CN117934790B - 基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统及方法，属于海缆维护技术领域。系统包括数据采集模块、环境分析模块、规划管理模块和可视化模块；数据采集模块用于采集抗冲刷系数对照表、环境数据和遥感数据；环境分析模块根据环境数据建立三维地质图，按照海缆的铺设位置划分不同的影响区，根据抗冲刷系数对照表分析每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数；规划管理模块通过遥感数据预测洋流对影响区和海缆的影响程度，计算各影响区的抗干扰指数并规划重点关注区，巡检船针对重点关注区依次巡检；可视化模块用于监测每个影响区的抗干扰指数变化情况，并以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上显示。
Description
技术领域
本发明涉及海缆维护技术领域，具体为基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统及方法。
背景技术
海缆是一种掩埋于海底环境中的线缆，主要用于传输电能和信号。海缆在海上风电领域尤为重要，用于将风力发电装置产生的电力输送到陆上。一旦海缆出现故障或损坏，将对电力网络和经济活动产生严重影响。因此，对海缆的状态进行预测和及时维护显得尤为重要，可以提高海缆的可靠性和稳定性。
现阶段，通常采用各种算法对海缆状态或环境稳定性进行预测，从而实现提前加固。这种方法存在一定的弊端，例如：1、在针对海缆状态预测时，现有算法通常将所有海缆视为相同的影响共同体，并未考虑海缆在海底所处位置和掩埋深度，以及附近洋流速度和方向的不同而区别分析。2、在针对环境稳定性预测时，现有算法同样趋向于只针对较为普遍的泥沙进行抗冲刷影响分析，并未考虑海底地质中各种其他物质的综合抗冲刷能力，以及各种物质伴随着洋流高速移动对海缆造成的除冲刷以外的冲击影响。所以，现阶段需要一种更加智能高效的海缆维护技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理方法，该方法包括以下步骤：
S100、采集抗冲刷系数对照表以及指定区域内的遥感数据，使用探测设备扫描指定区域的海底从而获取环境数据，云计算端根据环境数据建立三维地质图。
S200、在三维地质图上按照海缆的铺设位置划分不同的影响区，根据抗冲刷系数对照表分析每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数。
S300、综合分析遥感数据和三维地质图，预测洋流对每个影响区以及每条海缆的影响程度，从而计算各影响区的抗干扰指数，根据抗干扰指数规划重点关注区。
S400、巡检船针对重点关注区依次巡检，实时监测每个影响区的抗干扰指数变化情况，以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上进行显示。
在S100中，抗冲刷系数对照表包括不同物质的抗冲刷系数，抗冲刷系数是衡量物质抵御洋流冲刷能力的指标。指定区域是指海上风电项目所在区域。遥感数据是指未来一段时间指定区域内的洋流信息，洋流信息包括速度和方向。探测设备包括多波束测深系统和浅地层剖面仪。环境数据包括海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据。三维地质图的构建步骤如下：
S101、巡检船按照预先设定的轨迹进行匀速移动，同时使用多波束测深系统实时获取海底表面地形特征数据，通过浅地层剖面仪实时获取海底剖面地质结构数据；采集的数据实时传递到云计算端。
浅地层剖面仪用于获取海底的剖面数据，连续收集多个不同位置或方向的剖面数据并将它们整合在一起，构建出三维地质图。浅地层剖面仪通过声纳技术来测量海底的地形特征，包括水深、地形起伏和地下物质分布。根据不同的声波反射情况，获取海底不同物质的声波反射特性，将剖面数据中显示的反射信号与已知采样数据进行对比分析，判断海底的物质种类以及这些物质的体积占比。
多波束测深系统用于获取海底的地形数据，通过同时发射多个声波束并接收回波，可以获取更为精确和高分辨率的地形数据与底质信息。根据获取的信息优化三维地质图使其更加精准可靠。
S102、云计算端分别对海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据进行处理，生成海底的地形水平分布图和地质剖面图；再采用地质建模软件将海底的地形水平分布图和地质剖面图进行数据融合，基于融合后的数据生成三维地质图。
抗冲刷系数通过计算质量损失量与冲刷动能的比值来得出，等同于物质在冲刷过程中损失的质量除以其所受冲击力产生的动能。抗冲刷系数的数值越大，表明物质的抗冲刷能力越强。不同物质的抗冲刷系数会因其结构、密度和硬度的物理特性而有所不同。因此，为了标准化物质的抗冲刷能力，通常需要根据实际采样进行现场测试和评估。
