CN114379748A - 用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风电场运维管理技术领域，具体地说，涉及用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。包括仿生机器鱼本体，仿生机器鱼本体内规则布设有动力推进器、浮力调节器、沉浮气囊、空压机、处理器、电源管理器、多波束探测声呐、声速剖面仪，仿生机器鱼本体外设有测量船舶及其配备的主控机房和卫星基准/流动站。本发明设计可以实现原地下潜并自主巡航，减小风浪的影响；通过搭载多波束声呐，可以获取风电场水下的三维影像，准确量取风电场被腐蚀情况，并可快速准确地定制修复方案，降低风电场的运维管理成本；可以就近获取监测数据并计算，提高监测工作效率和准确度，及时发现风电场的缺损并修复，保障风电场的发电效能及安全性。
Description
技术领域
本发明涉及风电场运维管理技术领域，具体地说，涉及用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。
背景技术
我国海上风能资源丰富，且主要分布在经济发达、电网结构较强、又缺乏常规能源的东南沿海地区，因此海上风电场应运而生。海上风电场多指水深10米左右的近海风电，其与陆上风电场相比，具有不占用土地资源、基本不受地形地貌影响、风速更高、风电机组单机容量更大、年利用小时数更高等优点。然而，建造海上风电场要求的技术较路上风电场更高，海上风电场不仅建造的成本高，而且运维管理的成本也很高。海上风电场的桩基、海缆等主要构成组件均长时间浸泡在海水下，非常容易因海浪冲刷、海水腐蚀导致海床、桩基或海缆的缺损，不仅影响发电效能，而且存在很大的安全隐患，而一旦因为严重缺损导致风电场构成组件损坏，则难以进行修复，造成大量的经济损失。然而，海上风浪较大，常规的水中探测装置很容易受到风浪影响而偏离预设路线，不仅难以准确快速地监测风电场水下桩基腐蚀情况，而且难以进行管理。鉴于此，我们提出了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。
发明内容
本发明的目的在于提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，包括仿生机器鱼本体，所述仿生机器鱼本体包括主壳体，所述主壳体内规则布设有动力推进器、控制器、浮力调节器、沉浮气囊、空压机、深度传感器和卫星导航装置，所述仿生机器鱼本体内还规则布设有处理器、电源管理器、多波束探测声呐、声速剖面仪和前视声呐，所述仿生机器鱼本体外配套设有测量船舶，所述测量船舶上配备有主控机房和卫星基准/流动站。
作为本技术方案的进一步改进，所述主壳体顶端设有鱼鳍空壳，所述主壳体的尾部通过销轴铰接有鱼尾壳体，所述动力推进器安装在所述鱼尾壳体内，所述卫星导航装置安装在所述鱼鳍空壳内。
作为本技术方案的进一步改进，所述处理器外配套设有存储器和通信模块。
作为本技术方案的进一步改进，所述主控机房内设有配套的计算主机和显示终端，所述计算主机通过云数据库与风电场数据管理平台无线通讯连接。
本发明的目的之二在于，提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼的监测系统，该监测系统装载于所述处理器内，包括
基建管理单元、功能作业单元、数据处理单元和应用管理单元；所述基建管理单元、所述功能作业单元、所述数据处理单元与所述应用管理单元依次通过网络通信连接；所述基建管理单元用于对加入系统并支撑系统运行的设备装置及技术进行连接管理；所述功能作业单元用于对仿生鱼及其内部实现各类功能的设备的作业过程进行集中的调配管理；所述数据处理单元用于对仿生机器鱼在海水下风电场范围内工作过程中采集的各类数据进行处理分析，并结合风电场的原始设计数据、往期探测数据来对风电场构成受到腐蚀的的情况进行准确的定量分析；所述应用管理单元用于结合定量分析的结果计算修复所需耗材的量并依此制定相应的修复方案；
