CN112133130A - 一种海底电缆锚害全过程监测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底电缆锚害全过程监测的方法，包括：实时监测海缆周围的振动信号，判断振动信号的振动参数是否在预定参数范围内，当判断为在时，判定当前的振动信号为锚害振动信号，并在产生锚害振动信号的位置处预警；在以预警位置为中心的第一预定位置范围内进行威胁船只搜索，当搜索到威胁船只时，提示一级报警并向该威胁船只发送驱逐信号；一旦提示一级报警，就以预警位置为中心的第二预定位置范围内的海缆进行应变持续监测，一旦应变值超过第一应变阈值，就提示二级报警，启动一级应急预案，干预该外破事件，备份锚害过程数据；本发明的海底电缆锚害全过程监测的方法能够准确地监测外破事件，完整的记录海底电缆从锚砸到断裂的全过程。
Description
技术领域
本发明涉及海底电缆监测技术领域，尤其是一种海底电缆锚害全过程监测的方法。
背景技术
海底电缆（submarine cable）是用绝缘材料包裹的导线，敷设在海底及河流水下，用于电信传输；近年来，随着我国海洋开发的进一步深入，海底电缆广泛应用于海上风电、海上石油石化等项目，其作为海上风电场、海洋石油平台与大陆的电能和信息输送通道，其安全可靠运行至关重要。
海洋环境复杂多变，海底电缆一经敷设，时常会遭受洋流、船锚或捕鱼作业等外力破坏，现阶段主要由海缆路由区域的船只交通管理系统以及海缆光电扰动系统对船只外破事件进行预警，但是海缆所处环境复杂，存在各种各样的扰动干扰事件，光电扰动系统存在较多的误报警，这给海底电缆的防锚害工作都带来许多实际的困难；而且，目前还没有一种技术能够完整监测海缆从锚砸到锚挂，最后断裂的全过程，这给海底电缆的安全运行带来了极大的挑战，因此需要寻找一种能够解决此类问题的方法。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种海底电缆锚害全过程监测的方法，包括以下步骤：通过海缆振动监测系统实时监测海缆周围的振动信号，判断该振动信号的振动参数是否在预定参数范围内，当在所述预定参数范围内时，判定当前的振动信号为锚害振动信号，并在产生所述锚害振动信号的位置处预警，该位置形成预警位置；
通过船只交通管理系统在以预警位置为中心的第一预定位置范围内进行威胁船只搜索，当搜索到威胁船只时，提示一级报警并向该威胁船只发送驱逐信号，当未搜索到威胁船只时，在预定时间段内判断实时监测到的振动信号的信号特征是否满足锚害振动特征，当所述预定时间段内的振动信号的信号特征均满足所述锚害振动特征时，提示一级报警；
一旦提示所述一级报警，就通过海缆应变监测系统对以所述预警位置为中心的第二预定位置范围内的海缆进行应变持续监测，并判断实时应变值是否超过第一应变阀值，当不超过所述第一应变阀值时，在监测到船只离开后，取消预警以及一级报警；一旦所述应变值超过所述第一应变阈值，就提示二级报警，启动一级应急预案，快速干预该第二预定位置范围的外破事件；
一旦干预成功，就备份整个锚害过程数据；否则，海缆断裂后发出海缆断裂报警，启动应急运维预案，定位断裂点，对海缆进行修复，并备份整个锚害过程数据，作为事故分析的依据。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，现阶段主要由海缆路由区域的船只交通管理系统以及海缆光电扰动系统对船只外事件进行预警，但是光电扰动系统存在较多的误报警；而且，目前还没有一种技术能够完整监测海缆从锚砸到锚挂，最后断裂的全过程；而本发明公开的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，以海缆振动监测系统为基础进行初步锚砸预判，建立光纤位置和实际经纬度坐标的对应关系，实现海缆振动监测系统和AIS船只管理系统的联动策略，提高报警准确率，另外结合海缆应变监测系统的持续分析，实现海缆振动和应变快速测量的联动，实现海缆锚挂事件的准确判断，当第二预定范围内的应变超过第一应变阀值时，快速现场干预该外破事件，及时避免船锚对海缆的破坏；如果未能及时干预，外破事件持续，应变持续增大超过400-600微应变，海缆中光纤断开，系统发出海缆断裂报警，从预警再到一级警报、二级警报、海缆断裂报警，逐步精确判断，系统自身对误报警进行了逐级过滤，准确率逐渐提高，实现对海缆从锚砸到锚挂，最后到断裂的全过程精确预警，最后当发生锚挂事件，快速定位断裂点，对海缆进行修复，以免出现进一步的损失，而且能够完整的记录海底电缆从锚砸到断裂的全过程，很好的解决了现阶段海缆防锚害的技术难题。