三维地质图根据每次巡检采集的数据定期更新，而云计算端则根据实时获取的遥感数据与三维地质图结合，预测可能出现的问题。
在S200中，具体步骤如下：
S201、分析三维地质图中每条海缆的铺设位置，设置影响距离，以海缆所在位置为圆心，影响距离为半径，建立一个半圆柱体作为影响区，每条海缆对应一个影响区，海缆长度与对应影响区的半圆柱体的高相同。
影响距离由工作人员事先设定，具体取值参考海底洋流涌动对掩埋状态海缆可能造成损伤的距离，影响距离取值越大则影响区体积越大。影响区是一个直径与水平线平行的半圆柱体空间，该半圆柱体空间表示掩埋状态海缆容易受到损伤的空间，损伤方向包括上方和两侧方，上方损伤来源于海缆覆盖物质被洋流冲刷所造成的海缆裸露，两侧方损伤来源于海缆贴合物质被洋流冲刷所造成的海缆挤压。
当洋流速度较大时，上方裸露的海缆容易受到洋流的拖曳力，这种拖曳力会使海缆产生振动和摆动，对海缆造成一定程度的应力和变形。而两侧方挤压的海缆则容易受到侧方具有较强的抗冲刷能力的物质挤压，当侧方物质是碎石般坚硬物质时，洋流方向与海缆方向相交，碎石可能会对海缆施加局部挤压力，这种局部挤压力可能导致海缆在碎石表面产生摩擦或阻力，使海缆更容易发生偏移或扭曲，且由于体积因素和抗冲刷能力影响，侧方物质容易受到更大的水流推动力，进一步施加到海缆上造成更大损伤。
S202、设置冲刷角度，在每个影响区内以海缆所在位置为圆心，划分出一个角度为/>的扇形柱体作为冲刷区，将影响区内除冲刷区外其他区作为冲击区。
S203、获取影响区对应海缆的长度，设置评估长度/>，将海缆的长度/>除以评估长度/>并向上取整后得到/>，影响区纵向截取/>个体积相同的半圆柱体作为子影响区，每个子影响区包括一个子冲刷区和两个子冲击区；在三维地质图中分析每个影响区中各种物质的体积数据和海缆形态数据，从而得到每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数。
冲刷区表示海缆上方受到洋流冲刷的影响空间，冲击区表示海缆两侧受到洋流冲击的影响空间。由于每条海缆长度不同故子影响区数量不同，不同影响区的子影响区的体积不一定相同，同影响区下所有子影响区体积必然相同。
每个影响区对应半圆柱体的圆弧中间点和圆心连接的线段垂直于水平线，每个冲刷区对应扇形柱体的圆弧中间点和圆心连接的线段同样垂直于水平线。每个子影响区内两个子冲击区的体积相同。
在S203中，影响区的稳定指数集合和海缆的状态指数计算步骤如下：
S203-1、在抗冲刷系数对照表中检索每个影响区中各种物质所对应的抗冲刷系数，在三维地质图中分析每个子冲刷区和子冲击区中各种物质的体积，代入公式计算得到每个子冲刷区或子冲击区的稳定指数，公式如下：
；
式中，为子冲刷区或子冲击区内物质种类数量，/>为第/>种物质在子冲刷区或子冲击区中的体积，/>为第/>种物质所对应的抗冲刷系数，/>为子冲刷区或子冲击区总体积。
S203-2、每个影响区建立一个稳定指数集合，将每个子影响区下所有稳定指数放入集合中，集合包括；其中，是指第/>个子影响区下子冲刷区的稳定指数，/>是指第/>个子影响区下第一个子冲击区的稳定指数，/>是指第/>个子影响区下第二个子冲击区的稳定指数。
S203-3、分析三维地质图中每条海缆的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值的位置，统计标记位置的数量/>代入公式计算每条海缆的状态指数，公式如下：
；
式中，为状态指数，/>为大于1的常数，/>为第/>个标记位置的弯折角度。
在S300中，具体步骤如下：
S301、将遥感数据中洋流信息与三维地质图相结合，根据洋流的方向分别计算每个子影响区的稳定指数，所有子影响区的稳定指数求和后作为对应影响区的稳定指数，子影响区的稳定指数计算步骤如下：
S301-1、当子影响区内洋流方向与海缆方向平行，则将子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数求和作为对应子影响区的稳定指数。
S301-2、当子影响区内洋流方向与海缆方向相交，则获取洋流方向与海缆方向的最小夹角；在稳定指数集合中检索该子影响区下子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数，设置稳指阈值，判断子影响区下两个子冲击区的稳定指数是否都不小于稳指阈值，结果为是则将子冲刷区的稳定指数作为对应子影响区的稳定指数；结果为否则将小于稳指阈值的子冲击区的稳定指数求和得到/>后，代入公式计算该子影响区的稳定指数，公式如下：
；
式中，为子影响区的稳定指数。
S302、根据洋流信息、抗冲刷系数对照表和三维地质图建立流固耦合模型，通过流固耦合模型预测洋流对每条海缆造成的弯曲程度，代入S203-3步骤中计算预测状态指数。将每条海缆的预测状态指数/>以及对应影响区的稳定指数/>代入公式计算抗干扰指数，设置扰指阈值，将抗干扰指数小于扰指阈值的影响区作为重点关注区。抗干扰指数计算公式如下：