所述基建管理单元包括基础设备模块、辅助系统模块、智能传感模块和无线通讯模块；
所述功能作业单元包括电源管理模块、运动管理模块、巡检探测模块和声速测取模块；
所述数据处理单元包括量化数据模块、三维重建模块、对比分析模块和腐蚀评估模块；
所述应用管理单元包括修复计算模块、方案定制模块、追踪反馈模块和结构报告模块。
作为本技术方案的进一步改进，所述基础设备模块、所述辅助系统模块、所述智能传感模块与所述无线通讯模块依次通过网络通信连接；所述基础设备模块用于对系统中实现个主要功能的基础设备进行管控机工作分配；所述辅助系统模块用于载入多种成熟的系统技术来辅助系统各项功能的运行；所述智能传感模块用于通过布设在仿生机器鱼内部的各类具有传感功能的装置来实时采集机器鱼运行过程中外界的状态数据；所述无线通讯模块用于通过多种无线的信号传输/数据传输手段来支撑数据采集及系统运行的需求。
其中，基础设备包括但不限于：仿生机器鱼及其内部驱动装置(动力推进装置、沉浮调节装置、控制器、电源装置等)、处理装置(处理器、存储器、通信模块等)、测量船、机房(计算机、显示器等)、卫星基站等。
其中，辅助系统包括但不限于多波束声呐探测系统、卫星导航系统、惯性导航系统等。
其中，智能传感装置包括但不限于深度传感器、前视声呐、声速测量装置等。
其中，无线通讯技术包括但不限于脉冲方波、无线传输技术、无线通信技术等。
作为本技术方案的进一步改进，所述电源管理模块、所述运动管理模块、所述巡检探测模块与所述声速测取模块依次通过网络通信连接；所述电源管理模块用于对仿生机器鱼内部的电源工作及电能分配进行管理控制，实时监测电源的电能余量，并可以在电能余量不足时按照预设程序自动计算最优路径从而返回到测量船处进行回收；所述运动管理模块通过处理器和控制器，结合风电场的设计图纸、卫星导航系统统一规划管理机器鱼的进退沉浮及转向的运动过程，实现仿生机器鱼的自动巡航检测过程，在巡航过程中可通过前视声呐的辅助功能实现自动避障，还可结合深度传感器的辅助实时准确地定位仿生机器鱼的三维位置坐标；所述巡检探测模块用于通过多波束声呐随着仿生机器鱼的运动路径依次扫测获取风电场范围内桩基、海床及海缆的高精度三维数据以准确探测风电场内部受到腐蚀的情况；所述声速测取模块用于通过声速剖面仪实时准确地测取水下的声速以判断海水的压力情况，并依此分析风电场所在海域的台风/海浪情况。
作为本技术方案的进一步改进，所述电源管理模块中，当电能余量不足时按照预设程序自动计算最优路径返回到测量船处时，路径计算的方法采用n维向量欧氏距离算法，其计算公式为：
其中，d12为两个n维向量a(x11,x12,...,x1n)与b(x21,x22,...,x2n)之间的欧式距离，a(x11,x12,...,x1n)为仿生机器鱼的实时位置三维坐标，b(x21,x22,...,x2n)为测量船的实时位置三维坐标。
作为本技术方案的进一步改进，所述量化数据模块的信号输出端与所述三维重建模块的信号输入端连接，所述三维重建模块的信号输出端与所述对比分析模块的信号输入端连接，所述对比分析模块的信号输出端与所述腐蚀评估模块的信号输入端连接；所述量化数据模块用于对仿生机器鱼探测过程中对风电场范围内各可量化的部位进行测量记录，包括桩基受到腐蚀的形状、面积、厚度，桩基周围海床被冲刷的形状、面积、深度，海缆的数量、走向、长度、裸露长度、悬空高度等；所述三维重建模块用于对原始声呐数据进行解析、降噪、斜距校正等预处理以去除数据中的干扰噪声，按照仿生机器鱼实时定位的位置信息、时间信息拼接成三维声呐点云，对三维声呐点云进行配准处理，以减小声呐设备测量误差或者其工作时受到外部干扰影响造成的视觉差异，并将声呐数据导入制图软件中，结合曲面重建技术重建风电场的三维影像；所述对比分析模块用于将实时探测的三维声呐影像数据、风电场的原始数据数据、历史往期/上一次探测数据一一对应起来进行对比分析；所述腐蚀评估模块用于根据对比分析结果，从被腐蚀部位的位置定位、缺陷尺寸定量等方面，对探测出的风电场组件被腐蚀情况进行全面分析。
