專利名稱：一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，特別是一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
我國(guó)海岸線長(zhǎng)達(dá)3. 2萬(wàn)公里，領(lǐng)海面積約473萬(wàn)平方公里，大小島嶼有6500多個(gè)，海上工作平臺(tái)眾多，陸島、島際間海底電纜的應(yīng)用日漸增多，其在遠(yuǎn)程供電、高壓輸電、電力通信、信號(hào)傳輸中起關(guān)鍵作用。隨著海洋開發(fā)利用活動(dòng)的日益增加，海底電纜路由海域捕撈活動(dòng)極為頻繁，捕撈方式多樣，各種張網(wǎng)、拖網(wǎng)、釣具等對(duì)海底電纜造成很大的威脅。特別是帆張網(wǎng)，其定位錨體積、重量大，入水后受水動(dòng)力作用，移動(dòng)力量很大，拋入海底的鐵錨因潮流的方向最大可走動(dòng)距離達(dá)3-4海里，并且可能360度回轉(zhuǎn)，對(duì)海底電纜造成致命的傷害。另外，定置網(wǎng)船在作業(yè)過(guò)程中拋錨定位時(shí)可能對(duì)電纜造成傷害，其錨的入土深度在2米左右，由于其在近岸區(qū)域作業(yè)，對(duì)登陸點(diǎn)附近電纜的影響比較大。拖網(wǎng)船對(duì)海底電纜的最大威脅是底拖網(wǎng)作業(yè)，其主要對(duì)埋設(shè)深度不夠或進(jìn)行過(guò)修理的區(qū)域造成較大影響。同時(shí)，隨著海上運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，海上運(yùn)輸船只的噸位和數(shù)量也日益增加，給海底電纜安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。在海底電纜工程設(shè)計(jì)和實(shí)際施工中均嚴(yán)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(gè)別貨輪闖入禁錨區(qū)隨意拋錨、船舶設(shè)備臨時(shí)發(fā)生故障或突然出現(xiàn)大霧、大風(fēng)天氣被迫就地拋錨的現(xiàn)象，加之風(fēng)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(yùn)行，目前通常是在海底電纜登陸點(diǎn)附近設(shè)置值班室，安排專門的值班人員對(duì)海底電纜所處海域進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑船只，并加以驅(qū)趕。這種方法在一定程度上避免了事故的發(fā)生，但驅(qū)趕的難度較大。另外，值班員很難做到24小時(shí)內(nèi)對(duì)每條船進(jìn)行無(wú)疏漏地監(jiān)視，特別是在夜晚和雨霧天氣，靠肉眼無(wú)法實(shí)現(xiàn)監(jiān)視，最終導(dǎo)致錨害斷纜事故仍有發(fā)生。海底電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，每公里造價(jià)在100萬(wàn)元以上，敷設(shè)好的電纜一旦被鉤斷必須花費(fèi)大量的人力、物力進(jìn)行打撈和修復(fù)，且耗時(shí)很長(zhǎng)，給電力企業(yè)和用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，錨害事故危害巨大。錨害事故發(fā)生后，及時(shí)確定肇事船只，組織事故理賠，對(duì)明確事故責(zé)任、挽回經(jīng)濟(jì)損失十分重要。由于海浪和洋流影響，落錨點(diǎn)和船舶位置距離不確定，特別是在海面上船舶多于I艘時(shí)，單純靠值班人員的肉眼根本無(wú)法準(zhǔn)確認(rèn)定肇事船只，給肇事船只的確認(rèn)帶來(lái)很大困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種能及時(shí)、準(zhǔn)確、證據(jù)充分的確認(rèn)肇事船只的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法。本發(fā)明的另一目的還在于提供一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法的應(yīng)用。一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，包括如下步驟
