CN116105701B - 一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统，属于不规则的表面或轮廓的计量技术领域，用于海上风电桩基地形勘察，包括安装无人半潜船搭载的设备并进行调试，岸基控制系统向无人半潜船发送规划航线；航行过程中对搭载的测量设备的测量数据进行抽稀反馈，监测设备运行状态和数据质量，通过无线传输系统将数据特征发送给岸基控制系统，用以检测设备运行状况和数据质量；航行安全监测系统在无人半潜船运行过程中同时利用全景摄像头和船舶AIS系统监测无人半潜船周围障碍物；无人半潜船按照规划航线航行结束后回收无人船，对测量信息进行处理，将测量到的信息与定位系统进行匹配，形成完整的海底地形图。

Description

一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统
技术领域
本发明公开一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统，属于不规则的表面或轮廓的计量技术领域。
背景技术
为了提高生产效率、降低无人船作业难度、提高数据质量，在对海上风电桩基进行海底地形测绘工作的时候，需要使用多波束测深仪、侧扫声呐等设备。多波束测深仪用以测量海底地形的深度信息，绘制海底地形图，而侧扫声呐无法探测器其下方的区域，只能探测下方区域两侧的区域。传统有人船或无人船在作业时会受到风浪的影响，当出现过于恶劣的海况时，人员难以操作设备，航线保持困难，且过大的船体姿态变化也会导致多波束测深仪和侧扫声纳数据质量差等问题。在对大面积海域进行海底地形测量工作时，可以手动设计测线。在进行海上风电桩基地形测量时，由于单个待测量面积小，数量多，需要对每一个桩基进行测线规划，将会耗费大量的人力成本和时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统，以解决现有技术中，海上风电桩基地形勘察时，测线规划复杂、航线保持困难的问题。
一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统，使用一种基于无人半潜船的海上风电桩基地形勘察系统，勘察系统包括无人半潜船、自动测线航迹规划系统和岸基控制系统；
所述无人半潜船搭载海底地形勘察测量设备、动力系统、双天线导航系统、无线传输系统、航行安全监测系统和数据采集处理系统，按照自动测线航迹规划系统预先设定的测线航行，对海上风电桩基进行勘测；
海底地形勘察测量设备包括多波束测深仪和侧扫声呐，多波束测深仪为多波束回声信号测量、绘制水下地形和水深的装置，用于测量风电桩基地形，采集并存储测量信息，侧扫声呐为利用回声测深原理探测水下地貌和水下物体的设备，采集并存储测量信息；
所述自动测线航迹规划系统导入海上风电桩基坐标、测量水深和覆盖率，自动生成勘测航线，确定航线间最优路径；
所述航行安全监测系统包括全景摄像头和船舶AIS系统，全景摄像头数据通过目标识别方法判断障碍物并同时回传图像进行人工判断，无人半潜船读取船舶AIS系统判断周围船只；
一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统包括：
S1.安装无人半潜船搭载的设备并进行调试；
S2.岸基控制系统向无人半潜船发送规划航线；
S3.无人半潜船由码头或者母船下放，开启其搭载的设备，按照规划航线航行，航行过程中对搭载的测量设备的测量数据进行抽稀反馈，监测设备运行状态和数据质量，通过无线传输系统将数据特征发送给岸基控制系统，用以检测设备运行状况和数据质量；
S4.航行安全监测系统在无人半潜船运行过程中同时利用全景摄像头和船舶AIS系统监测无人半潜船周围障碍物；
S5.无人半潜船按照规划航线航行结束后回收无人船，对测量信息进行处理，将测量到的信息与定位系统进行匹配，形成完整的海底地形图。
S1中安装无人半潜船搭载的设备包括：
S1.1.将多波束测深仪和侧扫声呐安装到无人半潜船下方；
S1.2.双天线导航系统安装到无人半潜船船舱内部，双天线分别安装到半潜船水面部分运行方向前部和后部；
