海上风电场船舶监测装置及方法与流程

1.本技术涉及海上风电场维护技术领域，尤其是涉及一种海上风电场船舶监测装置及方法。


背景技术：

2.近年来，我国海上风电发展迅猛，新增装机容量连续多年位居世界第一；海上风电高速发展的同时，海上风电相关事故频发。现发生的海上风电场事故包括风机事故、海上升压站事故、施工事故、运维事故、电缆事故等。
3.导致上述事故的一部分人为因素是：海上风电场建成后，风电基础因其结构特点，成为海上鱼礁，吸引鱼群聚集。部分渔民、垂钓人员为既得利益在海上风电场附近捕鱼、垂钓，而渔船等极容易撞击基础，破坏基础油漆防护涂层；同时渔船在基础附近抛锚，使海缆容易发生锚害。然而，人工监视风电场附近海域工作量大、艰辛，且存在疏漏，因此本技术提出一种新的技术方案。


技术实现要素：

4.为了改善海上风电场的完整性监测效果，减少人工疏漏，保障风电场顺畅运行，本技术提供一种海上风电场船舶监测装置及方法。
5.第一方面，本技术提供一种海上风电场船舶监测装置，采用如下的技术方案：
6.一种海上风电场船舶监测装置，包括：
7.水上平台，其用于采集附近规划范围内的环境信息、产生定位数据并漂浮于指定水域作为载体；
8.动力机组，其安装于水上平台，用于驱使水上平台在水域迁移调整位置；
9.干扰单元，其用于产生捕鱼干扰信息；
10.投放动作模块，其安装于水上平台，临时固定干扰单元，且用于向水下/水上投放干扰单元；
11.总控模块，其用作装置的控制核心，与预设的服务器通讯连接和进行数据交互，并用作控制动力机组驱使水上平台跟随指定水上单位，控制投放动作模块释放干扰单元，控制干扰单元工作；
12.供电模块，其用于向装置的各个用电结构供电。
13.可选的，所述水上平台包括舱体、上架体、摄像模块以及定位模块，所述上架体安装于舱体的上部，所述上架体上安装有稳定器，所述稳定器上安装摄像模块，所述定位模块内置于舱体。
14.可选的，所述舱体内设有水仓，所述投放动作模块设置于水仓且下部设置有连通水仓的投放管，所述投放动作模块包括：
15.自动卷绳器，其绳头自由端固定干扰单元；
16.仓内压平衡机构，其用于在干扰单元释放和回收入仓时平衡水仓压力；
17.其中，所述干扰单元封堵且活动连接于投放管，所述仓内压平衡机构连接并受控于总控模块。
18.可选的，所述干扰单元包括柱状体以及安装于柱状体上的声/光干扰器，所述柱状体适配投放管的内腔，所述声/光干扰器通过导线连接于供电模块，所述导线附着于自动卷绳器下放的绳索。
19.可选的，所述仓内压平衡机构包括：
20.上气管，其至少为两个，均穿设于舱体的上部，且下端连通水仓；
21.鼓风单元，其安装于舱体的上部；
22.侧气管，其穿设舱体的侧部且一端连通水仓，一端向下入水；
23.其中，至少一个所述上气管的上端安装有对外的单向阀，至少一个所述上气管的上端安装电磁阀且端口连通鼓风单元的送气端口；
24.所述侧气管入水的一端设置有另一电磁阀。
25.可选的，所述总控模块配置为：
26.接收预设的服务器对摄像模块采集数据的识别结果；
27.若识别结果存在指定水上单位，则摄像模块拍摄固定，且根据识别结果查找预设的数据库，得到水上单位的尺寸；
28.计算实时拍摄的水上单位图像的像素尺寸，并根据水上单位的尺寸求图像比例尺；
29.基于图像比例尺计算水上平台与水上单位的估计距离；
30.若估计距离大于预设跟随阈值，则控制动力机组驱使水上平台接近指定水上单位。
31.可选的，所述水上平台还包括距离感知单元，所述距离感知单元固定于摄像头，所述总控模块还被配置为：
32.若识别结果判定为非完整水上单位，则唤醒距离感知单元并接收距离感知单元反馈的距离检测值，且中止图像比例尺计算；
33.若距离检测值大于预设跟随阈值，则控制动力机组驱使水上平台接近指定水上单位；
34.若距离检测值小于风险阈值，则控制动力机组驱使水上平台远离指定水上单位。
35.可选的，所述供电模块包括蓄电池和太阳能电池，所述蓄电池内置于舱体，所述太阳能电池为多个且环绕上架体设置。
36.第二方面，本技术提供一种海上风电场船舶监测方法，采用如下的技术方案：
37.一种海上风电场船舶监测方法，环绕风电机组平台布设如上述任一所述的海上风电场船舶监测装置。
