海洋氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)船舶海上施工的意義分析

陳 亮，楊 源

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

風(fēng)能屬于優(yōu)質(zhì)且常用的可再生能源類(lèi)型和清潔能源類(lèi)型，具備總體儲(chǔ)藏量大，以及空間性分布覆蓋范圍廣泛等基本特點(diǎn)。伴隨著風(fēng)能開(kāi)發(fā)使用技術(shù)，以及相關(guān)應(yīng)用設(shè)備的逐漸發(fā)展成熟，風(fēng)能的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益得到了充分展現(xiàn)，支持風(fēng)能逐漸演化成為我國(guó)現(xiàn)有能源供應(yīng)基礎(chǔ)系統(tǒng)的良好補(bǔ)充。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能資源在利用過(guò)程中最為常見(jiàn)的技術(shù)形式，從現(xiàn)有的調(diào)查研究數(shù)據(jù)可以知道，與建立在內(nèi)陸地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)相對(duì)比，海上風(fēng)電場(chǎng)具備風(fēng)能資源儲(chǔ)備數(shù)量豐富且穩(wěn)定性相對(duì)較高、發(fā)電生產(chǎn)技術(shù)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程環(huán)境影響破壞程度小、土地資源要素占用和消耗數(shù)量少，以及電力能源產(chǎn)品產(chǎn)量規(guī)模大等基本特點(diǎn)，并且憑借上述特點(diǎn)，逐漸獲取了來(lái)自我國(guó)各級(jí)政府相關(guān)主管職能部門(mén)的充分關(guān)注和重視。

1 海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)概述

在2010年7月，我國(guó)建設(shè)形成了首個(gè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目并且實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，也就是上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，其裝機(jī)容量參數(shù)為102.00MW，該項(xiàng)目的建設(shè)形成，標(biāo)志著我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)事業(yè)正式進(jìn)入發(fā)展起步階段。

在我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)事業(yè)的早期發(fā)展階段，我國(guó)實(shí)際建設(shè)形成的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目大多集中分布在江蘇省沿海地域，其選址主要基于潮間帶或者是潮下帶風(fēng)電灘涂空間區(qū)域，且項(xiàng)目建設(shè)所在海域的海水深度參數(shù)大多處在5.00m之下。最近若干年間，我國(guó)逐漸在福建省和廣東省等東南沿海地區(qū)省份的外?？臻g區(qū)域之中，啟動(dòng)運(yùn)作了海水深度參數(shù)介于5.00-50.00m之間的大型海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目。

在海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，樁基基礎(chǔ)組成部分可供選擇運(yùn)用的施工技術(shù)主要涉及打入樁施工技術(shù)、灌注樁施工技術(shù)，以及嵌巖樁施工技術(shù)等表現(xiàn)形式。伴隨著海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)施所處空間位置海水深度參數(shù)的持續(xù)加大，樁端部位實(shí)際進(jìn)入持力層內(nèi)部的深度參數(shù)，以及樁體結(jié)構(gòu)的直徑參數(shù)都對(duì)應(yīng)性地需要接受加大處理過(guò)程，海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目的工程施工成本將會(huì)顯著上升，繼而在小型風(fēng)機(jī)設(shè)備無(wú)法支持滿足成本控制要求前提下，需要引入運(yùn)用大型風(fēng)機(jī)設(shè)備。

在海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目施工建設(shè)活動(dòng)實(shí)施過(guò)程中，需要先后完成樁基結(jié)構(gòu)施工，附屬性技術(shù)設(shè)備安裝或者承臺(tái)施工，以及風(fēng)機(jī)吊裝施工。海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目的施工工序?yàn)椋轰摴軜兜闹谱髋c加工環(huán)節(jié)→鋼管樁運(yùn)輸環(huán)節(jié)→鋼管樁安裝施工環(huán)節(jié)→附屬性技術(shù)設(shè)備安裝或者是承臺(tái)施工環(huán)節(jié)→風(fēng)機(jī)設(shè)備吊裝施工環(huán)節(jié)。

