海上風(fēng)電場(chǎng)智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)研究

李葦林，王二峰，劉曉東

（華電重工股份有限公司，北京 100070）

1 海上風(fēng)電智慧調(diào)度系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

作為海洋工程領(lǐng)域的管理系統(tǒng)-用于海上風(fēng)電場(chǎng)的智能航運(yùn)管理系統(tǒng)，根據(jù)決策管理、人員管理、視頻監(jiān)控、海洋氣象服務(wù)、工單管理、船舶管理、后臺(tái)管理等七個(gè)方面的特定要求，可采用可視化管理方法和實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。

1.2 決策管理

可以根據(jù)工單類(lèi)型查看可用的窗口期。可用的窗口周期是根據(jù)過(guò)程的類(lèi)型，策略的配置以及風(fēng)浪的高度來(lái)計(jì)算的。該數(shù)據(jù)可用于顯示當(dāng)日實(shí)時(shí)作業(yè)窗口時(shí)段和實(shí)時(shí)風(fēng)速以及浪的高度信息，還可以查看特定的作業(yè)窗口時(shí)段的詳細(xì)根據(jù)說(shuō)明。

1.3 人員管理

（1）人員跟蹤定位管理。人員監(jiān)控管理系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)有的人事管理程序?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)人事信息管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)出海任務(wù)和出海人員全過(guò)程的監(jiān)控，建立有效的監(jiān)督管理機(jī)制，提高員工防范安全隱患，避免突發(fā)事件的能力，達(dá)到員工安全管理的目的。

（2）人員急管理。①落水預(yù)警。掉入水中后，救生衣Aismob設(shè)備（個(gè)人位置指示器）可以向AIS基站和衛(wèi)星發(fā)送求救信號(hào)。一旦系統(tǒng)接收到遇險(xiǎn)信號(hào)，它就會(huì)在電子地圖上自動(dòng)標(biāo)記人員在水中的位置，并發(fā)出聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)警報(bào)，以通知管理人員。②視頻聯(lián)動(dòng)。當(dāng)有掉入水中的預(yù)警時(shí)，通過(guò)光電設(shè)備連接功能，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)掉落位置，以鎖定掉入水中的人的掉落區(qū)域，以協(xié)助救援。

1.4 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)視系統(tǒng)包括一個(gè)遠(yuǎn)程紅外熱像儀，該攝像頭可以穿透霧氣，以監(jiān)視整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)潛艇區(qū)域內(nèi)的船只。視頻監(jiān)視系統(tǒng)與緊急情況管理系統(tǒng)和船舶控制系統(tǒng)相結(jié)合，可自動(dòng)捕獲和協(xié)調(diào)動(dòng)態(tài)目標(biāo)。

一旦有人掉入水中，海域視頻監(jiān)視系統(tǒng)將自動(dòng)鎖定位置，進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視。

該系統(tǒng)可以通過(guò)AIS系統(tǒng)界面在地圖上建立電子圍欄區(qū)域。當(dāng)船舶靠近，闖入或停泊不當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，并通過(guò)聲音和燈光通知當(dāng)值用戶(hù)，并記錄警報(bào)信息。同時(shí)，通過(guò)光電連接監(jiān)視功能，通過(guò)攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視船體的危險(xiǎn)并記錄視頻。

1.5 海洋氣象服務(wù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)集成了氣象數(shù)據(jù)的收集，預(yù)測(cè)和分析為一體，并實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)，溫度，濕度，氣壓等其他氣象要素。針對(duì)船舶、直升機(jī)的調(diào)度為它們提供根本的而天氣信息。提供天氣預(yù)報(bào)和天氣預(yù)報(bào)服務(wù)，接收和顯示天氣預(yù)報(bào)，及海洋預(yù)報(bào)部門(mén)發(fā)布的強(qiáng)風(fēng)和大浪警告信息。

與系統(tǒng)相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)包括溫度，降水，風(fēng)向，氣壓，能見(jiàn)度和臺(tái)風(fēng)等。該系統(tǒng)通過(guò)界面接收氣象部門(mén)提供的氣象數(shù)據(jù)，并在電子地圖上實(shí)時(shí)更新它們。該系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的氣象條件，提出是否適合參與調(diào)查的指導(dǎo)建議

1.6 船舶管理系統(tǒng)