(I)使用分布式光纖應(yīng)變測(cè)量技術(shù)，利用海底電纜中復(fù)合或后期敷設(shè)的普通通信單模光纖實(shí)現(xiàn)海底電纜應(yīng)變的實(shí)時(shí)在線測(cè)量，以獲得沿整條光纖被測(cè)應(yīng)變的分布信息；(2)當(dāng)應(yīng)變超過(guò)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警，通過(guò)應(yīng)變數(shù)據(jù)確定報(bào)警點(diǎn)在光纖上的位置；利用光纖長(zhǎng)度和海纜長(zhǎng)度的關(guān)系，換算出報(bào)警點(diǎn)在海纜上的位置；再根據(jù)施工路由圖中的海纜地理坐標(biāo)和深度數(shù)據(jù)得出報(bào)警點(diǎn)的地理坐標(biāo)；(3)利用船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS實(shí)時(shí)記錄海纜上方過(guò)往船舶的信息，并作為歷史數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，以報(bào)警點(diǎn)地理坐標(biāo)為中心，提取周圍一定范圍內(nèi)的船舶信息，將此范圍內(nèi)的所有船舶列為可疑船只；(4)調(diào)取可疑船只某段時(shí)間內(nèi)的AIS信息，繪制船只航行軌跡，確定肇事船只；(5)根據(jù)岸邊攝像頭地理坐標(biāo)和肇事船只當(dāng)前的地理坐標(biāo)計(jì)算攝像頭偏轉(zhuǎn)角，拍攝肇事船只的影像作為證據(jù)。 本發(fā)明的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法由分布式光纖應(yīng)變測(cè)量技術(shù)獲得海纜的應(yīng)變分布，由船舶自動(dòng)識(shí)別(AIS)技術(shù)獲得肇事船只的信息，由視頻監(jiān)控技術(shù)捕捉肇事船只的影像，由后臺(tái)軟件融合分布式光纖應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)、AIS數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行肇事船只確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫，應(yīng)變數(shù)據(jù)、AIS信息、視頻影像的顯示和報(bào)警算法。報(bào)警點(diǎn)地理坐標(biāo)位置的具體確定方法為(I)當(dāng)應(yīng)變超過(guò)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警，通過(guò)應(yīng)變數(shù)據(jù)一維數(shù)組和分布式光纖應(yīng)變測(cè)量?jī)x采樣間隔確定報(bào)警點(diǎn)在光纖上的位置，假設(shè)報(bào)警點(diǎn)發(fā)生在應(yīng)變一維數(shù)組的第n(n=0，l，2，···)個(gè)點(diǎn)上，若采樣間隔為m米，則報(bào)警點(diǎn)在光纖上nXm米處；(2)根據(jù)光纖與海底電纜的長(zhǎng)度比，將報(bào)警點(diǎn)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(shè)光單元-內(nèi)含光纖絞纏在海底電纜內(nèi)直徑d處，光纖的余長(zhǎng)量y，絞合節(jié)距j，則光纖與海底電纜的長(zhǎng)度比p=U2d2+j2)"2X(l+y)/j，此時(shí)報(bào)警點(diǎn)在海底電纜上的距離為η X m/p ；(3)根據(jù)施工路由圖建立m米間隔的海底電纜長(zhǎng)度與地理坐標(biāo)關(guān)系表，根據(jù)報(bào)警點(diǎn)在光纖上的距離nXm，通過(guò)計(jì)算和查表確定報(bào)警點(diǎn)的地理坐標(biāo)。以報(bào)警點(diǎn)地理坐標(biāo)為中心，提取周圍一定范圍內(nèi)的船舶信息，將此范圍內(nèi)的所有船舶列為可疑船只，其是以調(diào)取AIS在以報(bào)警點(diǎn)為中心的方形或圓形區(qū)域的船舶信息。360米半徑內(nèi)的船舶信息，AIS處于實(shí)時(shí)監(jiān)控中，其獲得的船舶信息包括船號(hào)、地理坐標(biāo)、航行狀態(tài)、航速、航向等，該信息數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備調(diào)用；當(dāng)報(bào)警發(fā)生后，調(diào)取報(bào)警時(shí)刻的所有船舶信息，計(jì)算船只位置和報(bào)警點(diǎn)的距離，篩選出距離小于等于360米的船舶信息，作為可疑船只。360米半徑的計(jì)算依據(jù)為船舶在拋錨前后的航行速度都小于2海里，在近陸地海峽內(nèi)航行的船舶一般都使用B類船載移動(dòng)設(shè)備，根據(jù)AIS國(guó)標(biāo)可知，B類AIS在船速小于等于2海里(約I米/秒)時(shí)，其標(biāo)稱報(bào)告間隔為3分鐘，3分鐘內(nèi)船舶的最大移動(dòng)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(xù)接收2次AIS信號(hào)，因此半徑定位180X2=360米。