CN217515351U - 一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海上风电场运维技术领域，提供一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统，包括：船载子系统、岸基子系统及无线通信单元；船载子系统、岸基子系统之间通过无线通信单元进行数据交互，船载子系统，包括：导航定位单元、航行控制单元、载荷控制单元及运动控制单元；岸基子系统，包括：岸基控制中心系统及远端遥控设备；本实用新型通过岸基系统远程控制无人艇海上运维巡检，节省了大量人力，避免了因恶劣海况发生事故导致人员伤亡的情况；巡检周期以及路径均可提前设置或人工遥控，不受人员及船期影响；若海上风电机组及升压站发生故障，岸基工作人员可及时发现并采取措施。

Description

一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统

技术领域

本实用新型涉及海上风电场运维技术领域，尤其涉及一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统。

背景技术

目前，我国海上风电发展如火如荼，但海上风电场分布广阔、海上气候环境恶劣，海上升压站和风电场机组均需要运维巡检工作，传统运维巡检技术的缺点在于：

1、运维巡检成本高。相当一部分成本用于运维巡查人员费用。

2、运维巡检风险大。恶劣的海况可能给运维工作带来极大风险，危及运维巡检工作人员的生命安全。

3、运维巡检故障排除不及时。受人员、船期安排影响大，当海上风电机组及升压站发生故障时不能及时发现。

实用新型内容

本实用新型主要解决现有技术的运维巡检成本高、风险大及故障排除不及时的技术问题，提出一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统，以达到减少运维巡检成本，降低运维巡检风险，及时发现问题排除海上风电机、升压站故障的目的。

本实用新型提供了一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统，包括：船载子系统、岸基子系统及无线通信单元；所述船载子系统、岸基子系统之间通过所述无线通信单元进行数据交互，所述船载子系统，包括：导航定位单元、航行控制单元、载荷控制单元及运动控制单元；所述岸基子系统，包括：岸基控制中心系统及远端遥控设备；用于采集海上风电场信息的所述载荷控制单元、所述运动控制单元及导航定位单元，分别与所述航行控制单元相连接；所述航行控制单元将所述海上风电场信息、无人艇运动信息及导航定位信息通过所述无线通信单元传输至所述岸基控制中心系统；岸基控制中心人员根据所述岸基控制中心系统分析后显示的数据信息，通过所述远端遥控设备向所述运动控制单元下达动作指令，所述运动控制单元驱动所述航行控制单元按照所述动作指令设定无人艇的航速和航向，使得所述无人艇按照规划航线航行和采样作业。

进一步地，所述载荷控制单元，包括：红外传感器、湿度传感器、温度传感器及摄像机；所述红外传感器和所述湿度传感器采集海上风电机和海上升压站的信息，所述温度传感器采集海上升压站的温度信息，所述摄像机采集所述海上风电机的桨叶转动的图像、视频信息。

进一步地，所述无线通信单元包括：船载无线通信单元和岸基无线通信单元；所述船载无线通信单元和岸基无线通信单元分别包括4G通讯终端和无线通讯终端。

进一步地，所述海上风电场信息，包括：海上风电机组叶片工况信息、海上升压站状态信息及风电场海域环境信息。

进一步地，所述船载子系统，还包括：运动检测单元；所述运动检测单元与所述运动控制单元相连接；所述运动检测单元包括：多普勒计程仪、陀螺仪、GNSS定位装置和激光雷达。

进一步地，所述岸基控制中心系统，包括：计划指令模块、路径规划模块、海上风电场工况监测模块及无人艇状态监测模块；所述海上风电场工况监测模块根据所述船载子系统采集的所述海上风电场信息，形成海上风电场可视化信息；所述无人艇状态监测模块根据所述无人艇运动信息及导航定位信息，形成无人艇状态可视化信息；所述路径规划模块根据所述无人艇运动信息及导航定位信息规划无人艇航行路径和作业点；所述计划指令模块根据所述无人艇航行路径和作业点生成所述动作指令，通过所述远端遥控设备发送至所述船载子系统的运动控制单元。

进一步地，所述船载子系统上设有用于供电的大容量可充放铅酸蓄电池和光伏蓄能板。

本实用新型提供的一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统，通过岸基系统远程控制无人艇海上运维巡检，对海上风电机组及设施进行实时监控，节省了大量人力；不需要运维人员现场巡检，避免了因恶劣海况发生事故导致人员伤亡的情况；巡检周期以及路径均可提前设置或人工遥控，在电量允许的情况下可持续进行巡检工作，不受人员及船期影响；若海上风电机组及升压站发生故障，岸基工作人员可及时发现并采取措施。

