CN116006412A - 一种基于北斗的海上风机安全监测系统及其监测方法 - Google Patents

一种基于北斗的海上风机安全监测系统及其监测方法 Download PDF

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CN116006412A
CN116006412A CN202211604529.5A CN202211604529A CN116006412A CN 116006412 A CN116006412 A CN 116006412A CN 202211604529 A CN202211604529 A CN 202211604529A CN 116006412 A CN116006412 A CN 116006412A
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雷孟飞
梁晓东
汤金毅
谢鸿
李熙
尹俊宇
潘昌龙
庞亮
王冠
李荣学
熊用
吴勇生
吴显群
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Hunan Lianzhi Monitoring Technology Co ltd
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Hunan Lianzhi Monitoring Technology Co ltd
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    • Y02E10/70—Wind energy
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Abstract

本申请涉及一种基于北斗的海上风机安全监测系统及其监测方法，监测系统包括监测站接收机和基准站接收机；监测站接收机包括依次联接的北斗天线、监测站OEM板卡、MCU和监测站通讯模块；基准站接收机包括北斗主天线、北斗副天线、基准站OEM板卡、边缘解算平台和基准站通讯模块；MCU用于将监测站OEM板卡发送的监测站原始数据发送至监测站通讯模块，监测站通讯模块通过基准站通讯模块将监测站原始数据发送至边缘解算平台；基准站OEM板卡用于采集北斗主天线的原始数据和北斗副天线的原始数据并将原始数据传送至边缘解算平台，边缘解算平台用于解算风机姿态以及风机预警情况并控制风机启动、停止，实现海上风机高精度预警。

Description

一种基于北斗的海上风机安全监测系统及其监测方法
技术领域
本申请涉及海上风机安全监测的领域，尤其是涉及一种基于北斗的海上风机安全监测系统及其监测方法。
背景技术
海上风机通常有单桩式和半潜式等，其中半潜式风机以三浮筒作为海上漂浮的基础，三浮筒下方通过船锚固定。在大风等极端情况下，三浮筒随着海面大幅度漂浮、晃动会造成风机倾斜，引起风机塔筒摆动过大、歪斜；极端工况下甚至出现风机塔筒弯曲折断、倾覆倒塌。基于上述情况，目前海上风机主要采用倾角传感器测量法和振动传感器测量法监测风机倾倒以及位移轨迹，进行实时预警。
但是倾角传感器需要在风机塔筒多个高程位置安装，施工难度高，并且角度计算过程中需要二次积分，容易产生积累误差。振动传感器测量法主要通过加速度计实现风机塔筒振动的测量，并进一步通过对去噪后的加速度数据进行二次积分可获取动态位移，但由于初始速度与位移未知，会造成结果漂移，且位移结果不能准确反应塔筒的运行轨迹，预警精度低。
发明内容
为了提高海上风机安全监测系统的预警精度，本申请提供的一种基于北斗的海上风机安全监测系统及其监测方法。
本申请提供的一种基于北斗的海上风机安全监测系统及其监测方法采用如下的技术方案：
一方面
一种基于北斗的海上风机安全监测系统，包括监测站接收机和基准站接收机；
所述监测站接收机包括依次联接的北斗天线、监测站OEM板卡、MCU和监测站通讯模块，所述北斗天线用于安装于风机机舱的中心位置；
所述基准站接收机包括北斗主天线、北斗副天线以及依次联接的基准站OEM板卡、边缘解算平台和基准站通讯模块，所述北斗主天线和所述北斗副天线均安装于风机三浮筒上；
所述监测站OEM板卡用于对北斗天线发送的数据处理以得到监测站原始数据，所述MCU用于将监测站原始数据发送至所述监测站通讯模块，所述监测站通讯模块通过所述基准站通讯模块将监测站原始数据发送至所述边缘解算平台；
所述基准站OEM板卡用于采集北斗主天线的原始数据和北斗副天线的原始数据并将原始数据传送至边缘解算平台，所述边缘解算平台用于解算风机姿态以及风机预警情况，且所述边缘解算平台用于通过串行接口与风机控制系统电连接以控制风机启动、停止。
