崔 凱

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

隨著風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展，海上風(fēng)電場的優(yōu)勢將是不可替代的，近海風(fēng)電將是我國東部沿海地區(qū)海上風(fēng)電發(fā)展的重點區(qū)域。海上風(fēng)電場一般建設(shè)在離岸數(shù)公里～幾十公里之外，環(huán)境惡劣、氣候多變、天氣狀況復(fù)雜，這給人員出海安全帶來很多管理和技術(shù)困難。

海上風(fēng)電場項目基建期、運維期各個參建單位往來風(fēng)場，急需一種新的管理方式來改進(jìn)目前粗放的項目安全管控態(tài)勢。

由此開發(fā)了一個海上風(fēng)電場人員落水救生系統(tǒng)，用以協(xié)調(diào)搜救海上落水人員。

1 系統(tǒng)功能

海上人員落水救生系統(tǒng)主要包含如下功能：①海域地圖展示；②人員落水報警；③輔助救援路線規(guī)劃。海上人員落水救生子系統(tǒng)為整個風(fēng)場人員安全與風(fēng)場安防系統(tǒng)的核心組成部分，此子系統(tǒng)可以根據(jù)項目實際需要單獨部署，剝離人員安防系統(tǒng)的其他功能。人員安防系統(tǒng)包含安防監(jiān)控視頻、出海打卡、出海船舶人員統(tǒng)計、海上氣象預(yù)報、出海指數(shù)以及海上人員落水救生子系統(tǒng)功能，見圖1。

2 系統(tǒng)框架設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

在系統(tǒng)架構(gòu)上，整個系統(tǒng)的設(shè)計以SOA架構(gòu)為基準(zhǔn)，在保障系統(tǒng)充分安全性的同時，提升系統(tǒng)靈活性、擴展性和安全性。

系統(tǒng)采用五層架構(gòu)模式，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)中心層、服務(wù)層、應(yīng)用層和展示層，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)采集層結(jié)合GPS自動采集數(shù)據(jù)、人工錄入方式、手環(huán)定位、船訊網(wǎng)數(shù)據(jù)接口接入將人員落水相關(guān)數(shù)據(jù)采集并存入數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心層包括AIS數(shù)據(jù)、手環(huán)定位數(shù)據(jù)、出海任務(wù)數(shù)據(jù)、海圖數(shù)據(jù)、氣象服務(wù)數(shù)據(jù)、視頻安防數(shù)據(jù)等其他公共數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)中心對數(shù)據(jù)載入、清理、轉(zhuǎn)換、規(guī)范，使得數(shù)據(jù)符合服務(wù)層使用需要。服務(wù)層包括基礎(chǔ)海圖服務(wù)、人員落水監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)、三維BIM模型圖模渲染服務(wù)。應(yīng)用層包括出海統(tǒng)計、出海打卡、落水報警信息播報、監(jiān)控視頻接入、落水救援方案自動定制等功能模塊。系統(tǒng)在展示層方面通過Web端和移動端展示。

圖1 系統(tǒng)功能圖

2.2 工作流程

系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。一旦出現(xiàn)人員落水，其穿戴的救生衣上的個人信標(biāo)即被觸發(fā)開始工作，通過AIS、DSC信道發(fā)送人員位置信息。海上救援導(dǎo)航網(wǎng)關(guān)收到AIS以及DSC信息后，通過微波通信(風(fēng)場基建期)和風(fēng)電場的光纖網(wǎng)絡(luò)(風(fēng)場運維期，此時微波通信作為備用網(wǎng)絡(luò))將人員落水信息發(fā)送到系統(tǒng)云服務(wù)上[1-2]。

圖2 人員落水救生系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)采用當(dāng)下流行的Restful技術(shù)開發(fā)接口，可同時滿足網(wǎng)頁端和移動端應(yīng)用需要。后臺基于.Net開發(fā)WebAPI，通過前后端分離的技術(shù)實現(xiàn)前端無關(guān)性。前端開發(fā)主要使用React相關(guān)的技術(shù)棧。React起源于Facebook的內(nèi)部項目，用來架設(shè)Instagram的網(wǎng)站，于2013年5月開源。React采用聲明范式，可以輕松描述應(yīng)用。React實現(xiàn)了單向響應(yīng)的數(shù)據(jù)流，從而減少了重復(fù)代碼，這也是它為什么比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)綁定更簡單。通過React構(gòu)建組件，使得代碼更加容易得到復(fù)用，能夠很好地應(yīng)用在大項目的開發(fā)中[3]。