附图说明

图1是本实用新型提供的适用于海上风电场的无人艇巡检系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

如图1所示，本实用新型实施例提供的适用于海上风电场的无人艇巡检系统包括：船载子系统、岸基子系统及无线通信单元；船载子系统、岸基子系统之间通过无线通信单元进行数据交互，船载子系统，包括：导航定位单元、航行控制单元、载荷控制单元及运动控制单元；岸基子系统，包括：岸基控制中心系统及远端遥控设备；用于采集海上风电场信息的载荷控制单元、运动控制单元及导航定位单元，分别与航行控制单元相连接；航行控制单元将海上风电场信息、无人艇运动信息及导航定位信息通过无线通信单元传输至岸基控制中心系统；岸基控制中心人员根据岸基控制中心系统分析后显示的数据信息，通过远端遥控设备向运动控制单元下达动作指令，运动控制单元驱动航行控制单元按照动作指令设定无人艇的航速和航向，使得无人艇按照规划航线航行和采样作业。

具体而言，船载子系统指的是无人艇及其搭载的软硬件系统，主要包括导航定位单元、航行控制单元、载荷控制单元、运动控制单元、供电单元、动力系统等。运动控制单元主要包括避碰与航行路径控制模块。供电单元可以采用大容量可充放铅酸蓄电池和光伏蓄能板，为无人艇提供电。动力系统包括矢量推进器和舵机，实现无人艇的推进和转向功能。载荷控制单元可根据具体巡检任务类型选择照相机、局部传感器、声纳成像设备等。船载子系统对海上风电机与海上升压站采集到的信息，通过通信模块可以上传至岸基系统，岸基人员则根据采集的信息进行实时分析与判断，下达下一步的决策指令，使无人艇执行运动指令，驱动其按照指定的转速和航向前往下一巡查点。

岸基子系统作为巡查无人艇的远程监控指挥中心，主要由岸基控制中心系统及远端遥控设备组成，岸基控制系统根据巡检无人艇的总体功能需求，主要具备4个功能模块：数据通信模块、状态显示模块、数据库模块和任务控制模块。分别实现岸基系统与无人艇平台之间的数据传输、显示无人艇及其搭载设备的实时运行状态和详细参数、存储和查询关键巡检数据、控制无人艇运行状态的功能。岸基子系统主要功能是对巡查无人艇进行实时的状态监视和任务控制，以确保无人艇按照计划的航线以及巡查点进行安全航行和采样作业。其中岸基控制软件是整个岸基系统的核心，作为“大脑”负责无人艇的人机交互、任务规划和运动控制等功能，同时要对巡查无人艇采集到的信息进行处理和分析。

本实施例，载荷控制单元，包括：红外传感器、湿度传感器、温度传感器及摄像机；红外传感器和湿度传感器采集海上风电机和海上升压站的信息，温度传感器采集海上升压站的温度信息，摄像机采集海上风电机的桨叶转动的图像、视频信息。同时，海上风电场巡检无人艇可根据任务类型，搭载可见光相机、红外相机、局部传感器、拾音器等设备，并结合实时视频、AI分析技术，实现包括图像识别、局部检测、红外测温等功能，完全的现场自动化，解决了无法抵达现场作业的问题。

本实施例，无线通信单元包括：船载无线通信单元和岸基无线通信单元；船载无线通信单元和岸基无线通信单元分别包括4G通讯终端和无线通讯终端。无线通信单元负责无人船端与岸基控制中心系统的通信互联，包括北斗通信模块和VHF数据读取模块。

本实施例，船载子系统，还包括：运动检测单元；运动检测单元与运动控制单元相连接；运动检测单元包括：多普勒计程仪、陀螺仪、GNSS定位装置和激光雷达。

本实施例，岸基控制中心系统，包括：计划指令模块、路径规划模块、海上风电场工况监测模块及无人艇状态监测模块；海上风电场工况监测模块根据船载子系统采集的海上风电场信息，形成海上风电场可视化信息；无人艇状态监测模块根据无人艇运动信息及导航定位信息，形成无人艇状态可视化信息；路径规划模块根据无人艇运动信息及导航定位信息规划无人艇航行路径和作业点；计划指令模块根据无人艇航行路径和作业点生成动作指令，通过远端遥控设备发送至船载子系统的运动控制单元。

巡检方案实施步骤为：

1、岸基控制中心根据海上风机及升压站监测情况，确定执行巡检工作。若海上风机及升压站运行正常，则下达日常巡检指令；若出现风机停转或升压站超温报警，则下达转向巡检指令。

