構(gòu)件上布放應(yīng)變傳感器對船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測。應(yīng)基于冰載荷分布趨勢選擇監(jiān)測與決策系統(tǒng)傳感器的布置位置，見圖2.3.2和表。圖2.3.2監(jiān)測傳感器布放位置示意圖表2.3.2布放區(qū)域在冰區(qū)高位水線UIWL和冰區(qū)低位水線LIWL之間按照冰級規(guī)范中船體分區(qū)要求選擇布點(diǎn)區(qū)域。布放位置可通過冰載荷數(shù)值預(yù)報(bào)、冰載荷模型試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力有限元分析等方法確定。布放方式根據(jù)不同的監(jiān)測構(gòu)件選擇對應(yīng)的傳感器布放方式：45o雙向應(yīng)變傳感器或三向應(yīng)變傳感器；面板或折邊上布放單向應(yīng)變傳感器；船體外板上布放三向應(yīng)變傳感器。傳感器類型光纖光柵傳感器或電阻應(yīng)變傳感器。傳感器布放時(shí)，一般使用短的應(yīng)變傳感器來測量冰激引起的結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力，且應(yīng)布置在應(yīng)變最大的位置。應(yīng)按照測量拉壓/彎曲正應(yīng)變或剪切應(yīng)變的不同功能需求，選擇合適傳感器安裝方式，同時(shí)需考慮溫度的變化對測量的影響。典型結(jié)構(gòu)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)冰區(qū)操作船體監(jiān)測典型結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)應(yīng)變（應(yīng)力）監(jiān)測裝置應(yīng)按如下原則設(shè)計(jì)：橫//（；/（應(yīng)力；1世界氣象組織（WMO）的海冰類型及厚度的定義。（應(yīng)力；應(yīng)變傳感器的設(shè)置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離肘板趾端。強(qiáng)肋骨強(qiáng)肋骨跨距中點(diǎn)的面板/折邊上，雙向剪切應(yīng)變傳感器一般應(yīng)放置在橫向肋骨跨距上下兩端2.4.2所示。冰區(qū)高位水線平臺(tái)/甲板/縱桁冰區(qū)高位水線平臺(tái)/甲板/縱桁ε45°應(yīng)變傳感器ε135°應(yīng)變傳感器中和軸強(qiáng)肋骨平臺(tái)/甲板/縱桁冰區(qū)低位水線圖2.4.2強(qiáng)肋骨應(yīng)變監(jiān)測布放示意圖強(qiáng)肋骨的面板可采用拉壓應(yīng)變傳感器測得的拉//壓應(yīng)變（應(yīng)力。（應(yīng)力?？v桁2.4.3所示。應(yīng)變傳感器εε135°45°應(yīng)變傳感器圖2.4.3縱桁應(yīng)變監(jiān)測布放示意圖縱桁面板可采用拉壓應(yīng)變傳感器測得的拉//（。縱桁腹板上可采用雙向剪切應(yīng)變傳感器監(jiān)測縱桁所受剪應(yīng)變（應(yīng)力?？v骨2.4.4所示。應(yīng)變傳感器強(qiáng)框架縱骨外板圖2.4.4縱骨應(yīng)變監(jiān)測布放示意圖縱骨的面板可采用拉壓應(yīng)變傳感器測得的拉//壓（應(yīng)力。肋骨冰區(qū)高位水線應(yīng)變傳感器冰區(qū)低位水線2.4.5冰區(qū)高位水線應(yīng)變傳感器冰區(qū)低位水線圖2.4.5肋骨應(yīng)變監(jiān)測布放示意圖肋骨的面板可采用拉壓應(yīng)變傳感器測得的拉//壓（應(yīng)力。船體外板（1）通常應(yīng)選擇布放區(qū)域、承受冰沖擊位置處的舷側(cè)外板，三向應(yīng)變傳感器應(yīng)放置在船體外板板格的中心處，應(yīng)變監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖2.4.6所示。（橫骨架式）（縱骨架式）圖2.4.6（橫骨架式）（縱骨架式）圖2.4.6船體外板應(yīng)變監(jiān)測布放示意圖（2（應(yīng)力采集的數(shù)據(jù)要經(jīng)過低通濾波處理，濾除高頻噪聲引入的測量誤差。由于冰載荷分布的隨機(jī)性及冰區(qū)環(huán)境的惡劣，采集的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)異常值的概率增大，數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)剔除遠(yuǎn)離其他數(shù)據(jù)樣本值的異常值。采集到的冰區(qū)操作船體監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過低通濾波、剔除異常值等處理得到實(shí)測應(yīng)力值，可作為評定指標(biāo)的輸入。安全閾值確定監(jiān)測與決策系統(tǒng)專門用于監(jiān)測冰載荷作用下船體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，該系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，船體監(jiān)測位置的初始值應(yīng)自動(dòng)預(yù)設(shè)為零。在監(jiān)測與決策系統(tǒng)中，安全閾值由測點(diǎn)位置、構(gòu)件屬性和許用應(yīng)力等因素共同確定，用于評定構(gòu)件安全狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。CCS2篇第4章或第8篇第13章第2節(jié)的相關(guān)規(guī)定或其他等效方法。PC2.6.4。