；
式中，为抗干扰指数，/>和/>为常数。
重点关注区划分不仅仅包括影响区的抗干扰指数排名和扰指阈值判断，还包括各子影响区、各子冲刷区或各子冲击区的稳定指数排名，通过这些排名能够直观展示不同影响区之间的差异以及具体问题发生位置。
基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统，系统包括数据采集模块、环境分析模块、规划管理模块和可视化模块。
数据采集模块用于采集抗冲刷系数对照表、环境数据和遥感数据。环境分析模块根据环境数据建立三维地质图，按照海缆的铺设位置划分不同的影响区，根据抗冲刷系数对照表分析每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数。规划管理模块通过遥感数据预测洋流对影响区和海缆的影响程度，计算各影响区的抗干扰指数并规划重点关注区，巡检船针对重点关注区依次巡检。可视化模块用于监测每个影响区的抗干扰指数变化情况，并以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上显示。
数据采集模块包括环境数据采集单元、遥感数据采集单元和表格记录采集单元。
环境数据采集单元用于采集海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据。遥感数据采集单元用于采集未来一段时间的洋流信息，洋流信息包括速度和方向。表格记录采集单元用于采集抗冲刷系数对照表，抗冲刷系数对照表包括不同物质的抗冲刷系数，抗冲刷系数是衡量物质抵御洋流冲刷能力的指标。
环境分析模块包括区域分析单元和海缆分析单元。
区域分析单元用于分析每个影响区的稳定指数集合。
首先，云计算端对海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据进行数据融合并生成三维地质图，在三维地质图中以海缆所在位置为圆心，建立一个半圆柱体作为影响区。
其次，设置冲刷角度，在每个影响区中划分出一个角度为/>的扇形柱体作为冲刷区，其他区则作为冲击区；每个影响区纵向截取/>个体积相同的半圆柱体作为子影响区，每个子影响区包括一个子冲刷区和两个子冲击区。
最后，每个影响区建立一个稳定指数集合，在抗冲刷系数对照表中检索每个影响区中各种物质所对应的抗冲刷系数，分析每个子冲刷区和子冲击区中各种物质的体积，根据每个子冲刷区或子冲击区包含物质的抗冲刷系数和体积占比计算稳定指数，将每个子影响区下所有稳定指数放入对应稳定指数集合中。
海缆分析单元用于计算海缆的状态指数。分析三维地质图中每条海缆的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值的位置，根据标记位置的弯折角度计算每条海缆的状态指数。
规划管理模块包括冲刷预测单元和巡检规划单元。
冲刷预测单元用于计算各影响区的抗干扰指数。
首先，将遥感数据中洋流信息与三维地质图相结合，分析判断每个子影响区中洋流方向与海缆方向关系；洋流方向与海缆方向平行，则将子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数求和作为对应子影响区的稳定指数；洋流方向与海缆方向相交，则获取洋流方向与海缆方向的最小夹角，根据稳定指数集合中该子影响区下子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数，计算该子影响区的稳定指数。其次，将所有子影响区的稳定指数求和后作为对应影响区的稳定指数；根据洋流信息、抗冲刷系数对照表和三维地质图建立流固耦合模型，通过流固耦合模型预测洋流对每条海缆造成的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值/>的位置，根据标记位置的弯折角度计算每条海缆的预测状态指数。最后，根据每条海缆的预测状态指数以及对应影响区的稳定指数计算抗干扰指数。
巡检规划单元用于规划重点关注区。按照抗干扰指数从小到大顺序对影响区依次排列，设置扰指阈值，将抗干扰指数小于扰指阈值的影响区作为重点关注区。
可视化模块根据获取的遥感数据实时更新每个影响区的抗干扰指数，监测抗干扰指数变化情况，并以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上显示。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、精准的区域规划：本申请中为每条海缆划分出影响区，且考虑海缆长度并继续划分出若干个子影响区，针对每个子影响区考虑洋流对海缆上方与侧方不同性质的影响继续划分子冲刷区和子冲击区，相比传统技术中将单条甚至多条海缆视为一体化影响区更加精准可靠。
