CN108254022A - 海上风电场的船舶交通管理及海缆监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，涉及通讯控制技术领域，包括监测运营平台、海缆温度应变监测***、海缆扰动监测***和3D立体监测***；监测运营平台分别与海缆温度应变监测***、海缆扰动监测***和3D立体监测***连接；3D立体监测***用于监测并确定位于海上风电场所处海域的交通工具运行状态；将相关的数据及报警信号发送给监测运营平台；通过海缆温度应变监测***、海缆扰动监测***和3D立体监测***对海缆及海上风电场所处海域的交通工具进行全方位的监测，并将相关数据和信号发送给监测运营平台进行处理分析，可快速处理海缆故障，同时也可察觉交通工具在警戒海域带来的潜在风险，降低运营成本和故障损失。

Description

海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***

技术领域

本发明涉及通讯控制技术领域，特别是涉及一种海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***。

背景技术

海上风能资源丰富，海上10m高度可开发利用的风能储量约7.5亿kW，海上风电必将成为我国未来清洁能源开发重点；由于海上风电场分布广阔、海上气候环境恶劣，海洋开发活动的日益增加，海域内的养殖、渔网及船锚对海缆的机械损伤事故时有发生。

传统技术中配置了海缆在线监测***，对海缆的温度和扰动进行了监测，由于只对海缆的温度和扰动进行监测，无法全方位地获取海缆及危及海缆的情况，造成无法挽回的损失，加大了运营的成本。

发明内容

基于此，有必要针对无法获取海缆及危及海缆的情况的问题，本发明提供了一种海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***。

本发明实施例中提供了一种海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，包括监测运营平台、海缆温度应变监测***、海缆扰动监测***和3D立体监测***；

所述监测运营平台分别与所述海缆温度应变监测***、所述海缆扰动监测***和所述3D立体监测***连接；

所述海缆温度应变监测***用于监测海缆的温度及应变并进行报警，且将对应的温度数据、温度报警信号、应变数据及应变报警信号发送给所述监测运营平台；

所述海缆扰动监测***用于监测海缆外部扰动并进行预警，并将对应的海缆扰动数据和海缆扰动预警信号发送给所述监测运营平台；

所述3D立体监测***用于监测并确定位于海上风电场所处海域的交通工具运行状态，并将所述交通工具的运行状态发送给所述监测运营平台，供所述监测运营平台处理分析；其中，所述交通工具包括潜水器、船舶及飞行器。

在一个实施例中，所述3D立体监测***包括船舶自动识别***和雷达***；所述监测运营平台分别与所述船舶自动识别***和所述雷达***连接；所述船舶自动识别***用于确定具有自动识别功能的所述交通工具的运行状态；所述雷达***用于确定不具备自动识别功能的所述交通工具的运行状态。

在本实施例中，通过船舶自动识别***和雷达***可以全方位覆盖不同条件的交通工具，防止交通工具对海缆及海上升压站造成破坏。

在一个实施例中，所述3D立体监测***还包括高频电台；所述监测运营平台与所述高频电台连接；

其中，在所述监测运营平台接收到所述交通工具的运行状态后，通过所述高频电台对位于海上风电场所处海域的所述交通工具进行引导驱离。

在本实施例中，在获取到海上风电场所处海域的交通工具运行状态后，通过高频电台对危及海缆及海上升压站的交通工具进行引导驱离，可避免交通工具对海缆的破坏。

在一个实施例中，所述海缆温度应变监测***包括第一定位模块，所述第一定位模块用于确定发生温度及应变故障的海缆的位置信息，其中，所述温度报警信号和所述应变报警信号包含对应的所述位置信息；

所述海缆扰动监测***包括第二定位模块，所述第二定位模块用于确定发生扰动预警的海缆的位置信息，其中，所述海缆扰动预警信号包含对应的所述位置信息。

在本实施例中，通过第一定位模块和第二定位模块获取海缆的位置信息，相应地，使得温度报警信号、应变报警信号和海缆扰动预警信号包含对应的位置信息，可使监测运营中心快速定位故障及预警位置，减少不必要的风险。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本发明海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***各实施例，通过海缆温度应变监测***、海缆扰动监测***和3D立体监测***对海缆及海上风电场所处海域的交通工具进行全方位的监测，并将相关的数据和信号发送给监测运营平台进行处理分析，可以快速处理海缆的故障，同时也可发现潜在风险，降低运营成本和故障带来的损失。

