引言

海底電纜(以下簡稱"海纜")是跨海聯(lián)網(wǎng)輸電系統(tǒng)的重要組成部分,對(duì)于保障區(qū)域性電力供應(yīng)安全性、可靠性、靈活性有著重要意義。海底電纜雖已通過增加混凝土蓋板、海床沖埋、拋石或堆石等方式進(jìn)行保護(hù),但由于海底洋流、地形等變化,海纜存在裸露風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)海纜會(huì)受到海上船舶拋錨、拖錨、海上施工、港口疏浚、非法漁業(yè)作業(yè)等外力破壞的影響。目前海纜的路由巡檢主要以人員搭乘作業(yè)船舶開展作業(yè)。傳統(tǒng)的作業(yè)方法是以人眼去觀察海纜路由海面是否存在船舶拋錨、海上施工、港口疏浚和非法漁業(yè)作業(yè)等外力損害海纜的行為,但傳統(tǒng)方法存在耗時(shí)長、作業(yè)效率低/成本高和人員有落水等人身安全風(fēng)險(xiǎn)的問題。近些年來,隨著無人機(jī)技術(shù)快速發(fā)展,其在航拍測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)、警用執(zhí)法、電力巡查、施工管理和應(yīng)急處置等多個(gè)領(lǐng)域迅速拓展應(yīng)用,因此無人機(jī)技術(shù)必將成為海纜運(yùn)維的重要發(fā)展方向。

1無人機(jī)的分類和優(yōu)缺點(diǎn)

無人機(jī)從飛行平臺(tái)構(gòu)型來分類,分為旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)、傘翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)和無人飛艇等。旋翼無人機(jī)又可分為無人直升機(jī)平臺(tái)、無人多軸飛行器和無人旋翼機(jī)。常見的無人多軸飛行器,如多旋翼無人機(jī)是通過電機(jī)帶動(dòng)螺旋獎(jiǎng)旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生升力。根據(jù)牛頓第三定律一作用力和反作用力定理,調(diào)整不同螺旋獎(jiǎng)的旋轉(zhuǎn)方向,來調(diào)整無人機(jī)的飛行方向和動(dòng)作姿態(tài)。固定翼無人機(jī)在飛行時(shí),由動(dòng)力裝置產(chǎn)生前進(jìn)推力或拉力,由通過機(jī)翼上下面的空氣流動(dòng)速度不同,來獲得升力。無人多軸飛行器和固定翼無人機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

2無人機(jī)在海纜運(yùn)維中的應(yīng)用

2.1海纜路由巡視

海纜路由的巡視內(nèi)容主要為海纜保護(hù)區(qū)內(nèi)航標(biāo)有無異常,是否存在船舶拋錨、海上施工、港口疏浚和非法漁業(yè)作業(yè)等。傳統(tǒng)的巡視作業(yè),一般借助巡視船舶對(duì)海纜路由進(jìn)行巡視,船舶航行速度可達(dá)到12~20節(jié),在天氣情況良好時(shí),可選用快艇等,其航行速度可達(dá)到30節(jié)。目前無人機(jī)的飛行速度普遍可達(dá)到30節(jié)(55km/h)以上,大大提高了巡視作業(yè)的效率。海纜保護(hù)區(qū)航程較長,一般選用固定翼無人機(jī)和復(fù)合翼無人機(jī)等。由于電池技術(shù)限制,目前多旋翼無人機(jī)的飛行時(shí)間普遍為20~30min,續(xù)航時(shí)間較短,顯然多旋翼無人機(jī)不適用于航程較長的海纜路由巡視。對(duì)于油動(dòng)的固定翼無人機(jī)和復(fù)合翼無人機(jī),其續(xù)航時(shí)間可達(dá)到1h及以上,滿足海纜路由航程長的特點(diǎn)。

如500kV海纜分別開展固定翼無人機(jī)和復(fù)合翼無人機(jī)的海纜路由巡視作業(yè)[2],分別通過在固定翼無人機(jī)和復(fù)合翼無人機(jī)上搭載圖傳系統(tǒng),可對(duì)巡視情況進(jìn)行實(shí)時(shí)圖傳,由岸邊地面人員查看海纜路由海面的實(shí)時(shí)情況。還可搭載高清照相機(jī)和錄像機(jī),對(duì)巡視過程進(jìn)行拍照、錄像,并進(jìn)行存儲(chǔ),便于后期查閱和調(diào)取。發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí),可通過無人機(jī)盤旋的方式,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和實(shí)時(shí)監(jiān)控,必要時(shí)由地面人員負(fù)責(zé)聯(lián)系應(yīng)急人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處置。這就大大提升了巡視作業(yè)的效率,降低了巡視作業(yè)的成本,也豐富了海纜路由巡視的手段,提高了海纜運(yùn)維水平。