2、高效的状态预测：本申请同时分析海缆弯曲状态以及海缆所处环境，采用流固耦合模型预测每条海缆弯曲状态变化情况，根据各种物质体积和对应抗冲刷系数分析海缆所处环境的稳定情况，相比于传统技术单独分析海缆状态或环境情况更加高效以及符合现实情况。
综上所述，本发明相比于传统技术具有精准的区域规划和高效的状态预测等优势，能够提高海缆维护效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理方法的流程示意图；
图2是本发明基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统的结构示意图。
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。
请参阅图1，本发明提供基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理方法，该方法包括以下步骤：
S100、采集抗冲刷系数对照表以及指定区域内的遥感数据，使用探测设备扫描指定区域的海底从而获取环境数据，云计算端根据环境数据建立三维地质图。
S200、在三维地质图上按照海缆的铺设位置划分不同的影响区，根据抗冲刷系数对照表分析每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数。
S300、综合分析遥感数据和三维地质图，预测洋流对每个影响区以及每条海缆的影响程度，从而计算各影响区的抗干扰指数，根据抗干扰指数规划重点关注区。
S400、巡检船针对重点关注区依次巡检，实时监测每个影响区的抗干扰指数变化情况，以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上进行显示。
在S100中，抗冲刷系数对照表包括不同物质的抗冲刷系数，抗冲刷系数是衡量物质抵御洋流冲刷能力的指标。指定区域是指海上风电项目所在区域。遥感数据是指未来一段时间指定区域内的洋流信息，洋流信息包括速度和方向。探测设备包括多波束测深系统和浅地层剖面仪。环境数据包括海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据。三维地质图的构建步骤如下：
S101、巡检船按照预先设定的轨迹进行匀速移动，同时使用多波束测深系统实时获取海底表面地形特征数据，通过浅地层剖面仪实时获取海底剖面地质结构数据；采集的数据实时传递到云计算端。
浅地层剖面仪用于获取海底的剖面数据，连续收集多个不同位置或方向的剖面数据并将它们整合在一起，构建出三维地质图。浅地层剖面仪通过声纳技术来测量海底的地形特征，包括水深、地形起伏和地下物质分布。根据不同的声波反射情况，获取海底不同物质的声波反射特性，将剖面数据中显示的反射信号与已知采样数据进行对比分析，判断海底的物质种类以及这些物质的体积占比。
多波束测深系统用于获取海底的地形数据，通过同时发射多个声波束并接收回波，可以获取更为精确和高分辨率的地形数据与底质信息。根据获取的信息优化三维地质图使其更加精准可靠。
S102、云计算端分别对海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据进行处理，生成海底的地形水平分布图和地质剖面图；再采用地质建模软件将海底的地形水平分布图和地质剖面图进行数据融合，基于融合后的数据生成三维地质图。
抗冲刷系数通过计算质量损失量与冲刷动能的比值来得出，等同于物质在冲刷过程中损失的质量除以其所受冲击力产生的动能。抗冲刷系数的数值越大，表明物质的抗冲刷能力越强。不同物质的抗冲刷系数会因其结构、密度和硬度的物理特性而有所不同。因此，为了标准化物质的抗冲刷能力，通常需要根据实际采样进行现场测试和评估。
三维地质图根据每次巡检采集的数据定期更新，而云计算端则根据实时获取的遥感数据与三维地质图结合，预测可能出现的问题。
在S200中，具体步骤如下：
S201、分析三维地质图中每条海缆的铺设位置，设置影响距离，以海缆所在位置为圆心，影响距离为半径，建立一个半圆柱体作为影响区，每条海缆对应一个影响区，海缆长度与对应影响区的半圆柱体的高相同。
影响距离由工作人员事先设定，具体取值参考海底洋流涌动对掩埋状态海缆可能造成损伤的距离，影响距离取值越大则影响区体积越大。影响区是一个直径与水平线平行的半圆柱体空间，该半圆柱体空间表示掩埋状态海缆容易受到损伤的空间，损伤方向包括上方和两侧方，上方损伤来源于海缆覆盖物质被洋流冲刷所造成的海缆裸露，两侧方损伤来源于海缆贴合物质被洋流冲刷所造成的海缆挤压。
当洋流速度较大时，上方裸露的海缆容易受到洋流的拖曳力，这种拖曳力会使海缆产生振动和摆动，对海缆造成一定程度的应力和变形。而两侧方挤压的海缆则容易受到侧方具有较强的抗冲刷能力的物质挤压，当侧方物质是碎石般坚硬物质时，洋流方向与海缆方向相交，碎石可能会对海缆施加局部挤压力，这种局部挤压力可能导致海缆在碎石表面产生摩擦或阻力，使海缆更容易发生偏移或扭曲，且由于体积因素和抗冲刷能力影响，侧方物质容易受到更大的水流推动力，进一步施加到海缆上造成更大损伤。