38.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：基于水上平台，可直接投放至海上风电机组平台附近的海域，监测附近海域是否有船舶和人员侵入，且在必要时进行抵近取证以及作出针对性的捕鱼干扰，以劝离相关渔船及相关人员；即，本技术有助于改善海上风电场的完整性监测效果，减少人工疏漏，保障风电场顺畅运行。
附图说明
39.图1是本技术的装置的主体结构示意图；
40.图2是本技术的装置的控制架构示意图；
41.图3是本技术的装置的另一结构示意图。
42.附图标记说明：1、水上平台；11、舱体；111、投放管；12、上架体；13、摄像模块；14、距离感知单元；2、干扰单元；3、投放动作模块；31、自动卷绳器；32、上气管；33、鼓风单元；34、侧气管；4、总控模块；5、太阳能电池。
具体实施方式
43.以下结合附图1-3对本技术作进一步详细说明。
44.本技术实施例公开一种海上风电场船舶监测装置。
45.参照图1和图2，海上风电场船舶监测装置包括：水上平台1、动力机组、干扰单元2、投放动作模块3、总控模块4以及供电模块。
46.其中，水上平台1为综合性集成平台，其壳体材质可参考浮标，具备一定抗腐蚀性，以符合海上作业需求。水上平台1采集附近规划范围内的环境信息，产生定位数据并漂浮于指定水域作为载体；动力机组、干扰单元2、投放动作模块3、总控模块4以及供电模块均安装于水上平台1，且以供电模块进行供电。
47.使用时，由总控模块4作为装置的控制核心，与预设的服务器通讯连接和进行数据交互，并用作控制动力机组驱使水上平台1跟随指定水上单位，控制投放动作模块释放干扰单元2，控制干扰单元2发出捕鱼干扰信息。
48.根据上述设置，本装置可以投放至海上风电机组平台附近的海域，监测附近海域是否有船舶和人员侵入，且在必要时进行抵近取证以及作出针对性的捕鱼干扰，以劝离相关渔船及相关人员；即，本装置有助于改善海上风电场的完整性监测效果，减少人工疏漏，保障风电场顺畅运行。
49.以下对上述进行具体解释。
50.在本装置的一个实施例中，上述水上平台1包括舱体11、上架体12、摄像模块13以及定位模块。
51.其中，舱体11分上下两部分，上部分呈柱状且内部形成有安装腔体，诸如上述总控模块4等电气组成内置于腔体中，安装腔体至少有一开口，且开口密封固定舱门。舱体11的下部分呈漏斗状，空心且不与上述安装腔体连通；舱体11下部的腔体称为水仓。
52.上架体12固定于舱体11的上表面，类似于四个脚的圆凳结构且四个脚上部相互靠近。摄像模块13安装于上架体12的顶部，以获得较佳的拍摄高度，获取更大的拍摄角度。
53.需要注意的是，为了保护摄像模块13，减小水上平台1歪斜时碰坏摄像模块13的几率，以连杆环绕上架体12的顶部形成有防护圈。
54.由于本装置的使用对图像一定依赖性(后续内容阐述)，而水上平台1置于风电机组平台附近的海域中时不可避免的存在晃动，为此更佳的在上架体12的顶部安装稳定器，稳定器选用手持云台、摄像云台一类，可令摄像模块13减少拍摄抖动即可，以保证后期对图像的利用效果。
55.摄像模块13，即摄像头；在本实施例中，优选具备夜视功能，且能做180
°
周向转动
的型号。夜视功能用以满足24小时监控需求，180
°
可转向则是为了减小水上平台1的旋转需求，使摄像转动满足周向监测。摄像模块13连接于总控模块4。
56.可以理解的是，本装置在海域使用时并非单独使用，而是多个配合形成大区域监测区，实际不一定持续令摄像头周向转动，更多的是在目标拍摄时角度。
57.上述的定位模块，即北斗、gps定位模块，其主体内置于舱体11的上部，若配置天线则天线置于舱体11顶部。定位模块连接于总控模块4。
58.在本技术的一个实施例中，上述水仓以密封结构划分出设备区和其他区域，上述投放动作模块3包括自动卷绳器和仓内压平衡机构。
59.其中，自动卷绳器31连接于总控模块4，可以是电动绳盘，且其电机内置于设备区，而绳盘结构位于水仓的顶部，靠近舱体11的中心轴线。干扰单元2捆绑固定于自动卷绳器31的绳头自由端，利用重力下落，利用自动卷绳器31收卷动作收起，以实现干扰单元2的收起和释放动作。