S1.3.全景摄像头分别安装在无人半潜船水面和水下部分，对水面和水下部分监控，船舶AIS系统安装在半潜船水面部分。
S1中对双天线导航系统进行调试，包括：
在岸基控制系统建立GNSS基准站，通过无线网络实时播发RTCM3格式的差分信息，位于无人半潜船上的双天线RTK定位测向设备通过无线传输网络接收GNSS基准站播发的RTCM3格式的差分信息，实现高精度定位，获取无人船自身的高精度实时位置和航向；
无人船读取本身的差分定位信息和航向信息，通过无线传输系统返回到岸基控制系统。
S2包括：
S2.1.输入风电桩基坐标
Figure SMS_1
，测区概略水深h，侧线覆盖率p；
S2.2.根据测区概略水深和波束开角
Figure SMS_2
计算出水下宽度w，/>
Figure SMS_3
；
S2.3.根据水下宽度和覆盖率，确定过其中一条测线的一个点，即为A点；
S2.4.根据当地水深变化，过A点且与等深线平行的线即为第一条待测线；
S2.5.根据S2.4确定的第一条待测线，分别以风电桩基坐标为中心旋转90°，180°，270°即得到其他三条测线。
S4包括：
开启全景摄像头，图像信息通过无线传输系统传输至岸基控制系统，岸基人员实时对无人船状态进行监控，开启船舶AIS系统，无人半潜船通过读取AIS信息获取无人船周边海域船只信息，并进行距离判断，当距离其他作业船只小于50米时，向岸基控制系统发出警报，并停止作业。
S5包括：
提取无人半潜船实际航行经纬度、姿态信息和测量设备所存储的测量数据，按照实际航行的经纬度信息、姿态信息，将多波束测深仪或侧扫声呐进行数据融合，形成完整的海底地形图。
相对比现有技术，本发明具有以下有益效果：将多波束测深仪或侧扫声纳搭载到无人半潜船中，半潜船特殊结构可以减少在测量过程中的晃动，提高测量数据质量。使用测线规划系统可以自动规划风电桩基测线，输入桩基坐标等信息后自动生成待测线，减少人工成本和时间。同时，无人半潜船搭载的全景摄像头系统和AIS系统可以有效规避航行过程中出现的障碍物和其他作业船只。
附图说明
图1是测线自动规划系统侧视图；
图2是图1的主视图。
附图标记包括：1-无人半潜船，2-海上风电桩基，3-多波束测深仪开角，4-多波束测深仪扫测宽度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。
一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统，使用一种基于无人半潜船的海上风电桩基地形勘察系统，勘察系统包括无人半潜船1、自动测线航迹规划系统和岸基控制系统；
所述无人半潜船1搭载海底地形勘察测量设备、动力系统、双天线导航系统、无线传输系统、航行安全监测系统和数据采集处理系统，按照自动测线航迹规划系统预先设定的测线航行，对海上风电桩基2进行勘测；
海底地形勘察测量设备包括多波束测深仪和侧扫声呐，多波束测深仪为多波束回声信号测量、绘制水下地形和水深的装置，用于测量风电桩基地形，采集并存储测量信息，侧扫声呐为利用回声测深原理探测水下地貌和水下物体的设备，采集并存储测量信息；
所述自动测线航迹规划系统导入海上风电桩基2坐标、测量水深和覆盖率，自动生成勘测航线，确定航线间最优路径；
所述航行安全监测系统包括全景摄像头和船舶AIS系统，全景摄像头数据通过目标识别方法判断障碍物并同时回传图像进行人工判断，无人半潜船1读取船舶AIS系统判断周围船只；
一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统包括：
S1.安装无人半潜船1搭载的设备并进行调试；
S2.岸基控制系统向无人半潜船1发送规划航线；
S3.无人半潜船1由码头或者母船下放，开启其搭载的设备，按照规划航线航行，航行过程中对搭载的测量设备的测量数据进行抽稀反馈，监测设备运行状态和数据质量，通过无线传输系统将数据特征发送给岸基控制系统，用以检测设备运行状况和数据质量；
S4.航行安全监测系统在无人半潜船1运行过程中同时利用全景摄像头和船舶AIS系统监测无人半潜船1周围障碍物；