从起锚到锚链拉直再到锚挂海缆、拉断海缆持续十数分钟，在此过程中，本发明结合多方位的信息判断，在不同阶段有不同置信度的判断和严重过程的预警措施，使得防锚挂措施及时有效，为海缆保护赢得宝贵的破坏干预机会。
另外，根据本发明公开的一种海底电缆锚害全过程监测的方法还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述振动参数包括振动信号的振动频率和振动强度。
进一步地，所述信号特征包括振动信号的振动范围、振动持续时间、振动频率和振动强度。
进一步地，所述发送驱逐信号可以为语音或者视频呼叫船只离开。
进一步地，在进行威胁船只搜索前，建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系，通过船只交通管理系统基于海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系在以预警位置为中心的第一预定位置范围内进行船只搜索。
进一步地，在进行所述应变持续监测前，建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系；
通过海缆应变监测系统对所述第二预定位置范围内的海缆进行应变持续监测得到海缆长度位置上的实时应变分布，基于所述位置经纬度对应关系和海缆长度位置上的实时应变分布得到海缆经纬度位置上的实时应变分布。
更进一步地，通过海缆应变监测系统监测得到海缆长度位置上的实时应变分布的方法为：以所述海缆中的光纤作为应变测量传感器；通过布里渊反射的分布式光纤温度应变监测系统并基于海中温度和应变造成的中心频率变化趋势，对海缆由于外力作用产生应变和局部发热造成的频率偏移加以区分，得到监测海缆长度位置上的实时应变分布。
由于海缆中光纤正常情况下处于松弛状态，在外力作用的前期，光纤很难准确反映海缆的应变变化，当外力破坏达到一定程度，海缆应变才能传递到光纤上，此时往往处于外力破坏的中后期，但是还有一定的时间来紧急处置。基于布里渊散射效应的分布式光纤应变/温度监测技术能够准确测量由于应变/温度引起的光纤中布里渊散射中心频率的变化，却无法分离是应变还是温度变化带来的影响；海缆由于外力作用产生应变和局部发热造成的频率偏移有明显的区别规律，基于此，可以对海缆由于外力作用产生应变和局部发热造成的频率偏移加以区分，得到海缆中光纤由于外力作用导致的应变值，从而触发报警机制。
更进一步地，以所述海缆中的单模光纤作为所述应变测量传感器。
利用海缆中的单模光纤作为传感器，可以获得整条海缆的应变/温度分布信息，测量精度高、定位准确，精度可达1m。
进一步地，所述定位断裂点的方法包括以下步骤：
建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系，通过海缆应变监测系统监测得到海缆长度位置上的实时应变分布；定位应变值超过第二应变阀值的断裂位置点，根据位置经纬度对应关系得到所述断裂位置点对应的断裂点经纬度。
更进一步地，所述第二应变阀值为400-600微应变。
进一步地，所述第一预定位置范围为以预警位置为中心、半径为预设半径形成的圆内。
更进一步地，所述预设半径为五百米。
进一步地，所述第二预定位置范围为以预警位置为中心、半径为二百米形成的圆内。
进一步地，所述第一应变阀值为200微应变。
进一步地，进行威胁船只搜索的方法包括：通过船只交通管理系统在所述第一预定位置范围内进行船只搜索，当搜索到船只时，通过船只交通管理系统监测该船只的运行参数并根据该运行参数判断该船只的运行特征是否满足预设威胁特征，当判断为满足时判定该船只为威胁船只，所述运行参数包括船只运行速度、船只经纬度坐标以及船只停留时间。