60.在本技术的一个实施例中，上述干扰单元2包括柱状体和嵌设安装于柱状体上声/光干扰器，其中，声/光干扰器连接于总控模块4，可以是诸如灯具或声波发生器(探头，主体则内置舱体11)。在舱体11的底部中心成型有投放管111，投放管111的上端连通于舱体11的水仓。柱状体适配投放管111的管内径，使用时，脱离投放管111入水。声/光干扰器的导线捆绑、编织、内嵌于自动卷绳器31的牵引绳中。
61.为了回收干扰单元2时对其做引导，投放管111的下端沿设置为向外扩呈喇叭状，以利用外扩斜边以引导干扰单元2。
62.参照图3，在本技术的一个实施例中，上述仓内压平衡机构包括：
63.上气管32，其至少为两个且均穿设舱体11的上部，下端伸入水仓；
64.鼓风单元33，其固定于舱体11的顶部；若隐藏于舱体11中安装，则其出风端口管道向上穿出舱体11的顶面再弯折向下；
65.侧气管34，其穿设舱体11的侧部且一端连通水仓，一端向下入水。
66.假定上气管32为两个，则一个上气管32的上端安装有单向阀，另一上气管32的上端安装电磁阀后，再与鼓风单元33的送气端口连通。
67.上述鼓风单元33和电磁阀分别连接于总控模块4。
68.上述侧气管34为多个，环绕舱体11的下部均匀分布设置，侧气管34同样安装有电磁阀；电磁阀同样连接于总控模块4受控。
69.对于本技术而言，仓内压平衡机构为配合其他组成元素具备多个特点，以下结合使用过程说明：
70.1)、当需要进行干扰作业，自动卷绳器31松开牵引绳，干扰单元2在重力的作用下顺着投放管111下落脱离舱体11，直到达到指定深度停止。之后总控模块4控制干扰单元2工作即可释放干扰信息对海域中的鱼群做干扰。
71.需要注意的是，下垂的干扰单元2入水后受海水流向影响晃动，会对装置主体的稳定造成干扰，由此总控模块4：令鼓风单元33一路的电磁阀打开，并开启侧气管34的电磁阀，以令海水灌入水仓中；利用海水对舱体11配重，减小下垂的干扰单元2带来的重心偏移影响，增强稳定性。
72.2)、当不再需要进行干扰作业，自动卷绳器31收起牵引绳，拉动干扰单元2收回投
放管111，且下端停滞于投放管111的上端口内。
73.需要注意的是，在回收干扰单元2时，除了干扰单元2需要停止工作外；还需要将舱体11的水仓排空，具体地：总控模块4控制鼓风单元33向水仓内送气，利用空气将海水从投放管111或侧气管34排出。
74.当干扰单元2回到待机静止后，侧气管34的电磁阀关闭，同时另一个上气管32的电磁阀开启，此模式的作用时，鼓风单元33不断的向水仓送气，气体再从前述的上气管32排出，流动的空气能起到对水仓风干，以此延长本装置的使用寿命。
75.可以理解的是，风干行为的何时停止可以是定时控制，也可以配置湿度传感器检测确定。当风干行为结束，则侧气管34和上气管32的电磁阀关闭。为保证水仓的干燥性，干扰单元2的柱状体下端以有密封圈为佳。
76.在本技术的一个实施例中，本装置的供电模块包括蓄电池和太阳能电池5，其中蓄电池内置于舱体11中，为主供电单位；太阳能电池5为多个，环绕上架体12固定，且以配套的控制器连接于蓄电池，以利用太阳能为蓄电池充电，提高本装置的续航能力。
77.可以理解的是，蓄电池除了人工定期充电外，基于当前无线充电技术背景，还可通过在风电场海域建立无线充电站实现。
78.在本技术的一个实施例中，动力机组可选择当前无人船相同的电动螺旋桨组成；动力机组连接于总控模块4，以进行水上平台1的移动控制。
79.需要注意的是，为了更符合本装置对水上单位的跟随、监测需求，动力机组的转向不再使用传统的船舵实现，而是通过对称的两组电动螺旋桨实现，两螺旋桨非正对模式，而是俯视呈八字状或平行，以利用两组螺旋桨的差速实现快速变向。
80.在本技术的一个实施例中，在风电场搭建本地服务器或购买云端服务器；总控模块4(即，集成有处理器、存储器、转换电路、驱动控制器等单元的控制电路板)通过配置的通讯单元(gprs等)与服务器进行数据交互。
81.摄像模块13采集的指定水域的视频/图像传输至服务器，由服务器做图像识别，得到识别结果。此处的识别主要指船舶识别，诸如基于yolov3和sort的海上船舶目标分类检测，使用时服务器加载对应软体即可。
