CN115017822B - 一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法，属于海上风电桩基础及海缆检测技术领域，获取风电桩信息，建立风电桩模型；确定第一安装位置，补充第一超声雷达模型；获取第二超声雷达信息，在风电桩模型中标记对应的第二安装位置，在风电桩模型中补充第二超声雷达模型；根据风电桩模型进行第一超声雷达和第二超声雷达的安装；在构筑物平台上安装光纤干涉仪，将海缆中的两根传感光纤连接到光纤干涉仪上；从海缆中再引出一条传感光纤连至海缆侧向位移监测系统；在构筑物平台上设置数据处理平台，接收采集设备的采集信息，数据处理平台对接收到的采集信息进行融合，对整个风电桩基的安全性进行评估，将评估结果发送至岸上监控中心。

Description

一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法

技术领域

本发明属于海上风电桩基础及海缆检测技术领域，具体是一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法。

背景技术

海上风电场部署了大量的风塔，经常受台风侵袭，台风带动海水剧烈运动，带走塔桩基础附近的泥土，一次台风过程桩基础冲刷深度达数米，可能诱发桩基失稳，另外桩基被深度冲刷后，原来埋设在海泥下方的电缆就可能暴露出来，海水的冲刷会威胁其运行安全。因此实时、高精度获得海上风电桩基础及海缆状态的动态数据，并对其安全性进行评估是保障海上风电场基础安全亟待解决的关键技术问题，因此，本发明提供了一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法，具体方法包括：

步骤一：获取风电桩信息，根据获取的风电桩信息建立风电桩模型；获取第一超声雷达设备信息，根据获取的第一超声雷达设备信息确定第一安装位置，将第一安装位置在风电桩模型中进行标记，并补充对应的第一超声雷达模型；

步骤二：获取第二超声雷达信息，所述第二超声雷达用于对桩基下面的地形进行扫描，根据获得的第二超声雷达信息在风电桩模型中标记对应的第二安装位置，在风电桩模型中补充第二超声雷达模型；

步骤三：根据风电桩模型进行第一超声雷达和第二超声雷达的安装；

步骤四：在构筑物平台上安装光纤干涉仪，将海缆中的两根传感光纤连接到光纤干涉仪上；从海缆中再引出一条传感光纤连至海缆侧向位移监测系统；

步骤五：在构筑物平台上设置数据处理平台，接收采集设备的采集信息，采集设备包括接收第一超声雷达、第二超声雷达、光纤干涉仪和海缆侧向位移监测系统；

步骤六：数据处理平台对接收到的采集信息进行融合，对整个风电桩基的安全性进行评估，将评估结果发送至岸上监控中心。

进一步地，所述第一超声雷达用于监测海浪波动幅度。

进一步地，根据获取的第一超声雷达设备信息确定第一安装位置的方法包括：

基于风电桩信息中裸露深度确定第一超声雷达的安装区间，获取第一超声雷达安装时的需求区域，根据获得的需求区域将安装区间进行分割，获得若干个待选区域，进行待选区域的优先级排序，将排序第一的待选区域标记为第一安装位置。

进一步地，进行待选区域的优先级排序的方法包括：

将待选区域标记为i，获取对应待选区域的运行影响值，标记为YXi；根据第一超声雷达所要检测的范围和运行要求设置各个待选区域的运行值，标记为YZi，根据优先值公式计算优先值，根据计算的优先值按照由高到低的顺序进行排序。

进一步地，优先值公式为

其中，b1、b2均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1，λ为修正因子，取值范围为0<λ≤1。

进一步地，对整个风电桩基的安全性进行评估的方法包括：

根据第一超声雷达和第一超声雷达的采集数据计算出海缆以及桩基础裸露的深度，并获得海浪最大时刻的时间标记；根据海浪的冲刷的动量计算出对桩基础以及海缆的冲击动量，计算出桩基础的振动和海缆的振动模型，再根据海缆侧向移动监测系统采集的海缆摆动数据进行判断，获得评估结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过进行第一安装位置的合理规划，增加裸露在外的第一超声雷达的使用寿命，选择对第一超声雷达数据运行影响最小的位置进行安装，保障第一超声雷达的正常运行；第一超声雷达、第二超声雷达、光纤干涉仪、海缆侧向位移监测系统和数据处理平台之间的相互配合，实现获得海上风电桩基础及海缆状态的动态数据，并对其安全性进行评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明原理框图；