优选的，所述监测站通讯模块为监测站电台。
优选的，所述基准站通讯模块包括基准站电台和北斗短报文设备，所述基准站电台用于与监测站通讯模块进行数据通讯；所述北斗短报文设备用于实现基准站接收机与数据服务器之间的通讯，且所述北斗短报文设备用于将风机姿态解算结果以及风机预警信息回传数据服务器。
另一方面
一种监测方法，应用至上述权利要求中任意一项所述的一种基于北斗海上风机安全监测系统，包括依次进行的如下步骤：
S1:将北斗主天线原始数据记为A，北斗副天线原始数据记为B，监测站原始数据记为C；
S2建立东北天坐标系:X轴指向正北，Y轴指向正东，Z轴指向天顶方向，坐标系原点为风机底部中心；
S3坐标系校正：
S31位置解算：将数据A和数据B进行双差解算，得到向量
Figure BDA0003996920300000031
Figure BDA0003996920300000032
将数据A和数据C进行双差解算，得到向量
Figure BDA0003996920300000033
S32姿态角解算：利用向量AB0按下式计算姿态角，
Figure BDA0003996920300000034
Figure BDA0003996920300000035
Figure BDA0003996920300000036
按照姿态角，计算基座姿态改正如下：
Figure BDA0003996920300000037
上式中
Figure BDA0003996920300000038
表示将坐标系转到第0次旋转的旋转矩阵，
Figure BDA0003996920300000039
上次计算得到的AC＝(x,y,z)，作为C的初始坐标；
S4实时解算：风机第i次旋转后，采用S32中的姿态角解算公式解算得到姿态角
Figure BDA0003996920300000046
解算得到基线ACi＝(xi,yi,zi)；基座姿态旋转矩阵为
Figure BDA0003996920300000042
按下式对ACi进行基座姿态校正：
Figure BDA0003996920300000043
Di＝AC'i-AC＝(Δxi,Δyi,Δzi)
上式中Di为第i次的实际位移量，(Δxi,Δyi,Δzi)分别为东、北、天三个方向位移量；
S5预警判断：
S51位移轨迹预警：
Figure BDA0003996920300000044
若Si>k,则判断风机塔筒发生过大变形,边缘解算平台发送命令至风机控制系统以控制风机转速,k为提前输入边缘解算平台的风机位移阈值，按经验取值；
S52倾斜角度预警：当风机基座三个方向的姿态角
Figure BDA0003996920300000045
大于阈值σ时，进行预警，控制叶片转速，σ按经验取值。
优选的，还包括步骤预警结果回传：通过所述北斗短报文设备将位移轨迹预警结果和倾斜角度预警结果传回云服务器，云服务器对解算结果进行展示。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的监测系统安装简便，只需在风机三浮筒上安装基准站接收机，在风机顶端安装监测站接收机，无需分段安装；
2.基准站接收机和监测站接收机距离近，解算精度高，相比于倾角、加速度传感器，误差不随时间积累，提高预警信息可信度并及时校正风机姿态，防止风机破坏性损伤发生。
3.系统中数据采集、解算、预警全部在风机端实现，能够同时监测风机顶端的位移和风机姿态角两种参数，实现风机高精度预警；
4.在发生预警后直接干预风机控制系统，反应迅速，减小风机损伤发生的可能性。
附图说明
图1是本申请实施例一种基于北斗的海上风机安全监测系统安装在风机上的结构示意图。
图2是本申请实施例一种监测方法的逻辑图。
图3是本申请中东北天坐标系，北斗主天线、北斗副天线和北斗天线的原始位置以及北斗主天线、北斗副天线和北斗天线第i次旋转后的示意图。
附图标记说明：1、北斗天线；2、监测站电台；3、基准站电台；4、北斗短报文设备；5、北斗主天线；6、北斗副天线；7、风机三浮筒；8、风机塔筒；9、风机机舱；10、监测站设备机；101、基准站设备机。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
参照图1，本申请实施例公开的一种基于北斗的海上风机安全监测系统包括监测站接收机和基准站接收机。
监测站接收机包括依次联接的北斗天线1、监测站OEM板卡、MCU和监测站通讯模块。
北斗天线1用于安装于风机机舱9的中心位置。监测站OEM板卡、MCU和监测站通讯模块均安装于监测站设备机10，监测站设备机10安装于风机上。监测站通讯模块设为监测站电台2。
基准站接收机包括北斗主天线5、北斗副天线6以及依次联接的基准站OEM板卡、边缘解算平台和基准站通讯模块。