作为本技术方案的进一步改进，所述修复计算模块的信号输出端与所述方案定制模块的信号输入端连接，所述方案定制模块的信号输出端与所述追踪反馈模块的信号输入端连接，所述追踪反馈模块的信号输出端与所述结构报告模块的信号输入端连接；所述修复计算模块用于根据腐蚀评估的数据结果，统计估算修复桩基腐蚀坑及其周围海床冲刷坑所需的以土石方为主的各类材料的消耗量；所述方案定制模块用于根据计算的修复所需材料量，结合实时监测的风电场水下情况、根据声速评估的海上风浪及水下压力情况，针对每个腐蚀坑分别定制相应的修复施工方案；所述追踪反馈模块用于追踪修复施工方案的实施过程及完工效果，并及时将监测到的修复后的数据反馈到数据管理层；所述结构报告模块用于将覆盖一次从探测到修复完成全流程的工作记录及相关数据进行整合归纳，并生成综合的结构性报告以便存档及上报。
本发明的目的之三在于，提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼的监测系统的运行方法，包括：
首先将搭载仿生机器鱼的测量船舶行驶到风电场范围内后，将仿生机器鱼置于海水中，机器仿生鱼在前视声呐、卫星导航系统共同作用下实现在风电场水域内的自主巡航运动，巡航过程中通过多波束声呐实时扫测风电场水域内桩基、海床、海缆的情况，对声呐数据进行处理后重建风电场实时的三维影像，并实时获取水下的声速情况以判断风电场范围内水域的压力、风力海浪情况，再结合所有数据全面准确分析风电场范围内受到腐蚀或冲刷的情况，依照分析结果计算修复所需耗材量并定制最优的修复方案，实施修复方案并追踪反馈，整合监测修复全流程的所有数据，生成全面综合的结构性报告以便存档及上报。
本发明的目的之四在于，提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼的监测系统的运行装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。
本发明的目的之五在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.该用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼通过设置带有两套沉浮调节装置的仿生鱼，结合卫星导航和深度传感的辅助功能，可以实现原地下潜并按照预设路线进行自主巡航检测，减小风浪对其的影响；
2.该用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼通过在仿生机器鱼上搭载多波束声呐，可以在机器鱼巡航过程中获取风电场水下桩基、周围海床及海缆的三维影像，准确量取风电场内各构成组件的被腐蚀情况，并可估算修复所需耗材，从而快速准确地定制并实施修复方案，提高监测工作效果，降低风电场的运维管理成本；
3.该用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼通过配套设置测量船舶，可以用于仿生机器鱼的投放和回收，并可就近获取监测数据并计算，提高监测工作效率和准确度，便于管理所有作业装置，及时发现风电场的缺损并修复，保障风电场的发电效能及安全性。
附图说明
图1为本发明中仿生机器鱼本体的整体外部结构示意图；
图2为本发明中仿生机器鱼本体的内部平面结构示意图；
图3为本发明的示例性整体产品架构结构示意图；
图4为本发明中监测系统的整体装置结构图；
图5为本发明中监测系统的局部装置结构图之一；
图6为本发明中监测系统的局部装置结构图之二；
图7为本发明中监测系统的局部装置结构图之三；
图8为本发明中监测系统的局部装置结构图之四；
图9为本发明中监测系统的示例性电子计算机装置结构示意图。
图中各个标号意义为：