附图说明

图1为本发明实施例中海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***的第一结构示意图；

图2为本发明实施例中海缆温度应变监测***的位置示意图；

图3为本发明实施例中拉曼测温***主机的参数图；

图4为本发明实施例中布里渊光时域分析***主机的参数图；

图5为本发明实施例中海缆扰动监测***的位置示意图；

图6为本发明实施例中海缆扰动监测***主机的参数图；

图7为本发明实施例中海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***的第二结构示意图

图8为本发明实施例中探照灯***的结构示意图；

图9为本发明实施例中远程喊话***的结构示意图；

图10为本发明实施例中航标***的位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***进一步详细说明。

应当理解，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，并不是旨在限制本发明。

本发明实施例中提供了一种海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，如图1所示，包括监测运营平台10、海缆温度应变监测***20、海缆扰动监测***30和3D立体监测***40；监测运营平台10分别与海缆温度应变监测***20、海缆扰动监测***30和3D立体监测***40连接。

海缆温度应变监测***20用于监测海缆的温度及应变并进行报警，且将对应的温度数据、温度报警信号、应变数据及应变报警信号发送给监测运营平台10。

在本实施例中，通过对海缆温度的监测，获取温度数据，并根据温度数据与预设值进行比较，超过预设值则发出温度报警信号，如最高温度报警信号、温升速率报警信号、平均温度报警信号、***故障报警信号和光纤断裂报警信号等，并将温度数据和温度报警信号发送给监测运营平台10。

此外，通过对海缆应变的监测，获取应变数据，并根据应变数据与预设值进行比较，超过预设值则发出应变报警信号，如最高应力报警、应力突变报警、***故障报警和光纤断裂报警等，并将应变数据及应变报警信号发送给监测运营平台10。

具体地，海缆温度应变监测***20包括布里渊光时域分析***(BOTDA)和拉曼测温***(DTS)；其中，通过布里渊光时域分析***的光时域反射功能(OTDR)模块，可实现1回单根从海上升压站至登陆点220KV的海底光电复合缆的温度在线监测；此外，采用拉曼测温***可实现8回从海上升压站至各条35kV集电海缆的温度在线监测。

更具体地，海缆温度应变监测***20配置光纤温度监测***主机，如图2所示，分别安装于海上升压站80的二次设备间及陆上集控中心60的继电器室，选取每回海缆中的双芯光纤70接入主机的光开关单元模块，相对应的海缆的另一端双芯光纤70熔接形成测量环路；此时，测量数据可利用220KV海缆的单芯光纤70实时传输至陆上集控中心60。

其中，拉曼测温***主机的参数要求如图3所示，通道数为8通道，测量距离为10千米(km)/通道，测量时间小于等于15秒(s)/通道，测量方式为单端，定位精度为1米(m)，温度分辨率为1.5摄氏度(℃)，空间分辨率为3m，温度精度为±1.0℃，报警分区500个以上，并通过协议输出。此外，继电器输出的参数为48路内置式且可扩展，断纤报警具备继电器输出及声光提示，主机功耗为17W～30W，电源要求：电压220V频率50Hz的交流电源或电压24V的直流电源，主机尺寸为19寸3U上机架设备，主机工作温度0～+45℃，主机湿度5～95％，主机操作***为嵌入式，主机设有通信接口包含RS232、RS485、USB、继电器和RJ45。

其中，布里渊光时域分析***主机的参数要求如图4所示，监测距离为15km，通道数为4通道，空间分辨率为±1m，温度分辨率小于等于±1℃，定位精度小于等于1m，测量时间小于等于60s，工作电压为电压90～240V、频率50或60Hz，主机工作温度0～+40℃，主机湿度5～95％且无凝结。

如前所述，采用布里渊光时域分析***和拉曼测温***一方面可以及时有效地发现海缆的过热点，提前处置潜在隐患，保障海缆的安全运行；另一方面，高精度的温度测量可以保证载流量分析软件的计算精度和预测效果，真正发挥载流量分析软件的功效。