82.在本技术中，总控模块4配置为：
83.1)、接收服务器对摄像模块13采集数据的识别结果。
84.其中，识别结果包括图像中存在的元素特征种类、船舶特征的类别、特征的完整度。
85.2)、若识别结果存在指定水上单位，则摄像模块13拍摄固定，且根据识别结果查找预设的数据库，得到水上单位的尺寸；
86.关于指定水上单位：在本技术中指定为船舶。
87.关于拍摄固定：已知任一图像均有中心，令图像中的船舶特征元素始终处于图像中心即为拍摄固定。实施手段可以是：特征在图像中偏右，则摄像头以最小旋转量向右调节一次，连续多次调节直到条件符合。
88.关于数据库：该数据库存有各类船舶与匹配的实际尺寸数据，尺寸数据至少包括船的长度、宽度或高度。
89.3)、计算实时拍摄的水上单位图像的像素尺寸，并根据水上单位的尺寸求图像比
例尺。
90.已知的，图像识别的一个要点在于目标特征的轮廓标定、提取；同时，图像中任一位置有对应的像素坐标，由此，可得水上单位的像素尺寸。
91.假定：目标船舶为a型渔船，数据库查找得到实际尺寸为船长100m，而像素尺寸为特征轮廓像素长100p，则图像比例尺为1m/p。
92.4)、基于图像比例尺计算水上平台1与水上单位的估计距离。
93.可以理解的是，在拍摄镜头不变的情况下，从300m的位置拍摄一条a型船和从100m的位置拍摄一条a型船所得图像中，船舶特征的尺寸是不同的，分别对应有一个图像比例尺。
94.由此，基于3)求得的图像比例尺查找数据库中验证所得的比例尺-间距关系表，即可得到在水上平台1与水上单位的估计距离。
95.需要注意的是，若摄像模块为可变焦，在上述过程中需要加入拍摄参数的变化做校正。
96.5)、若估计距离大于预设跟随阈值，则控制动力机组驱使水上平台接近指定水上单位。
97.在本实施例中，跟随阈值以20m-35m为佳，即起到有效跟随，保障取证和干扰实施的安全性，又可在一定程度上防止捕钓人员蓄意损坏设备。
98.在本装置的一个实施例中，考虑到当水上平台1接近船舶至一定距离时存在无法在图像中全展示完整船舶轮廓，为此做以下设置：
99.水上平台1还包括距离感知单元14，距离感知单元14可选择超声波传感器、激光测距传感器一类，其固定于摄像模块13上(镜头旁侧、顶部)，以借助上述的拍摄跟随功能保证朝向船舶。距离感知单元14连接于总控模块4。
100.对应的，总控模块4配置为：
101.1)、若识别结果判定为非完整水上单位，则唤醒距离感知单元并接收距离感知单元反馈的距离检测值，且中止图像比例尺计算。
102.可以理解的是，为了节能，在电子设备中常采用休眠待机这一方式；本装置因为非拖曳电缆供电，所以相对有必要做休眠设计，以延长本装置的续航能力。
103.2)、若距离检测值大于预设跟随阈值，则控制动力机组驱使水上平台1接近指定水上单位。
104.3)、若距离检测值小于风险阈值，则控制动力机组驱使水上平台1远离指定水上单位。
105.风险阈值，在本实施例中指的是碰撞风险阈值，可以是5m，而非0，毕竟水上平台1变向制动需要缓冲距离。
106.根据上述设置，本装置在拍摄的图像不足以囊括整个船舶轮廓时，自动采用近距离适用的距离感知单元14实现跟随功能。
107.本技术实施例还公开一种海上风电场船舶监测方法。
108.海上风电场船舶监测方法，其包括：环绕风电机组平台布设如上述任一所述的海上风电场船舶监测装置。
109.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术
的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种海上风电场船舶监测装置，其特征在于，包括：水上平台(1)，其用于采集附近规划范围内的环境信息、产生定位数据并漂浮于指定水域作为载体；动力机组，其安装于水上平台(1)，用于驱使水上平台(1)在水域迁移调整位置；干扰单元(2)，其用于产生捕鱼干扰信息；投放动作模块(3)，其安装于水上平台(1)，临时固定干扰单元(2)，且用于向水下/水上投放干扰单元(2)；总控模块(4)，其用作装置的控制核心，与预设的服务器通讯连接和进行数据交互，并用作控制动力机组驱使水上平台(1)跟随指定水上单位，控制投放动作模块(3)释放干扰单元(2)，控制干扰单元(2)工作；供电模块，其用于向装置的各个用电结构供电。