CN115420328A - 一种风电桩基冲刷检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种风电桩基冲刷检测方法，包括：步骤1：获取风电桩基现场环境数据；步骤2：根据现场环境数据，确定测量船；步骤3：根据测量船，设计并安装支架；步骤4：在支架上安装多波束测深系统；步骤5：进行测线布设；步骤6：完成测线布设之后，进行水深数据采集和显示；步骤7：对采集的水深数据进行处理，并输出水深数据；步骤8：获取原始水深数据，并对比本次采集的水深数据和原始水深数据，确定以风电桩基为中心的预设范围内的冲刷情况。

Description

一种风电桩基冲刷检测方法

技术领域

本发明属于风电桩基水下运维技术领域，具体涉及一种风电桩基冲刷检测方法。

背景技术

随着海上风能资源丰富稳定，全球风电开发呈现由陆上向近海发展的趋势。目前我国现已成为仅次于英国、德国的海风第三大市场。但海上风电场处于复杂的水文和气候环境，风电水下桩基结构区域在这样的环境下极易发生冲刷，如局部区域冲刷显著可能会导致风电桩基倾覆，这就对海上风电设备的正常运行带来了巨大的安全隐患。因此，对海上风电桩基进行定期的检查便显得尤为重要。

目前，海上风电桩基运维基本照搬陆上风电经验，计划检修为主、故障检修为辅的运维模式。暨运维人员根据厂家指定的定检周期对风机进行计划性保养和测试和风机报故障，运行调度人员通知运维人员前往现场处理相结合。而由于海上环境的复杂性，海上风电项目运维面临机组故障率高，维修工作量大、安全风险大、海上维护作业时效时间短等难点。

整体而言，我国海上风电桩基运维行业缺乏运维经验以及其运维体系也仍需持续完善，行业处于相对落后状态。目前桩基冲刷检测主要有以下几种方式：1.人工摸排，主要采用蛙人携带水下摄像头以及图像声呐查看冲刷情况。2.采用单波束测量，主要采用有人船搭载单波束测量，将以往数据进行比对分析。

现有技术中，其缺陷表现为：1.蛙人携带摄像头，图像声呐无法获取水下地形真实情况，只可提供水下初步情况，不足以反应真实信息，无法判断是否需要抛石加固或抽取等。2.采用单波束测量，由于其原理决定单波束只可一共正下方水深值，且在风浪摇摆情况下测量误差极大，导致测量精度在风浪大情况下不可信。且分辨率不高，单波束是一种“由点到线”的测量方式，每次测量只能测量一个水深点，随着载体及设备的航行移动，产生由点到线的测量结果；单波束无论如何加密测线，均无法全覆盖测量，同一水下地形由于点密度不同，造成的结果分辨率的区别，很多地形的细节是单波束无法反应和表达的。

发明内容

根据本申请的实施例旨在至少改善现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，根据本申请的实施例的目的在于提供一种风电桩基冲刷检测方法。

为了实现上述目的，根据本申请的实施例提供了一种风电桩基冲刷检测方法，包括：步骤1：获取风电桩基现场环境数据；步骤2：根据现场环境数据，确定测量船；步骤3：根据测量船，设计并安装支架；步骤 4：在支架上安装多波束测深系统；步骤5：进行测线布设；步骤6：完成测线布设之后，进行水深数据采集和显示；步骤7：对采集的水深数据进行处理，并输出水深数据；步骤8：获取原始水深数据，并对比本次采集的水深数据和原始水深数据，确定以风电桩基为中心的预设范围内的冲刷情况。

进一步地，多波束测深系统包括：多波束测深仪，GNSS定位系统，表面声速仪，声速剖面仪，姿态仪，潮位仪，测量软件和后处理软件；多波束测深仪提供水深信息，GNSS定位系统提供位置信息，表面声速仪提供表面声速信息，声速剖面仪提供声速剖面信息，姿态仪提供多波束测深仪的姿态信息，潮位仪提供潮位信息，测量软件负责显示、控制、采集多波束测深仪数据；后处理软件负责将采集的软件及相关数据信息融合形成水下桩基位置三维地形图；多波束测深仪，GNSS定位系统，表面声速仪，姿态仪安装至支架，潮位仪设于测区范围的预设位置。