北斗主天线5和北斗副天线6均安装于风机三浮筒7上。基准站OEM板卡、边缘解算平台和基准站通讯模块均安装于基准站设备机101，基准站设备机101安装于风机上。基准站通讯模块包括基准站电台3和北斗短报文设备4。
参照图2，监测站OEM板卡用于对北斗天线发送的数据处理以得到监测站原始数据，MCU用于将监测站原始数据发送至监测站电台，监测站电台通过基准站电台将监测站原始数据发送至边缘解算平台。
基准站OEM板卡用于采集北斗主天线的原始数据和北斗副天线的原始数据并将原始数据传送至边缘解算平台，边缘解算平台用于解算风机姿态以及风机预警情况。边缘解算平台通过串行接口与风机控制系统实现电连接且用于将预警信号发送至风机控制系统以控制风机转速。
基准站电台用于与监测站电台进行数据通讯。北斗短报文设备用于实现基准站接收机与数据服务器之间的通讯，且北斗短报文设备用于将风机姿态解算结果以及风机预警信息回传数据服务器。
参照图3，本申请实施例还公开一种监测方法应用上述一种基于北斗的海上风机安全监测系统，具体包括依次进行的如下步骤：
S1:为简便记载，将北斗主天线原始数据记为A，北斗副天线原始数据记为B，监测站原始数据记为C。
S2建立东北天坐标系:X轴指向正北，Y轴指向正东，Z轴指向天顶方向，坐标系原点为风机底部中心。
S3坐标系校正：由于北斗主天线和北斗副天线安装时，AB连线并不完全与Y轴对齐，因此需要按北斗主天线和北斗副天线解出的姿态对坐标进行校正。
S31位置解算：将数据A和数据B进行双差解算，得到向量
Figure BDA0003996920300000071
Figure BDA0003996920300000072
将数据A和数据C进行双差解算，得到向量
Figure BDA0003996920300000073
S32姿态角解算：利用向量AB0按下式计算姿态角，
Figure BDA0003996920300000074
Figure BDA0003996920300000075
Figure BDA0003996920300000076
按照姿态角，计算基座姿态改正如下：
Figure BDA0003996920300000077
上式中
Figure BDA0003996920300000078
表示将坐标系转到第0次旋转的旋转矩阵，
Figure BDA0003996920300000079
上次计算得到的AC＝(x,y,z)，作为C的初始坐标。坐标系经校正后，此时A作为坐标系零点。
S4实时解算：风机第i次旋转后，采用S32中的姿态角解算公式解算得到姿态角
Figure BDA0003996920300000081
φi、θi、γi分别为第i次绕Z,Y,X坐标轴旋转的航向角、横滚角、俯仰角，解算得到基线ACi＝(xi,yi,zi)；基座姿态旋转矩阵为
Figure BDA0003996920300000082
按下式对ACi进行基座姿态校正：
Figure BDA0003996920300000083
Di＝AC'i-AC＝(Δxi,Δyi,Δzi)
上式中Di为第i次的实际位移量，(Δxi,Δyi,Δzi)分别为东、北、天三个方向位移量；
S5预警判断：
S51位移轨迹预警：
Figure BDA0003996920300000084
若Si>k,则判断风机塔筒发生过大变形,边缘解算平台发送命令至风机控制系统以控制风机转速,k为提前输入边缘解算平台的风机位移阈值，按经验取值；
S52倾斜角度预警：当风机基座三个方向的姿态角
Figure BDA0003996920300000085
大于阈值σ时，进行预警，边缘解算平台发送命令至风机控制系统以控制风机转速，σ按经验取值。
S6预警结果回传：通过北斗短报文设备将位移轨迹预警结果和倾斜角度预警结果传回云服务器，云服务器对解算结果进行展示。
图3中，XYZ为东北天坐标系，简称n系，Y指向正东，X指向正北，Z指向天顶方向，O为风机三浮筒中心，A为北斗主天线，B为北斗副天线，C为北斗天线；φi、θi、γi分别为第i次绕Z,Y,X坐标轴旋转的航向角、横滚角、俯仰角，Ai、Bi、Ci分别为旋转后A、B、C天线位置,由于风机塔筒会弯曲，因此CiO为曲线，C'i为Ci经过基座姿态改正后的位置。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于北斗的海上风机安全监测系统，其特征在于：包括监测站接收机和基准站接收机；
所述监测站接收机包括依次联接的北斗天线(1)、监测站OEM板卡、MCU和监测站通讯模块，所述北斗天线(1)用于安装于风机机舱(9)的中心位置；
所述基准站接收机包括北斗主天线(5)、北斗副天线(6)以及依次联接的基准站OEM板卡、边缘解算平台和基准站通讯模块，所述北斗主天线(5)和所述北斗副天线(6)均安装于风机三浮筒(7)上；