2 海洋氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

海洋氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)海洋空間區(qū)域內(nèi)部氣象環(huán)境條件展開(kāi)測(cè)量和監(jiān)測(cè)干預(yù)的技術(shù)系統(tǒng)，其運(yùn)行過(guò)程中獲取的相關(guān)成果，能夠?yàn)楹Ｉ鲜┕ご暗陌踩咝Ъ夹g(shù)運(yùn)用，創(chuàng)造和提供支持保障條件。

圖1 基于海洋氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的船舶施工方案設(shè)計(jì)界面示意圖

3 海上風(fēng)電場(chǎng)船舶及人員智慧調(diào)度系統(tǒng)工程基礎(chǔ)概述

3.1 海上風(fēng)電場(chǎng)船舶及人員智慧調(diào)度系統(tǒng)工程設(shè)施的基本特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)與業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，能夠大幅提高工作效率，緩解人、物力不足的矛盾；同時(shí)通過(guò)全覆蓋的監(jiān)管，保障人員、船舶和設(shè)施安全。

（2）系統(tǒng)功能齊全，借助于多種傳感器監(jiān)控技術(shù)手段的相互配合，對(duì)危害場(chǎng)區(qū)設(shè)施安全的船舶實(shí)現(xiàn)“三得化”管理，即“看得見(jiàn)、叫得通、管得住”，降低船舶違章率和事故發(fā)生率。

（3）系統(tǒng)選擇運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)代化與智能化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)區(qū)內(nèi)違規(guī)船舶的自動(dòng)預(yù)警，虛警率低，借助于事后軌跡分析及視頻分析為違規(guī)船舶追責(zé)提供證據(jù)。

（4）系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為工作人員和船舶提供信息引導(dǎo)，提升運(yùn)營(yíng)效率，保障生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

（5）可擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)采用微服務(wù)的軟件架構(gòu)，經(jīng)由高度的抽象和建模，合理劃分模塊，形成靈活的系統(tǒng)組成；模塊間信息交換采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，接口使用通用化的WebService接口，協(xié)議為適應(yīng)強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的TCP協(xié)議，數(shù)據(jù)格式遵守當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，以同一套服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)內(nèi)建業(yè)務(wù)應(yīng)用、支撐第三方外部業(yè)務(wù)應(yīng)用和未來(lái)需擴(kuò)展的業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)真正的開(kāi)放性系統(tǒng)。

3.2 人員管理系統(tǒng)的基本功能

（1）人員信息管理功能：管理人員可通過(guò)平臺(tái)設(shè)置人員姓名、年齡、性別、部門(mén)、工種等相關(guān)信息，并可向指定人員發(fā)布相關(guān)任務(wù)。

（2）打卡定位功能：運(yùn)維人員利用手機(jī)掃描張貼在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、升壓站、運(yùn)輸船及集控中心入口處二維碼，或者在進(jìn)入指定區(qū)域后通過(guò)手機(jī)APP簽到打卡的方式，實(shí)現(xiàn)人員定位，考勤。

（3）位置顯示功能：結(jié)合電子海圖及云臺(tái)監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示人員所在位置，并以直觀圖像或者直播方式顯示在值班中心。

（4）應(yīng)急管理功能：出海作業(yè)人員可佩帶應(yīng)急示位標(biāo)，在人員落水時(shí)自動(dòng)觸發(fā)求救信號(hào)，系統(tǒng)收到信號(hào)后會(huì)自動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)、短信等方式向相關(guān)人員發(fā)送告警消息，并且可在平臺(tái)向管理人員推薦相關(guān)應(yīng)急方案，以及最近的船舶信息。

3.3 海域視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能

遠(yuǎn)距離高清激光攝像機(jī)專(zhuān)為遠(yuǎn)程晝夜監(jiān)控領(lǐng)域而設(shè)計(jì)，采用超勻化紅外激光作照明源，使用高像素、低照度長(zhǎng)焦鏡頭，有效監(jiān)控距離可達(dá)20.00km，可進(jìn)行連續(xù)晝夜監(jiān)控。