S202、设置冲刷角度，在每个影响区内以海缆所在位置为圆心，划分出一个角度为/>的扇形柱体作为冲刷区，将影响区内除冲刷区外其他区作为冲击区。
S203、获取影响区对应海缆的长度，设置评估长度/>，将海缆的长度/>除以评估长度/>并向上取整后得到/>，影响区纵向截取/>个体积相同的半圆柱体作为子影响区，每个子影响区包括一个子冲刷区和两个子冲击区；在三维地质图中分析每个影响区中各种物质的体积数据和海缆形态数据，从而得到每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数。
冲刷区表示海缆上方受到洋流冲刷的影响空间，冲击区表示海缆两侧受到洋流冲击的影响空间。由于每条海缆长度不同故子影响区数量不同，不同影响区的子影响区的体积不一定相同，同影响区下所有子影响区体积必然相同。
每个影响区对应半圆柱体的圆弧中间点和圆心连接的线段垂直于水平线，每个冲刷区对应扇形柱体的圆弧中间点和圆心连接的线段同样垂直于水平线。每个子影响区内两个子冲击区的体积相同。
在S203中，影响区的稳定指数集合和海缆的状态指数计算步骤如下：
S203-1、在抗冲刷系数对照表中检索每个影响区中各种物质所对应的抗冲刷系数，在三维地质图中分析每个子冲刷区和子冲击区中各种物质的体积，代入公式计算得到每个子冲刷区或子冲击区的稳定指数，公式如下：
；
式中，为子冲刷区或子冲击区内物质种类数量，/>为第/>种物质在子冲刷区或子冲击区中的体积，/>为第/>种物质所对应的抗冲刷系数，/>为子冲刷区或子冲击区总体积。
S203-2、每个影响区建立一个稳定指数集合，将每个子影响区下所有稳定指数放入集合中，集合包括；其中，是指第/>个子影响区下子冲刷区的稳定指数，/>是指第/>个子影响区下第一个子冲击区的稳定指数，/>是指第/>个子影响区下第二个子冲击区的稳定指数。
S203-3、分析三维地质图中每条海缆的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值的位置，统计标记位置的数量/>代入公式计算每条海缆的状态指数，公式如下：
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式中，为状态指数，/>为大于1的常数，/>为第/>个标记位置的弯折角度。
在S300中，具体步骤如下：
S301、将遥感数据中洋流信息与三维地质图相结合，根据洋流的方向分别计算每个子影响区的稳定指数，所有子影响区的稳定指数求和后作为对应影响区的稳定指数，子影响区的稳定指数计算步骤如下：
S301-1、当子影响区内洋流方向与海缆方向平行，则将子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数求和作为对应子影响区的稳定指数。
S301-2、当子影响区内洋流方向与海缆方向相交，则获取洋流方向与海缆方向的最小夹角；在稳定指数集合中检索该子影响区下子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数，设置稳指阈值，判断子影响区下两个子冲击区的稳定指数是否都不小于稳指阈值，结果为是则将子冲刷区的稳定指数作为对应子影响区的稳定指数；结果为否则将小于稳指阈值的子冲击区的稳定指数求和得到/>后，代入公式计算该子影响区的稳定指数，公式如下：
；
式中，为子影响区的稳定指数。
S302、根据洋流信息、抗冲刷系数对照表和三维地质图建立流固耦合模型，通过流固耦合模型预测洋流对每条海缆造成的弯曲程度，代入S203-3步骤中计算预测状态指数。将每条海缆的预测状态指数/>以及对应影响区的稳定指数/>代入公式计算抗干扰指数，设置扰指阈值，将抗干扰指数小于扰指阈值的影响区作为重点关注区。抗干扰指数计算公式如下：
；
式中，为抗干扰指数，/>和/>为常数。
重点关注区划分不仅仅包括影响区的抗干扰指数排名和扰指阈值判断，还包括各子影响区、各子冲刷区或各子冲击区的稳定指数排名，通过这些排名能够直观展示不同影响区之间的差异以及具体问题发生位置。
请参阅图2，本发明提供基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统，系统包括数据采集模块、环境分析模块、规划管理模块和可视化模块。
数据采集模块用于采集抗冲刷系数对照表、环境数据和遥感数据。环境分析模块根据环境数据建立三维地质图，按照海缆的铺设位置划分不同的影响区，根据抗冲刷系数对照表分析每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数。规划管理模块通过遥感数据预测洋流对影响区和海缆的影响程度，计算各影响区的抗干扰指数并规划重点关注区，巡检船针对重点关注区依次巡检。可视化模块用于监测每个影响区的抗干扰指数变化情况，并以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上显示。