所述监测站OEM板卡用于对北斗天线(1)发送的数据处理以得到监测站原始数据，所述MCU用于将监测站原始数据发送至所述监测站通讯模块，所述监测站通讯模块通过所述基准站通讯模块将监测站原始数据发送至所述边缘解算平台；
所述基准站OEM板卡用于采集北斗主天线(5)的原始数据和北斗副天线(6)的原始数据并将原始数据传送至边缘解算平台，所述边缘解算平台用于解算风机姿态以及风机预警情况，且所述边缘解算平台用于通过串行接口与风机控制系统电连接以控制风机启动、停止。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗的海上风机安全监测系统，其特征在于：所述监测站通讯模块为监测站电台(2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗的海上风机安全监测系统，其特征在于：所述基准站通讯模块包括基准站电台(3)和北斗短报文设备(4)，所述基准站电台(3)用于与监测站通讯模块进行数据通讯；所述北斗短报文设备(4)用于实现基准站接收机与数据服务器之间的通讯，且所述北斗短报文设备(4)用于将风机姿态解算结果以及风机预警信息回传数据服务器。
4.一种监测方法，应用至权利要求1-3中任意一项所述的一种基于北斗海上风机安全监测系统，其特征在于：包括依次进行的如下步骤：
S1:将北斗主天线原始数据记为A，北斗副天线原始数据记为B，监测站原始数据记为C；
S2建立东北天坐标系:X轴指向正北，Y轴指向正东，Z轴指向天顶方向，坐标系原点为风机底部中心；
S3坐标系校正：
S31位置解算：将数据A和数据B进行双差解算，得到向量
Figure FDA0003996920290000021
Figure FDA0003996920290000022
将数据A和数据C进行双差解算，得到向量
Figure FDA0003996920290000023
S32姿态角解算：利用向量AB0按下式计算姿态角，
Figure FDA0003996920290000024
Figure FDA0003996920290000025
Figure FDA0003996920290000026
按照姿态角，计算基座姿态改正如下：
Figure FDA0003996920290000027
Figure FDA0003996920290000028
上式中
Figure FDA0003996920290000029
表示将坐标系转到第0次旋转的旋转矩阵，
Figure FDA00039969202900000210
上次计算得到的AC＝(x,y,z)，作为C的初始坐标；
S4实时解算：风机第i次旋转后，采用S32中的姿态角解算公式解算得到姿态角
Figure FDA0003996920290000031
θi、γi，解算得到基线ACi＝(xi,yi,zi)；基座姿态旋转矩阵为
Figure FDA0003996920290000032
按下式对ACi进行基座姿态校正：
Figure FDA0003996920290000033
Di＝AC'i-AC＝(Δxi,Δyi,Δzi)
上式中Di为第i次的实际位移量，(Δxi,Δyi,Δzi)分别为东、北、天三个方向位移量；
S5预警判断：
S51位移轨迹预警：
Figure FDA0003996920290000034
若Si>k,则判断风机塔筒发生过大变形,边缘解算平台发送命令至风机控制系统以控制风机转速,k为提前输入边缘解算平台的风机位移阈值，按经验取值；
S52倾斜角度预警：当风机基座三个方向的姿态角
Figure FDA0003996920290000035
大于阈值σ时，进行预警，控制叶片转速，σ按经验取值。
5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于：还包括步骤预警结果回传：通过所述北斗短报文设备将位移轨迹预警结果和倾斜角度预警结果传回云服务器，云服务器对解算结果进行展示。
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CN116540283A (zh) * 2023-07-05 2023-08-04 湖南联智监测科技有限公司 一种基于gnss和imu的风机轨迹高频监测方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116540283A (zh) * 2023-07-05 2023-08-04 湖南联智监测科技有限公司 一种基于gnss和imu的风机轨迹高频监测方法
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