图2为本发明实施示例图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。

如图1至图2所示，一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法，具体方法包括：

步骤一：获取风电桩信息，风电桩信息包括尺寸结构信息、位置水深、埋入深度、裸露深度等信息；根据获取的风电桩信息建立风电桩模型；风电桩模型即为根据获取的风电桩信息建立的三维数据模型；获取第一超声雷达设备信息，根据获取的第一超声雷达设备信息确定第一安装位置，第一安装位置在风电桩模型中进行标记，并补充对应的第一超声雷达模型；所述第一超声雷达用于监测海浪波动幅度；第一超声雷达模型为三维数据模型，设置在对应的第一安装位置。

根据获取的第一超声雷达设备信息确定第一安装位置的方法包括：

基于风电桩信息中裸露深度确定第一超声雷达的安装区间，如根据第一超声雷达所要检测的范围和运行要求，可以确定其在风电桩裸露部位的安装区间；获取第一超声雷达安装时的需求区域，即第一超声雷达安装时需要多大的区域面积进行安装，根据获得的需求区域将安装区间进行分割，获得若干个待选区域，进行待选区域的优先级排序，将排序第一的待选区域标记为第一安装位置。

根据获得的需求区域将安装区间进行分割，就是将安装区间分割成若干个可以安装第一超声雷达的安装区域，具体的，可以建立对应的机械学习模型，通过建立的机械学习模型对安装区间分布图和需求区域进行分析，获得对应的安装区间分割图，根据获得的安装区间分割图进行分割，获得若干个待选区域，具体的建立和训练过程为本领域常识，因此不进行详细叙述。

进行待选区域的优先级排序的方法包括：

将待选区域标记为i，获取对应待选区域的运行影响值，标记为YXi；根据第一超声雷达所要检测的范围和运行要求设置各个待选区域的运行值，标记为YZi，根据优先值公式

计算优先值，其中，b1、b2均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1，λ为修正因子，取值范围为0<λ≤1，根据计算的优先值按照由高到低的顺序进行排序。

运行影响值是根据对应待选区域安装第一超声雷达后对其的运行影响，如环境中的雨水、风向等影响因素，因为具有设备平台，其下面的区域影响将会很小，根据上述内容建立对应的人工智能模型，获取对应的环境影响因素进行分析，获得对应的运行影响值，人工智能模型是基于神经网络进行建立的。

根据第一超声雷达所要检测的范围和运行要求设置各个待选区域的运行值，即根据检测范围和运行要求确定最佳安装区域，识别各个待选区域和最佳安装区域之间的距离，根据识别的距离设置对应的运行值，因为距离已经是一个确定值了，因此可以建立对应的运行值匹配表，进行匹配获得。

步骤二：获取第二超声雷达信息，所述第二超声雷达用于对桩基下面的地形进行扫描，根据获得的第二超声雷达信息在风电桩模型中标记对应的第二安装位置，在风电桩模型中补充第二超声雷达模型；

所述第二超声雷达是安装在风电桩的水下部分，可以进行360度绕着风电桩旋转；

根据获得的第二超声雷达信息在风电桩模型中标记对应的第二安装位置，直接根据第二超声雷达的最佳扫描需要进行标记。

步骤三：根据风电桩模型进行第一超声雷达和第二超声雷达的安装；

通过设置风电桩模型，使得安装工人在进行第一超声雷达和第二超声雷达的安装时更加的直观，确保可以将第一超声雷达和第二超声雷达安装到对应的位置上，并可以通过接入定位设备，使得安装更加的精准。

步骤四：在构筑物平台上安装光纤干涉仪，将海缆中的两根传感光纤连接到光纤干涉仪上；从海缆中再引出一条传感光纤连至海缆侧向位移监测系统，海缆侧向位移监测系统可以直接使用现有的监测系统；

步骤五：在构筑物平台上设置数据处理平台，接收采集设备的采集信息，采集设备包括接收第一超声雷达、第二超声雷达、光纤干涉仪和海缆侧向位移监测系统，采集信息即为各个采集设备采集的数据；

通过光纤干涉仪上监测海底电缆受到海水的冲刷程度，并将该数据传送给数据平台，当海缆处于海泥底下时，由于海缆不受海水的直接冲刷，光纤干涉仪监测到的冲击强度将较低，反之则高，另外，桩基随台风的振动也会传递到海缆上，因此，根据光纤干涉仪获得数据可反映桩基的振动情况；当海缆从海泥中裸露出来，巨大的海浪会造成海缆的幅度摆动，此时光纤干涉仪不能对海缆的摆动这类特低频信号进行监测。本发明从海缆中再引出一条光纤，连至海缆侧向位移监测系统，用于监测海缆水洋流的摆动，并将数据发送给数据平台。