調(diào)取可疑船只某段時(shí)間內(nèi)的AIS信息，繪制船只航行軌跡，按如下條件確定肇事船只I)船只由拋錨狀態(tài)變?yōu)槠鸷綘顟B(tài)；2)起航后存在一段航行軌跡，該軌跡與產(chǎn)生報(bào)警的海底電纜敷設(shè)方向相交；3)交點(diǎn)離中心最近。根據(jù)岸邊攝像頭地理坐標(biāo)和肇事船只當(dāng)前的地理坐標(biāo)計(jì)算攝像頭偏轉(zhuǎn)角，拍攝肇事船只的影像作為證據(jù)，其具體為設(shè)攝像頭的地理坐標(biāo)為( , %)，肇事船只的地理坐標(biāo)為(x2，y2)，攝像頭坐標(biāo)的X軸與肇事船坐標(biāo)的Y軸之交點(diǎn)的地理坐標(biāo)為(Xl，yi) = (x2, y0)，假設(shè)攝像頭所處X軸線為攝像頭的0°初始角，則拍攝肇事船只的攝像頭偏轉(zhuǎn)角。
權(quán)利要求
1.一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于包括如下步驟， (1)使用分布式光纖應(yīng)變測(cè)量技術(shù)，利用海底電纜中復(fù)合或后期敷設(shè)的普通通信單模光纖實(shí)現(xiàn)海底電纜應(yīng)變的實(shí)時(shí)在線測(cè)量，以獲得沿整條光纖被測(cè)應(yīng)變的分布信息； (2)當(dāng)應(yīng)變超過(guò)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警，通過(guò)應(yīng)變數(shù)據(jù)確定報(bào)警點(diǎn)在光纖上的位置；利用光纖長(zhǎng)度和海纜長(zhǎng)度的關(guān)系，換算出報(bào)警點(diǎn)在海纜上的位置；再根據(jù)施工路由圖中的海纜地理坐標(biāo)和深度數(shù)據(jù)得出報(bào)警點(diǎn)的地理坐標(biāo)； (3)利用船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS實(shí)時(shí)記錄海纜上方過(guò)往船舶的信息，并作為歷史數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，以報(bào)警點(diǎn)地理坐標(biāo)為中心，提取周圍一定范圍內(nèi)的船舶信息，將此范圍內(nèi)的所有船舶列為可疑船只； (4)調(diào)取可疑船只某段時(shí)間內(nèi)的AIS信息，繪制船只航行軌跡，確定肇事船只； (5)根據(jù)岸邊攝像頭地理坐標(biāo)和肇事船只當(dāng)前的地理坐標(biāo)計(jì)算攝像頭偏轉(zhuǎn)角，拍攝肇事船只的影像作為證據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于報(bào)警點(diǎn)地理坐標(biāo)位置的具體確定方法為 (1)當(dāng)應(yīng)變超過(guò)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警，通過(guò)應(yīng)變數(shù)據(jù)一維數(shù)組和分布式光纖應(yīng)變測(cè)量?jī)x采樣間隔確定報(bào)警點(diǎn)在光纖上的位置， 假設(shè)報(bào)警點(diǎn)發(fā)生在應(yīng)變一維數(shù)組的第n(n=0，l，2，…)個(gè)點(diǎn)上，若采樣間隔為m米，則報(bào)警點(diǎn)在光纖上nXm米處； (2)根據(jù)光纖與海底電纜的長(zhǎng)度比，將報(bào)警點(diǎn)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(shè)光單元-內(nèi)含光纖絞纏在海底電纜內(nèi)直徑d處，光纖的余長(zhǎng)量y，絞合節(jié)距j，則光纖與海底電纜的長(zhǎng)度比P= ( π 2d2+j2)1/2X (1+y) /j，此時(shí)報(bào)警點(diǎn)在海底電纜上的距離為nXm/P ; (3)根據(jù)施工路由圖建立m米間隔的海底電纜長(zhǎng)度與地理坐標(biāo)關(guān)系表，根據(jù)報(bào)警點(diǎn)在光纖上的距離nXm，通過(guò)計(jì)算和查表確定報(bào)警點(diǎn)的地理坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于以報(bào)警點(diǎn)地理坐標(biāo)為中心，提取周圍一定范圍內(nèi)的船舶信息，將此范圍內(nèi)的所有船舶列為可疑船只，其是以調(diào)取AIS在以報(bào)警點(diǎn)為中心的方形或圓形區(qū)域的船舶信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于所述的圓形區(qū)域內(nèi)的范圍為以以報(bào)警點(diǎn)為中心的圓形360米半徑內(nèi)的船舶信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于調(diào)取可疑船只某段時(shí)間內(nèi)的AIS信息，繪制船只航行軌跡，按如下條件確定肇事船只 (1)船只由拋錨狀態(tài)變?yōu)槠鸷綘顟B(tài)； (2)起航后存在一段航行軌跡，該軌跡與產(chǎn)生報(bào)警的海底電纜敷設(shè)方向相交； (3)交點(diǎn)離圓心最近。