进一步地，测线布设包括：获取海上风电场的分布数据和水深；根据分布数据和水深，按照预设间距，布设间距合理的测线。

进一步地，对采集的水深数据进行处理，包括：采用后处理软件对数据进行处理，主要流程包括数据转换、数据加载、条带编辑、断面编辑，成果输出。

进一步地，条带编辑，利用后处理软件对条带数据进行噪点删除作业；断面编辑，使用后处理软件对数据进行条带编辑之后，通过三级编辑阶段的断面噪点删除的方法对噪点数据进行删除。

根据本申请的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本申请的实施例的实践了解到。

附图说明

图1是根据本申请提供的一个实施例的多波束安装示意图；

图2是根据本申请提供的一个实施例的测区范围及测线布设情况示意图；

图3是根据本申请提供的一个实施例的后处理删除噪点示意图；

图4是根据本申请提供的一个实施例的桩基附近冲刷情况的成果示意图；

图5是根据本申请提供的另一个实施例的桩基附近冲刷情况的成果示意图；

图6、图7是根据本申请提供的一个实施例的桩基附近冲刷情况的成果图示意图。

图8、图9是根据本申请提供的一个桩基附近冲刷情况示意图。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解根据本申请的实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对根据本申请的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，根据本申请的实施例的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解根据本申请的实施例，但是，根据本申请的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，根据本申请的实施例提供的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图6描述根据本申请提供的一些实施例。

如图1至图6所示，根据本申请的实施例提出的一种风电桩基冲刷检测方法，为解决现有的桩基冲刷检测方法存在的上述缺陷，基于多波束测深系统，通过测量船按照规划航线测量，通过将各传感器采集的数据融合计算后得出桩基冲刷真实情况。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于多传感器组合的测量方法，该方法考虑了横荡误差和升沉误差对多波束成像造成的影响，依靠多传感器组合估计运动误差；该方法具体包括：

多波束测深系统检测作业时，工程船舷悬挂式安装多波束换能器，换能器安装在测量船中部，并用伸缩性较小的钢丝绳呈T字型安装，以减少船体晃动对水深数据质量的影响。配合姿态仪实现多波束换能器姿态实时改正、位置改正，从而实现多波束测点点位实时获取，并利用专业多波束测量数据采集软件，实现多波束测量系统一体化海上实时动态水下地形测量作业。通过测线走航测量作业，对风机基础周边目标区域范围实现全覆盖扫测，通过不同时期的扫测结果进行比对分析出冲刷变化以及水下真实地形。

基于多波束测深系统的工作原理，利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出海底地形的三维特征。与现场采集的导航定位及姿态数据相结合，绘制出高精度、高分辨率的数字成果图。

根据测量船及测试要求，测量采用多波束水平安装测量的形式，如图 1为多波束安装示意图：

使用的测量船应尽可能具备较好的抗风浪能力，船长20米以上，吃水1.2米以上。支架安装方式选择的是使用抱箍的方式，将抱箍与船只可使用螺丝固定紧下端抱箍与卡槽固定，也可根据测量船只实际结构进行特定的支架安装。

现结合附图对本发明作进一步的描述。

步骤1)基于风电桩基现场实际情况，选择适合的测量船；

具体地，所述的测量船应尽可能具备较好的抗风浪能力，船长20米以上，吃水1.2米以上，同时具备焊接安装支架条件，具备可操作空间等。

步骤2)基于所选测量船设计安装支架

具体地，所述安装支架安装方式可选择使用抱箍的方式，将抱箍与船只可使用螺丝固定紧下端抱箍与卡槽固定，也可根据测量船只实际结构进行特定的支架安装。根据船体实际情况设计加工安装支架。

步骤3)安装多波束测深系统

具体地，所述多波束测深系统包括：多波束测深仪，GNSS定位系统，表面声速仪，声速剖面仪，姿态仪，潮位仪，测量软件，后处理软件。将其中多波束测深仪，GNSS定位系统，表面声速仪，姿态仪安装至安装支架。潮位仪在测区范围选择适合的位置悬挂固定即可。

步骤4)测线布设

具体地，所述测线布设是根据实际海上风电场的分布情况，以及水深分布情况，布设间距合理的测线。以按照测线跑测及实际扫宽灵活调整+ 补测的方式实际进行。如附图3为测区范围及测线布设情况示意图。