数据采集模块包括环境数据采集单元、遥感数据采集单元和表格记录采集单元。
环境数据采集单元用于采集海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据。遥感数据采集单元用于采集未来一段时间的洋流信息，洋流信息包括速度和方向。表格记录采集单元用于采集抗冲刷系数对照表，抗冲刷系数对照表包括不同物质的抗冲刷系数，抗冲刷系数是衡量物质抵御洋流冲刷能力的指标。
环境分析模块包括区域分析单元和海缆分析单元。
区域分析单元用于分析每个影响区的稳定指数集合。
首先，云计算端对海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据进行数据融合并生成三维地质图，在三维地质图中以海缆所在位置为圆心，建立一个半圆柱体作为影响区。
其次，设置冲刷角度，在每个影响区中划分出一个角度为/>的扇形柱体作为冲刷区，其他区则作为冲击区；每个影响区纵向截取/>个体积相同的半圆柱体作为子影响区，每个子影响区包括一个子冲刷区和两个子冲击区。
最后，每个影响区建立一个稳定指数集合，在抗冲刷系数对照表中检索每个影响区中各种物质所对应的抗冲刷系数，分析每个子冲刷区和子冲击区中各种物质的体积，根据每个子冲刷区或子冲击区包含物质的抗冲刷系数和体积占比计算稳定指数，将每个子影响区下所有稳定指数放入对应稳定指数集合中。
海缆分析单元用于计算海缆的状态指数。分析三维地质图中每条海缆的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值的位置，根据标记位置的弯折角度计算每条海缆的状态指数。
规划管理模块包括冲刷预测单元和巡检规划单元。
冲刷预测单元用于计算各影响区的抗干扰指数。
首先，将遥感数据中洋流信息与三维地质图相结合，分析判断每个子影响区中洋流方向与海缆方向关系；洋流方向与海缆方向平行，则将子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数求和作为对应子影响区的稳定指数；洋流方向与海缆方向相交，则获取洋流方向与海缆方向的最小夹角，根据稳定指数集合中该子影响区下子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数，计算该子影响区的稳定指数。其次，将所有子影响区的稳定指数求和后作为对应影响区的稳定指数；根据洋流信息、抗冲刷系数对照表和三维地质图建立流固耦合模型，通过流固耦合模型预测洋流对每条海缆造成的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值/>的位置，根据标记位置的弯折角度计算每条海缆的预测状态指数。最后，根据每条海缆的预测状态指数以及对应影响区的稳定指数计算抗干扰指数。
巡检规划单元用于规划重点关注区。按照抗干扰指数从小到大顺序对影响区依次排列，设置扰指阈值，将抗干扰指数小于扰指阈值的影响区作为重点关注区。
可视化模块根据获取的遥感数据实时更新每个影响区的抗干扰指数，监测抗干扰指数变化情况，并以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上显示。
实施例1：假设存在A和B两条海缆，它们所有标记位置的弯折角度如下：
A海缆：
标记位置1：35°；标记位置2：45°；标记位置3：40°；标记位置4：35°；
B海缆：
标记位置1：40°；标记位置2：50°；标记位置3：40°；标记位置4：45°；
当角度阈值为30°，常数为2时，代入公式分别计算A和B两条海缆的状态指数：
A海缆状态指数：(235/30-2)+(245/30-2)+(240/30-2)+(235/30-2)≈1.84；
B海缆状态指数：(240/30-2)+(250/30-2)+(240/30-2)+(245/30-2)≈3.04。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S100、采集抗冲刷系数对照表以及指定区域内的遥感数据，使用探测设备扫描指定区域的海底从而获取环境数据，云计算端根据环境数据建立三维地质图；
S200、在三维地质图上按照海缆的铺设位置划分不同的影响区，根据抗冲刷系数对照表分析每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数；
S300、综合分析遥感数据和三维地质图，预测洋流对每个影响区以及每条海缆的影响程度，从而计算各影响区的抗干扰指数，根据抗干扰指数规划重点关注区；
S400、巡检船针对重点关注区依次巡检，实时监测每个影响区的抗干扰指数变化情况，以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上进行显示；
