一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法及其應用的製作方法
2023-10-25 07:16:02 2
專利名稱：一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法，特別是一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法及應用。
背景技術：
我國海岸線長達3. 2萬公裡，領海面積約473萬平方公裡，大小島嶼有6500多個，海上工作平臺眾多，陸島、島際間海底電纜的應用日漸增多，其在遠程供電、高壓輸電、電力通信、信號傳輸中起關鍵作用。隨著海洋開發利用活動的日益增加，海底電纜路由海域捕撈活動極為頻繁，捕撈方式多樣，各種張網、拖網、釣具等對海底電纜造成很大的威脅。特別是帆張網，其定位錨體積、重量大，入水後受水動力作用，移動力量很大，拋入海底的鐵錨因潮流的方向最大可走動距離達3-4海裡，並且可能360度迴轉，對海底電纜造成致命的傷害。另外，定置網船在作業過程中拋錨定位時可能對電纜造成傷害，其錨的入土深度在2米左右，由於其在近岸區域作業，對登陸點附近電纜的影響比較大。拖網船對海底電纜的最大威脅是底拖網作業，其主要對埋設深度不夠或進行過修理的區域造成較大影響。同時，隨著海上運輸業的發展，海上運輸船隻的噸位和數量也日益增加，給海底電纜安全帶來嚴重威脅。在海底電纜工程設計和實際施工中均嚴格要求海底電纜路由距航道、錨地有一定的距離，但是仍然存在個別貨輪闖入禁錨區隨意拋錨、船舶設備臨時發生故障或突然出現大霧、大風天氣被迫就地拋錨的現象，加之風浪潮流影響，船舶移位很可能使錨鉤到海底電纜而造成海底電纜損壞甚至被完全拉斷。為了保障海底電纜的正常運行，目前通常是在海底電纜登陸點附近設置值班室，安排專門的值班人員對海底電纜所處海域進行24小時監視，及時發現可疑船隻，並加以驅趕。這種方法在一定程度上避免了事故的發生，但驅趕的難度較大。另外，值班員很難做到24小時內對每條船進行無疏漏地監視，特別是在夜晚和雨霧天氣，靠肉眼無法實現監視，最終導致錨害斷纜事故仍有發生。海底電纜結構複雜、體積龐大，每公裡造價在100萬元以上，敷設好的電纜一旦被鉤斷必須花費大量的人力、物力進行打撈和修復，且耗時很長，給電力企業和用戶帶來巨大的經濟損失，因此，錨害事故危害巨大。錨害事故發生後，及時確定肇事船隻，組織事故理賠，對明確事故責任、挽回經濟損失十分重要。由於海浪和洋流影響，落錨點和船舶位置距離不確定，特別是在海面上船舶多於I艘時，單純靠值班人員的肉眼根本無法準確認定肇事船隻，給肇事船隻的確認帶來很大困難。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，而提供一種能及時、準確、證據充分的確認肇事船隻的海底電纜錨害肇事船隻確認方法。本發明的另一目的還在於提供一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法的應用。一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法，包括如下步驟
(I)使用分布式光纖應變測量技術，利用海底電纜中複合或後期敷設的普通通信單模光纖實現海底電纜應變的實時在線測量，以獲得沿整條光纖被測應變的分布信息；(2)當應變超過預先設定的報警閾值時，產生報警，通過應變數據確定報警點在光纖上的位置；利用光纖長度和海纜長度的關係，換算出報警點在海纜上的位置；再根據施工路由圖中的海纜地理坐標和深度數據得出報警點的地理坐標；(3)利用船舶自動識別系統AIS實時記錄海纜上方過往船舶的信息，並作為歷史數據存入資料庫，當出現報警時，以報警點地理坐標為中心，提取周圍一定範圍內的船舶信息，將此範圍內的所有船舶列為可疑船隻；(4)調取可疑船隻某段時間內的AIS信息，繪製船隻航行軌跡，確定肇事船隻；(5)根據岸邊攝像頭地理坐標和肇事船隻當前的地理坐標計算攝像頭偏轉角，拍攝肇事船隻的影像作為證據。 本發明的海底電纜錨害肇事船隻確認方法由分布式光纖應變測量技術獲得海纜的應變分布，由船舶自動識別(AIS)技術獲得肇事船隻的信息，由視頻監控技術捕捉肇事船隻的影像，由後臺軟體融合分布式光纖應變測量數據、AIS數據和視頻監控數據進行肇事船隻確認，實現資料庫讀寫，應變數據、AIS信息、視頻影像的顯示和報警算法。