系統(tǒng)對軟硬件要求分為服務(wù)器端、客戶端和移動端。

1)服務(wù)器端對硬件沒有特殊要求，目前主流服務(wù)器的配置都可以滿足系統(tǒng)運行需要。

2)客戶端要求主流瀏覽器，包括IE11、Chrome等。

3)移動端要求安卓8.0及以上操作系統(tǒng)，IOS12及以上操作系統(tǒng)。

3.2 海上救援導(dǎo)航網(wǎng)關(guān)MRNG功能與接口

3.2.1 轉(zhuǎn)發(fā)AIS和DSC的報警信息到云端

在接收到報警信息后,海上救援導(dǎo)航網(wǎng)關(guān)將報警信息發(fā)送到指定的云服務(wù)端，即海上人員落水救生系統(tǒng)的云服務(wù)上。發(fā)送采用WebAPI方式，使用POST方法：

Parameters (content type: application/json):

MRNGId <= 艦船/站點設(shè)備Id

MNetwork <= Internet網(wǎng)絡(luò)信息，表示是通過Wifi(光纖網(wǎng)絡(luò))還是通過Ethernet接口(衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))發(fā)送

MRNGLocation<= MRNG位置信息

MTime<= GNNS傳來的時間信息

DeviceId <= HJ9018 MMSI識別碼

Location <= HJ8 位置信息

LTime<= GNNS傳來的時間信息

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

Response Messages: No content

3.2.2 實時發(fā)送自己的位置信息到云端

MRNG按照每10 min一次發(fā)送自己的信息到云端。發(fā)送采用WebAPI方式，使用POST方法：

Parameters (content type: application/json):

MRNGId <= 艦船/站點設(shè)備Id

MNetwork <= Internet網(wǎng)絡(luò)信息，表示是通過Wifi(光纖網(wǎng)絡(luò))還是通過Ethernet接口(衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))發(fā)送的

MRNGLocation<= MRNG位置信息

MTime <= GNNS傳來的時間信息

DeviceId <= 空白

Location <= 空白

LTime<= 空白

VHF Channel <= 空白

Response Messages: No content

4 系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)主要包括三個模塊，其中落水報警與輔助救援路線是核心功能。系統(tǒng)設(shè)置、用戶管理等基礎(chǔ)功能為通用功能。

4.1 海域地圖

海域地圖為打開系統(tǒng)后的底圖，底圖引用谷歌地圖的基礎(chǔ)功能，在谷歌地圖基礎(chǔ)上疊加風(fēng)場的信息。風(fēng)場信息主要根據(jù)項目具體信息進(jìn)行定制，包括風(fēng)場范圍、風(fēng)機位置、海上升壓站位置、海纜走向、船舶位置。將底圖與風(fēng)場信息進(jìn)行疊加后，可以方便用戶清晰地判斷風(fēng)場與船舶的相對位置。

船舶實時位置根據(jù)AIS(船舶自動識別系統(tǒng))接收到的船舶數(shù)據(jù)顯示，如果外部船只已經(jīng)駛離AIS接收范圍，則無需顯示，在地圖上單擊船舶可以顯示船舶名稱、MMSI碼。

4.2 落水報警

人員一旦出現(xiàn)落水情況，系統(tǒng)立即將個人信標(biāo)的落水信息顯示在系統(tǒng)上。個人信標(biāo)反饋的信息包括：人員位置、人員姓名、落水時間。落水報警信息會自動推送至APP及Web端，并以響亮報警聲音進(jìn)行提示，直至管理員對報警信息進(jìn)行處理。