1、仿生机器鱼本体；11、主壳体；111、鱼鳍空壳；112、鱼尾壳体；12、动力推进器；13、控制器；14、浮力调节器；15、沉浮气囊；16、空压机；17、深度传感器；18、卫星导航装置；
2、处理器；21、存储器；22、通信模块；
3、电源管理器；
4、多波束探测声呐；
5、声速剖面仪；
6、前视声呐；
7、测量船舶；
8、主控机房；81、计算主机；82、显示终端；83、云数据库；84、风电场数据管理平台；
9、卫星基准/流动站；
100、基建管理单元；101、基础设备模块；102、辅助系统模块；103、智能传感模块；104、无线通讯模块；
200、功能作业单元；201、电源管理模块；202、运动管理模块；203、巡检探测模块；204、声速测取模块；
300、数据处理单元；301、量化数据模块；302、三维重建模块；303、对比分析模块；304、腐蚀评估模块；
400、应用管理单元；401、修复计算模块；402、方案定制模块；403、追踪反馈模块；404、结构报告模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-图3所示，本实施例提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，包括仿生机器鱼本体1，仿生机器鱼本体1包括主壳体11，主壳体11内规则布设有动力推进器12、控制器13、浮力调节器14、沉浮气囊15、空压机16、深度传感器17和卫星导航装置18，仿生机器鱼本体1内还规则布设有处理器2、电源管理器3、多波束探测声呐4、声速剖面仪5和前视声呐6，仿生机器鱼本体1外配套设有测量船舶7，测量船舶7上配备有主控机房8和卫星基准/流动站9。
本实施例中，主壳体11顶端设有鱼鳍空壳111，主壳体11的尾部通过销轴铰接有鱼尾壳体112，使鱼尾壳体112可以通过活动来支持仿生机器鱼本体1的转向过程。
其中，主壳体11应采用耐高压、耐腐蚀的材质支撑，如钛钢、玻璃、陶瓷等，其外表面还可涂覆一层耐腐蚀涂层，使仿生机器鱼本体1适用于腐蚀性较强的海水中。
进一步地，动力推进器12安装在鱼尾壳体112内，动力推进器12用于支撑仿生机器鱼本体1的前进或后退运动。
具体地，浮力调节器14、沉浮气囊15和空压机16可以提供两套沉浮调节系统，可以快速准确地调节仿生机器鱼本体1的下潜和上升过程，从而可以降低风浪对仿生机器鱼本体1的影响，使仿生机器鱼本体1可以实现原地下潜，或者在下潜过程中因风浪导致偏离原位置时，也可及时通过调整回到原位。
进一步地，卫星导航装置18安装在鱼鳍空壳111内，通过卫星导航装置18与卫星基准/流动站9的配合运行，可以通过卫星导航系统准确地为仿生机器鱼本体1巡航过程进行导航，并可准确定位仿生机器鱼本体1的三维位置坐标。
本实施例中，处理器2外配套设有存储器21和通信模块22。
其中，存储器21、通信模块22分别通过信号线与处理器2信号连接。
具体地，处理器2通过信号线分别与动力推进器12、控制器13、浮力调节器14、空压机16、深度传感器17、卫星导航装置18、电源管理器3、多波束探测声呐4、声速剖面仪5及前视声呐6信号连接，用于实现整个仿生机器鱼本体1的功能控制。
进一步地，电源管理器3通过导线分别与动力推进器12、控制器13、浮力调节器14、空压机16、深度传感器17、卫星导航装置18、处理器2、多波束探测声呐4、声速剖面仪5及前视声呐6电性连接，用于给各用电设备提供能源。
本实施例中，测量船舶7内搭载有惯性导航系统，用于实时获取船舶的姿态及航向，为船舶的航行过程提供精准定位。
进一步地，主控机房8内设有配套的计算主机81和显示终端82，计算主机81用户获取仿生机器鱼本体1采集传输来的数据并进行处理；
进一步地，计算主机81通过云数据库83与风电场数据管理平台84无线通讯连接，可以从风电场数据管理平台84获取风电场原始设计数据及往期历次监测、修复的数据记录。
如图4-图9所示，本实施例提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼的监测系统，该监测系统装载于处理器2内，包括
