海上风电场人员落水救生系统研究与应用

崔 凯

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

随着风电行业的不断发展，海上风电场的优势将是不可替代的，近海风电将是我国东部沿海地区海上风电发展的重点区域。海上风电场一般建设在离岸数公里～几十公里之外，环境恶劣、气候多变、天气状况复杂，这给人员出海安全带来很多管理和技术困难。

海上风电场项目基建期、运维期各个参建单位往来风场，急需一种新的管理方式来改进目前粗放的项目安全管控态势。

由此开发了一个海上风电场人员落水救生系统，用以协调搜救海上落水人员。

1 系统功能

海上人员落水救生系统主要包含如下功能：①海域地图展示；②人员落水报警；③辅助救援路线规划。海上人员落水救生子系统为整个风场人员安全与风场安防系统的核心组成部分，此子系统可以根据项目实际需要单独部署，剥离人员安防系统的其他功能。人员安防系统包含安防监控视频、出海打卡、出海船舶人员统计、海上气象预报、出海指数以及海上人员落水救生子系统功能，见图1。

2 系统框架设计

2.1 系统架构

在系统架构上，整个系统的设计以SOA架构为基准，在保障系统充分安全性的同时，提升系统灵活性、扩展性和安全性。

系统采用五层架构模式，分别为数据采集层、数据中心层、服务层、应用层和展示层，系统架构如图2所示。数据采集层结合GPS自动采集数据、人工录入方式、手环定位、船讯网数据接口接入将人员落水相关数据采集并存入数据中心。数据中心层包括AIS数据、手环定位数据、出海任务数据、海图数据、气象服务数据、视频安防数据等其他公共数据。由数据中心对数据载入、清理、转换、规范，使得数据符合服务层使用需要。服务层包括基础海图服务、人员落水监测数据服务、三维BIM模型图模渲染服务。应用层包括出海统计、出海打卡、落水报警信息播报、监控视频接入、落水救援方案自动定制等功能模块。系统在展示层方面通过Web端和移动端展示。

图1 系统功能图

2.2 工作流程

系统的工作流程如图3所示。一旦出现人员落水，其穿戴的救生衣上的个人信标即被触发开始工作，通过AIS、DSC信道发送人员位置信息。海上救援导航网关收到AIS以及DSC信息后，通过微波通信(风场基建期)和风电场的光纤网络(风场运维期，此时微波通信作为备用网络)将人员落水信息发送到系统云服务上[1-2]。

图2 人员落水救生系统架构图

图3 系统工作流程图

3 系统关键技术

3.1 系统开发技术

系统采用当下流行的Restful技术开发接口，可同时满足网页端和移动端应用需要。后台基于.Net开发WebAPI，通过前后端分离的技术实现前端无关性。前端开发主要使用React相关的技术栈。React起源于Facebook的内部项目，用来架设Instagram的网站，于2013年5月开源。React采用声明范式，可以轻松描述应用。React实现了单向响应的数据流，从而减少了重复代码，这也是它为什么比传统数据绑定更简单。通过React构建组件，使得代码更加容易得到复用，能够很好地应用在大项目的开发中[3]。

系统对软硬件要求分为服务器端、客户端和移动端。

1)服务器端对硬件没有特殊要求，目前主流服务器的配置都可以满足系统运行需要。

2)客户端要求主流浏览器，包括IE11、Chrome等。

3)移动端要求安卓8.0及以上操作系统，IOS12及以上操作系统。

3.2 海上救援导航网关MRNG功能与接口

3.2.1 转发AIS和DSC的报警信息到云端

在接收到报警信息后,海上救援导航网关将报警信息发送到指定的云服务端，即海上人员落水救生系统的云服务上。发送采用WebAPI方式，使用POST方法：

Parameters (content type: application/json):

MRNGId <= 舰船/站点设备Id

MNetwork <= Internet网络信息，表示是通过Wifi(光纤网络)还是通过Ethernet接口(卫星网络)发送

MRNGLocation<= MRNG位置信息

MTime<= GNNS传来的时间信息

DeviceId <= HJ9018 MMSI识别码

Location <= HJ8 位置信息

LTime<= GNNS传来的时间信息

VHF Channel <= AIS 1或AIS 2 或DSC Channel 70

Response Messages: No content

3.2.2 实时发送自己的位置信息到云端

MRNG按照每10 min一次发送自己的信息到云端。发送采用WebAPI方式，使用POST方法：

Parameters (content type: application/json):

