CN219957890U - 一种海底电缆巡检系统 - Google Patents

Abstract

本说明书公开了一种海底电缆巡检系统，包括水下机器人与工作船舶，所述工作船舶通过传输电缆与所述水下机器人连接；所述水下机器人包括本体、设置在所述本体下部的地形探测单元、电缆识别单元、导航控制单元与检测模块；所述地形探测单元用于探测所述水下机器人的周边环境，获取所述水下机器人周边海底的地形图像；所述电缆识别单元，与所述地形探测单元通信连接，用于接收所述地形图像并根据所述地形图像识别出海底电缆；所述导航控制单元，用于控制所述水下机器人沿所述海底电缆行驶；所述检测单元，用于在所述水下机器人沿所述海底电缆行驶过程中对所述海底电缆进行检测。所述系统能够实现对海底电缆的高效精准识别并进行自动跟踪巡检。

Description

一种海底电缆巡检系统

技术领域

本说明书实施例涉及海底电缆维护技术领域，具体涉及一种海底电缆巡检系统。

背景技术

当前海上风电场建设中主要通过海底电缆作为主要的电力、通信传输手段，由于海上风电场目前建设海域多为近海沿岸地区，船舶和渔业活动频繁，海底地形冲刷严重，受自然和人为活动影响中断、裸露、悬空等情况经常发生，海上风电场海底电缆的运维日渐频繁。

一些相关技术方案中采用远程遥控的方式操作水下机器人对海底电缆进行故障巡检维护，由工作人员根据水下机器人采集的海底图像进行故障判断与维护操作。由于气象、洋流以及复杂海底环境等多个方面因素影响，实际工作过程中存在以下问题：人工操作针对海底电缆的识别精确度与识别效率较低，非常容易丢失目标；巡检海底电缆需要水下机器人沿电缆行驶，人工控制操作复杂，方案整体执行效率较低。

实用新型内容

有鉴于此，本说明书实施例提供了一种海底电缆巡检系统，能够精准、高效地对海底电缆进行识别巡检。

本说明书实施例提供的一种海底电缆巡检系统，包括水下机器人与工作船舶，所述工作船舶通过传输电缆与所述水下机器人连接；

所述水下机器人包括本体、地形探测单元、电缆识别单元、导航控制单元、与检测单元；

所述地形探测单元，设置在所述本体下部，用于对所述水下机器人的周边环境进行探测，获取所述水下机器人周边海底的地形图像；

所述电缆识别单元，与所述地形探测单元通信连接，用于接收所述地形图像并根据所述地形图像识别出海底电缆；

所述导航控制单元，用于控制所述水下机器人沿所述海底电缆行驶；

所述检测单元，用于在所述水下机器人沿所述海底电缆行驶过程中对所述海底电缆进行检测。

可选的，所述地形探测单元包括多波束声呐探测器与探测处理器；

所述多波束声呐探测器用于对所述水下机器人周边海底进行扫描探测，以获取相应的地形点云数据；

所述探测处理器，用于根据所述地形点云数据生成所述地形图像。

可选的，所述多波束声呐探测器包括多个声呐基阵。

可选的，所述电缆识别单元包括数据滤波模块与图像识别模块；

所述数据滤波模块，用于滤除所述地形图像中的干扰数据；

所述图像识别模块，用于对所述地形图像进行图像识别以确定所述海底电缆。

可选的，所述检测单元包括高清摄像头与高亮度照明设备；

所述高清摄像头用于拍摄所述海底电缆的高清图像，所述高亮度照明设备用于在所述高清摄像头拍摄时进行照明。

可选的，在所述本体前端设置有第一机械臂与第二机械臂，所述第一机械臂与所述第二机械臂的远端分别用于安装所述高清摄像头与所述高亮度照明设备。

可选的，所述检测单元还包括故障判定单元，通过对所述高清图像进行图像识别以确定所述海底电缆是否存在故障。

可选的，所述水下机器人还包括定位单元，所述定位单元用于在所述水下机器人沿所述海底电缆行驶过程中确定所述水下机器人的定位信息。

可选的，所述水下机器人还包括设置在所述本体上部的浮体以及设置在所述本体后部的推进器；

所述推进器用于为所述水下机器人在水下运动行驶提供动力。

可选的，所述工作船舶包括可视化设备，所述可视化设备用于通过传输线缆获取所述高清摄像头所拍摄的海底电缆的高清图像并对所述高清图像进行可视化显示。

从上面可以看出，本说明书实施例所提供的一种海底电缆巡检系统，具有如下有益技术效果：

所述海底电缆巡检系统中，利用所述地形探测单元获取水下机器人周边海底的地形图像，并利用所述电缆识别单元对所述地形图像进行图像识别，这样的方式能够高效精准地识别确定出海底电缆，避免了人工远程操控时容易丢失目标、操作困难、识别速度低的缺点。在识别确定出海底电缆后，利用所述导航控制单元控制水下机器人沿海底电缆自动行驶，在此过程中利用所述检测单元对所述海底电缆进行持续检测，这样的方式可以实现对海底电缆的自动跟踪检测，极大提高了工作效率。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统结构示意图；

