CN110376590A - 一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统及其监测方法 - Google Patents
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- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
Abstract
本发明涉及声呐测距技术领域，具体涉及一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统及其监测方法，系统包括声呐测距装置、数据接收主机；声呐测距装置用于获取船只的定位和行驶方向；数据接收主机用于根据声呐测距装置获取的数据得到海底电缆与周围区域中行驶的船只的相对位置；当某一船只接近或长时间停留在海底电缆禁锚区时，就及时通知值班人员上前提示警告，避免海底电缆遭到船只抛锚的损坏或拉拽。本发明利用海底声纳探测装置进行实时监控，实现了对过往船只的自主预警和监测，能够有效避免有意或者无意状态下，过往船只抛锚对海底电缆造成的破坏，并对整个抛锚事件完整地记录下来，实现事后取证以避免纠纷的产生。
Description
技术领域
本发明涉及声呐测距技术领域，具体涉及一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统及其监测方法。
背景技术
电网的稳定运行已成为现代社会经济社会发展的关键因素。海底电缆输电工程是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中起着重要作用。随着海底电缆线路数量的不断增加，海底电缆在近海区域由于船锚钩挂造成的故障越来越严重。据历史数据统计，人类活动造成90%以上的海底电缆故障，而其中三分之一是锚害。
IEEE（全称是Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会）编制的海底电缆铺设规范也把锚害列为人为灾害之首。海底电缆损坏的修复时间很长，维修费用极其昂贵，维修一次需要几百万甚至上千万，而且海底电缆故障会造成该地区电力或通信中断，给该地区居民生活生产带来极大影响，所以对海底电缆锚害的风险研究非常必要。
目前部分海底电缆使用光纤振动传感的海缆锚害故障检测，但是该方法只能对海底电缆是否遭受锚损进行判断，无法定位始作俑者，无法对逃逸船只进行追踪。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统及其监测方法，具体技术方案如下：
一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统，包括声呐测距装置、数据接收主机；所述声呐测距装置用于获取船只的定位和行驶方向；所述数据接收主机用于根据声呐测距装置获取的数据得到海底电缆与周围区域中行驶的船只的相对位置；所述声呐测距装置、数据接收主机通过传输电缆连接；所述传输电缆包含电力传输电缆与数据传输电缆；所述电力传输电缆用于为声呐测距装置提供电源；所述数据传输电缆用于声呐测距装置向数据接收主机传输数据。
优选地，所述电力传输电缆为铜芯电缆；所述数据传输电缆为通讯光纤。
优选地，还包括光电数据转换装置；所述光电数据转换装置分别与声呐测距装置、数据接收主机连接；所述光电数据转换装置用于将声呐测距装置回传的光信号转换为电信号，并将电信号传输至数据接收主机进行处理。
一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1：数据接收主机预先存储有海底电缆的经纬度坐标、海洋地图；
S2：声呐测距装置主动发射声波照射船只，而后接收水中船只反射的回波时间以及回波参数数据；
S3：数据接收主机接收声呐测距装置获得的数据，并将获得数据映射至海洋地图上，结合海底电缆的经纬度坐标，获得海底电缆与周围区域中行驶的船只的相对位置；
S4：当某一船只接近或长时间停留在海底电缆禁锚区时，就及时通知值班人员上前提示警告，避免海底电缆遭到船只抛锚的损坏或拉拽。
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：声呐测距装置发射固定频率的声信号；
S22：根据声信号在水下传播途中遇到障碍物或船只反射的回波信号进行获取船只的定位和行驶方向。
优选地，所述步骤S22具体为：
通过回波信号与发射的声信号之间的时延测量船只的距离；通过回波信号的波前法线方向测量船只的行驶方向；通过回波信号与发射的声信号之间的频移测量船只的径向速度。
优选地，还包括以下步骤：声呐测距装置接收到的数据通过光电数据转换装置将光信号转换为电信号，并将电信号传输至数据接收主机。
本发明的有益效果为：本发明通过声纳探测技术利用海底声纳测距装置进行实时监控，实现了对过往船只的自主预警和监测，能够有效避免有意或者无意状态下，过往船只抛锚对海底电缆造成的破坏（锚损），并对整个抛锚事件完整地记录下来，实现事后取证以避免纠纷的产生，同时提醒值班人员对可疑船只发出警示。
附图说明
图1为本发明一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统的应用示意图；
图2为本发明中数据接收主机的原理示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统，包括一对声呐测距装置、数据接收主机；声呐测距装置用于获取船只的定位和行驶方向；数据接收主机用于根据声呐测距装置获取的数据得到海底电缆与周围区域中行驶的船只的相对位置；声呐测距装置、数据接收主机通过传输电缆连接；传输电缆包含电力传输电缆与数据传输电缆；电力传输电缆用于为声呐测距装置提供电源；数据传输电缆用于声呐测距装置向数据接收主机传输数据。其中，电力传输电缆为铜芯电缆；数据传输电缆为通讯光纤。