基建管理单元100、功能作业单元200、数据处理单元300和应用管理单元400；基建管理单元100、功能作业单元200、数据处理单元300与应用管理单元400依次通过网络通信连接；基建管理单元100用于对加入系统并支撑系统运行的设备装置及技术进行连接管理；功能作业单元200用于对仿生鱼及其内部实现各类功能的设备的作业过程进行集中的调配管理；数据处理单元300用于对仿生机器鱼在海水下风电场范围内工作过程中采集的各类数据进行处理分析，并结合风电场的原始设计数据、往期探测数据来对风电场构成受到腐蚀的的情况进行准确的定量分析；应用管理单元400用于结合定量分析的结果计算修复所需耗材的量并依此制定相应的修复方案；
基建管理单元100包括基础设备模块101、辅助系统模块102、智能传感模块103和无线通讯模块104；
功能作业单元200包括电源管理模块201、运动管理模块202、巡检探测模块203和声速测取模块204；
数据处理单元300包括量化数据模块301、三维重建模块302、对比分析模块303和腐蚀评估模块304；
应用管理单元400包括修复计算模块401、方案定制模块402、追踪反馈模块403和结构报告模块404。
本实施例中，基础设备模块101、辅助系统模块102、智能传感模块103与无线通讯模块104依次通过网络通信连接；基础设备模块101用于对系统中实现个主要功能的基础设备进行管控机工作分配；辅助系统模块102用于载入多种成熟的系统技术来辅助系统各项功能的运行；智能传感模块103用于通过布设在仿生机器鱼内部的各类具有传感功能的装置来实时采集机器鱼运行过程中外界的状态数据；无线通讯模块104用于通过多种无线的信号传输/数据传输手段来支撑数据采集及系统运行的需求。
其中，基础设备包括但不限于：仿生机器鱼及其内部驱动装置(动力推进装置、沉浮调节装置、控制器、电源装置等)、处理装置(处理器、存储器、通信模块等)、测量船、机房(计算机、显示器等)、卫星基站等。
其中，辅助系统包括但不限于多波束声呐探测系统、卫星导航系统、惯性导航系统等。
其中，智能传感装置包括但不限于深度传感器、前视声呐、声速测量装置等。
其中，无线通讯技术包括但不限于脉冲方波、无线传输技术、无线通信技术等。
本实施例中，电源管理模块201、运动管理模块202、巡检探测模块203与声速测取模块204依次通过网络通信连接；电源管理模块201用于对仿生机器鱼内部的电源工作及电能分配进行管理控制，实时监测电源的电能余量，并可以在电能余量不足时按照预设程序自动计算最优路径从而返回到测量船处进行回收；运动管理模块202通过处理器和控制器，结合风电场的设计图纸、卫星导航系统统一规划管理机器鱼的进退沉浮及转向的运动过程，实现仿生机器鱼的自动巡航检测过程，在巡航过程中可通过前视声呐的辅助功能实现自动避障，还可结合深度传感器的辅助实时准确地定位仿生机器鱼的三维位置坐标；巡检探测模块203用于通过多波束声呐随着仿生机器鱼的运动路径依次扫测获取风电场范围内桩基、海床及海缆的高精度三维数据以准确探测风电场内部受到腐蚀的情况；声速测取模块204用于通过声速剖面仪实时准确地测取水下的声速以判断海水的压力情况，并依此分析风电场所在海域的台风/海浪情况。
具体地，电源管理模块201中，当电能余量不足时按照预设程序自动计算最优路径返回到测量船处时，路径计算的方法采用n维向量欧氏距离算法，其计算公式为：
其中，d12为两个n维向量a(x11,x12,...,x1n)与b(x21,x22,...,x2n)之间的欧式距离，a(x11,x12,...,x1n)为仿生机器鱼的实时位置三维坐标，b(x21,x22,...,x2n)为测量船的实时位置三维坐标。
