預(yù)防跨越航道架空線被船舶損傷的新措施

何旭濤，林曉波

（舟山海洋輸電技術(shù)研究中心，浙江 舟山 316021）

舟山群島新區(qū)是我國(guó)第四個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)，是全國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)比重最大的城市，有大小島嶼1 390個(gè)，占我國(guó)海島數(shù)量的25.7%。陸地面積1 440.12 km2，海域面積達(dá)11萬(wàn)km2。特殊的海島地理環(huán)境形成了舟山獨(dú)具特色的海島型電力網(wǎng)架。

島嶼之間的電力聯(lián)通采用2種方式：跨海架空線路和海底電纜。目前舟山電力局管轄的跨海架空線路有14個(gè)區(qū)段，合計(jì)達(dá)100 km。隨著舟山物流和船舶工業(yè)的快速發(fā)展，船只航運(yùn)日益頻繁，對(duì)島嶼間的跨海架空線路的損壞也日漸增多。如2001年桃夭門(mén)35 kV架空導(dǎo)線被外輪船舶桅桿掛斷，2009年西蟹峙10 kV跨海線被附近船廠修理的船舶桅桿掛斷，并導(dǎo)致塔架?chē)?yán)重變形。這些事故對(duì)舟山經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成一定影響，增加了電力部門(mén)維護(hù)成本，也給無(wú)意肇事的船主帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的損失。本文從技術(shù)的角度，就如何避免這種現(xiàn)象的多次發(fā)生提出了解決措施。

1 原因與對(duì)策

1.1 原因分析

船舶的桅桿掛住導(dǎo)線，原因多為船舶不明情況或判斷失誤，具體原因一般為：天氣影響，如夜間與霧天導(dǎo)線無(wú)法目視；判斷失誤，雖看到導(dǎo)線但認(rèn)為可以通過(guò)；粗心大意，未注意海面上空的線路。

纖細(xì)的銀線以藍(lán)天為背景，對(duì)比不明顯，的確不易察覺(jué)。因此除了做好宣傳報(bào)道，廣泛告之此處有跨海線路外，還應(yīng)在工程設(shè)計(jì)中主動(dòng)采取相應(yīng)技術(shù)措施，做好線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是必不可少的技術(shù)保障。

1.2 技術(shù)措施

航道上的跨海架空導(dǎo)線單靠船上人工了望顯然不夠，必須依靠技術(shù)手段，對(duì)該海域過(guò)往船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并及時(shí)預(yù)警。本文提出的技術(shù)措施是由船舶監(jiān)測(cè)、信號(hào)傳輸、AIS（一種新型的航海設(shè)備）告警3項(xiàng)功能組成的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其監(jiān)測(cè)范圍為跨海線路的左右兩側(cè)水道。

船舶監(jiān)測(cè)由紅外監(jiān)測(cè)儀與激光補(bǔ)光夜視儀組成。當(dāng)紅外監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到船桅進(jìn)入跨海導(dǎo)線的警戒高度時(shí)，激光補(bǔ)光夜視儀將自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻記錄。記錄的視頻信號(hào)將由GPRS無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，并自動(dòng)接通海事部門(mén)的AIS系統(tǒng)，采用海事頻道與船舶進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)通話，及時(shí)疏導(dǎo)，以避免桅桿掛線的事故發(fā)生。

跨海線路防船損方案是針對(duì)跨海線路特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、電子商務(wù)技術(shù)，結(jié)合線路維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，依托網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)計(jì)的集數(shù)據(jù)采集、智能分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警功能于一體的跨海線路防船損綜合監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)綜合智能控制系統(tǒng)，做到對(duì)跨海線路的集中監(jiān)控、信息存儲(chǔ)和管理，便于應(yīng)急指揮，從而為海島線路管理向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展[1]提供技術(shù)保障。

