白世峰
摘要：本研究使用海上风电运维水下机器人搭载声呐和摄像机，对风机基础海缆入泥角进行扫描成像和光学成像，对风机基础周边三维扫测。本文旨在利用人工智能技术为海上风电运维提供运维数据和运维解决方案。 关键词：海上风电运维；桩基；水下机器人；多波束声呐
Engineering application of artificial intelligence technology in offshore wind power operation and maintenance
Li gao,Qiu yixian,Zhang zunxu
Guangdong Yuedian Zhuhai Offshore Wind Power Co., Ltd
In this study,Offshore Wind Power Operations and Maintenance ROV is used to carry multi-beam sonar and underwater camera to scan and optically imagine the submarine cable entry angle of fan foundation, and three-dimensional sweeping of the turbine foundation per
imete.The purpose of this paper is to use artificial intelligence technology to provide O&M data and O&M solutions for offshore wind power O&M.
Keywords: Offshore wind power O&M;pile foundation;Underwater robots;multi-beam sonar；
我国大陆海岸线总长度32万公里，海域面积300万平方公里，沿海风能资源丰富，海上风电大规模开发。与其他海洋能源相比，海上风电已进入成熟商业运营阶段，并拥有日渐成熟的技术，海上风电已作为应对未来能源问题的方法之一，当然，海上风电也面临诸多挑战。高湿度高盐雾、频繁恶劣海洋气候等对海上风电设备造成腐蚀和其他损坏末路狂花影评[1]；因海上风电风机桩基和海底电缆都在海平面以下，完全依靠人工检修效率极低、危险性大；海洋气候变化无常，设备状态还要受到潮汐、洋流、渔船锚害、泥沙沉积等诸多因素的共同影响[2][3]，几乎不可能对海底设备情况进行长期稳定的预测。因此，在进行海上风电运维时使用水下机器人（ROV）搭载多波束二维扫描声呐、高清摄像机、超短基线、工作型机械手等的方法组合运维工程船搭载多波束声呐测量方法成为了更安全、经济和高效的选择，也越来越多其他需要进行深水作业的大型项目的首选脉动时空[4]。
1 海上风电运维水下探测机器人
本文讨论是使用一套能代替潜水员的、用于海风场风机基础探测的海上风电运维水下探测机器人。本款海上风电运维水下探测机器人由海底探测中型ROV机器人运载平台、多波束声呐扫描探测系统、水下定位导航系统、水下照明摄像系统等部分组成。
功率放大器通过专用零浮力线缆连接到水下探测机器人控制舱，控制舱通过数据透传转换，使用水下机器人集供电与通信一体的脐带缆，传输数据到岸上控制系统，再通过以太网电缆和USB传输线与计算机连接，实现计算机与声呐阵列和云台之间的通信。
2 水下机器人定位导航
本方案中海上风电运维水下探测机器人定位导航采用超短基线SeaTrac Micro-USBL系统。
SeaTrac是多功能的水下声学应答机，SeaTrac X1系列Micro-USBL跟踪与数据Modem内置了强健的宽带扩频信号方案，能够追踪水下机器人设备的位置信息，可同时承载数据传输的功能，进行双向数据交换。
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当USBL系统用于跟踪应用时，X150需安装主运维工程船上承担主监测，并与运行着SeaTrac PinPoint显示与记录软件的PC相连，所有的位置信息都由X150信标完成计算。乙醇钠