进一步地，所述运行特征为经过预定时间船只将到达的位置，所述预设威胁特征为在所述预定时间内船只会经过海缆设置位置处。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明提供的一个实施例中海底电缆锚害全过程监测的方法的动作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的构思如下，提供一种海底电缆锚害全过程监测的方法，以海缆振动监测系统为基础进行初步锚砸预判，建立光纤位置和实际经纬度坐标的对应关系，实现海缆振动监测系统和AIS船只管理系统的联动策略，提高报警准确率，另外结合海缆应变监测系统的持续分析，实现海缆振动和应变快速测量的联动，实现海缆锚挂事件的准确判断，最后过程为海缆中光纤的断纤测量，实现对海缆从锚砸到锚挂，最后到断裂的全过程预警，而且能够完整的记录海底电缆从锚砸到海缆断裂的全过程，越往后，报警的等级越高，准确率越高，误报率越低，很好的解决了现阶段海缆防锚害的技术难题。
下面将参照附图来描述本发明，图1为本发明提供的一个实施例中海底电缆锚害全过程监测的方法的动作流程图。
如图1所示，根据本发明的实施例，一种海底电缆锚害全过程监测的方法，包括以下步骤：通过海缆振动监测系统实时监测海缆周围的振动信号，判断该振动信号的振动参数是否在预定参数范围内，当在所述预定参数范围内时，判定当前的振动信号为锚害振动信号，并在产生所述锚害振动信号的位置处预警，该位置形成预警位置；
通过船只交通管理系统在以预警位置为中心的第一预定位置范围内进行威胁船只搜索，当搜索到威胁船只时，提示一级报警并向该威胁船只发送驱逐信号，当未搜索到威胁船只时，在预定时间段内判断实时监测到的振动信号的信号特征是否满足锚害振动特征，当所述预定时间段内的振动信号的信号特征均满足所述锚害振动特征时，提示一级报警；
一旦提示所述一级报警，就通过海缆应变监测系统对以所述预警位置为中心的第二预定位置范围内的海缆进行应变持续监测，并判断实时应变值是否超过第一应变阀值，当不超过所述第一应变阀值时，在监测到船只离开后（可以通过视频或者语音直接观测），取消预警以及一级报警；一旦所述应变值超过所述第一应变阈值，就提示二级报警，启动一级应急预案，快速干预该第二预定位置范围的外破事件；
一旦干预成功，就备份整个锚害过程数据；否则，海缆断裂后发出海缆断裂报警，启动应急运维预案，定位断裂点，对海缆进行修复，并备份整个锚害过程数据，作为事故分析的依据。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，现阶段主要由海缆路由区域的船只交通管理系统以及海缆光电扰动系统对船只外事件进行预警，但是光电扰动系统存在较多的误报警；而且，目前还没有一种技术能够完整监测海缆从锚砸到锚挂，最后断裂的全过程；而本发明公开的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，以海缆振动监测系统为基础进行初步锚砸预判，建立光纤位置和实际经纬度坐标的对应关系，实现海缆振动监测系统和AIS船只管理系统的联动策略，提高报警准确率，另外结合海缆应变监测系统的持续分析，实现海缆振动和应变快速测量的联动，实现海缆锚挂事件的准确判断，当第二预定范围内的应变超过第一应变阀值时，快速现场干预该外破事件，及时避免船锚对海缆的破坏；如果未能及时干预（即、外破事件持续，应变持续增大超过400-600微应变），系统发出海缆断裂报警，从预警再到一级警报、二级警报、海缆断裂报警，逐步精确判断，系统自身对误报警进行了逐级过滤，准确率逐渐提高，实现对海缆从锚砸到锚挂，最后到断裂的全过程精确预警，最后当发生锚挂事件，快速定位断裂点，对海缆进行修复，以免出现进一步的损失，而且能够完整的记录海底电缆从锚砸到海缆断裂的全过程，很好的解决了现阶段海缆防锚害的技术难题。
从起锚到锚链拉直再到锚挂海缆、拉断海缆持续十数分钟，在此过程中，本发明结合多方位的信息判断，在不同阶段有不同置信度的判断和严重过程的预警措施，使得防锚挂措施及时有效，为海缆保护赢得宝贵的破坏干预机会。
另外，根据本发明公开的一种海底电缆锚害全过程监测的方法还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述振动参数包括振动信号的振动频率和振动强度。