2 技術(shù)原理

2.1 紅外監(jiān)測(cè)儀

紅外線波長(zhǎng)為0.78～1 000 μm，位于可見(jiàn)光（波長(zhǎng)為 0.38～0.78 μm）和微波之間， 自然界所有溫度在絕對(duì)零度（-273℃）以上的物體都會(huì)輻射紅外線，是自然界中存在最為廣泛的輻射。大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線，但是對(duì)3～5 μm（中紅外區(qū)域）和 8～14 μm（遠(yuǎn)紅外區(qū)域）的紅外線卻是透明的，這2個(gè)波段被稱為紅外線的“大氣窗口”。利用這2個(gè)窗口，可以在漆黑的夜晚，或是在煙云密布的惡劣環(huán)境中，清晰地觀察情況。利用紅外線的這一特性，紅外監(jiān)測(cè)儀能全天候工作，隨時(shí)監(jiān)測(cè)船舶高度是否對(duì)導(dǎo)線構(gòu)成威脅。

2.2 激光補(bǔ)光夜視儀

當(dāng)紅外線水平監(jiān)測(cè)儀測(cè)得桅桿頂部處于構(gòu)成危險(xiǎn)的高度時(shí)，激光補(bǔ)光夜視儀隨即啟動(dòng)并記錄船舶視頻。該儀器可全天候工作，夜間進(jìn)行激光補(bǔ)光可看清3 km范圍內(nèi)的船舶細(xì)節(jié)，這一距離已能夠滿足大跨越線路監(jiān)測(cè)的需求。

2.3 GPRS無(wú)線信號(hào)傳輸

視頻信號(hào)采用GPRS無(wú)線傳輸至后端監(jiān)控中心。視頻圖像大小約300 kbit，一般GPRS實(shí)際傳輸速率約為100 kbit/s，除了傳輸圖像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還需要傳輸設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。因此，圖像數(shù)據(jù)要先壓縮編碼，再通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸[2]。

若線路自帶通信光纖，可通過(guò)光纖傳輸，使傳輸容量更大。

2.4 AIS系統(tǒng)

AIS監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)基于海事部門(mén)AIS系統(tǒng)。AIS系統(tǒng)是一種船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic I-dentification System，AIS），具有自動(dòng)向已配備該系統(tǒng)的岸臺(tái)、船舶發(fā)送信息（包括船舶識(shí)別、類(lèi)型、位置、航向、航速、航行狀態(tài)和其他與安全有關(guān)的信息），識(shí)別、檢測(cè)和跟蹤船舶的主要功能。目前中國(guó)海事已經(jīng)建成了覆蓋中國(guó)沿海的AIS網(wǎng)絡(luò)，政府部門(mén)也已明文規(guī)定要求500 t以上貨船、所有客船和漁船必須安裝AIS設(shè)備[3]。

舟山電力局開(kāi)發(fā)應(yīng)用的AIS海纜綜合監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)海纜保護(hù)區(qū)監(jiān)控已取得了顯著的效果。該成果可應(yīng)用到跨海架空線的監(jiān)控中，通過(guò)AIS實(shí)現(xiàn)與海事部門(mén)的實(shí)時(shí)聯(lián)接，對(duì)架空線警戒區(qū)內(nèi)的船舶實(shí)時(shí)警示與對(duì)話。

3 實(shí)施方案

3.1 方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)主要針對(duì)船舶超高監(jiān)測(cè)技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸技術(shù)、監(jiān)測(cè)信息的圖形化技術(shù)、超高信息的圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，以及系統(tǒng)供電技術(shù)、防護(hù)技術(shù)等。

（1）船舶超高監(jiān)測(cè)。在兩側(cè)跨越桿塔各安裝1臺(tái)紅外熱成像監(jiān)測(cè)儀，構(gòu)成雙向單目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)儀在其監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)可完成固定或旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)工作原理：當(dāng)監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，安裝在預(yù)定高度的紅外熱成像監(jiān)測(cè)儀會(huì)拍攝到其運(yùn)動(dòng)熱圖像，同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別。取監(jiān)測(cè)儀鏡頭水平中心線為水準(zhǔn)高程，當(dāng)高程內(nèi)出現(xiàn)移動(dòng)物體時(shí)，即表明該物體超高，預(yù)警系統(tǒng)隨即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，激光補(bǔ)光夜視儀自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)船舶進(jìn)行視頻攝像取證并通過(guò)GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。與此同時(shí)，與海事部門(mén)聯(lián)動(dòng)的AIS系統(tǒng)自動(dòng)向海事相關(guān)部門(mén)發(fā)送預(yù)警信息，線路監(jiān)控中心通過(guò)AIS系統(tǒng)及時(shí)與該船舶進(jìn)行通話，指導(dǎo)其采取措施，保障線路與船舶的安全。監(jiān)測(cè)工作原理如圖1所示。