在S200中，具体步骤如下：
S201、分析三维地质图中每条海缆的铺设位置，设置影响距离，以海缆所在位置为圆心，影响距离为半径，建立一个半圆柱体作为影响区，每条海缆对应一个影响区，海缆长度与对应影响区的半圆柱体的高相同；
S202、设置冲刷角度，在每个影响区内以海缆所在位置为圆心，划分出一个角度为/>的扇形柱体作为冲刷区，将影响区内除冲刷区外其他区作为冲击区；
S203、获取影响区对应海缆的长度，设置评估长度n,将海缆的长度/>除以评估长度n并向上取整后得到m，影响区纵向截取m个体积相同的半圆柱体作为子影响区，每个子影响区包括一个子冲刷区和两个子冲击区；在三维地质图中分析每个影响区中各种物质的体积数据和海缆形态数据，从而得到每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数；
在S203中，影响区的稳定指数集合和海缆的状态指数计算步骤如下：
S203-1、在抗冲刷系数对照表中检索每个影响区中各种物质所对应的抗冲刷系数，在三维地质图中分析每个子冲刷区和子冲击区中各种物质的体积，代入公式计算得到每个子冲刷区或子冲击区的稳定指数，公式如下：
式中，p为子冲刷区或子冲击区内物质种类数量，/>为第e种物质在子冲刷区或子冲击区中的体积，/>为第e种物质所对应的抗冲刷系数，/>为子冲刷区或子冲击区总体积；
S203-2、每个影响区建立一个稳定指数集合，将每个子影响区下所有稳定指数放入集合中，集合包括；其中，/>是指第u个子影响区下子冲刷区的稳定指数，/>是指第u个子影响区下第一个子冲击区的稳定指数，/>是指第u个子影响区下第二个子冲击区的稳定指数；
S203-3、分析三维地质图中每条海缆的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值的位置，统计标记位置的数量y代入公式计算每条海缆的状态指数，公式如下：式中，/>为状态指数，/>为大于1的常数，/>为第x个标记位置的弯折角度；
在S300中，具体步骤如下：
S301、将遥感数据中洋流信息与三维地质图相结合，根据洋流的方向分别计算每个子影响区的稳定指数，所有子影响区的稳定指数求和后作为对应影响区的稳定指数，子影响区的稳定指数计算步骤如下：
S301-1、当子影响区内洋流方向与海缆方向平行，则将子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数求和作为对应子影响区的稳定指数；
S301-2、当子影响区内洋流方向与海缆方向相交，则获取洋流方向与海缆方向的最小夹角；在稳定指数集合中检索该子影响区下子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数，设置稳指阈值，判断子影响区下两个子冲击区的稳定指数是否都不小于稳指阈值，结果为是则将子冲刷区的稳定指数作为对应子影响区的稳定指数；结果为否则将小于稳指阈值的子冲击区的稳定指数求和得到/>后，代入公式计算该子影响区的稳定指数，公式如下：式中，/>为子影响区的稳定指数；
S302、根据洋流信息、抗冲刷系数对照表和三维地质图建立流固耦合模型，通过流固耦合模型预测洋流对每条海缆造成的弯曲程度，代入S203-3步骤中计算预测状态指数；将每条海缆的预测状态指数/>以及对应影响区的稳定指数/>代入公式计算抗干扰指数，设置扰指阈值，将抗干扰指数小于扰指阈值的影响区作为重点关注区；抗干扰指数计算公式如下：/>式中，/>为抗干扰指数，T和v为常数。
2.根据权利要求1所述的基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理方法，其特征在于：在S100中，抗冲刷系数对照表包括不同物质的抗冲刷系数，抗冲刷系数是衡量物质抵御洋流冲刷能力的指标；指定区域是指海上风电项目所在区域；遥感数据是指未来一段时间指定区域内的洋流信息，洋流信息包括速度和方向；探测设备包括多波束测深系统和浅地层剖面仪；环境数据包括海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据；三维地质图的构建步骤如下：
S101、巡检船按照预先设定的轨迹进行匀速移动，同时使用多波束测深系统实时获取海底表面地形特征数据，通过浅地层剖面仪实时获取海底剖面地质结构数据；采集的数据实时传递到云计算端；
S102、云计算端分别对海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据进行处理，生成海底的地形水平分布图和地质剖面图；再采用地质建模软件将海底的地形水平分布图和地质剖面图进行数据融合，基于融合后的数据生成三维地质图。
3.基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统，其特征在于：系统包括数据采集模块、环境分析模块、规划管理模块和可视化模块；