S5.无人半潜船1按照规划航线航行结束后回收无人船，对测量信息进行处理，将测量到的信息与定位系统进行匹配，形成完整的海底地形图。
S1中安装无人半潜船1搭载的设备包括：
S1.1.将多波束测深仪和侧扫声呐安装到无人半潜船1下方；
S1.2.双天线导航系统安装到无人半潜船1船舱内部，双天线分别安装到半潜船水面部分运行方向前部和后部；
S1.3.全景摄像头分别安装在无人半潜船1水面和水下部分，对水面和水下部分监控，船舶AIS系统安装在半潜船水面部分。
S1中对双天线导航系统进行调试，包括：
在岸基控制系统建立GNSS基准站，通过无线网络实时播发RTCM3格式的差分信息，位于无人半潜船1上的双天线RTK定位测向设备通过无线传输网络接收GNSS基准站播发的RTCM3格式的差分信息，实现高精度定位，获取无人船自身的高精度实时位置和航向；
无人船读取本身的差分定位信息和航向信息，通过无线传输系统返回到岸基控制系统。
S2包括：
S2.1.输入风电桩基坐标
Figure SMS_4
，测区概略水深h，侧线覆盖率p；
S2.2.根据测区概略水深和波束开角
Figure SMS_5
计算出水下宽度w，/>
Figure SMS_6
；
S2.3.根据水下宽度和覆盖率，确定过其中一条测线的一个点，即为A点；
S2.4.根据当地水深变化，过A点且与等深线平行的线即为第一条待测线；
S2.5.根据S2.4确定的第一条待测线，分别以风电桩基坐标为中心旋转90°，180°，270°即得到其他三条测线。
S4包括：
开启全景摄像头，图像信息通过无线传输系统传输至岸基控制系统，岸基人员实时对无人船状态进行监控，开启船舶AIS系统，无人半潜船1通过读取AIS信息获取无人船周边海域船只信息，并进行距离判断，当距离其他作业船只小于50米时，向岸基控制系统发出警报，并停止作业。
S5包括：
提取无人半潜船1实际航行经纬度、姿态信息和测量设备所存储的测量数据，按照实际航行的经纬度信息、姿态信息，将多波束测深仪或侧扫声呐进行数据融合，形成完整的海底地形图。
针对三峡新能源集团在山东省潍坊市昌邑市莱州湾海域建立的海上风力发电场进行实验，该地区共有风电桩基52个，每个桩基之间距离500米，且已知风电桩基的精确坐标位置，通过人工规划航线需要对52个桩基设置208条测线，耗费了大量的人力和时间。同时在使用无人船进行测量时，需要对每一条测线进行导入，大大降低了工作的效率。通过自动航线规划系统可以实现自动计算航线，测线自动规划系统如图1和图2所示，将测线自动规划系统导入到无人半潜船1中，实现航线的自动下发，节省了人力物力时间，提高了对风电桩基冲刷监测的效率，节省了人力物力和时间成本。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统的运行方法，使用一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统，海上风电桩基地形勘察系统包括无人半潜船、自动测线航迹规划系统和岸基控制系统；
所述无人半潜船搭载海底地形勘察测量设备、动力系统、双天线导航系统、无线传输系统、航行安全监测系统和数据采集处理系统，按照自动测线航迹规划系统预先设定的测线航行，对海上风电桩基进行勘测；
海底地形勘察测量设备包括多波束测深仪和侧扫声呐，多波束测深仪为多波束回声信号测量、绘制水下地形和水深的装置，用于测量风电桩基地形，采集并存储测量信息，侧扫声呐为利用回声测深原理探测水下地貌和水下物体的设备，采集并存储测量信息；
所述自动测线航迹规划系统导入海上风电桩基坐标、测量水深和覆盖率，自动生成勘测航线，确定航线间最优路径；
所述航行安全监测系统包括全景摄像头和船舶AIS系统，全景摄像头数据通过目标识别方法判断障碍物并同时回传图像进行人工判断，无人半潜船读取船舶AIS系统判断周围船只；
其特征在于，一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统的运行方法包括：
S1.安装无人半潜船搭载的设备并进行调试；
S2.岸基控制系统向无人半潜船发送规划航线；
S2.1.输入风电桩基坐标（x，y），测区概略水深h，侧线覆盖率p；