步骤5)数据采集

具体地，按照布设的测线进行测量，实际作业当中，在围绕目标扫测过程中，实时对多波束测深系统的测量数据进行采集和显示，同时根据测量时间和测量时温度变化，找到大约水深最深处采集声速剖面数据，为后期数据处理提供辅助信息。如附图4为测量软件的操作界面：

步骤6)数据后处理

具体地，完成各项数据采集后，主要采用后处理软件对数据进行处理，主要流程包括数据转换、数据加载、条带编辑、断面编辑，成果输出等。

条带编辑，利用后处理软件对条带数据进行噪点删除作业。

断面编辑，使用后处理软件对数据进行条带编辑之后，通过三级编辑阶段的断面噪点删除的方法对噪点数据进行删除，如附图5。

成果显示，数据处理完毕后，即可得到最基础的水深数据。如附图 6、7为桩基附近冲刷情况的成果图：

成果分析，基于原始水深数据和此次测量数据对比，可对风场桩基附近冲刷状况进行安全分析，如图，从图中颜色可以分辨出桩基附近与海底基本略高，周围存在轻微冲刷，由附图8可以看出冲刷部分与海底高度差在0.3米左右。

如附图9，通过多波束数据可以看出，风机水下的8根钢管桩周围因局部水流动力场变化形成了明显的冲刷坑，冲刷坑整体呈椭圆形，长半轴为东西方向，长约34m，短半轴为南北方向，长约27m，同时根据冲刷坑及流痕判断风机周边主要水流冲刷方向为东西方向。

本发明提出的一种基于基于多波束测深系统，通过测量船按照规划航线测量，通过将多种传感器采集的数据融合计算后得出桩基冲刷真实情况的方法。其中，所述多种传感器数据包括：多波束测深仪提供水深信息， GNSS定位系统提供位置信息，表面声速仪提供表面声速信息，声速剖面仪提供声速剖面信息，姿态仪提供多波束测深仪的姿态信息，潮位仪提供潮位信息，测量软件负责显示、控制、采集多波束测深仪数据，后处理软件负责将采集的软件及相关数据信息融合形成水下桩基位置三维地形图。通过比对不同时期的测量数据分析得出风电桩基冲刷情况。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种风电桩基冲刷检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取风电桩基现场环境数据；

步骤2：根据所述现场环境数据，确定测量船；

步骤3：根据所述测量船，设计并安装支架；

步骤4：在所述支架上安装多波束测深系统；

步骤5：进行测线布设；

步骤6：完成测线布设之后，进行水深数据采集和显示；

步骤7：对采集的水深数据进行处理，并输出水深数据；

步骤8：获取原始水深数据，并对比本次采集的水深数据和所述原始水深数据，确定以风电桩基为中心的预设范围内的冲刷情况。

2.根据权利要求1所述的风电桩基冲刷检测方法，其特征在于，

所述多波束测深系统包括：多波束测深仪，GNSS定位系统，表面声速仪，声速剖面仪，姿态仪，潮位仪，测量软件和后处理软件；

所述多波束测深仪提供水深信息，GNSS定位系统提供位置信息，表面声速仪提供表面声速信息，声速剖面仪提供声速剖面信息，姿态仪提供多波束测深仪的姿态信息，潮位仪提供潮位信息，测量软件负责显示、控制、采集多波束测深仪数据；所述后处理软件负责将采集的软件及相关数据信息融合形成水下桩基位置三维地形图；

所述多波束测深仪，GNSS定位系统，表面声速仪，姿态仪安装至所述支架，所述潮位仪设于测区范围的预设位置。

3.根据权利要求2所述的风电桩基冲刷检测方法，其特征在于，

所述测线布设包括：

获取海上风电场的分布数据和水深；

根据所述分布数据和水深，按照预设间距，布设间距合理的测线。

4.根据权利要求3所述的风电桩基冲刷检测方法，其特征在于，

所述对采集的水深数据进行处理，包括：

采用后处理软件对数据进行处理，主要流程包括数据转换、数据加载、条带编辑、断面编辑，成果输出。

5.根据权利要求4所述的风电桩基冲刷检测方法，其特征在于，

所述条带编辑，利用后处理软件对条带数据进行噪点删除作业；

所述断面编辑，使用后处理软件对数据进行条带编辑之后，通过三级编辑阶段的断面噪点删除的方法对噪点数据进行删除。

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