2.6.4構(gòu)件許用應(yīng)力外板橫骨架式701 Rs 2 eH21 ）2b縱骨架式201 Rs2 eH21 ）2l縱骨架式202b(b)2s s Rs eH21 22l骨材縱骨彎曲應(yīng)力A4ReH剪應(yīng)力ReH23肋骨彎曲應(yīng)力YA1ReH剪應(yīng)力ReH23強(qiáng)構(gòu)件強(qiáng)肋骨采用直接計(jì)算確定縱桁采用直接計(jì)算確定總縱強(qiáng)度屈服/屈曲Ms103a Wc剪切a注：表中、s、b、Y、a、aCCS《鋼質(zhì)海船8132Ms、CCS22章第2節(jié)。B3~B1*2.6.5。許用應(yīng)力構(gòu)件表許用應(yīng)力構(gòu)件外板縱骨架式0.889Rf eH2橫骨架式0.667f1ReH骨材縱骨彎曲應(yīng)力8f4Rm eH剪應(yīng)力f4f5R23 eH肋骨彎曲應(yīng)力4Rm eHt剪應(yīng)力f3R23 eH強(qiáng)構(gòu)件強(qiáng)肋骨采用直接計(jì)算確定縱桁采用直接計(jì)算確定f2f3f4f5、m的定義見CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》第24210.8時(shí)，應(yīng)設(shè)置預(yù)警。短期監(jiān)測預(yù)報(bào)1～2內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢（如極值預(yù)報(bào)、趨勢曲線等1安全提示。輔助決策應(yīng)根據(jù)冰區(qū)環(huán)境、船舶狀態(tài)和預(yù)警/的操作措施。/2.8.2。表2.8.2預(yù)警/報(bào)警位置可能的危險(xiǎn)操作措施首部首部結(jié)構(gòu)損壞；船首部縱桁、肋板等結(jié)構(gòu)失效。建議降低航速、調(diào)整航向或停止操作。冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南中部舷側(cè)外板損壞；舷側(cè)縱桁、肋骨等失效。建議降低航速或增大轉(zhuǎn)彎半徑。尾部尾柱結(jié)構(gòu)破壞；船尾部縱桁、肋板等結(jié)構(gòu)失效。建議降低航速。冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南冰區(qū)操作船體監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)指南PAGEPAGE16第3節(jié)非標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式的補(bǔ)充要求一般規(guī)定船舶冰區(qū)操作對船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有影響，如有非標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式的功能需求，建2節(jié)的基礎(chǔ)上，再考慮本節(jié)的相關(guān)要求。根據(jù)選擇的非標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作模式，在對應(yīng)船體局部結(jié)構(gòu)布放傳感器，對冰激船體結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)，分析相應(yīng)結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。可通過試驗(yàn)、數(shù)值分析方法或結(jié)構(gòu)應(yīng)力有限元分析方法確定非標(biāo)準(zhǔn)冰區(qū)操作時(shí)船體的冰載荷分布趨勢，確定傳感器的布放位置。22.4的相關(guān)要求。冰區(qū)轉(zhuǎn)彎操作（3.2.2要求設(shè)置額外的冰區(qū)操作船體監(jiān)測裝置。21個(gè)冰區(qū)操作監(jiān)測位置。圖3.2.2監(jiān)測傳感器布放位置示意圖當(dāng)發(fā)生預(yù)警或報(bào)警時(shí)，應(yīng)能提出修正船舶操作的建議：如出現(xiàn)預(yù)警/報(bào)警時(shí)，可降速慢行或增大轉(zhuǎn)彎半徑。30°以內(nèi)。冰區(qū)沖撞操作（如沖撞冰脊3.3.2要求設(shè)置額外的冰區(qū)操作船體監(jiān)測裝置。沖撞操作時(shí)，船首至船肩船舶結(jié)構(gòu)型線收縮處的沖擊冰載荷較大，且首部可能出現(xiàn)較大的冰載荷附加沖擊彎矩和剪力，因此，冰區(qū)操作船體監(jiān)測位置應(yīng)滿足如下要求：1個(gè)冰區(qū)操作船體監(jiān)測位置，在船舶結(jié)構(gòu)型線收縮處至少各設(shè)置1個(gè)冰區(qū)操作船體監(jiān)測位置。圖3.3.2(1)監(jiān)測傳感器布放位置示意圖1個(gè)船體梁剪切應(yīng)變（應(yīng)力）監(jiān)測位置，監(jiān)測3.3.2(2)45o（應(yīng)力。圖3.3.2(2)監(jiān)測傳感器布放位置示意圖0.5L~0.7L1個(gè)船體梁彎矩監(jiān)（應(yīng)力置，取測量平均值。圖3.3.2(3)監(jiān)測傳感器布放位置示意圖1個(gè)三向應(yīng)變（應(yīng)力）大主應(yīng)變（應(yīng)力。3.3.2(4)監(jiān)測傳感器布放位置示意圖當(dāng)發(fā)生預(yù)警或報(bào)警時(shí)，應(yīng)能提出修正船舶操作的建議：當(dāng)年冰沖撞操作時(shí)，如沖撞冰厚度大于設(shè)計(jì)冰厚，連續(xù)沖撞的速度應(yīng)低于設(shè)計(jì)冰區(qū)航速，單次沖撞速度最大為設(shè)計(jì)冰區(qū)航速。多年冰沖撞操作時(shí)，沖撞操作使用船首撞擊，且沖撞速度為低速。沖撞冰脊時(shí)，只準(zhǔn)使用船首沖撞，沖撞速度不得高于設(shè)計(jì)冰區(qū)航速。撞擊極端冰障礙時(shí)存在冰困風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)謹(jǐn)慎實(shí)施撞擊操作。當(dāng)冰區(qū)操作船體監(jiān)測數(shù)據(jù)接近或達(dá)到安全閾值時(shí)，應(yīng)降低沖撞速度或停止沖撞。冰區(qū)尾向操作（3.4.2置。尾向操作時(shí)，船尾