另外，海缆扰动监测***30用于监测海缆外部扰动并进行预警，并将对应的海缆扰动数据和海缆扰动预警信号发送给监测运营平台10。

在本实施例中，通过对海缆外部扰动进行实时监测，对海缆可能遭受的外力破坏事件(如锚害、砾石磨损)进行预警，并将对应的海缆扰动数据和海缆扰动预警信号发送给监测运营平台10。

具体而言，海缆扰动监测***30由基于激光干涉和Φ-OTDR原理相结合设计的光纤信号反馈***完成，可对海缆外部扰动进行监测，实时监控海缆可能遭受的破坏，对于突发的危害事件进行预警。

具体地，海缆扰动监测***30的设备安装于陆上集控中心60继电器室，如图5所示，利用220KV海缆中的单芯光纤70即可实现对海缆的外部扰动的在线监测，如船舶拖拽海缆、船舶抛锚致使碰触到海缆等。

相应地，海缆扰动监测***30的主机参数如图6所示，光纤报警方式的传输介质采用单模光纤，监测距离为50km，监测通道为2通道，振动定位精度小于等于50m，***响应时间小于等于10秒，误报率小于等于3％，主机设有接口包括RJ45及USB；***设备平均无故障时间大于等于50000小时，***设备可维修时间小于等于24小时，历史报警信息存储时间大于等于12个月，报警处置信息存储时间大于等于12个月，主机支持多种模式，并具备模式开关功能，电源工作电压为100～240V，功率常温40W高温70W,工作温度为0℃～+40℃，主机工作相对湿度为0～90％。

此外，3D立体监测***40用于监测并确定位于海上风电场所处海域的交通工具的运行状态，并将交通工具的运行状态发送给监测运营平台10，供监测运营平台10处理分析；其中，交通工具包括潜水器、船舶及飞行器。

在本实施例中，为保护海缆免受抛锚危害，根据海缆及海上升压站80的分布情况划定警戒海域，当发现交通工具的运行状态满足报警条件时，3D立体监测***则发生报警信号及相关数据给监测运营平台10；若不满足报警条件时，则发送相关监测数据给监测运营平台10，以供监测平台10处理分析。

其中，由于现代交通工具种类多样，故3D立体监测***40可监测水下交通工具(如潜水器)、水面交通工具(如船舶)和飞行器(如直升机)，实现对海底、海面及空中的交通工具全方位的立体监测。

传统技术中配置了海缆在线监测***，对海缆的温度和扰动进行了监测，由于只对海缆的温度和扰动进行监测，无法全方位地获取海缆及危及海缆的情况，造成无法挽回的损失，加大了运营的成本。

而本实施例中，通过海缆温度应变监测***、海缆扰动监测***和3D立体监测***对海缆及海上风电场所处海域的交通工具进行全方位的监测，并将相关的数据和信号发送给监测运营平台进行处理分析，可以快速处理海缆的故障，同时也可察觉交通工具在海上风电场带来的潜在风险，降低运营成本和故障损失。

在一个实施例中，如图7所示，3D立体监测***40包括船舶自动识别***410和雷达***420；监测运营平台10分别与船舶自动识别***410和雷达***420连接；船舶自动识别***410用于确定具有自动识别功能的交通工具的运行状态；雷达***420用于确定不具备自动识别功能的交通工具的运行状态。

在本实施例中，船舶自动识别***410(Automatic Identification System，AIS)可获取交通工具的运行状态，并将运行状态发送给监测运营平台10，监测运营平台可动态显示AIS物标交通工具。

同理，雷达***可获取不具备自动识别功能的交通工具的运行状态，并将运行状态发送给监测运营平台10，监测运营平台可动态显示雷达物标交通工具。

具体地，雷达***能同时完成搜索任务和多个目标的精密跟踪，既可监视96海里内的海面目标，还能跟踪海面低空飞行器，应当理解，雷达***也可监测具备自动识别功能的交通工具。

如上所述，通过船舶自动识别***410和雷达***420可以全方位覆盖不同条件的交通工具，防止交通工具对海缆及海上升压站80造成损坏。

在一个实施例中，如图7所示，3D立体监测***40还包括视频***430，视频***430与监测运营平台10连接；视频***430用于实时监测并确定位于海上风电场所处海域的交通工具的运行状态。

在本实施例中，通过视频***430可近距离监测具有自动识别功能的交通工具的运行状态，也可近距离监测不具备自动识别功能的交通工具的运行状态；此外还可实时了解船舶停航原因，如抛锚。