海上风电运维水下探测机器人安装一个X110信标，水下机器人浮游位置就能被跟踪，同时也可以使用一个数据口为其他系统或传感器提供周期性声学通讯，通讯范围达1km。
水下机器人上的信标X110安装了一个9自由度的姿态与航向参考系统（AHRS），可从运维工程船（见图3）上的MEMS陀螺仪、加速计以及磁力计产生的倾斜、翻滚以及偏航信息获取数据，此数据也可以通过通信端口供水下机器人或其他搭载设备使用。
3 水下多波束声呐
海上风电桩基基础投入运行后，桩基基础受到海水冲刷情况、海生物生长情况没有一个系统的数据[5]。目前水工建筑物和水下细部结构检测的主要技术手段有水下目视检测、水下激光成像、水下声呐成像等。而多波束声呐是近年发展的一种探测新技术，具有高效率、高精度、高分辨率、全覆盖的明显特点。使用高精度多波束成像声呐系统，可提供水下目标的高精度细节图像，是目前水下细部结构检测比较先进的手段。
选用多波束声呐，测量前使用声速剖面仪测量声速剖面，分析后取声速平均值输入到采集软件中。
多波束声呐的安装偏移校准需要平坦地形和水下特征物，以获取横摇（roll）、纵摇（ptich)、艄摇（yaw）校准值。本次测量校准采用海底不平坦地形作为特征物进行校准。具体做法如下：
1）测量平坦海底，采用同一条测线往返测量，校准横摇数据；
2）测量特征地物，采用同一条测线往返测量，校准纵摇数据；
3）测量特征海底，采用两条平行同向测线，校准艏摇数据；
完成以上步骤后，可获取较高图像质量。
4 水下多波束声呐扫测技术
本文讨论使用多波束成像声呐系统，能够获取目标更精细的三维点云数据，从而提供更多细节状态的描述。通过海上风电运维多波束测量系统的设计，可获取海风场风机基础周边
的高精度云数据和海底地形地貌状况，从而了解风机基础冲刷情况、风机基础水工结构完整情况等，为风机电站维护和安防提供水下数据，最终达到形成风机基础周边地形三维数字模型图（DTM）的目的。
本项目三维图像获取采用多波束声呐，数据采集软件为PDS软件，测量过程中严格按照操作说明进行作业，在设备工作正常、软件运行稳定后开始数据采集。经过测试，各设备运行正常，测深数据稳定，软件运行正常，然后进行多波束声呐检测作业。声速对于多波束声呐检测数据结果影响较大，测量时采集软件中声速值设定的准确性直接影响测距精度。根据普通海域情况，单个声速剖面的控制范围不宜大于5公里，声速剖面测量时间间隔应小于6小时。测量过程中根据水温和测量区域的变化，进行加密声速剖面测量。
多波束声呐开始测量后，在PDS软件online模式下根据水深情况设置最大和最小观测距离，设置图像渲染方式为根据深度着，视角为正视投影，设置声波频率为400khz，设置声波频率发射为20p/s，调节接收增益、接收阈值、灵敏度、噪声压制等参数获取清晰的海 底。在测量过程中根据当前海洋环境的变换及时调整声呐参数和云台角度，以便在最佳视场角下获取目标物清晰图像。
多波束声呐数据处理采用PDS数据处理流程如下：
1）打开PDS软件数据回放模块，设置视场角为正视视角，设置数据渲染模式为点云。
2）整体查看项目数据，寻合适安装偏移校准位置，并做标记。
3）在PDS软件Patch Test模块中对设备安装偏移参数进行校准，并将安装偏移参数校准值输入到软件中。
4）在3d模块中对数据进行回放，对于目标地物，采用截屏和录屏功能对相关影像进行保存；
5）在pds后处理功能下对保存的融合图像进行噪声删除操作，获取清晰的三维点云图像，对处理完成的图像使用软件截屏功能保存对应的特征区域图像。
在3d模式下对数据进行观看，展现目标物的水下三维场景。
图1 某海上风机基础水下三维模型重建图
5 水下机器人对海缆接入端水下状态扫测及分析研究
为掌握海上风机海缆接入端水下状态，采用海上风电运维水下探测机器人搭载高频二维成像声呐扫测、水下高清摄像机、水下超亮LED灯，配置水下摄像机云台，通过水下实时近距离观测、光学成像与声呐成像相结合的方法，获得风机桩基海缆接入端高分辨率水下二维声呐图像和光学图像，分析海缆走向、入泥角度等重要信息，并分析海缆接入端喇叭口及弯曲保护装置完好情况。