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于根據(jù)岸邊攝像頭地理坐標(biāo)和肇事船只當(dāng)前的地理坐標(biāo)計(jì)算攝像頭偏轉(zhuǎn)角，拍攝肇事船只的影像作為證據(jù)，其具體為設(shè)攝像頭的地理坐標(biāo)為(χο，％)，肇事船只的地理坐標(biāo)為(X2，y2 )，攝像頭坐標(biāo)的X軸與肇事船坐標(biāo)的Y軸之交點(diǎn)的地理坐標(biāo)為(Xl，yi) = (x2, yo)，假設(shè)攝像頭所處X軸線為攝像頭的O °初始角，則拍攝肇事船只的攝像頭偏轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求6所述的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于所述步驟(I)中使用的分布式光纖應(yīng)變測(cè)量技術(shù)為通過(guò)布里淵光時(shí)域反射計(jì)(BOTDR)、布里淵光時(shí)域分析儀(BOTDA)、布里淵光頻域分析儀(BOFDA)或相干光時(shí)域反射計(jì)(COTDR)中的任意一種實(shí)現(xiàn)；海底電纜如果復(fù)合有光纖，測(cè)量?jī)x直接與光電復(fù)合海纜中的單模光纖進(jìn)行連接；海底電纜如無(wú)復(fù)合光纖，測(cè)量時(shí)可以將普通通信光纜敷設(shè)于海底電纜表面，測(cè)量?jī)x與通信光纜中的單模光纖進(jìn)行連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法，其特征在于所述步驟(5)中岸邊攝像頭指配備長(zhǎng)焦鏡頭的攝像機(jī)或長(zhǎng)焦紅外熱成像儀，分別用于白天和黑夜的肇事船只影像錄制；鏡頭偏轉(zhuǎn)角根據(jù)岸邊攝像頭地理坐標(biāo)和肇事船只當(dāng)前地理坐標(biāo)計(jì)算得到。
9.一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法的應(yīng)用，其特征在于本海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法應(yīng)用于可敷設(shè)光纖的各類海底管線錨害肇事船只確認(rèn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海底電纜錨害肇事船只確認(rèn)方法及應(yīng)用，其利用分布式光纖應(yīng)變測(cè)量技術(shù)和普通通信光纖進(jìn)行海底電纜應(yīng)變分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)海底電纜故障并發(fā)出報(bào)警，克服了人工無(wú)法巡查海纜故障的缺點(diǎn)。利用海底電纜技術(shù)資料、施工路由圖建立報(bào)警點(diǎn)所處地理位置和傳感光纖長(zhǎng)度的準(zhǔn)確關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。利用AIS信息和肇事船只確認(rèn)算法可以準(zhǔn)確認(rèn)定肇事船。利用鏡頭偏轉(zhuǎn)調(diào)整算法可及時(shí)準(zhǔn)確地記錄肇事船只的影像，連同AIS信息，為肇事理賠提供充足的證據(jù)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的方法自動(dòng)化水平高、定位準(zhǔn)確、證據(jù)充分，克服了人工巡查的諸多缺點(diǎn)，對(duì)海底電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102997858SQ201210272459
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者吳飛龍, 黃旭明, 林心勇, 徐杰, 王力群, 鄭小莉, 李永倩, 呂安強(qiáng), 楊志, 李星蓉, 孫景芳, 潘德峰 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 福建省電力有限公司, 福建省電力有限公司福州電業(yè)局, 華北電力大學(xué)(保定)