步骤六：数据处理平台对接收到的采集信息进行融合，对整个风电桩基的安全性进行评估，将评估结果发送至岸上监控中心，岸上监控中心也可通过无线网络进行数据查询，必要时可单独进行分析。

对整个风电桩基的安全性进行评估的方法包括：

根据第一超声雷达和第一超声雷达的采集数据计算出海缆以及桩基础裸露的深度，通过对应的检测数据差即可计算出；并获得海浪最大时刻的时间标记；根据海浪的冲刷的动量计算出对桩基础以及海缆的冲击动量，计算出桩基础的振动和海缆的振动模型，再根据海缆侧向移动监测系统采集的海缆摆动数据进行判断，获得评估结果；是否超出计算结果，或者海缆实时摆动幅度大于安全阈值；或者根据干涉仪获得高频数据判断桩基以及海缆的振动是否有异常尖脉冲高频噪声出现，对于大型构筑物，出现高频尖噪声意味着结构出现裂缝或加强钢筋断裂。

对于上述未公开的计算过程，可以通过现有的对应数据处理算法进行计算，因为第一超声雷达、第二超声雷达、光纤干涉仪和海缆侧向位移监测系统的采集数据在本领域内均有相应的数据处理算法进行处理，获得对应的处理结果，因此不进行详细叙述，通过可以建立相应的学习模型，通过建立的学习模型进行综合分析，具体未公开的部分为本领域常识。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (4)

1.一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法，其特征在于，具体方法包括：

步骤一：获取风电桩信息，根据获取的风电桩信息建立风电桩模型；获取第一超声雷达设备信息，根据获取的第一超声雷达设备信息确定第一安装位置，将第一安装位置在风电桩模型中进行标记，并补充对应的第一超声雷达模型；

步骤二：获取第二超声雷达信息，所述第二超声雷达用于对桩基下面的地形进行扫描，根据获得的第二超声雷达信息在风电桩模型中标记对应的第二安装位置，在风电桩模型中补充第二超声雷达模型；

步骤三：根据风电桩模型进行第一超声雷达和第二超声雷达的安装；

步骤四：在构筑物平台上安装光纤干涉仪，将海缆中的两根传感光纤连接到光纤干涉仪上；从海缆中再引出一条传感光纤连至海缆侧向位移监测系统；

步骤五：在构筑物平台上设置数据处理平台，接收采集设备的采集信息，采集设备包括接收第一超声雷达、第二超声雷达、光纤干涉仪和海缆侧向位移监测系统；

步骤六：数据处理平台对接收到的采集信息进行融合，对整个风电桩基的安全性进行评估，将评估结果发送至岸上监控中心；

根据获取的第一超声雷达设备信息确定第一安装位置的方法包括：

基于风电桩信息中裸露深度确定第一超声雷达的安装区间，获取第一超声雷达安装时的需求区域，根据获得的需求区域将安装区间进行分割，获得若干个待选区域，进行待选区域的优先级排序，将排序第一的待选区域标记为第一安装位置；

对整个风电桩基的安全性进行评估的方法包括：

根据第一超声雷达和第一超声雷达的采集数据计算出海缆以及桩基础裸露的深度，并获得海浪最大时刻的时间标记；根据海浪的冲刷的动量计算出对桩基础以及海缆的冲击动量，计算出桩基础的振动和海缆的振动模型，再根据海缆侧向移动监测系统采集的海缆摆动数据进行判断，获得评估结果。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法，其特征在于，所述第一超声雷达用于监测海浪波动幅度。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法，其特征在于，进行待选区域的优先级排序的方法包括：

将待选区域标记为i，获取对应待选区域的运行影响值，标记为YXi；根据第一超声雷达所要检测的范围和运行要求设置各个待选区域的运行值，标记为YZi，根据优先值公式计算优先值，根据计算的优先值按照由高到低的顺序进行排序。

4.根据权利要求3所述的一种海上风电桩基础及海缆一体化监测方法，其特征在于，优先值公式为，其中，b1、b2均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1，λ为修正因子，取值范围为0<λ≤1。

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