圖1 紅外熱成像監(jiān)測(cè)儀工作原理

（2）采用GPRS實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，其關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，以獲得更流暢的圖像信息。該設(shè)計(jì)需要無(wú)線傳輸模塊支持。

（3）監(jiān)控軟件：遠(yuǎn)程主控端監(jiān)控軟件解讀GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，主要實(shí)現(xiàn)船舶超高信息提取、圖像顯示、圖像存儲(chǔ)和回放、熱成像儀控制、遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)信息顯示和存儲(chǔ)等。

（4）監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝平臺(tái)：平臺(tái)應(yīng)能承載設(shè)備重量、風(fēng)荷載等，適用于桿塔構(gòu)件，安裝盡可能便捷和通用，便于野外使用。

（5）信號(hào)箱：信號(hào)箱集成無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)、視頻信息讀取模塊、熱成像儀控制信息轉(zhuǎn)換模塊、設(shè)備狀態(tài)信息獲取模塊等。

（6）太陽(yáng)能電源設(shè)計(jì)。電源供應(yīng)對(duì)象為熱成像儀、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊。根據(jù)模塊功耗和現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，組建發(fā)電及儲(chǔ)能系統(tǒng)。

（7）設(shè)備防護(hù)系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集和發(fā)送接收設(shè)備均在野外，需要考慮設(shè)備的防雷、防強(qiáng)電導(dǎo)入、防電磁干擾等因素。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)包括：桿塔局部構(gòu)件試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)儀平臺(tái)安裝試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)儀安裝試驗(yàn)、無(wú)線傳輸試驗(yàn)、太陽(yáng)能發(fā)電儲(chǔ)能試驗(yàn)、防雷和防電磁干擾試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行試驗(yàn)、整機(jī)測(cè)試等。方案設(shè)計(jì)及測(cè)試技術(shù)路線見(jiàn)圖2。

4 預(yù)期目標(biāo)

通過(guò)紅外線及視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸技術(shù)、監(jiān)測(cè)信息的圖形化技術(shù)、圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)以及太陽(yáng)能供電儲(chǔ)能技術(shù)、防護(hù)技術(shù)、AIS船舶監(jiān)控技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)的集成化應(yīng)用，形成一套完整、可靠、適用的跨海線路防船損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，形成運(yùn)行監(jiān)測(cè)的閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)跨海線路監(jiān)測(cè)信息化、智能化。最終將野外分散的運(yùn)行監(jiān)測(cè)集中至監(jiān)控中心，提高運(yùn)行管理效率，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，保障線路及船舶自身的安全。

圖2 方案設(shè)計(jì)及測(cè)試技術(shù)路線

5 結(jié)語(yǔ)

海島堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是國(guó)家智能電網(wǎng)的組成部分[1]。結(jié)合舟山國(guó)家級(jí)新區(qū)建設(shè)與海島電網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)跨越海域及航道的架空線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是海島堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。

本文提出的預(yù)防跨越航道架空線路被船舶損傷的措施，是一項(xiàng)集圖像采集與識(shí)別、信號(hào)傳輸及分析、預(yù)警及對(duì)話于一體的綜合性、聯(lián)動(dòng)性的運(yùn)行管理模式的技術(shù)創(chuàng)新，它將同舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)大跨越線路運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)一起，有效保障跨越海域架空線路的運(yùn)行安全。

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]黃新波.輸電線路在線監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[3]王玉春.全球船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的安裝及檢驗(yàn)[J].天津航海，2009（3）：52-55.