CN113431108A - 一种海洋风电基础安全监测平台及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋风电基础安全监测平台及监测方法，监测平台包括第一多波速测深仪和集成系统，第一多波速测深仪的输出端和集成系统连接，所述第一多波速测深仪安装在第一导轨上，所述第一导轨安装在风机桩基础外周面，所述多波速测深仪用于测量桩基周边的水深，并传递至集成系统通过布置在水下双轨道的多通道超声波探深仪，实时监测桩基础周围的地形变化，通过与定时扫测的区域性的AI技术的数据融合与对比，反映冲刷的问题，剔除了海床整体的移动移速，同时通过对风机的实测安全数据进行比较，发现冲刷对风机安全的影响。

Description

一种海洋风电基础安全监测平台及监测方法

技术领域

本发明属于海上风电技术领域，具体涉及海上风电场的基础冲刷监测。

背景技术

海洋作为地球水资源中最为重要的组成部分,蕴涵着巨大可再生能源。海上风电虽然起步较晚，但是凭借海风资源的稳定性和大发电功率的特点，近年来正在飞速发展。目前，对海上风电的开发与利用在不断升温,较大程度地带动了对海上建筑物抵御波浪、潮流冲刷能力的研究。

海上风机基础是海上风电重要的基础设施，是海上风电机组的支撑构件。其所处环境十分恶劣，不仅承受各种自然印度的作用，还遭受地基冲刷影响。基础冲刷不仅影响风机支撑结构自振频率，还影响结构整体性，降低服役年限。此外，在海床表面附近夹杂着泥沙的水流不断冲刷桩基基础，腐蚀破坏桩基基础表面，严重时会造成海上风力机机组的坍塌。

目前海洋风电场的基础冲刷监测一般多用定期扫测，得出一定大范围的周期性的扫测结果。此方法不具备实时性，同时往往对短期极端事件无法正确及时反映，因此无法与现场实际监测的风机的数据振动进行实时对比分析，从而无法分辨出冲刷(尤其是极端事件下)对于风机整体振动的影响。

发明内容

为了克服实测数据与安全监测的基础冲刷数据不匹配的问题，本发明提供了一种海洋风电基础安全监测平台及监测方法，用于分析风电场内的海床整体和局部的移动与变化和因此对于风机稳定性所产生的影响。

为达到上述目的，本发明所述一种海洋风电基础安全监测平台，包括第一多波速测深仪和集成系统，第一多波速测深仪的输出端和集成系统连接，所述第一多波速测深仪安装在第一导轨上，所述第一导轨安装在风机桩基础外周面，所述多波速测深仪用于测量桩基周边的水深，并传递至集成系统；所述集成系统用于采集桩基周边的水深和风电安全监测数据，并根据桩基周边的水深和风电安全监测数据计算海底冲刷与对于风电基础的影响。

进一步的，风机桩基础外周面安装有第二导轨，所述第二导轨上安装有第二多波速测深仪。

进一步的，第一多波速测深仪和第二多波速测深仪的运动轨道为两个相对的半圆。

进一步的，第二导轨和第一导轨的安装高度不同。

进一步的，还包括风机安全监测系统，所述风机安全监测系统用于监测风电安全监测数据，所述风电安全监测数据包括风机震动数据和位移数据。

进一步的，第一导轨由超高分子量聚乙烯制成。

基于上述的一种海洋风电基础安全监测方法，包括以下步骤：

步骤1、实时测量桩基周边的水深、风机的震动和风机位移，定期采集风电场整体的海床的变化数据；

步骤2、根据水深得到地形数据，对地形数据和光纤安全监测数据进行耦合分析，得到海底冲刷与对于风机桩基础的影响；根据地形数据和定期扫测数据分析极端事件对于冲刷和风机振动的影响以及区域性的海床移动与变化。

进一步的，步骤2中，对风机安全监测系统与轨道探深仪所得到数据进行对比分析，提取出两者的时滞，并对所述时滞进行分析，得到实际冲刷效果与光纤安全监测数据之间的响应时间。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明所述的平台，通过布置在水下双轨道的多通道超声波探深仪，实时监测桩基础周围水深，利用水深得到地形变化，通过布置实测超声波探深仪与光纤安全实测数据的对比，计算海底冲刷与对于风电基础的影响。