根据本发明的一些实施例，所述信号特征包括振动信号的振动范围、振动持续时间、振动频率和振动强度。
根据本发明的一些实施例，所述发送驱逐信号可以为语音或者视频呼叫船只离开。
根据本发明的一些实施例，在进行威胁船只搜索前，建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系，通过船只交通管理系统基于海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系在以预警位置为中心的第一预定位置范围内进行船只搜索。
根据本发明的一些实施例，在进行所述应变持续监测前，建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系；通过海缆应变监测系统对所述第二预定位置范围内的海缆进行应变持续监测得到所述第二预定位置范围内海缆长度位置上的实时应变分布，基于所述位置经纬度对应关系和海缆长度位置上的实时应变分布得到所述第二预定位置范围内海缆经纬度位置上的实时应变分布。
根据本发明的一些实施例，通过海缆应变监测系统监测得到海缆长度位置上的实时应变分布的方法为：以所述海缆中的光纤作为应变测量传感器；通过布里渊反射的分布式光纤温度应变监测系统并基于海中温度和应变造成的中心频率变化趋势的区别规律，对海缆由于外力作用产生应变和局部发热造成的频率偏移加以区分，得到监测海缆长度位置上的实时应变分布。
由于海缆中光纤正常情况下处于松弛状态，在外力作用的前期，光纤很难准确反映海缆的应变变化，当外力破坏达到一定程度，海缆应变才能传递到光纤上，此时往往处于外力破坏的中后期，但是还有一定的时间来紧急处置。基于布里渊散射效应的分布式光纤应变/温度监测技术能够准确测量由于应变/温度引起的光纤中布里渊散射中心频率的变化，却无法分离是应变还是温度变化带来的影响；海缆由于外力作用产生应变和局部发热造成的频率偏移有明显的区别规律，基于此，可以对海缆由于外力作用产生应变和局部发热造成的频率偏移加以区分，得到海缆中光纤由于外力作用导致的应变值，从而触发报警机制。
根据本发明的一些实施例，以所述海缆中的单模光纤作为所述应变测量传感器。
利用海缆中的单模光纤作为传感器，可以获得整条海缆的应变/温度分布信息，测量精度高、定位准确，精度可达1m。
根据本发明的一些实施例，所述定位断裂点的方法包括以下步骤：
建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系，通过海缆应变监测系统监测得到海缆长度位置上的实时应变分布；定位应变值超过第二应变阀值的断裂位置点，根据位置经纬度对应关系得到所述断裂位置点对应的断裂点经纬度。
根据本发明的一些实施例，所述第二应变阀值为400-600微应变。
根据本发明的一些实施例，所述第一预定位置范围为以预警位置为中心、半径为预设半径形成的圆内。
根据本发明的一个实施例，所述预设半径为五百米。
根据本发明的一些实施例，所述第二预定位置范围为以预警位置为中心、半径为二百米形成的圆内。
根据本发明的一个实施例，所述第一应变阀值为200微应变。
根据本发明的一些实施例，进行威胁船只搜索的方法包括：通过船只交通管理系统在所述第一预定位置范围内进行船只搜索，当搜索到船只时，通过船只交通管理系统监测该船只的运行参数并根据该运行参数判断该船只的运行特征是否满足预设威胁特征，当判断为满足时判定该船只为威胁船只，所述运行参数包括船只运行速度、船只经纬度坐标以及船只停留时间。
根据本发明的一个实施例，所述运行特征为经过预定时间船只将到达的位置，所述预设威胁特征为在所述预定时间内船只会经过海缆设置位置处。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中；在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例；而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过海缆振动监测系统实时监测海缆周围的振动信号，判断该振动信号的振动参数是否在预定参数范围内，当在所述预定参数范围内时，判定当前的振动信号为锚害振动信号，并在产生所述锚害振动信号的位置处预警，该位置形成预警位置；