船舶控制系統(tǒng)可以通過(guò)獲得項(xiàng)目海域的船舶AIS信息，在地圖上用符號(hào)的辦法顯示船舶的實(shí)時(shí)位置和動(dòng)態(tài)狀態(tài)，并放置風(fēng)力發(fā)電設(shè)施的位置符號(hào)，可以增加或減少地圖顯示區(qū)域，并可以移動(dòng)屏幕窗口。單擊船的徽標(biāo)以查看船的名稱(chēng)、船號(hào)、MMSI、IMO、速度、方向、轉(zhuǎn)彎、緯度和經(jīng)度以及船的信息。注意特定的船舶，例如項(xiàng)目的海上平臺(tái)，駁船的名稱(chēng)和船舶的維修編號(hào)、MMSI、IMO或選擇（使用唯一符號(hào)顯示）。將電子欄桿放在海圖上圈上，以提醒船舶進(jìn)入和離開(kāi)特定區(qū)域。

2 雷達(dá)多源跟蹤及邊界警示系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

主要功能是利用電子地圖作為控制界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的全面監(jiān)控和報(bào)警。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以記錄所有通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的船舶的軌跡。該系統(tǒng)還提供了用于連接其他監(jiān)視設(shè)備的接口，該接口可以完成進(jìn)入虛擬警戒區(qū)的船舶的“連接監(jiān)視”。除了多源雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)之外，在保護(hù)區(qū)的邊界風(fēng)力渦輪機(jī)上還安裝了邊界警告系統(tǒng)，以錯(cuò)誤地減少進(jìn)入風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的船只。

高精度遠(yuǎn)程光電前端，小目標(biāo)檢測(cè)雷達(dá)（x波段）和AIS組成智能調(diào)度控制系統(tǒng)和用于雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)，光電聯(lián)合確認(rèn)和目標(biāo)跟蹤以及獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)的AIS的綜合跟蹤系統(tǒng)。

旨在實(shí)現(xiàn)海上動(dòng)態(tài)目標(biāo)的自動(dòng)化和信息管理智能同時(shí)，在風(fēng)電場(chǎng)邊界的基本風(fēng)力渦輪機(jī)平臺(tái)上采取了聲音，燈光和無(wú)線電警告措施。在約兩海里的距離處安裝警告燈，以指示風(fēng)扇的位置；安裝煙霧探測(cè)器（可見(jiàn)性探測(cè)器）和警笛；安裝雷達(dá)和帶有導(dǎo)航標(biāo)志的AIS航標(biāo)專(zhuān)業(yè)應(yīng)答器，以通過(guò)無(wú)線電通過(guò)的船只。

2.2 主要技術(shù)

（1）總體技術(shù)特點(diǎn)要求。作為主要傳感器，雷達(dá)可以在無(wú)人值守和惡劣天氣條件（雨、霧）下主動(dòng)檢測(cè)目標(biāo)，并連續(xù)自動(dòng)地進(jìn)行監(jiān)視，報(bào)警和記錄。

雷達(dá)可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)（系統(tǒng)可以跟蹤和顯示的最大目標(biāo)數(shù)量：≥20000個(gè)系列），系統(tǒng)接收周?chē)暗腶is信號(hào)并將其與雷達(dá)信號(hào)智能集成，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)周?chē)娜骘L(fēng)場(chǎng)監(jiān)控。雷達(dá)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的電纜保護(hù)區(qū)域。所有進(jìn)入該地區(qū)的船只將自動(dòng)監(jiān)視和錄制視頻。首次可以手動(dòng)找到電纜網(wǎng)和錨，可以識(shí)別它們的特性和側(cè)面編號(hào)。該警告在發(fā)布之前和之后發(fā)出。保存證據(jù)。系統(tǒng)還可以設(shè)置數(shù)據(jù)保留時(shí)間，可以在一段時(shí)間（最長(zhǎng)1個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間）內(nèi)追溯到特定船舶或特定區(qū)域的軌跡。

（2）軟件系統(tǒng)主要功能。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)和全景顯示雷達(dá)視頻信號(hào)，光電圖像，海圖和其他信息。該系統(tǒng)具有用于區(qū)域管理和事件管理的控制和警報(bào)功能。它具有自動(dòng)跟蹤和檢測(cè)覆蓋區(qū)域中的海洋目標(biāo)的功能，并提供目標(biāo)的位置，方向，速度和其他參數(shù)。