图2示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统的又一结构示意图；

图3示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统的又一结构示意图；

图4示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统的又一结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

当前海上风电场建设中主要通过海底电缆作为主要的电力、通信传输手段，由于海上风电场目前建设海域多为近海沿岸地区，船舶和渔业活动频繁，海底地形冲刷严重，受自然和人为活动影响中断、裸露、悬空等情况经常发生，海上风电场海底电缆的运维日渐频繁。

一些相关技术方案中采用远程遥控的方式操作水下机器人对海底电缆进行故障巡检维护，由工作人员根据水下机器人采集的海底图像进行故障判断与维护操作。具体工作过程中，水下机器人下水后工作人员需要先控制水下机器人行驶到目标区域，然后操作目标机器人在目标区域中寻找海底电缆，找到海底电缆后再进行检查。并且，后续还需要工作人员继续控制水下机器人沿海底电缆行驶继续巡检。然而由于气象、洋流以及复杂海底环境等多个方面因素影响，实际工作过程中往往容易出现以下问题：人工操作针对海底电缆的识别精确度与识别效率较低，非常容易丢失目标；巡检海底电缆需要水下机器人沿电缆行驶，人工控制操作复杂，方案整体执行效率较低。

针对上述问题，本说明书实施例的目的在于提出一种海底电缆巡检系统，通过对海底地形扫描自动识别并跟踪海底电缆进行巡检，以实现对海底电缆的高效高精度识别巡检。

本说明书实施例提供了一种海底电缆巡检系统。

如图1所示，本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统，所述系统包括水下机器人1与工作船舶2，所述工作船舶2通过传输电缆与所述水下机器人1连接。

所述水下机器人1包括本体100、地形探测单元102、电缆识别单元104、导航控制单元106与检测单元108。

所述地形探测单元102，设置在所述本体100下部，用于对所述水下机器人1的周边环境进行探测，获取所述水下机器人1周边海底的地形图像。

所述地形探测单元106可以采用传感探测技术如红外传感器探测、超声波探测等技术，对所述水下机器人1周边的海底地形环境进行探测，并根据探测结果生成海底的地形图像。

如图2所示，本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统，所述地形探测单元102包括多波束声呐探测器1020与探测处理器1022。

所述多波束声呐探测器1020用于对所述水下机器人周边海底进行扫描探测，以获取相应的地形点云数据。所述探测处理器1022，用于根据所述地形点云数据生成所述地形图像。

所述多波束声呐探测器1020在工作时多种波束同时工作，可以获取多个波道的信息。采用所述多波束声呐探测器1020进行探测扫描，探测器天线利用率高，能一次性扫描更大的角度范围，扫描效率高、扫描结果精确度高，能够获取到的对应扫描区域的更丰富的地形点云数据。

所述地形点云数据可以包括海底地形相应的多个点的坐标数据，所述探测处理器1022可以将所述地形点云数据整合在三维立体空间中，从而将所述地形点云数据转换为所述地形图像。

在一些可选实施例中，所述多波束声呐探测器1020包括多个声呐基阵。多个所述声呐基阵均匀排布设置在所述本体100下部，可以同时针对同一方向角度进行扫描探测，或分别对不同角度进行扫描探测。

所述电缆识别单元104，与所述地形探测单元通信连接，用于接收所述地形图像并根据所述地形图像识别出海底电缆。

如图3所示，在本申请一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统中，所述电缆识别单元104包括数据滤波模块1040与图像识别模块1042。

所述数据滤波模块1040，用于滤除所述地形图像中的干扰数据。所述数据滤波模块1040，可以采用算数均值滤波、高斯滤波、双边滤波、NML等滤波算法对所述地形图像进行滤波处理，以滤除所所述地形图像中的噪声干扰数据。

所述图像识别模块1042，用于对所述地形图像进行图像识别以确定所述海底电缆。所述图像识别模块1042可以采用聚类识别算法、K-最近邻算法、SVM算法或基于卷积神经网络的SSD算法、YOLO算法等对所述地形图像进行识别，可以从所述地形图像中准确识别出海底电缆。

所述导航控制单元106，用于控制所述水下机器人1沿所述海底电缆行驶。根据所述海底图像中所述海底电缆对应的点云数据可以确定所述海底电缆的三维坐标数据，所述导航控制单元106可以根据所述海底电缆对应的三维坐标数据确定海底电缆的铺设路径，由此可以基于铺设路径规划确定所述水下机器人1的行驶路径，基于所述行驶路径对所述水下机器人1进行导航。

所述检测单元108，用于在所述水下机器人1沿所述海底电缆行驶过程中对所述海底电缆进行检测。所述检测单元108可以选用电流、电压传感器对所述海底电缆进行检测以确定所述海底电缆的工作状态是否正常。

