海上風電場交通安全監控平臺技術方案研究

曾晨

（福建省新能海上風電研發中心有限公司，福建 福州350108）

海上風電場的發展是對日益增長的能源需求的一種回應，風能作為世界上動態增長最快的能源，截至目前，全球已有1874 個[1]海上風力發電項目（包括安裝、建設、批準或計劃)，而這一數字仍在不斷增加。隨著海上風電場對空間占用不斷擴大，沿海和近海海域的人類活動普遍增加，海洋功能區的重疊和沖突愈發明顯，對海上風電場海域的船舶交通安全進行綜合監控與管理已是迫在眉睫。

1 需求分析

通過對海上風電場海域情況的分析，結合現場經驗，本方案擬構建一套基于多信源數據的海上風電場海域交通安全監控系統，并對需求簡要歸納為如下幾點：

1.1 對風電場周圍的船舶交通情況的實時掌控

風電場周圍可能存在航路與習慣航路，錨地區域等，從保護海底電纜、防止船舶在電纜區域拋錨的角度考慮，需要實時掌握周圍區域的船舶交通情況，以滿足對風電場設施的安全保護需求。

1.2 對風電場工作人員與船舶的定位與監管

因海上風電場離岸距離遠，公網信號弱，信息傳輸相對比較困難。海上工作存在一定的危險性，可能會引發人員落水等緊急情況。因此有必要對風電場的工作人員與船舶位置進行實時掌控，及時掌握周圍可投入的救援力量，對險情立即響應。

1.3 業主與監控區域內船舶的實時語音通信

為了保障海上風電場工作安全穩定的運行，監控中心不可避免需要與海上的船舶進行相應的語音通信。船載的通信系統目前與岸上通用的語音通信系統不能兼容，監控中心無法對船舶實時通信并進行安全告警。

1.4 集成的多功能信息顯示、存儲與操作平臺

為了能夠適應當下簡易集成的操作環境，需要系統能夠有效集成各個監控系統，同時能夠對各類傳感器傳送回來的數據進行數據統計、整合與處理，根據保存整理的相應歷史數據。

綜上，需要開發一套基于電子海圖底圖的海上風電場集成監控的信息系統，建立一體化的頂層設計，將所涉及到的人、船、設備、環境等各種因素統籌協調，得到前端各種設備的狀態量數據，生成適用于海上風電場的調度策略，確保海上的船舶、人員、交通狀態實時掌控。

2 系統組成

本方案最終目的是構建一個集成的監控信息系統。該系統高度集成化，建成后對于操作員而言只需要操作一套軟件系統界面即可滿足上述各個需求。將下述系統的各個操作部分功能進行集成，各個系統的描述如下：

2.1 船舶監控系統

基于雷達和AIS技術在船舶導航和避碰中的重要作用，將船用導航系統引入海上風電項目，實現對風電場海域及其周邊船舶進行監控，設置電子圍欄發現船舶進入風電場海域時對值班員進行預警。雷達能夠主動探測船舶動向并收集實時動態數據；AIS能夠采集船舶靜態數據、動態數據、航程相關數據和其他船舶安全數據，并對目標進行跟蹤。解決風電場及其周邊海域船舶的自動跟蹤、闖入報警、自有船舶管理等問題。

2.2 可視化監控系統

可視化監控手段通過直觀的視頻影像數據展示，同時具備海域內全景展示、選定目標實景、支持目標光電聯動、目標視頻跟蹤、智能火警監測和事故取證等功能。解決風電場內施工期工作面上的人員狀態監控、施工進度監控等問題；解決運行期海域態勢監控、日常船舶監控識別、風電場海域人員狀態監控等問題。

2.3 人員定位及落水報警系統

基于物聯網通訊技術和GPS/北斗定位技術，通過部署定位終端、通訊基站等設備，實現對人員、自有船舶實時定位、軌跡跟蹤及落水報警等功能，提升風電場作業人員的安全管理水平。

2.4 深遠海通訊系統

基于VHF 技術在船舶通訊中的廣泛應用于船舶避讓、海事管理、遇險搜救以及安全信息播發等方面。將VHF 技術引入海上風場項目，解決作業船舶通信、外來船舶驅離等問題。

2.5 多信息集成監控操作顯示平臺

為方便統一監控與管理，所有在外部傳感器獲取的信息均需要統一的智能化顯示在相應的地圖界面上。本方案選用符合目前國際標準的IHO S 57 電子海圖作為顯示操作界面的底圖，支持相應的衛星圖與電子海圖顯示模式雙模切換。同時在此基礎上，集成、圖形化顯示以及存儲AIS 提供的各類基礎類信息、定制化信息以及風電場運維相關的圖形信息。

3 系統軟件設計

本方案擬建設一套基于多信源數據的安全監管系統，通過多信源傳感器數據的采集、解析、融合等處理[3]，實現對船舶目標的識別跟蹤，監控整個風電設備部署水域安全狀況，并采用聲光電等多樣化的手段對風險事件進行預警提示。對風險事件進行事前預警防范，事中進行跟蹤處理和取證，事后進行回放和追責，從而避免事故發生，提高整個風電場的安全水平和管控效率。

3.1 建設雷達監測系統，主動探測風電場周圍水上移動目標的運動態勢數據。建設AIS系統，對區域內配載有AIS的船舶信息進行解析顯示，AIS 信息與雷達信息的融合顯示。通過AIS-MOB 設備的使用，實現人員落水應急功能的解決。

3.2 通過VHF（甚高頻無線電臺）完成與風電場周圍的大小船舶、業主船舶以及相關工作人員進行日常業務調度以及緊急語音通信，實現統一的用于海事的語音實時通信。

3.3 實現多傳感器信息的采集與顯示、存儲，包括雷達、AIS、視頻監控、氣象海況等信息的綜合集成顯示。

3.4 實現智能化運營與調度功能，后臺中心核心服務器可以處理包括對業主船舶歷史軌跡存儲與分析、風場態勢視頻存儲與調用、氣象海況數據預報等等。在此基礎上還可擴展相應的調度營運管理界面，實現基于各類信息的智能化船舶與人員調度安排。

圖1 軟件結構模塊匯總表

4 安全防范與報警聯動

系統架設完成后，將以風電場所在區域為中心，由受權操作人員根據安全等級設定多級安全警戒區域。對闖入區域的船只自動設置等級預警和處置，并記錄全部過程。區域報警包括禁錨區域報警、禁止駛入區域報警、有拋錨趨勢報警（在風電場3km 范圍內，以航速低于0.5 節為判定條件）等，并可按照移動目標設置移動告警區。[3]列入黑名單和協查船舶名單的船舶被識別后系統能夠自動報警。當目標進入防區后，系統第一時間發出預警，同時反饋目標經緯度信息，并計算出目標與監管區域的距離。當距離小于設定值時，系統自動報警，同時聯動云臺全程跟蹤并進行抓拍和錄像取證。

5 結論

在能源日益短缺的情況下，海上風電作為一種清潔的可再生能源發展迅速，福建省海上風電場離岸較近，與航道、錨地等區域毗鄰的場址較多，海上交通安全是保證海上風電場開發建設的必要前提和重要保證。本方案的實施可實現全天候對風電場附近3公里水域內的船只進行實時動態監控，完成海上風電海域交通安全防范管理。

本方案在自建交通管理系統的基礎上，還可延伸為與海洋主管部門的共建平臺，依托海洋、海事等主管部門的信息化技術支持，形成信息互聯、互通、共享的海上風場交通安全管理機制，為海上風電場的安全防范提供有利手段，為整個產業健康有序的發展保駕護航。