数据采集模块用于采集抗冲刷系数对照表、环境数据和遥感数据；环境分析模块根据环境数据建立三维地质图，按照海缆的铺设位置划分不同的影响区，根据抗冲刷系数对照表分析每个影响区的稳定指数集合，以及每条海缆的状态指数；规划管理模块通过遥感数据预测洋流对影响区和海缆的影响程度，计算各影响区的抗干扰指数并规划重点关注区，巡检船针对重点关注区依次巡检；可视化模块用于监测每个影响区的抗干扰指数变化情况，并以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上显示；
数据采集模块包括环境数据采集单元、遥感数据采集单元和表格记录采集单元；
环境数据采集单元用于采集海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据；遥感数据采集单元用于采集未来一段时间的洋流信息，洋流信息包括速度和方向；表格记录采集单元用于采集抗冲刷系数对照表，抗冲刷系数对照表包括不同物质的抗冲刷系数，抗冲刷系数是衡量物质抵御洋流冲刷能力的指标；
环境分析模块包括区域分析单元和海缆分析单元；
区域分析单元用于分析每个影响区的稳定指数集合；
首先，云计算端对海底表面地形特征数据和海底剖面地质结构数据进行数据融合并生成三维地质图，在三维地质图中以海缆所在位置为圆心，建立一个半圆柱体作为影响区；
其次，设置冲刷角度，在每个影响区中划分出一个角度为/>的扇形柱体作为冲刷区，其他区则作为冲击区；每个影响区纵向截取m个体积相同的半圆柱体作为子影响区，每个子影响区包括一个子冲刷区和两个子冲击区；
最后，每个影响区建立一个稳定指数集合，在抗冲刷系数对照表中检索每个影响区中各种物质所对应的抗冲刷系数，分析每个子冲刷区和子冲击区中各种物质的体积，根据每个子冲刷区或子冲击区包含物质的抗冲刷系数和体积占比计算稳定指数，将每个子影响区下所有稳定指数放入对应稳定指数集合中；
海缆分析单元用于计算海缆的状态指数；分析三维地质图中每条海缆的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值的位置，根据标记位置的弯折角度计算每条海缆的状态指数；
规划管理模块包括冲刷预测单元和巡检规划单元；
冲刷预测单元用于计算各影响区的抗干扰指数；
首先，将遥感数据中洋流信息与三维地质图相结合，分析判断每个子影响区中洋流方向与海缆方向关系；洋流方向与海缆方向平行，则将子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数求和作为对应子影响区的稳定指数；洋流方向与海缆方向相交，则获取洋流方向与海缆方向的最小夹角，根据稳定指数集合中该子影响区下子冲刷区和所有子冲击区的稳定指数，计算该子影响区的稳定指数；其次，将所有子影响区的稳定指数求和后作为对应影响区的稳定指数；根据洋流信息、抗冲刷系数对照表和三维地质图建立流固耦合模型，通过流固耦合模型预测洋流对每条海缆造成的弯曲程度，标记弯折角度大于角度阈值/>的位置，根据标记位置的弯折角度计算每条海缆的预测状态指数；最后，根据每条海缆的预测状态指数以及对应影响区的稳定指数计算抗干扰指数；
巡检规划单元用于规划重点关注区；按照抗干扰指数从小到大顺序对影响区依次排列，设置扰指阈值，将抗干扰指数小于扰指阈值的影响区作为重点关注区。
4.根据权利要求3所述的基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统，其特征在于：可视化模块根据获取的遥感数据实时更新每个影响区的抗干扰指数，监测抗干扰指数变化情况，并以动态图像的形式在指挥中心可视化大屏上显示。
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| CN202410329751.1A CN117934790B (zh) | 2024-03-22 | 基于云计算的巡检船用海缆三维测绘数据管理系统及方法 |
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| CN110598240A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-12-20 | 国家电网有限公司 | 基于三维地质模型的海底电缆多元勘测数据分析方法 |
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| CN114782831A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-07-22 | 广东孺子牛地理信息科技有限公司 | 一种动态集成自然灾害遥感监测方法、系统及云平台 |
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