工業(yè)級(jí)嵌入式電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)的變倍、聚焦、視頻切換、云臺(tái)控制等功能，整機(jī)采用高強(qiáng)度鋁合金材料，保證沿海及戶(hù)外長(zhǎng)時(shí)間使用的穩(wěn)定性。

在日常視頻監(jiān)控方面，采用遠(yuǎn)距離高清激光攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)全景全域監(jiān)控和重點(diǎn)區(qū)域動(dòng)態(tài)影像跟蹤以及落水人員自動(dòng)跟蹤，讓監(jiān)控調(diào)度更科學(xué)。

3.4 船舶管理系統(tǒng)的基本功能

（1）AIS基站會(huì)自動(dòng)接收過(guò)往船舶發(fā)送的AIS信號(hào)并實(shí)時(shí)同步到系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)接收到的船舶數(shù)據(jù)將船舶顯示在電子海圖上，形成船舶實(shí)時(shí)定位信息。

（2）呈現(xiàn)MMSI（水上移動(dòng)通信業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)碼）、IMO（VHF頻道號(hào)）、船首向、船航跡、船速、經(jīng)緯度以及船舶基本信息（船長(zhǎng)、寬等）。

（3）AIS配合電子海圖劃定警戒區(qū)域，入侵自動(dòng)發(fā)起報(bào)警，點(diǎn)擊報(bào)警信息可查看具體船舶信息以及船舶在風(fēng)場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡。

3.5 氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基本功能

氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)通過(guò)圖表方式顯示氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，主要的氣象要素為：基于海平面10.00米的風(fēng)力風(fēng)向要素、基于海平面100.00米的風(fēng)力風(fēng)向要素、浪高要素、潮汐要素、能見(jiàn)度要素、氣溫要素、降水要素、氣壓要素、相對(duì)濕度要素等。

3.6 風(fēng)場(chǎng)資產(chǎn)管理系統(tǒng)的基本功能

風(fēng)場(chǎng)資產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)所有風(fēng)場(chǎng)資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理，不同設(shè)備自動(dòng)生成唯一二維碼張貼在設(shè)備入口處，用戶(hù)進(jìn)入設(shè)備所在區(qū)域后可通過(guò)手機(jī)APP掃描二維碼或者定位打卡的方式進(jìn)行用戶(hù)的定位、考勤；也可對(duì)所有出海作業(yè)工具進(jìn)行統(tǒng)一管理，管理員分配任務(wù)時(shí)可選擇不同作業(yè)任務(wù)需要攜帶的工具，以確保出海作業(yè)時(shí)不會(huì)遺漏工具，提升作業(yè)效率。

表1中列示的信息為海上大風(fēng)預(yù)警等級(jí)，其中詳細(xì)列示了與海上大風(fēng)強(qiáng)度表現(xiàn)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的海面環(huán)境表現(xiàn)特征。

表1 海上大風(fēng)預(yù)警等級(jí)分布表

遵從目前已經(jīng)獲取的技術(shù)性實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于正在運(yùn)行使用的海上施工船舶而言，在面對(duì)種類(lèi)多樣的惡劣天氣環(huán)境條件下，其部分施工作業(yè)技術(shù)工序甚至是所有施工作業(yè)技術(shù)工序需要面對(duì)停工問(wèn)題，具體信息參見(jiàn)表2：

表2 作業(yè)停工劃分表

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合梳理現(xiàn)有研究成果可以知道，風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)技術(shù)，是電力能源產(chǎn)品綠色清潔生產(chǎn)技術(shù)的具體表現(xiàn)類(lèi)型之一，通過(guò)規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)行使用海洋氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，支持海上施工船舶的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)使用狀態(tài)，能確保海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)施建設(shè)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中順利獲取到最佳預(yù)期效果。