通过船只交通管理系统在以预警位置为中心的第一预定位置范围内进行威胁船只搜索，当搜索到威胁船只时，提示一级报警并向该威胁船只发送驱逐信号，当未搜索到威胁船只时，在预定时间段内判断实时监测到的振动信号的信号特征是否满足锚害振动特征，当所述预定时间段内的振动信号的信号特征均满足所述锚害振动特征时，提示一级报警；
一旦提示所述一级报警，就通过海缆应变监测系统对以所述预警位置为中心的第二预定位置范围内的海缆进行应变持续监测，并判断实时应变值是否超过第一应变阀值，当不超过所述第一应变阀值时，在监测到船只离开后，取消预警以及一级报警；一旦所述应变值超过所述第一应变阈值，就提示二级报警，启动一级应急预案，干预该第二预定位置范围的外破事件；
一旦干预成功，就备份整个锚害过程数据；否则，海缆断裂后发出海缆断裂报警，启动应急运维预案，定位断裂点，对海缆进行修复，并备份锚害过程数据。
2.根据权利要求1所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，在进行所述应变监测前，建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系；
通过海缆应变监测系统对所述第二预定位置范围内的海缆进行应变持续监测得到海缆长度位置上的实时应变分布，基于所述位置经纬度对应关系和海缆长度位置上的实时应变分布得到海缆经纬度位置上的实时应变分布。
3.根据权利要求2所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，通过海缆应变监测系统监测得到海缆长度位置上的实时应变分布的方法为：
以所述海缆中的光纤作为应变测量传感器；
通过布里渊反射的分布式光纤温度应变监测系统并基于海中温度和应变造成的中心频率变化趋势，对海缆由于外力作用产生应变和局部发热造成的频率偏移加以区分，得到监测海缆长度位置上的实时应变分布。
4.根据权利要求3所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，以所述海缆中的单模光纤作为所述应变测量传感器。
5.根据权利要求1所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，所述定位断裂点的方法包括以下步骤：
建立海缆光纤长度位置与实际经纬度的位置经纬度对应关系，通过海缆应变监测系统监测得到海缆长度位置上的实时应变分布；定位应变值超过第二应变阀值的断裂位置点，根据位置经纬度对应关系得到所述断裂位置点对应的断裂点经纬度。
6.根据权利要求5所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，所述第二应变阀值为400-600微应变。
7.根据权利要求1所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，所述第一预定位置范围为以预警位置为中心、半径为预设半径形成的圆内。
8.根据权利要求1所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，所述第二预定位置范围为以预警位置为中心、半径为二百米形成的圆内。
9.根据权利要求1所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，所述第一应变阀值为200微应变。
10.根据权利要求1所述的一种海底电缆锚害全过程监测的方法，其特征在于，进行威胁船只搜索的方法包括：通过船只交通管理系统在所述第一预定位置范围内进行船只搜索，当搜索到船只时，通过船只交通管理系统监测该船只的运行参数并根据该运行参数判断该船只的运行特征是否满足预设威胁特征，当判断为满足时判定该船只为威胁船只，所述运行参数包括船只运行速度、船只经纬度坐标以及船只停留时间。
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