一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统还包括光电数据转换装置；光电数据转换装置分别与声呐测距装置、数据接收主机连接；光电数据转换装置用于将声呐测距装置回传的光信号转换为电信号，并将电信号传输至数据接收主机进行处理。
声呐测距装置安装在海底电缆附近，优选使用水下声呐探测仪军用型，型号为DLNY5-3030-14，该型号的声呐探测仪器的声波功率30kHz，最大测程8km，结构紧密，与全向声呐相比，系统的光束聚焦目标物体的传输功率更大、返回直径通路能力更多、分散噪声更低。该型号的声呐能够实现许多其它声纳通过硬件执行的功能，例如光束的形成、调整和信号处理，因此它的电子部分也很紧凑。上述声呐测距装置可用来探测水下船只，并测定其距离、方位、航速、航向等运动要素。
光电数据转换装置优选采用烽火千兆光电转换器，型号为OL100CR-04D-220。该型号的光电数据转换装置支持的传输距离有550m（多模）、20km、40km、60km、80km、100 km等，其体积小巧、电源内置，可根据用户需求选择电源方式(110/220VAC或-48VDC)极大地满足了用户各种环境下高可靠、高性能的网络传输。
一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1：数据接收主机预先存储有施工时获得的海底电缆的经纬度坐标、从海事部门获得的海洋地图。
S2：声呐测距装置主动发射声波照射船只，而后接收水中船只反射的回波时间以及回波参数数据；具体包括以下步骤：
S21：声呐测距装置发射固定频率的声信号；
S22：根据声信号在水下传播途中遇到障碍物或船只反射的回波信号进行获取船只的定位和行驶方向。由于船只信息保存在回波之中，所以可根据接收到的回波信号来判断船只的存在，并测量或估计船只的距离、方位、速度等参量。具体为：通过回波信号与发射的声信号之间的时延测量船只的距离；通过回波信号的波前法线方向测量船只的行驶方向；通过回波信号与发射的声信号之间的频移测量船只的径向速度。此外由回波的幅度、相位及变化规律，可以识别出船只的外形、大小、性质和运动状态。
S3：声呐测距装置接收到的数据通过光电数据转换装置将光信号转换为电信号，并将电信号传输至数据接收主机。
S4：数据接收主机接收光电数据转换装置的电信号数据，并将获得数据映射至海洋地图上，结合海底电缆的经纬度坐标，获得海底电缆与周围区域中行驶的船只的相对位置。如图2所示。
S5：当某一船只接近或长时间停留在海底电缆禁锚区时，就及时通知值班人员上前提示警告，避免海底电缆遭到船只抛锚的损坏或拉拽。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统，其特征在于：包括声呐测距装置、数据接收主机；所述声呐测距装置用于获取船只的定位和行驶方向；所述数据接收主机用于根据声呐测距装置获取的数据得到海底电缆与周围区域中行驶的船只的相对位置；所述声呐测距装置、数据接收主机通过传输电缆连接；所述传输电缆包含电力传输电缆与数据传输电缆；所述电力传输电缆用于为声呐测距装置提供电源；所述数据传输电缆用于声呐测距装置向数据接收主机传输数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统，其特征在于：所述电力传输电缆为铜芯电缆；所述数据传输电缆为通讯光纤。
3.根据权利要求1所述的一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统，其特征在于：还包括光电数据转换装置；所述光电数据转换装置分别与声呐测距装置、数据接收主机通过传输电缆连接；所述光电数据转换装置用于将声呐测距装置回传的光信号转换为电信号，并将电信号传输至数据接收主机进行处理。
4.一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：数据接收主机预先存储有海底电缆的经纬度坐标、海洋地图；
S2：声呐测距装置主动发射声波照射船只，而后接收水中船只反射的回波时间以及回波参数数据；
S3：数据接收主机接收声呐测距装置获得的数据，并将获得数据映射至海洋地图上，结合海底电缆的经纬度坐标，获得海底电缆与周围区域中行驶的船只的相对位置；
S4：当某一船只接近或长时间停留在海底电缆禁锚区时，就及时通知值班人员上前提示警告，避免海底电缆遭到船只抛锚的损坏或拉拽。
5.根据权利要求4所述的一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下步骤：
S21：声呐测距装置发射固定频率的声信号；
S22：根据声信号在水下传播途中遇到障碍物或船只反射的回波信号进行获取船只的定位和行驶方向。
6.根据权利要求5所述的一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤S22具体为：
通过回波信号与发射的声信号之间的时延测量船只的距离；通过回波信号的波前法线方向测量船只的行驶方向；通过回波信号与发射的声信号之间的频移测量船只的径向速度。
7.根据权利要求4所述的一种基于声呐探测的海底电缆锚损监测系统的监测方法，其特征在于：还包括以下步骤：
声呐测距装置接收到的数据通过光电数据转换装置将光信号转换为电信号，并将电信号传输至数据接收主机。
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