（3）邊界警示系統(tǒng)。邊界警報(bào)系統(tǒng)是多源雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)的附件，用于警告風(fēng)電場(chǎng)附近的船只。主要功能如下：①根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的限制，將警告燈安裝在2海里以上的距離，并在夜間自動(dòng)打開(kāi)警告燈，以顯示風(fēng)力渦輪機(jī)對(duì)經(jīng)過(guò)的船舶的位置風(fēng)電場(chǎng)。②安裝煙霧檢測(cè)設(shè)備（可見(jiàn)性檢測(cè)器）和煙霧警報(bào)器（警報(bào)器），以及邊界警告系統(tǒng)的控件。當(dāng)能見(jiàn)度極差時(shí)，系統(tǒng)可以按照規(guī)定自動(dòng)發(fā)送霧信號(hào)。

警報(bào)系統(tǒng)連接到多源雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)，可見(jiàn)性數(shù)據(jù)和霧信號(hào)連接到網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)扇能見(jiàn)度數(shù)據(jù)可以由岸上集中控制中心工作站收集，而霧信號(hào)則由后端控制。

3 風(fēng)機(jī)平臺(tái)作業(yè)監(jiān)管系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行和維護(hù)，人臉識(shí)別，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫(kù)和可視化技術(shù)的海上風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 風(fēng)機(jī)平臺(tái)作業(yè)監(jiān)管系統(tǒng)配置要求

風(fēng)扇平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行以下功能：

（1）遠(yuǎn)程應(yīng)用工作任務(wù)，通過(guò)風(fēng)扇維修審計(jì)應(yīng)用程序遠(yuǎn)程完成工作，三角島操作員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)程序收據(jù)接收網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。該操作任務(wù)將自動(dòng)包括解鎖鎖和退出警告設(shè)備的權(quán)限，以防止有問(wèn)題的風(fēng)扇進(jìn)入。

（2）風(fēng)扇具有內(nèi)置的微波警報(bào)器和高音揚(yáng)聲器，讓人感覺(jué)很人性化，使下屬的工作人員更容易在舞臺(tái)上騎行。如果人員不在風(fēng)扇平臺(tái)上，設(shè)備將自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并在警報(bào)完成后要求人員離開(kāi)風(fēng)扇平臺(tái)。否則，在設(shè)定的時(shí)間過(guò)后，工作人員將啟動(dòng)高音揚(yáng)聲器以驅(qū)散它。平臺(tái)上的工作人員使用該應(yīng)用程序連接疏散警報(bào)設(shè)備，并且可以設(shè)置疏散時(shí)間。

（3）將風(fēng)輪機(jī)的門(mén)鎖設(shè)置為智能門(mén)鎖，該智能門(mén)鎖由應(yīng)用程序打開(kāi)控制。恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)后，應(yīng)用程序日志將自動(dòng)發(fā)送到后臺(tái)系統(tǒng)，操作員將檢查并計(jì)算操作記錄。

（4）人臉識(shí)別和可視頭盔，用于通過(guò)鼓門(mén)上的人臉識(shí)別攝像頭在風(fēng)扇平臺(tái)上進(jìn)行人員識(shí)別。同時(shí)，通過(guò)視覺(jué)頭盔的配置對(duì)管理人員和專(zhuān)家進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)監(jiān)督。

4 結(jié)語(yǔ)

這項(xiàng)工作通過(guò)普拉風(fēng)電場(chǎng)的智能調(diào)度系統(tǒng)，具有雷達(dá)風(fēng)電場(chǎng)的多源雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)以及用于監(jiān)視風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)，建立了用于管理海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行和維護(hù)的智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成人員安全管理和船舶計(jì)劃。同時(shí)，它可以對(duì)船舶進(jìn)行全面監(jiān)控，并確保海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)海上風(fēng)力渦輪機(jī)和電纜的安全。最終，實(shí)現(xiàn)了在風(fēng)力渦輪機(jī)平臺(tái)上對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)營(yíng)商的全面管理。該解決方案實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)圖像捕獲，視頻回放以及實(shí)時(shí)信息和運(yùn)輸信息查詢(xún)的功能。同時(shí)，結(jié)合航空情報(bào)和天氣預(yù)報(bào)，船舶和人員資源的管理和定位，制定了船舶的建造、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)計(jì)劃，確保了船舶和人員的安全管理。