4.3 輔助救援路線

根據(jù)人員落水位置以及當(dāng)前風(fēng)場內(nèi)船只實時位置，系統(tǒng)自動判斷給出輔助救援路線供管理員指揮救援決策。

一般風(fēng)電場管理員可根據(jù)風(fēng)場實際船只大小、救援能力、航速安排多艘船只協(xié)助救援，保證盡快對落水人員完成救援。

5 工程應(yīng)用

江蘇如東某海上風(fēng)電場位于江蘇如東近海海域。場區(qū)中心點離岸約44 km，海底地形有一定起伏，海底高程-2～-14 m。風(fēng)電場近似呈梯形，東西方向平均長約為6.5 km，南北寬約為5.7 km，規(guī)劃海域面積約37 km2。

工程規(guī)劃裝機容量200 MW，擬安裝50臺單機容量4.0 MW風(fēng)電機組。風(fēng)電場配套新建一座220 kV海上升壓站和陸上集控中心。工程接入系統(tǒng)方案如下：風(fēng)電場所發(fā)電力升壓至35 kV后，通過35 kV線路接至海上升壓站35 kV配電裝置，通過海上升壓站升壓至220 kV后，通過1回220 kV海纜(長約53.5 km，三芯500 mm2)接至登陸點，登陸后經(jīng)1回220 kV陸纜接至風(fēng)電場陸上開關(guān)站220 kV母線。

海上風(fēng)電場系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖4所示。風(fēng)電場信息系統(tǒng)按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證、綜合防護(hù)”的原則，分別接入控制區(qū)、非控制區(qū)和管理信息區(qū)。各應(yīng)用系統(tǒng)終端按其所屬安全區(qū)專機專用、專網(wǎng)專用，不跨安全區(qū)使用。安全防護(hù)設(shè)備需獲得國家指定機構(gòu)安全檢測證明，并通過電力系統(tǒng)電磁兼容檢測?；谟嬎銠C及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，并根據(jù)業(yè)務(wù)的重要性和對一次系統(tǒng)的影響程度將生產(chǎn)控制大區(qū)劃分為控制區(qū)(安全Ⅰ區(qū))、非控制區(qū)(安全Ⅱ區(qū))和管理信息大區(qū)(Ⅲ區(qū))，重點保護(hù)生產(chǎn)控制以及直接影響電力生產(chǎn)的系統(tǒng)[4-5]。生產(chǎn)控制大區(qū)的縱向互聯(lián)應(yīng)同安全區(qū)互聯(lián)，避免跨安全區(qū)縱向交叉聯(lián)接。

圖4 海上風(fēng)電場系統(tǒng)物理架構(gòu)圖

海上人員落水救生系統(tǒng)部署于風(fēng)電場管理信息大區(qū)(Ⅲ區(qū))，所有數(shù)據(jù)均從公網(wǎng)獲取(不直接與風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)交互數(shù)據(jù))。針對管理信息大區(qū)外網(wǎng)應(yīng)用接入，在縱向邊界實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層或應(yīng)用層加密認(rèn)證，同時本系統(tǒng)還支持國產(chǎn)安全操作系統(tǒng)和國產(chǎn)安全數(shù)據(jù)庫，滿足風(fēng)電場信息系統(tǒng)的安全要求。

本系統(tǒng)目前已部署在風(fēng)電場現(xiàn)場應(yīng)用，目前雖未出現(xiàn)人員落水情況，但是在海上測試出現(xiàn)人員落水情況時，系統(tǒng)第一時間獲取到救生衣上被觸發(fā)的個人信標(biāo)發(fā)出的報警信號，系統(tǒng)獲取到落水地點、時間、人員信息并顯示。

6 結(jié) 語

海上風(fēng)電場存在離岸距離遠(yuǎn)、海況條件復(fù)雜、可達(dá)性較差、通訊網(wǎng)絡(luò)不暢、安全風(fēng)險性高等不利因素，給風(fēng)電場的建設(shè)和運行維護(hù)造成諸多不便。海上人員落水救生系統(tǒng)能夠為海上風(fēng)電場的人員安全提供極大保障，并為目前國內(nèi)粗獷的海上風(fēng)電場施工運維安全管控起到示范作用，提高海上風(fēng)電場建設(shè)運維管理水平。