本实施例中，量化数据模块301的信号输出端与三维重建模块302的信号输入端连接，三维重建模块302的信号输出端与对比分析模块303的信号输入端连接，对比分析模块303的信号输出端与腐蚀评估模块304的信号输入端连接；量化数据模块301用于对仿生机器鱼探测过程中对风电场范围内各可量化的部位进行测量记录，包括桩基受到腐蚀的形状、面积、厚度，桩基周围海床被冲刷的形状、面积、深度，海缆的数量、走向、长度、裸露长度、悬空高度等；三维重建模块302用于对原始声呐数据进行解析、降噪、斜距校正等预处理以去除数据中的干扰噪声，按照仿生机器鱼实时定位的位置信息、时间信息拼接成三维声呐点云，对三维声呐点云进行配准处理，以减小声呐设备测量误差或者其工作时受到外部干扰影响造成的视觉差异，并将声呐数据导入制图软件中，结合曲面重建技术重建风电场的三维影像；对比分析模块303用于将实时探测的三维声呐影像数据、风电场的原始数据数据、历史往期/上一次探测数据一一对应起来进行对比分析；腐蚀评估模块304用于根据对比分析结果，从被腐蚀部位的位置定位、缺陷尺寸定量等方面，对探测出的风电场组件被腐蚀情况进行全面分析。
本实施例中，修复计算模块401的信号输出端与方案定制模块402的信号输入端连接，方案定制模块402的信号输出端与追踪反馈模块403的信号输入端连接，追踪反馈模块403的信号输出端与结构报告模块404的信号输入端连接；修复计算模块401用于根据腐蚀评估的数据结果，统计估算修复桩基腐蚀坑及其周围海床冲刷坑所需的以土石方为主的各类材料的消耗量；方案定制模块402用于根据计算的修复所需材料量，结合实时监测的风电场水下情况、根据声速评估的海上风浪及水下压力情况，针对每个腐蚀坑分别定制相应的修复施工方案；追踪反馈模块403用于追踪修复施工方案的实施过程及完工效果，并及时将监测到的修复后的数据反馈到数据管理层；结构报告模块404用于将覆盖一次从探测到修复完成全流程的工作记录及相关数据进行整合归纳，并生成综合的结构性报告以便存档及上报。
本实施例还提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼的监测系统的运行方法，包括：
首先将搭载仿生机器鱼的测量船舶行驶到风电场范围内后，将仿生机器鱼置于海水中，机器仿生鱼在前视声呐、卫星导航系统共同作用下实现在风电场水域内的自主巡航运动，巡航过程中通过多波束声呐实时扫测风电场水域内桩基、海床、海缆的情况，对声呐数据进行处理后重建风电场实时的三维影像，并实时获取水下的声速情况以判断风电场范围内水域的压力、风力海浪情况，再结合所有数据全面准确分析风电场范围内受到腐蚀或冲刷的情况，依照分析结果计算修复所需耗材量并定制最优的修复方案，实施修复方案并追踪反馈，整合监测修复全流程的所有数据，生成全面综合的结构性报告以便存档及上报。
如图9所示，本实施例还提供了用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼的监测系统的运行装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。
可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：包括仿生机器鱼本体(1)，所述仿生机器鱼本体(1)包括主壳体(11)，所述主壳体(11)内规则布设有动力推进器(12)、控制器(13)、浮力调节器(14)、沉浮气囊(15)、空压机(16)、深度传感器(17)和卫星导航装置(18)，所述仿生机器鱼本体(1)内还规则布设有处理器(2)、电源管理器(3)、多波束探测声呐(4)、声速剖面仪(5)和前视声呐(6)，所述仿生机器鱼本体(1)外配套设有测量船舶(7)，所述测量船舶(7)上配备有主控机房(8)和卫星基准/流动站(9)。
2.根据权利要求1所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述主壳体(11)顶端设有鱼鳍空壳(111)，所述主壳体(11)的尾部通过销轴铰接有鱼尾壳体(112)，所述动力推进器(12)安装在所述鱼尾壳体(112)内，所述卫星导航装置(18)安装在所述鱼鳍空壳(111)内。