MRNGId <= 舰船/站点设备Id

MNetwork <= Internet网络信息，表示是通过Wifi(光纤网络)还是通过Ethernet接口(卫星网络)发送的

MRNGLocation<= MRNG位置信息

MTime <= GNNS传来的时间信息

DeviceId <= 空白

Location <= 空白

LTime<= 空白

VHF Channel <= 空白

Response Messages: No content

4 系统的开发实现

系统开发实现主要包括三个模块，其中落水报警与辅助救援路线是核心功能。系统设置、用户管理等基础功能为通用功能。

4.1 海域地图

海域地图为打开系统后的底图，底图引用谷歌地图的基础功能，在谷歌地图基础上叠加风场的信息。风场信息主要根据项目具体信息进行定制，包括风场范围、风机位置、海上升压站位置、海缆走向、船舶位置。将底图与风场信息进行叠加后，可以方便用户清晰地判断风场与船舶的相对位置。

船舶实时位置根据AIS(船舶自动识别系统)接收到的船舶数据显示，如果外部船只已经驶离AIS接收范围，则无需显示，在地图上单击船舶可以显示船舶名称、MMSI码。

4.2 落水报警

人员一旦出现落水情况，系统立即将个人信标的落水信息显示在系统上。个人信标反馈的信息包括：人员位置、人员姓名、落水时间。落水报警信息会自动推送至APP及Web端，并以响亮报警声音进行提示，直至管理员对报警信息进行处理。

4.3 辅助救援路线

根据人员落水位置以及当前风场内船只实时位置，系统自动判断给出辅助救援路线供管理员指挥救援决策。

一般风电场管理员可根据风场实际船只大小、救援能力、航速安排多艘船只协助救援，保证尽快对落水人员完成救援。

5 工程应用

江苏如东某海上风电场位于江苏如东近海海域。场区中心点离岸约44 km，海底地形有一定起伏，海底高程-2～-14 m。风电场近似呈梯形，东西方向平均长约为6.5 km，南北宽约为5.7 km，规划海域面积约37 km2。

工程规划装机容量200 MW，拟安装50台单机容量4.0 MW风电机组。风电场配套新建一座220 kV海上升压站和陆上集控中心。工程接入系统方案如下：风电场所发电力升压至35 kV后，通过35 kV线路接至海上升压站35 kV配电装置，通过海上升压站升压至220 kV后，通过1回220 kV海缆(长约53.5 km，三芯500 mm2)接至登陆点，登陆后经1回220 kV陆缆接至风电场陆上开关站220 kV母线。

海上风电场系统物理架构如图4所示。风电场信息系统按照“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证、综合防护”的原则，分别接入控制区、非控制区和管理信息区。各应用系统终端按其所属安全区专机专用、专网专用，不跨安全区使用。安全防护设备需获得国家指定机构安全检测证明，并通过电力系统电磁兼容检测。基于计算机及网络技术的业务系统划分为生产控制大区和管理信息大区，并根据业务的重要性和对一次系统的影响程度将生产控制大区划分为控制区(安全Ⅰ区)、非控制区(安全Ⅱ区)和管理信息大区(Ⅲ区)，重点保护生产控制以及直接影响电力生产的系统[4-5]。生产控制大区的纵向互联应同安全区互联，避免跨安全区纵向交叉联接。

图4 海上风电场系统物理架构图

海上人员落水救生系统部署于风电场管理信息大区(Ⅲ区)，所有数据均从公网获取(不直接与风场监控系统交互数据)。针对管理信息大区外网应用接入，在纵向边界实现网络层或应用层加密认证，同时本系统还支持国产安全操作系统和国产安全数据库，满足风电场信息系统的安全要求。

本系统目前已部署在风电场现场应用，目前虽未出现人员落水情况，但是在海上测试出现人员落水情况时，系统第一时间获取到救生衣上被触发的个人信标发出的报警信号，系统获取到落水地点、时间、人员信息并显示。

6 结 语

海上风电场存在离岸距离远、海况条件复杂、可达性较差、通讯网络不畅、安全风险性高等不利因素，给风电场的建设和运行维护造成诸多不便。海上人员落水救生系统能够为海上风电场的人员安全提供极大保障，并为目前国内粗犷的海上风电场施工运维安全管控起到示范作用，提高海上风电场建设运维管理水平。