2、岸基控制中心通过岸基基站下达巡检指令，无人艇船端接收到岸基基站传输的指令后，根据巡检任务沿规划路径，离港执行巡检任务。以下以日常巡检工作流程为例进行介绍。

3、对于日常巡检工作，无人艇船端首先沿着规划路径航行至海上风电场巡检区域，启动任务载荷单元设备，采集现场信息，如使用摄像采集视频信息、红外测温设备采集温度信息、启用声纳成像设备开展海域扫测等，主要监察海上风机是否正常运转，升压站温度是否正常，海底电缆是否存在裸露、悬空等情况。

4、无人艇船端动态信息由运动检测模块生成，并与监测信息一起通过岸基基站传至岸基控制中心。当无人艇船端与岸基基站距离在甚高频有效传输距离内时，通过VHF数据通信模块传输；当距离超出时，通过北斗通信终端传输。

5、若巡检过程中，岸基控制中心发现海上风机、升压站或海底电缆存在故障或异常，通过岸基基站下达指令，由岸基控制中心手动遥控无人艇船端进行详细巡查。

6、无人艇船端的航行安全主要通过搭载的避碰模块和激光雷达设备保障，并且岸基控制中心系统通过接受无人艇船端的运动信息与位置信息确定无人船端的避碰航行策略。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其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，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种适用于海上风电场的无人艇巡检系统，所述适用于海上风电场的无人艇巡检系统包括：

船载子系统、岸基子系统及无线通信单元；所述船载子系统、岸基子系统之间通过所述无线通信单元进行数据交互，

其特征在于，

所述船载子系统，包括：导航定位单元、航行控制单元、载荷控制单元及运动控制单元；

所述岸基子系统，包括：岸基控制中心系统及远端遥控设备；

用于采集海上风电场信息的所述载荷控制单元、所述运动控制单元及导航定位单元，分别与所述航行控制单元相连接；所述航行控制单元将所述海上风电场信息、无人艇运动信息及导航定位信息通过所述无线通信单元传输至所述岸基控制中心系统；

岸基控制中心人员根据所述岸基控制中心系统分析后显示的数据信息，通过所述远端遥控设备向所述运动控制单元下达动作指令，所述运动控制单元驱动所述航行控制单元按照所述动作指令设定无人艇的航速和航向，使得所述无人艇按照规划航线航行和采样作业。

2.根据权利要求1所述的适用于海上风电场的无人艇巡检系统，其特征在于，所述载荷控制单元，包括：红外传感器、湿度传感器、温度传感器及摄像机；所述红外传感器和所述湿度传感器采集海上风电机和海上升压站的信息，所述温度传感器采集海上升压站的温度信息，所述摄像机采集所述海上风电机的桨叶转动的图像、视频信息。

3.根据权利要求1所述的适用于海上风电场的无人艇巡检系统，其特征在于，所述无线通信单元包括：船载无线通信单元和岸基无线通信单元；所述船载无线通信单元和岸基无线通信单元分别包括4G通讯终端和无线通讯终端。

4.根据权利要求1所述的适用于海上风电场的无人艇巡检系统，其特征在于，所述海上风电场信息，包括：海上风电机组叶片工况信息、海上升压站状态信息及风电场海域环境信息。

5.根据权利要求1所述的适用于海上风电场的无人艇巡检系统，其特征在于，所述船载子系统，还包括：运动检测单元；

所述运动检测单元与所述运动控制单元相连接；

所述运动检测单元包括：多普勒计程仪、陀螺仪、GNSS定位装置和激光雷达。

6.根据权利要求1所述的适用于海上风电场的无人艇巡检系统，其特征在于，所述岸基控制中心系统，包括：

计划指令模块、路径规划模块、海上风电场工况监测模块及无人艇状态监测模块；

所述海上风电场工况监测模块根据所述船载子系统采集的所述海上风电场信息，形成海上风电场可视化信息；所述无人艇状态监测模块根据所述无人艇运动信息及导航定位信息，形成无人艇状态可视化信息；所述路径规划模块根据所述无人艇运动信息及导航定位信息规划无人艇航行路径和作业点；所述计划指令模块根据所述无人艇航行路径和作业点生成所述动作指令，通过所述远端遥控设备发送至所述船载子系统的运动控制单元。

7.根据权利要求1所述的适用于海上风电场的无人艇巡检系统，其特征在于，所述船载子系统上设有用于供电的大容量可充放铅酸蓄电池和光伏蓄能板。

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