在一个实施例中，交通工具运行状态包括航行速度、航行方向和所处位置。

其中，船舶自动识别***410、雷达***420和视频***430分别可获取交通工具的航行速度、航行方向和所处位置，也可结合使用获取更为精确的运行状态。

在一个实施例中，如图7所示，3D立体监测***40还包括高频电台440；监测运营平台10与高频电台440连接；其中，在监测运营平台10接收到交通工具的运行状态后，通过高频电台440对位于海上风电场所处海域的交通工具进行引导驱离。

其中，高频电台布置于陆上集控中心60，出现异常情况监控人员可通过高频电台与交通工具通话，对位于海上风电场所处海域的交通工具进行引导驱离，有助于解决突发状况。

在一个实施例中，如图7所示，3D立体监测***40还包括探照灯***450；监测运营平台10与探照灯***450连接；其中，在监测运营平台10接收到交通工具的运行状态后，通过探照灯***450对位于海上风电场海域的交通工具进行探照引导。

其中，如图8所示，在海上升压站80的四端设置可以远程操控旋转的探照灯455，探照灯455旋转可覆盖探照到射程内海上升压站80四周的所有海域。

另外，探照灯455设置方位可自定义，可与红外探头、摄像机实现报警联动，当红外探头检测到有障碍物时，发出控制信号，使探照灯455立即点亮并自动扫描到事发处，同时摄像头拍照。

如上所述，出现异常情况，监控人员可通过探照灯***450对位于海上风电场所处海域的交通工具进行引导驱离，有助于解决突发状况。

在一个实施例中，如图7所示，3D立体监测***40还包括雾笛导航***460；监测运营平台10与雾笛导航***460连接；其中，在监测运营平台10接收到交通工具的运行状态后，通过雾笛导航***460对位于海上风电场所处海域的交通工具进行引导驱离。

具体而言，雾笛导航***460主要包雾笛、导航灯和障碍灯；雾笛用于雾天鸣号，通过音响警示引导过往船舶；导航灯用于标识海上平台的位置，如采用同步闪光进行标记；障碍灯为过往的直升飞机或其它低空飞行器提供警示。

具体地，雾笛导航***460可设置在海上升压站80平台上，其四端各布置1盏导航灯，警示过往船舶以免碰撞；相应地，障碍灯布置于海上升压站80平台上的四端，并配置太阳能板为其供电；此外，在海上升压站80平台上配置主/副自动雾笛，用于雾天通过莫斯信号来指示平台位置，避免雾天船舶靠近碰撞。

如上所述，出现异常情况，监控人员可通过雾笛导航***460对位于海上风电场所处海域的交通工具进行引导驱离，有助于解决突发状况。

在一个实施例中，如图7所示，3D立体监测***40还包括远程喊话***470；监测运营平台10与远程喊话***470连接；其中，在监测运营平台10接收到交通工具的运行状态后，通过远程喊话***470对位于海上风电场所处海域的交通工具进行引导驱离。

其中，远程喊话***470包括高音喇叭、网络音频调制主机及音频调制终端。

具体而言，如图9所示，海上升压站80的四端分别布置高音喇叭475，当发现有船舶行驶海上风电场所处海域及海缆警戒海域时，监测运营平台10可通过远程喊话***470喊话驱离进入警戒区域的交通工具。

在一个实施例中，海缆温度应变监测***20包括第一定位模块，第一定位模块用于确定发生温度及应变故障的海缆的位置信息，其中，温度报警信号和应变报警信号包含对应的位置信息；

海缆扰动监测***30包括第二定位模块，第二定位模块用于确定发生扰动预警的海缆的位置信息，其中，海缆扰动预警信号包含对应的位置信息。

具体而言，海缆温度应变***20和海缆扰动监测***30分别设有定位模块，在发给监测运营平台10的温度报警信号、应变报警信号和海缆扰动预警信号包含对应的位置信息，运营人员可以快速定位故障发生地，降低潜在风险。

在一个实施例中，如图7所示，海上风电场的海缆及交通工具综合监控***还包括与监测运营平台10连接的地理信息***50，地理信息***50用于各条海缆的预设位置、交通工具的运行状态及各种预/报警信号所包含的信息。