3.根据权利要求2所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述处理器(2)外配套设有存储器(21)和通信模块(22)。
4.根据权利要求3所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述主控机房(8)内设有配套的计算主机(81)和显示终端(82)，所述计算主机(81)通过云数据库(83)与风电场数据管理平台(84)无线通讯连接。
5.根据权利要求4所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述仿生机器鱼本体(1)内还配备有监测系统，该监测系统装载于所述处理器(2)内，包括
基建管理单元(100)、功能作业单元(200)、数据处理单元(300)和应用管理单元(400)；所述基建管理单元(100)、所述功能作业单元(200)、所述数据处理单元(300)与所述应用管理单元(400)依次通过网络通信连接；所述基建管理单元(100)用于对加入系统并支撑系统运行的设备装置及技术进行连接管理；所述功能作业单元(200)用于对仿生鱼及其内部实现各类功能的设备的作业过程进行集中的调配管理；所述数据处理单元(300)用于对仿生机器鱼在海水下风电场范围内工作过程中采集的各类数据进行处理分析，并结合风电场的原始设计数据、往期探测数据来对风电场构成受到腐蚀的的情况进行准确的定量分析；所述应用管理单元(400)用于结合定量分析的结果计算修复所需耗材的量并依此制定相应的修复方案；
所述基建管理单元(100)包括基础设备模块(101)、辅助系统模块(102)、智能传感模块(103)和无线通讯模块(104)；
所述功能作业单元(200)包括电源管理模块(201)、运动管理模块(202)、巡检探测模块(203)和声速测取模块(204)；
所述数据处理单元(300)包括量化数据模块(301)、三维重建模块(302)、对比分析模块(303)和腐蚀评估模块(304)；
所述应用管理单元(400)包括修复计算模块(401)、方案定制模块(402)、追踪反馈模块(403)和结构报告模块(404)；
该监测系统在运行时，首先将搭载仿生机器鱼的测量船舶行驶到风电场范围内后，将仿生机器鱼置于海水中，机器仿生鱼在前视声呐、卫星导航系统共同作用下实现在风电场水域内的自主巡航运动，巡航过程中通过多波束声呐实时扫测风电场水域内桩基、海床、海缆的情况，对声呐数据进行处理后重建风电场实时的三维影像，并实时获取水下的声速情况以判断风电场范围内水域的压力、风力海浪情况，再结合所有数据全面准确分析风电场范围内受到腐蚀或冲刷的情况，依照分析结果计算修复所需耗材量并定制最优的修复方案，实施修复方案并追踪反馈，整合监测修复全流程的所有数据，生成全面综合的结构性报告以便存档及上报。
6.根据权利要求5所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述基础设备模块(101)、所述辅助系统模块(102)、所述智能传感模块(103)与所述无线通讯模块(104)依次通过网络通信连接；所述基础设备模块(101)用于对系统中实现个主要功能的基础设备进行管控机工作分配；所述辅助系统模块(102)用于载入多种成熟的系统技术来辅助系统各项功能的运行；所述智能传感模块(103)用于通过布设在仿生机器鱼内部的各类具有传感功能的装置来实时采集机器鱼运行过程中外界的状态数据；所述无线通讯模块(104)用于通过多种无线的信号传输/数据传输手段来支撑数据采集及系统运行的需求。