S2.2.根据测区概略水深和波束开角
Figure QLYQS_1
计算出水下宽度w，w=2htan/>
Figure QLYQS_2
；
S2.3.根据水下宽度和覆盖率，确定过其中一条测线的一个点，即为A点；
S2.4.根据当地水深变化，过A点且与等深线平行的线即为第一条待测线；
S2.5.根据S2.4确定的第一条待测线，分别以风电桩基坐标为中心旋转90°，180°，270°即得到其他三条测线；
S3.无人半潜船由码头或者母船下放，开启其搭载的设备，按照规划航线航行，航行过程中对搭载的测量设备的测量数据进行抽稀反馈，监测设备运行状态和数据质量，通过无线传输系统将数据特征发送给岸基控制系统，用以检测设备运行状况和数据质量；
S4.航行安全监测系统在无人半潜船运行过程中同时利用全景摄像头和船舶AIS系统监测无人半潜船周围障碍物；
S5.无人半潜船按照规划航线航行结束后回收无人船，对测量信息进行处理，将测量到的信息与定位系统进行匹配，形成完整的海底地形图。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人半潜船载体的的运行方法，其特征在于，S1中安装无人半潜船搭载的设备包括：
S1.1.将多波束测深仪和侧扫声呐安装到无人半潜船下方；
S1.2.双天线导航系统安装到无人半潜船船舱内部，双天线分别安装到半潜船水面部分运行方向前部和后部；
S1.3.全景摄像头分别安装在无人半潜船水面和水下部分，对水面和水下部分监控，船舶AIS系统安装在半潜船水面部分。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统的运行方法，其特征在于，S1中对双天线导航系统进行调试，包括：
在岸基控制系统建立GNSS基准站，通过无线网络实时播发RTCM3格式的差分信息，位于无人半潜船上的双天线RTK定位测向设备通过无线传输网络接收GNSS基准站播发的RTCM3格式的差分信息，实现高精度定位，获取无人船自身的高精度实时位置和航向；
无人船读取本身的差分定位信息和航向信息，通过无线传输系统返回到岸基控制系统。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统的运行方法，其特征在于，S4包括：
开启全景摄像头，图像信息通过无线传输系统传输至岸基控制系统，岸基人员实时对无人船状态进行监控，开启船舶AIS系统，无人半潜船通过读取AIS信息获取无人船周边海域船只信息，并进行距离判断，当距离其他作业船只小于50米时，向岸基控制系统发出警报，并停止作业。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人半潜船载体的海上风电桩基地形勘察系统的运行方法，其特征在于，S5包括：
提取无人半潜船实际航行经纬度、姿态信息和测量设备所存储的测量数据，按照实际航行的经纬度信息、姿态信息，将多波束测深仪或侧扫声呐进行数据融合，形成完整的海底地形图。
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Application publication date: 20230512

Assignee: Aofei (Wuxi) Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHANDONG University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980044475

Denomination of invention: A Survey System for Offshore Wind Power Pile Foundation Based on Unmanned Semisubmersible Ship Carrier

Granted publication date: 20230704

License type: Common License

Record date: 20231024