NEXT MINUTES OCEAN WAVE AND VESSEL MOTION PREDICTIONS FOR MORE EFFICIENT OFFSHORE LIFTING OPERATIONS

I dette prosjektet har det blitt utviklet prototype programvare for å prediktere bølger og fartøysbevegelser de neste minuttene fra standard navigasjonsradar. Det er utviklet algoritmer som er i stand til å prediktere øyeblikkelig bølgebilde og bølgene de neste minuttene fram i tid, basert på bølgenes fysiske oppførsel. Havbølgedynamikk er den største utfordringen for alle havoperasjoner. Hittil har det ikke vært mulig å prediktere bølgebildet, dvs. bølgehøyde, periode og retninger og tilsvarende fartøysbevegelser med tilfredstillende nøyaktighet. Utførelse av subsea løfteoperasjoner er basert på erfaring og subjektive vurderinger på grunn av manglende informasjon om bølgeforhold. For alle offshore og andre havoperasjoner er det stort potensiale i å redusere ventetid og gjennomføringstid, og ikke minst øke sikkerheten,ved å kunne prediktere nøyaktige bølger og fartøysbevegelser de neste minuttene. Operatørene ombord ønsker prediksjon av optimal fartøysheading for minimum bevegelser før start av løfte operasjonene. Deretter ønsker de varsel om store bølger (tid, høyde og periode) og fartøysbevegelser fram i tid. En løfteoperasjon kan da startes langt tidligere selv om subjektive evalueringer og konservative retningslinjer kunne ført til venting på været i flere dager eller uker. Modellforsøk for å sjekke bølgeprediksjon er utført for å sjekke nøyaktigheten av bølge prediksjonsmetodene og for å evaluere de viktigste ikke-lineære bølgeeffekter som skal inkluderes for ombord prediksjon av bølgene de neste minuttene. Prosjektet har benyttet radar- og bølgeprediksjonsspesialister i tillegg til meteorologer for å sjekke bølgeprediksjon metodene mot avanserte bølgemålebøyer, med god korrelasjon. Et operativt fartøy er brukt for å teste prototypene i samarbeid mellom partnerne i prosjektet. Det er satt opp komplette systemer og programvare om bord i et operativt fartøy hvor det er utført fullskala uttesting. Det er opprettet sanntidsforbindelse mot land slik at både analyse av målinger og programvare oppdateringer gjøres fra land. Informasjon fra både prediksjon og logging av bølge- og bevegelsesprediksjon og simulator (digital tvilling av fartøyet og løftesystem) vises på brua. Det er gjort sammenligninger mellom simulerte resultater av hele løfteoperasjonen mot fullskala målinger basert på de målte bevegelsene, og det er god korrelasjon. Det er utført tre uavhengige fullskalamålinger der predikterte bølger noen minutter fram i tid ble sammenlignet med målte bølger foran test fartøyet. Begge testene viste at bølgeprediksjonene, basert på standard navigasjonsradar, var vesentlig mer nøyaktig enn forventet. Dette skyldes hovedsakelig store forbedringer av metoden for å rekonstruere øyeblikkelig bølgebilde, mens også metodene for å beregne bølgebildet fram i tid er kontinuerlig forbedret. Algoritmene må nå kontinuerlig testes, forbedres og kvalitetssikres med kontinuerlige fullskalamålinger over lang tid. Vi vil bruke vår syntetiske Wavesim software som kan simulere vilkårlige sjøtilstander og radarbilder for å videreutvikle metoder og nøyaktighet, basert på fullskalamålinger. Det er også avgjørende å videreutvikle nøyaktige beregninger av fartøysbevegelser for de aktuelle lastkondisjonene til fartøyet.

Ocean wave dynamics is the main challenge for all ocean operations. The main objective was to develop next minutes waves and vessel motions predictions. Extensive field tests on an offshore vessel showed that the wave spectrum that reached the vessel was well predicted for minimum the next 4 to 5 minutes based on standard X-band navigation radars. The accuracy and robustness to be improved by further development and full-scale testing. Key focus is to predict large incoming waves for the next minutes, to be able to decide whether to start a critical operation before or to wait after a big wave. A fully operating onboard prototype version of real-time visualization and user interface was also installed on the test vessel. Several new continuation projects, based on cooperation with MIT Ocean Research and their competence on next minutes wave predictions, and panel codes for all kinds of hydrodynamic calculations, are proposed.

Background and objectives: Thousands of vessels are challenged with complicated offshore crane and lifting operations in ocean waves on a daily basis. The most important need for captains and offshore managers is to get accurate information about actual wave situation and to predict waves and vessel motions ahead in time, in particular to reduce waiting time. Crane and lifting operations will be much more efficient and safe by developing new onboard active real-time decision support tools based on accurate information about real-time wave patterns and next minutes wave and vessel motion predictions Critical R&D challenges: Decision support for crane operations is today based on historic data or oceanographic data several hour or days ahead in time. Today there is not available real-time oceanographic wave data of useful accuracy for reliable predictions minutes ahead in time. The main need will be to conduct fully nonlinear wave simulations to predict accurate wave data for the next minutes from wave radar or Lidar to be installed onboard vessels. The major source that affects the accuracy of wave prediction is the accuracy of recovering a snapshot of the wave patterns. Further it is crucial to establish the zone within which sea-surface elevation may be predicted to within the required accuracy on linear wave theory,which is much simpler and faster to implement computationally. Anticipated potential: By using real-time measurements and next minutes predictions it will be possible to operate in higher sea states than according to the existing DNV-OS-H101 B500 weather restricted operations criteria.Today offshore lifting operations are often limited to significant wave heights of 1.5 - 2 meters. Typically, only by increasing the limitation on maximum wave heights by 0.5 meters the waiting time might be reduced from one week to one day. For all partners it is expected to be significant increase of competitiveness by documenting reduced costs of subsea operations.