如图4所示，在本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统中，所述检测单元108包括高清摄像头1080与高亮度照明设备1082。所述高清摄像头1080用于拍摄所述海底电缆的高清图像，所述高亮度照明设备1082用于在所述高清摄像头拍摄时进行照明。所述检测单元108可以选用拍摄高清图像的方式对海底电缆的铺设状态进行检测。与所述高清摄像头1080相配合的，所述工作船舶2中可以包括可视化设备，所述可视化设备通过传输线缆获取所述高清摄像头1080所拍摄的海底电缆的高清图像并对所述高清图像进行可视化显示，这样的方式便于工作人员基于所述高清图像对所述海底电缆的具体铺设状态进行判断。

所述海底电缆巡检系统中，利用所述地形探测单元获取水下机器人周边海底的地形图像，并利用所述电缆识别单元对所述地形图像进行图像识别，这样的方式能够高效精准地识别确定出海底电缆，避免了人工远程操控时容易丢失目标、操作困难、识别速度低的缺点。在识别确定出海底电缆后，利用所述导航控制单元控制水下机器人沿海底电缆自动行驶，在此过程中利用所述检测单元对所述海底电缆进行持续检测，这样的方式可以实现对海底电缆的自动跟踪检测，极大提高了工作效率。

在一些可选实施例中，在所述本体100前端设置有第一机械臂与第二机械臂，所述第一机械臂与所述第二机械臂的远端分别用于安装所述高清摄像头与所述高亮度照明设备。

所述第一机械臂与所述第二机械臂包括至少两段首尾相连且相互铰接的连杆，通过调整所述第一机械臂、所述第二机械臂相对所述本体100的姿态，可以对所述第一机械臂远端上所安装的所述高清摄像头的拍摄角度以及所述第二机械臂远端上所安装的所述高亮度照明设备的照明角度进行灵活调整，所述高清摄像头与所述高亮度照明设备相互配合，可以获取到高质量高清晰度的海底电缆图像。

在一些可选实施例中，所述检测单元108还可以包括故障判定单元。所述故障判定单元，可以对所述高清图像进行图像识别以确定所述海底电缆是否存在故障。

在本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统中，所述水下机器人1包括定位单元。所述定位单元用于提供定位信息，在所述水下机器人1沿所述海底电缆行驶巡检的过程中，当确定所述海底电缆存在故障时，利用所述定位单元可以确定并记录具体的故障定位信息，以便于后续工作人员根据所述故障定位信息对所述海底电缆进行维修。

在本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种海底电缆巡检系统中，所述水下机器人1还包括设置在所述本体100上部的浮体以及设置在所述本体后部的推进器。所述推进器用于为所述水下机器人在水下运动行驶提供动力。所述导航控制单元106通过控制所述推进器的推进方向，可以控制所述水下机器人沿海底电缆行驶。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

还需要说明的是，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、商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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海底电缆巡检系统，其特征在于，包括水下机器人与工作船舶，所述工作船舶通过传输电缆与所述水下机器人连接；

所述水下机器人包括本体、地形探测单元、电缆识别单元、导航控制单元与检测单元；

所述地形探测单元，设置在所述本体下部，用于对所述水下机器人的周边环境进行探测，获取所述水下机器人周边海底的地形图像；

所述电缆识别单元，与所述地形探测单元通信连接，用于接收所述地形图像并根据所述地形图像识别出海底电缆；

所述导航控制单元，用于控制所述水下机器人沿所述海底电缆行驶；

所述检测单元，用于在所述水下机器人沿所述海底电缆行驶过程中对所述海底电缆进行检测。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地形探测单元包括多波束声呐探测器与探测处理器；

所述多波束声呐探测器用于对所述水下机器人周边海底进行扫描探测，以获取相应的地形点云数据；

所述探测处理器，用于根据所述地形点云数据生成所述地形图像。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多波束声呐探测器包括多个声呐基阵。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电缆识别单元包括数据滤波模块与图像识别模块；

所述数据滤波模块，用于滤除所述地形图像中的干扰数据；

所述图像识别模块，用于对所述地形图像进行图像识别以确定所述海底电缆。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测单元包括高清摄像头与高亮度照明设备；

所述高清摄像头用于拍摄所述海底电缆的高清图像，所述高亮度照明设备用于在所述高清摄像头拍摄时进行照明。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述本体前端设置有第一机械臂与第二机械臂，所述第一机械臂与所述第二机械臂的远端分别用于安装所述高清摄像头与所述高亮度照明设备。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检测单元还包括故障判定单元，通过对所述高清图像进行图像识别以确定所述海底电缆是否存在故障。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下机器人还包括定位单元，所述定位单元用于在所述水下机器人沿所述海底电缆行驶过程中确定所述水下机器人的定位信息。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下机器人还包括设置在所述本体上部的浮体以及设置在所述本体后部的推进器；

所述推进器用于为所述水下机器人在水下运动行驶提供动力；

所述导航控制单元通过控制所述推进器控制所述水下机器人沿海底电缆行驶。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述工作船舶包括可视化设备，所述可视化设备用于通过传输线缆获取所述高清摄像头所拍摄的海底电缆的高清图像并对所述高清图像进行可视化显示。