海上风电场交通安全监控平台技术方案研究

曾晨

（福建省新能海上风电研发中心有限公司，福建 福州350108）

海上风电场的发展是对日益增长的能源需求的一种回应，风能作为世界上动态增长最快的能源，截至目前，全球已有1874 个[1]海上风力发电项目（包括安装、建设、批准或计划)，而这一数字仍在不断增加。随着海上风电场对空间占用不断扩大，沿海和近海海域的人类活动普遍增加，海洋功能区的重叠和冲突愈发明显，对海上风电场海域的船舶交通安全进行综合监控与管理已是迫在眉睫。

1 需求分析

通过对海上风电场海域情况的分析，结合现场经验，本方案拟构建一套基于多信源数据的海上风电场海域交通安全监控系统，并对需求简要归纳为如下几点：

1.1 对风电场周围的船舶交通情况的实时掌控

风电场周围可能存在航路与习惯航路，锚地区域等，从保护海底电缆、防止船舶在电缆区域抛锚的角度考虑，需要实时掌握周围区域的船舶交通情况，以满足对风电场设施的安全保护需求。

1.2 对风电场工作人员与船舶的定位与监管

因海上风电场离岸距离远，公网信号弱，信息传输相对比较困难。海上工作存在一定的危险性，可能会引发人员落水等紧急情况。因此有必要对风电场的工作人员与船舶位置进行实时掌控，及时掌握周围可投入的救援力量，对险情立即响应。

1.3 业主与监控区域内船舶的实时语音通信

为了保障海上风电场工作安全稳定的运行，监控中心不可避免需要与海上的船舶进行相应的语音通信。船载的通信系统目前与岸上通用的语音通信系统不能兼容，监控中心无法对船舶实时通信并进行安全告警。

1.4 集成的多功能信息显示、存储与操作平台

为了能够适应当下简易集成的操作环境，需要系统能够有效集成各个监控系统，同时能够对各类传感器传送回来的数据进行数据统计、整合与处理，根据保存整理的相应历史数据。

综上，需要开发一套基于电子海图底图的海上风电场集成监控的信息系统，建立一体化的顶层设计，将所涉及到的人、船、设备、环境等各种因素统筹协调，得到前端各种设备的状态量数据，生成适用于海上风电场的调度策略，确保海上的船舶、人员、交通状态实时掌控。

2 系统组成

本方案最终目的是构建一个集成的监控信息系统。该系统高度集成化，建成后对于操作员而言只需要操作一套软件系统界面即可满足上述各个需求。将下述系统的各个操作部分功能进行集成，各个系统的描述如下：

2.1 船舶监控系统

基于雷达和AIS技术在船舶导航和避碰中的重要作用，将船用导航系统引入海上风电项目，实现对风电场海域及其周边船舶进行监控，设置电子围栏发现船舶进入风电场海域时对值班员进行预警。雷达能够主动探测船舶动向并收集实时动态数据；AIS能够采集船舶静态数据、动态数据、航程相关数据和其他船舶安全数据，并对目标进行跟踪。解决风电场及其周边海域船舶的自动跟踪、闯入报警、自有船舶管理等问题。

2.2 可视化监控系统

可视化监控手段通过直观的视频影像数据展示，同时具备海域内全景展示、选定目标实景、支持目标光电联动、目标视频跟踪、智能火警监测和事故取证等功能。解决风电场内施工期工作面上的人员状态监控、施工进度监控等问题；解决运行期海域态势监控、日常船舶监控识别、风电场海域人员状态监控等问题。

2.3 人员定位及落水报警系统

基于物联网通讯技术和GPS/北斗定位技术，通过部署定位终端、通讯基站等设备，实现对人员、自有船舶实时定位、轨迹跟踪及落水报警等功能，提升风电场作业人员的安全管理水平。

2.4 深远海通讯系统

基于VHF 技术在船舶通讯中的广泛应用于船舶避让、海事管理、遇险搜救以及安全信息播发等方面。将VHF 技术引入海上风场项目，解决作业船舶通信、外来船舶驱离等问题。

2.5 多信息集成监控操作显示平台

为方便统一监控与管理，所有在外部传感器获取的信息均需要统一的智能化显示在相应的地图界面上。本方案选用符合目前国际标准的IHO S 57 电子海图作为显示操作界面的底图，支持相应的卫星图与电子海图显示模式双模切换。同时在此基础上，集成、图形化显示以及存储AIS 提供的各类基础类信息、定制化信息以及风电场运维相关的图形信息。

3 系统软件设计

本方案拟建设一套基于多信源数据的安全监管系统，通过多信源传感器数据的采集、解析、融合等处理[3]，实现对船舶目标的识别跟踪，监控整个风电设备部署水域安全状况，并采用声光电等多样化的手段对风险事件进行预警提示。对风险事件进行事前预警防范，事中进行跟踪处理和取证，事后进行回放和追责，从而避免事故发生，提高整个风电场的安全水平和管控效率。

3.1 建设雷达监测系统，主动探测风电场周围水上移动目标的运动态势数据。建设AIS系统，对区域内配载有AIS的船舶信息进行解析显示，AIS 信息与雷达信息的融合显示。通过AIS-MOB 设备的使用，实现人员落水应急功能的解决。

3.2 通过VHF（甚高频无线电台）完成与风电场周围的大小船舶、业主船舶以及相关工作人员进行日常业务调度以及紧急语音通信，实现统一的用于海事的语音实时通信。

3.3 实现多传感器信息的采集与显示、存储，包括雷达、AIS、视频监控、气象海况等信息的综合集成显示。

3.4 实现智能化运营与调度功能，后台中心核心服务器可以处理包括对业主船舶历史轨迹存储与分析、风场态势视频存储与调用、气象海况数据预报等等。在此基础上还可扩展相应的调度营运管理界面，实现基于各类信息的智能化船舶与人员调度安排。

图1 软件结构模块汇总表

4 安全防范与报警联动

系统架设完成后，将以风电场所在区域为中心，由受权操作人员根据安全等级设定多级安全警戒区域。对闯入区域的船只自动设置等级预警和处置，并记录全部过程。区域报警包括禁锚区域报警、禁止驶入区域报警、有抛锚趋势报警（在风电场3km 范围内，以航速低于0.5 节为判定条件）等，并可按照移动目标设置移动告警区。[3]列入黑名单和协查船舶名单的船舶被识别后系统能够自动报警。当目标进入防区后，系统第一时间发出预警，同时反馈目标经纬度信息，并计算出目标与监管区域的距离。当距离小于设定值时，系统自动报警，同时联动云台全程跟踪并进行抓拍和录像取证。

5 结论

在能源日益短缺的情况下，海上风电作为一种清洁的可再生能源发展迅速，福建省海上风电场离岸较近，与航道、锚地等区域毗邻的场址较多，海上交通安全是保证海上风电场开发建设的必要前提和重要保证。本方案的实施可实现全天候对风电场附近3公里水域内的船只进行实时动态监控，完成海上风电海域交通安全防范管理。

本方案在自建交通管理系统的基础上，还可延伸为与海洋主管部门的共建平台，依托海洋、海事等主管部门的信息化技术支持，形成信息互联、互通、共享的海上风场交通安全管理机制，为海上风电场的安全防范提供有利手段，为整个产业健康有序的发展保驾护航。