2.根据权利要求1所述的海上风电场船舶监测装置，其特征在于：所述水上平台(1)包括舱体(11)、上架体(12)、摄像模块(13)以及定位模块，所述上架体(12)安装于舱体(11)的上部，所述上架体(12)上安装有稳定器，所述稳定器上安装摄像模块(13)，所述定位模块内置于舱体(11)。3.根据权利要求1所述的海上风电场船舶监测装置，其特征在于：所述舱体(11)内设有水仓，所述投放动作模块(3)设置于水仓且下部设置有连通水仓的投放管(111)，所述投放动作模块(3)包括：自动卷绳器(31)，其绳头自由端固定干扰单元(2)；仓内压平衡机构，其用于在干扰单元(2)释放和回收入仓时平衡水仓压力；其中，所述干扰单元(2)封堵且活动连接于投放管(111)，所述仓内压平衡机构连接并受控于总控模块(4)。4.根据权利要求3所述的海上风电场船舶监测装置，其特征在于：所述干扰单元(2)包括柱状体以及安装于柱状体上的声/光干扰器，所述柱状体适配投放管(111)的内腔，所述声/光干扰器通过导线连接于供电模块，所述导线附着于自动卷绳器(31)下放的绳索。5.根据权利要求3所述的海上风电场船舶监测装置，其特征在于，所述仓内压平衡机构包括：上气管(32)，其至少为两个，均穿设于舱体(11)的上部，且下端连通水仓；鼓风单元(33)，其安装于舱体(11)的上部；侧气管(34)，其穿设舱体(11)的侧部且一端连通水仓，一端向下入水；其中，至少一个所述上气管(32)的上端安装有对外的单向阀，至少一个所述上气管(32)的上端安装电磁阀且端口连通鼓风单元(33)的送气端口；所述侧气管(34)入水的一端设置有另一电磁阀。6.根据权利要求2所述的海上风电场船舶监测装置，其特征在于，所述总控模块(4)配置为：接收预设的服务器对摄像模块(13)采集数据的识别结果；若识别结果存在指定水上单位，则摄像模块(13)拍摄固定，且根据识别结果查找预设的数据库，得到水上单位的尺寸；计算实时拍摄的水上单位图像的像素尺寸，并根据水上单位的尺寸求图像比例尺；
基于图像比例尺计算水上平台(1)与水上单位的估计距离；若估计距离大于预设跟随阈值，则控制动力机组驱使水上平台(1)接近指定水上单位。7.根据权利要求6所述的海上风电场船舶监测装置，其特征在于：所述水上平台(1)还包括距离感知单元(14)，所述距离感知单元(14)固定于摄像头，所述总控模块(4)还被配置为：若识别结果判定为非完整水上单位，则唤醒距离感知单元(14)并接收距离感知单元(14)反馈的距离检测值，且中止图像比例尺计算；若距离检测值大于预设跟随阈值，则控制动力机组驱使水上平台(1)接近指定水上单位；若距离检测值小于风险阈值，则控制动力机组驱使水上平台(1)远离指定水上单位。8.根据权利要求2所述的海上风电场船舶监测装置，其特征在于：所述供电模块包括蓄电池和太阳能电池(5)，所述蓄电池内置于舱体(11)，所述太阳能电池(5)为多个且环绕上架体(12)设置。9.一种海上风电场船舶监测方法，其特征在于：环绕风电机组平台布设如权利要求1-7任一所述的海上风电场船舶监测装置。

技术总结
本发明公开了一种海上风电场船舶监测装置及方法，其包括水上平台，其用于采集附近规划范围内的环境信息、产生定位数据并漂浮于指定水域作为载体；动力机组，用于驱使水上平台在水域迁移调整位置；干扰单元，其用于产生捕鱼干扰信息；投放动作模块，临时固定干扰单元，且用于向水下/水上投放干扰单元；总控模块，其用作装置的控制核心，与预设的服务器通讯连接和进行数据交互，并用作控制动力机组驱使水上平台跟随指定水上单位，控制投放动作模块释放干扰单元，控制干扰单元工作。本申请具有改善海上风电场的完整性监测效果，减少人工疏漏，保障风电场顺畅运行的效果。保障风电场顺畅运行的效果。保障风电场顺畅运行的效果。


技术研发人员：刘达荣 陈熙韵 邓汝侃 贺照伟 陈怡 杨克须 黄璐璐 张为科 王斯皓 陆俊榕 孙健凯
受保护的技术使用者：广东邦鑫数据科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/26