報警點地理坐標位置的具體確定方法為(I)當應變超過預先設定的報警閾值時，產生報警，通過應變數據一維數組和分布式光纖應變測量儀採樣間隔確定報警點在光纖上的位置，假設報警點發生在應變一維數組的第n(n=0，l，2，···)個點上，若採樣間隔為m米，則報警點在光纖上nXm米處；(2)根據光纖與海底電纜的長度比，將報警點在光纖上距離始端的距離換算成海底電纜上距離始端的距離；設光單元-內含光纖絞纏在海底電纜內直徑d處，光纖的餘長量y，絞合節距j，則光纖與海底電纜的長度比p=U2d2+j2)"2X(l+y)/j，此時報警點在海底電纜上的距離為η X m/p ；(3)根據施工路由圖建立m米間隔的海底電纜長度與地理坐標關係表，根據報警點在光纖上的距離nXm，通過計算和查表確定報警點的地理坐標。以報警點地理坐標為中心，提取周圍一定範圍內的船舶信息，將此範圍內的所有船舶列為可疑船隻，其是以調取AIS在以報警點為中心的方形或圓形區域的船舶信息。360米半徑內的船舶信息，AIS處於實時監控中，其獲得的船舶信息包括船號、地理坐標、航行狀態、航速、航向等，該信息數據被實時存入資料庫中，以備調用；當報警發生後，調取報警時刻的所有船舶信息，計算船隻位置和報警點的距離，篩選出距離小於等於360米的船舶信息，作為可疑船隻。360米半徑的計算依據為船舶在拋錨前後的航行速度都小於2海裡，在近陸地海峽內航行的船舶一般都使用B類船載行動裝置，根據AIS國標可知，B類AIS在船速小於等於2海裡(約I米/秒)時，其標稱報告間隔為3分鐘，3分鐘內船舶的最大移動距離為I米/秒X 3分鐘X60秒=180米，為畫出船舶航行軌跡，至少需連續接收2次AIS信號，因此半徑定位180X2=360米。調取可疑船隻某段時間內的AIS信息，繪製船隻航行軌跡，按如下條件確定肇事船隻I)船隻由拋錨狀態變為起航狀態；2)起航後存在一段航行軌跡，該軌跡與產生報警的海底電纜敷設方向相交；3)交點離中心最近。根據岸邊攝像頭地理坐標和肇事船隻當前的地理坐標計算攝像頭偏轉角，拍攝肇事船隻的影像作為證據，其具體為設攝像頭的地理坐標為( , %)，肇事船隻的地理坐標為(x2，y2)，攝像頭坐標的X軸與肇事船坐標的Y軸之交點的地理坐標為(Xl，yi) = (x2, y0)，假設攝像頭所處X軸線為攝像頭的0°初始角，則拍攝肇事船隻的攝像頭偏轉角。
權利要求
1.一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於包括如下步驟， (1)使用分布式光纖應變測量技術，利用海底電纜中複合或後期敷設的普通通信單模光纖實現海底電纜應變的實時在線測量，以獲得沿整條光纖被測應變的分布信息； (2)當應變超過預先設定的報警閾值時，產生報警，通過應變數據確定報警點在光纖上的位置；利用光纖長度和海纜長度的關係，換算出報警點在海纜上的位置；再根據施工路由圖中的海纜地理坐標和深度數據得出報警點的地理坐標； (3)利用船舶自動識別系統AIS實時記錄海纜上方過往船舶的信息，並作為歷史數據存入資料庫，當出現報警時，以報警點地理坐標為中心，提取周圍一定範圍內的船舶信息，將此範圍內的所有船舶列為可疑船隻； (4)調取可疑船隻某段時間內的AIS信息，繪製船隻航行軌跡，確定肇事船隻； (5)根據岸邊攝像頭地理坐標和肇事船隻當前的地理坐標計算攝像頭偏轉角，拍攝肇事船隻的影像作為證據。
2.根據權利要求1所述的海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於報警點地理坐標位置的具體確定方法為 (1)當應變超過預先設定的報警閾值時，產生報警，通過應變數據一維數組和分布式光纖應變測量儀採樣間隔確定報警點在光纖上的位置， 假設報警點發生在應變一維數組的第n(n=0，l，2，…)個點上，若採樣間隔為m米，則報警點在光纖上nXm米處； (2)根據光纖與海底電纜的長度比，將報警點在光纖上距離始端的距離換算成海底電纜上距離始端的距離； 設光單元-內含光纖絞纏在海底電纜內直徑d處，光纖的餘長量y，絞合節距j，則光纖與海底電纜的長度比P= ( π 2d2+j2)1/2X (1+y) /j，此時報警點在海底電纜上的距離為nXm/P ; (3)根據施工路由圖建立m米間隔的海底電纜長度與地理坐標關係表，根據報警點在光纖上的距離nXm，通過計算和查表確定報警點的地理坐標。