进一步的，风机桩基础外周面安装有第二导轨，第二导轨上安装有第二多波速测深仪，两个多波速测深仪冗余配置，防止数据中断。

进一步的，第一多波速测深仪和第二多波速测深仪的运动轨道为两个相对的半圆，防止以防止在运动过程中数据传输以及保护线缆影响与缠绕。

进一步的，导轨由超高分子量聚乙烯制成，耐腐蚀，使用寿命长。

本发明所述的方法，利用AI深度学习，对不间断的实测数据以及区域性的定时扫测数据进行融合与对比分析。分析该风电场内的冲刷效应与实际安全监测的数据相关性，进一步对海上风机的设计与运维提供数据支撑；同时通过区域性的定期性的扫测结果与桩基础的周边的长期的实测结果进行数据融合，研究区域性的海床变化对于桩基础的冲刷影响。

进一步的，通过与定时扫测的区域性的AI技术的数据融合与对比，反映剔除了海床整体的移动移速冲刷的问题，同时通过对风机的实测安全数据进行比较，发现冲刷对风机安全的影响。

附图说明

图1为双轨道多波速测深仪布置图；

图2为耦合分析的系统图。

附图中：1、风机桩基础，2、海床，3、水面，4、塔筒，5、第一多波速测深仪，6、第二多波速测深仪，7、风机安全监测系统，8、第一导轨，9、第二导轨。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明利用人工智能(AI)深度学习方法，结合光纤安全监测技术，以及超高分子量聚乙烯耐腐蚀的轨道超声波探深仪(多波速)的实测数据，实现对于桩基础的冲刷(极端事件)与光纤安全监测结果的实时耦合分析。

参照图1，一种基于实时监测和AI分析的海洋风电基础安全监测平台，通过在海上风机基础上安装轨道式的超声波探深仪对桩基周边的水深进行实时扫测，测深仪将得出地形数据；同时通过对光纤安全监测数据的实时对比，计算海底冲刷与对于风电基础的影响。通过边缘计算和AI深度学习，融合定期扫测的数据，进一步分析出极端事件(例如天文潮叠加风暴潮)对于冲刷和风机振动的影响以及区域性的海床移动与变化。

本发明仅针对海上风电单桩基础的冲刷与振动耦合分析。因为根据目前实际观测，单桩基础受到冲刷的影响较为显著。同时目前单桩基础是最重要也是占比最大的风电桩基础。

为了实现对于海上风电桩基础1的周围实时监测，在单桩周边不同高度安装两道超高分子量聚乙烯导轨——第一导轨8和第二导轨9，第一导轨8上安装有可沿轨道运动的第一多波速测深仪5，第二导轨9上安装有可沿轨道运动的第二多波速测深仪6，第一多波速测深仪5和第二多波速测深仪6进行实时移动扫测。不同高度的两条不同轨道扫测是为了备用，防止数据中断。通过定时的循环扫测，对风电基础周围的水深和地形进行实测，桩基础周围的地形数据返回到集成系统。

风机安全监测系统7安装在塔筒4上，塔筒4位于水面3以上，安装在塔筒4上的光纤监测的数据也返回集成系统。集成系统通过AI算法(逻辑滤波法和数学形态法)自动识别时滞，然后进行光纤监测数据与多波速探深仪数据对比分析，以24小时为一个单位，汇出对比图像分析实时扫测与光纤监测数据的相关性。

通过时间对比，AI算法融合定期性与定点全天候实时扫测数据，对风电场内的海床2的地形进行整体的移动与变化分析。以进一步对风电场域内的海床变化以及桩基周围的地形整体反映，对进一步深入分析冲刷对风电场的海底地形的影响，同时对风机的安全研究提供数据支撑。综合海床整体状况的变化，以及实测的海底高程变化，以反映区域性整体的变化。

通过实时数据的对比结合整体状况的变化，剥离区域性的整体地形变化，分析冲刷对实际海底地形变化的贡献率以及对风机振动等影响。

优选的，为了控制成本，考虑到风电场的实际深度，本发明拟采用市场上测深比较浅，且耐压性较低的多通道超声波探深仪，例如EM3002多波束测深仪等，耐压100m,最大量程500m。