2.2海纜保護(hù)區(qū)應(yīng)急處置

在監(jiān)控中心監(jiān)控或在海纜路由巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)船舶船速異常或拋錨、海上施工、港口疏浚和非法漁業(yè)作業(yè)時(shí),將啟動(dòng)應(yīng)急處置流程,由應(yīng)急人員協(xié)同執(zhí)法人員搭乘船舶前往肇事現(xiàn)場(chǎng)開展肇事船的應(yīng)急處置。在肇事船舶因拋錨、海上施工、港口疏浚和非法漁業(yè)作業(yè)損壞海纜時(shí),處置過程中可使用無人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取證。目前已成功研制出海上作業(yè)防水多旋翼無人機(jī),可在船舶甲板上進(jìn)行起降,且可在空中懸停,對(duì)肇事船舶拋錨、海上施工、港口疏浚、非法漁業(yè)作業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)海纜及其附屬設(shè)施破壞進(jìn)行調(diào)查和取證。同時(shí),可以搭載高清錄像機(jī)或夜視攝像頭,在遇到夜間視野差的情況時(shí),記錄應(yīng)急人員和執(zhí)法人員現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置的過程。在海上作業(yè)過程中,若無人機(jī)因信號(hào)受到干擾或海上風(fēng)力突然增大等情況落入水中,防水功能可保護(hù)無人機(jī)內(nèi)部不會(huì)進(jìn)水短路,同時(shí)防水無人機(jī)可在水面起降,快速返回船舶甲板。

2.3海纜施工監(jiān)督和安全保障

在二回海纜海域清網(wǎng)、海纜敷設(shè)、海纜沖埋和海纜拋石期間,需要保障二回施工船舶和施工作業(yè)不會(huì)對(duì)一回海纜造成損傷?？墒褂枚嘈頍o人機(jī)對(duì)施工船舶利用無線圖傳進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督,在發(fā)現(xiàn)其在一回海纜區(qū)域拋錨時(shí),可立即通知應(yīng)急人員開展應(yīng)急處置。同時(shí)可以通過使用無人機(jī)對(duì)施工過程進(jìn)行監(jiān)督和記錄,把控施工過程中的施工質(zhì)量,并及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工作業(yè)的安全隱患等。另外,在海纜登陸和近岸段透水框架施工過程中,一般采用人員現(xiàn)場(chǎng)去監(jiān)督,并使用現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)拍照,但存在無法直觀顯示反應(yīng)施工情況的問題。對(duì)此,可以使用無人機(jī)從空中進(jìn)行拍攝,能夠全面、直觀地展現(xiàn)施工進(jìn)度和存在的問題。

2.4海纜保護(hù)區(qū)溢油污染處置

對(duì)于肇事船舶大面積溢油和充油式海底電纜故障破損后啟動(dòng)緊急油流模式下溢油過程中,需要對(duì)溢油情況進(jìn)行跟蹤和拍攝記錄,以便迅速對(duì)溢油情況進(jìn)行判斷和評(píng)估。傳統(tǒng)方法是在船上進(jìn)行拍攝、定位和記錄,受視野限制,無法直觀反映溢油情況。對(duì)此,可使用多旋翼無人機(jī)搭載精確的GPS定位系統(tǒng)和高清攝像機(jī),從空中對(duì)溢油海面進(jìn)行全方位、無死角的拍攝,記錄現(xiàn)場(chǎng)處置過程,并定位計(jì)算溢油面積和范圍,可對(duì)溢油情況進(jìn)行快速判斷和評(píng)估,同時(shí)監(jiān)督是否進(jìn)一步產(chǎn)生次生災(zāi)害。

3結(jié)語

隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,將無人機(jī)應(yīng)用到海纜運(yùn)維中有著廣闊的發(fā)展空間和良好的應(yīng)用前景,其進(jìn)一步補(bǔ)充和拓展了海纜運(yùn)維的工具和手段,提高了海纜運(yùn)維作業(yè)的效率,降低了作業(yè)成本,并且能夠避免海上作業(yè)人員落水等風(fēng)險(xiǎn),提升海纜運(yùn)維水平。