3.根據權利要求2所述的海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於以報警點地理坐標為中心，提取周圍一定範圍內的船舶信息，將此範圍內的所有船舶列為可疑船隻，其是以調取AIS在以報警點為中心的方形或圓形區域的船舶信息。
4.根據權利要求3所述的海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於所述的圓形區域內的範圍為以以報警點為中心的圓形360米半徑內的船舶信息。
5.根據權利要求4所述的海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於調取可疑船隻某段時間內的AIS信息，繪製船隻航行軌跡，按如下條件確定肇事船隻 (1)船隻由拋錨狀態變為起航狀態； (2)起航後存在一段航行軌跡，該軌跡與產生報警的海底電纜敷設方向相交； (3)交點離圓心最近。
6.根據權利要求5所述的海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於根據岸邊攝像頭地理坐標和肇事船隻當前的地理坐標計算攝像頭偏轉角，拍攝肇事船隻的影像作為證據，其具體為設攝像頭的地理坐標為(χο，％)，肇事船隻的地理坐標為(X2，y2 )，攝像頭坐標的X軸與肇事船坐標的Y軸之交點的地理坐標為(Xl，yi) = (x2, yo)，假設攝像頭所處X軸線為攝像頭的O °初始角，則拍攝肇事船隻的攝像頭偏轉角 a ~ arcs in (J(x2 — Xi)2 + — Ji)" / (x: — x0y + (j，: — }h)~)= arcsin{^yz -v^j(x2-x。)2 + (·ν，-y<,)2)。
7.根據權利要求6所述的海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於所述步驟(I)中使用的分布式光纖應變測量技術為通過布裡淵光時域反射計(BOTDR)、布裡淵光時域分析儀(BOTDA)、布裡淵光頻域分析儀(BOFDA)或相干光時域反射計(COTDR)中的任意一種實現；海底電纜如果複合有光纖，測量儀直接與光電複合海纜中的單模光纖進行連接；海底電纜如無複合光纖，測量時可以將普通通信光纜敷設於海底電纜表面，測量儀與通信光纜中的單模光纖進行連接。
8.根據權利要求6所述的海底電纜錨害肇事船隻確認方法，其特徵在於所述步驟(5)中岸邊攝像頭指配備長焦鏡頭的攝像機或長焦紅外熱成像儀，分別用於白天和黑夜的肇事船隻影像錄製；鏡頭偏轉角根據岸邊攝像頭地理坐標和肇事船隻當前地理坐標計算得到。
9.一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法的應用，其特徵在於本海底電纜錨害肇事船隻確認方法應用於可敷設光纖的各類海底管線錨害肇事船隻確認。
全文摘要
本發明公開了一種海底電纜錨害肇事船隻確認方法及應用，其利用分布式光纖應變測量技術和普通通信光纖進行海底電纜應變分布的實時監測，可及時發現海底電纜故障並發出報警，克服了人工無法巡查海纜故障的缺點。利用海底電纜技術資料、施工路由圖建立報警點所處地理位置和傳感光纖長度的準確關係，可實現故障點的準確定位。利用AIS信息和肇事船隻確認算法可以準確認定肇事船。利用鏡頭偏轉調整算法可及時準確地記錄肇事船隻的影像，連同AIS信息，為肇事理賠提供充足的證據。本發明設計的方法自動化水平高、定位準確、證據充分，克服了人工巡查的諸多缺點，對海底電纜的安全穩定運行有重要意義。
文檔編號G01B11/16GK102997858SQ201210272459
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月1日 優先權日2012年8月1日
發明者吳飛龍, 黃旭明, 林心勇, 徐傑, 王力群, 鄭小莉, 李永倩, 呂安強, 楊志, 李星蓉, 孫景芳, 潘德峰 申請人:國家電網公司, 福建省電力有限公司, 福建省電力有限公司福州電業局, 華北電力大學(保定)