优选的，为了防止以防止在运动过程中数据传输以及保护线缆影响与缠绕，布置在双轨道上的多通道超声波探深仪在两个相对的半圆周内做移动扫测。

超声波探深仪的数据与光纤安全监测数据，都返回到岸上数据中心进行独立分析，并最终通过集成系统进行耦合分析，对比风机桩基础周围的冲刷尤其是极端事件下的冲刷对于风机状态的影响。

超声波探深仪的数据与定期性的扫描的地形数据通过AI的深度学习进行数据融合，用以发现长期的区域性的海底状态变化对桩基础周边的冲刷和深度的影响：两次定期性的扫描数据之间的差异反映了海床整体的变化，与超声波探深仪的数据进行融合，就可以反映出冲刷区的变化。

实施例2

参照图2，一种海洋风电基础安全监测方法，包括以下步骤：

步骤1、利用第一多波速测深仪5和第二多波速测深仪6实时测量桩基周边的水深；利用风机安全监测系统监测得到风机的震动和位移等数据，利用定期扫测装置采集风电场整体的海床的变化数据(即区域性的海床的变化)；

步骤2、根据水深得到实时的地形数据，对实时的地形数据和光纤安全监测数据进行耦合分析；根据实时的地形数据和定期扫测数据分析极端事件对于冲刷和风机振动的影响以及区域性的海床移动与变化；根据区域性的海床移动和耦合分析结果分析冲刷对风机桩基础的实际影响。

对风电场的定期扫测数据显示了风电场整体的海床的变化，所得到的是一种长期的缓慢的演化的数据，是一种区域性的数据，它显示了冲刷对于桩基础的长期的影响；

根据轨道探深仪得到的数据，即通过AI算法表现海床整体冲刷与桩基础周围冲刷的关系，通过对上述两种数据的对比，将因为桩基础所产生的冲刷结果剥离出来，并且在监测区域内对这一对比结果差异进行分析。通过对光纤监测数据与轨道探深仪所得到数据的对比分析，可以发现两者的某种时滞，并对这种时滞进行分析，得到实际冲刷效果与光纤安全监测数据之间的响应时间，利用这一响应时间可能有助于模拟风机桩基础的稳性变化时间。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海洋风电基础安全监测平台，其特征在于，包括第一多波速测深仪(5)和集成系统，第一多波速测深仪(5)的输出端和集成系统连接，所述第一多波速测深仪(5)安装在第一导轨(8)上，所述第一导轨(8)安装在风机桩基础(1)外周面，所述多波速测深仪用于测量桩基周边的水深，并传递至集成系统；

所述集成系统用于采集桩基周边的水深和风电安全监测数据，并根据桩基周边的水深和风电安全监测数据计算海底冲刷与对于风电基础的影响。

2.根据权利要求1所述的一种海洋风电基础安全监测平台，其特征在于，所述风机桩基础(1)外周面安装有第二导轨(9)，所述第二导轨(9)上安装有第二多波速测深仪(6)。

3.根据权利要求2所述的一种海洋风电基础安全监测平台，其特征在于，所述第一多波速测深仪(5)和第二多波速测深仪(6)的运动轨道为两个相对的半圆。

4.根据权利要求2所述的一种海洋风电基础安全监测平台，其特征在于，所述第二导轨(9)和第一导轨(8)的安装高度不同。

5.根据权利要求1所述的一种海洋风电基础安全监测平台，其特征在于，还包括风机安全监测系统，所述风机安全监测系统用于监测风电安全监测数据，所述风电安全监测数据包括风机震动数据和位移数据。

6.根据权利要求1所述的一种海洋风电基础安全监测平台，其特征在于，所述第一导轨(8)由超高分子量聚乙烯制成。

7.基于权利要求1所述的一种海洋风电基础安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、实时测量桩基周边的水深、风机的震动和风机位移，定期采集风电场整体的海床的变化数据；

步骤2、根据水深得到地形数据，对地形数据和光纤安全监测数据进行耦合分析，得到海底冲刷与对于风机桩基础的影响；根据地形数据和定期扫测数据分析极端事件对于冲刷和风机振动的影响以及区域性的海床移动与变化。

8.根据权利要求7所述的一种海洋风电基础安全监测方法，其特征在于，所述步骤2中，对风机安全监测系统与轨道探深仪所得到数据进行对比分析，提取出两者的时滞，并对所述时滞进行分析，得到实际冲刷效果与光纤安全监测数据之间的响应时间。

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