7.根据权利要求5所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述电源管理模块(201)、所述运动管理模块(202)、所述巡检探测模块(203)与所述声速测取模块(204)依次通过网络通信连接；所述电源管理模块(201)用于对仿生机器鱼内部的电源工作及电能分配进行管理控制，实时监测电源的电能余量，并可以在电能余量不足时按照预设程序自动计算最优路径从而返回到测量船处进行回收；所述运动管理模块(202)通过处理器和控制器，结合风电场的设计图纸、卫星导航系统统一规划管理机器鱼的进退沉浮及转向的运动过程，实现仿生机器鱼的自动巡航检测过程，在巡航过程中可通过前视声呐的辅助功能实现自动避障，还可结合深度传感器的辅助实时准确地定位仿生机器鱼的三维位置坐标；所述巡检探测模块(203)用于通过多波束声呐随着仿生机器鱼的运动路径依次扫测获取风电场范围内桩基、海床及海缆的高精度三维数据以准确探测风电场内部受到腐蚀的情况；所述声速测取模块(204)用于通过声速剖面仪实时准确地测取水下的声速以判断海水的压力情况，并依此分析风电场所在海域的台风/海浪情况。
8.根据权利要求7所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述电源管理模块(201)中，当电能余量不足时按照预设程序自动计算最优路径返回到测量船处时，路径计算的方法采用n维向量欧氏距离算法，其计算公式为：
其中，d12为两个n维向量a(x11,x12,...,x1n)与b(x21,x22,...,x2n)之间的欧式距离，a(x11,x12,...,x1n)为仿生机器鱼的实时位置三维坐标，b(x21,x22,...,x2n)为测量船的实时位置三维坐标。
9.根据权利要求5所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述量化数据模块(301)的信号输出端与所述三维重建模块(302)的信号输入端连接，所述三维重建模块(302)的信号输出端与所述对比分析模块(303)的信号输入端连接，所述对比分析模块(303)的信号输出端与所述腐蚀评估模块(304)的信号输入端连接；所述量化数据模块(301)用于对仿生机器鱼探测过程中对风电场范围内各可量化的部位进行测量记录，包括桩基受到腐蚀的形状、面积、厚度，桩基周围海床被冲刷的形状、面积、深度，海缆的数量、走向、长度、裸露长度、悬空高度等；所述三维重建模块(302)用于对原始声呐数据进行解析、降噪、斜距校正等预处理以去除数据中的干扰噪声，按照仿生机器鱼实时定位的位置信息、时间信息拼接成三维声呐点云，对三维声呐点云进行配准处理，以减小声呐设备测量误差或者其工作时受到外部干扰影响造成的视觉差异，并将声呐数据导入制图软件中，结合曲面重建技术重建风电场的三维影像；所述对比分析模块(303)用于将实时探测的三维声呐影像数据、风电场的原始数据数据、历史往期/上一次探测数据一一对应起来进行对比分析；所述腐蚀评估模块(304)用于根据对比分析结果，从被腐蚀部位的位置定位、缺陷尺寸定量等方面，对探测出的风电场组件被腐蚀情况进行全面分析。
10.根据权利要求5所述的用于海上风电场水下桩基腐蚀情况监测的仿生机器鱼，其特征在于：所述修复计算模块(401)的信号输出端与所述方案定制模块(402)的信号输入端连接，所述方案定制模块(402)的信号输出端与所述追踪反馈模块(403)的信号输入端连接，所述追踪反馈模块(403)的信号输出端与所述结构报告模块(404)的信号输入端连接；所述修复计算模块(401)用于根据腐蚀评估的数据结果，统计估算修复桩基腐蚀坑及其周围海床冲刷坑所需的以土石方为主的各类材料的消耗量；所述方案定制模块(402)用于根据计算的修复所需材料量，结合实时监测的风电场水下情况、根据声速评估的海上风浪及水下压力情况，针对每个腐蚀坑分别定制相应的修复施工方案；所述追踪反馈模块(403)用于追踪修复施工方案的实施过程及完工效果，并及时将监测到的修复后的数据反馈到数据管理层；所述结构报告模块(404)用于将覆盖一次从探测到修复完成全流程的工作记录及相关数据进行整合归纳，并生成综合的结构性报告以便存档及上报。
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