具体而言，地理信息***50(Geographic Information System，GIS)用于在电子海图平台上显示各种报警及预警信号，如位置信息和预报警类型。

相应地，地理信息***50是以谷歌地图和电子海图(陆地上使用谷歌地图，海上使用电子海图)为基础，能清楚地显示各条海缆铺设位置和走向；同时还可显示位于海上风电场所处海域的各种交通工具的运行状态。

在一个具体实施例中，地理信息***50设有扩展显示接口，如USB接口，扩展显示接口用于支持雷达视屏的叠加显示，便于运营人员的维护。

如上所述，地理信息***50可实现对监控海域的交通工具全方位、全天候、无盲区及无漏洞的动态监控显示。

另外，海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***还包括航标***，如图10所示，由于海上升压站80分别通过海缆与陆地与风机连接，为防止船舶在海上风电场所处海域进行抛锚或者作业，在其四周设置航标警示船只禁止驶入及抛锚。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，包括监测运营平台、海缆温度应变监测***、海缆扰动监测***和3D立体监测***；

所述监测运营平台分别与所述海缆温度应变监测***、所述海缆扰动监测***和所述3D立体监测***连接；

所述海缆温度应变监测***用于监测海缆的温度及应变并进行报警，且将对应的温度数据、温度报警信号、应变数据及应变报警信号发送给所述监测运营平台；

所述海缆扰动监测***用于监测海缆外部扰动并进行预警，并将对应的海缆扰动数据和海缆扰动预警信号发送给所述监测运营平台；

所述3D立体监测***用于监测并确定位于海上风电场所处海域的交通工具运行状态，并将所述交通工具的运行状态发送给所述监测运营平台，供所述监测运营平台处理分析；其中，所述交通工具包括潜水器、船舶及飞行器。

2.根据权利要求1所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述3D立体监测***包括船舶自动识别***和雷达***；

所述监测运营平台分别与所述船舶自动识别***和所述雷达***连接；

所述船舶自动识别***用于确定具有自动识别功能的所述交通工具的运行状态；所述雷达***用于确定不具备自动识别功能的所述交通工具的运行状态。

3.根据权利要求1所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述3D立体监测***还包括视频***，所述视频***与所述监测运营平台连接；

所述视频***用于实时监测并确定位于海上风电场所处海域的所述交通工具的运行状态。

4.根据权利要求1至3中任一所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述交通工具的运行状态包括航行速度、航行方向和所处位置。

5.根据权利要求1至3中任一所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述3D立体监测***还包括高频电台；

所述监测运营平台与所述高频电台连接；

其中，在所述监测运营平台接收到所述交通工具的运行状态后，通过所述高频电台对位于海上风电场所处海域的所述交通工具进行引导驱离。

6.根据权利要求1至3中任一所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述3D立体监测***还包括探照灯***；

所述监测运营平台与所述探照灯***连接；

其中，在所述监测运营平台接收到所述交通工具的运行状态后，通过所述探照灯***对位于海上风电场所处海域的所述交通工具进行探照引导。

7.根据权利要求1至3中任一所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述3D立体监测***还包括雾笛导航***；

所述监测运营平台与所述雾笛导航***连接；

其中，在所述监测运营平台接收到所述交通工具的运行状态后，通过所述雾笛导航***对位于海上风电场所处海域的所述交通工具进行引导驱离。

8.根据权利要求1至3中任一所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述3D立体监测***还包括远程喊话***；

所述监测运营平台与所述远程喊话***连接；

其中，在所述监测运营平台接收到所述交通工具的运行状态后，通过所述远程喊话***对位于海上风电场所处海域的所述交通工具进行引导驱离。

9.根据权利要求1至3中任一所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，所述海缆温度应变监测***包括第一定位模块，所述第一定位模块用于确定发生温度及应变故障的海缆的位置信息，其中，所述温度报警信号和所述应变报警信号包含对应的所述位置信息；

所述海缆扰动监测***包括第二定位模块，所述第二定位模块用于确定发生扰动预警的海缆的位置信息，其中，所述海缆扰动预警信号包含对应的所述位置信息。

10.根据权利要求9所述的海上风电场的船舶交通管理及海缆监测***，其特征在于，还包括与所述监测运营平台连接的地理信息***，所述地理信息***用于显示各条海缆的预设位置、所述交通工具的运行状态及各种所述预/报警信号所包含的信息。