基于空间定位的风电场安全操作调度方法与流程

本发明涉及风力发电运维管理领域，尤其涉及一种基于空间定位的风电场安全操作调度方法。

背景技术：

风能作为一种可再生、无污染的自然能源，近些年引起了世界各国的关注，我国也投入大量资金在近海地区或风力资源丰富的山区地区建设了大量的风电场。风力发电是利用风力发电机将风能转变为机械能，再转化为电能，为获取足够风能，往往风力发电机及配套设备具有一定规格，其安装建设过程需要投入大量的资金与专用设备，为避免风力发电机维修所产生的巨额费用并保证风力发电机及配套设备的稳定运行，定期对风力发电机进行检修并排除风机运行中的小故障尤为重要。专利申请zl201810671686.5即关注了风电场的检修调度问题，其提出风电场中风力发电机组的检修调度包括短期检修调度和长期检修调度，短期检修调度可根据天气预报结果指派相应操作人员前往检修，而长期检修调度则需要通过分析风电场所处位置历年的历史气象数据，基于历史气象数据对长期检修调度的检修成本和发电量损失进行评估，并基于评估结果确定长期检修调度方案。该专利主要关注长期检修调度以及检修调度所带来的成本问题，但自然界气象状况变化无常，即便确定了长期检修调度后，具体操作时还是要落实到短期检修调度，调度人员要考虑近期天气预报，确定每天是否适合派遣操作人员前往检修，因此，不可避免的，还是有必要对短期检修调度操作进行合理优化。

另一方面，目前风电检修调度多单纯根据一个地区的天气预报信息进行调度任务制定，而风力发电机分布较广，每个风力发电机所面对的气象环境也有所不同，且风力发电机是否具备安全条件进行检修、是否需要进行检修不仅仅只取决于天气变化，上述检修调度问题的解决仅仅从宏观层面确定了每年的什么季节可进行风电检修，显然，这完全还不够，有必要对风电检修的调度工作进行精细化管理。专利申请zl200810057555.4则提出风电场中央综合监控系统，其基于地理信息系统（gis，geographicinformationsystem）和数据采集与监视控制系统（sca-da，supervisorycontrolanddataacquisition）构建风电场中央监控系统，并在系统上集成多种风电场相关监测数据与功能模块，实现风电场业务的精细化管理。该专利关注了地理信息系统在风电场业务管理中的应用，但仅仅是从宏观层面提出了地理信息系统与风电场业务数据的结合，究竟怎么结合、如何应用并未提及，因此有必要在此基础上做进一步深入研究，明确地理信息系统与sca-da系统在风电场管理中的具体应用。

此外，目前多数风电场信息化多关注风电场效益问题，而忽视了操作人员的健康安全问题，即便关注操作人员操作安全，也仅仅关注什么时候操作人员可以前往，在操作人员抵达工作地点后，并没有提出足够的安全防范措施，因此有必要在精细风电场信息化工作的同时，通过信息技术对操作人员的健康安全予以更多关注。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可视化且直观性好的风电场操作调度方法，该方法基于空间定位技术，简化调度安排人员工作内容，并关注操作人员操作过程中的安全问题，保证风电场检修工作安全开展。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

基于空间定位的风电场安全操作调度方法，其包括以下步骤：

步骤一，将风力发电机分布位置的坐标叠加在地理信息系统上形成风力发电机分布图层；

步骤二，基于风力发电机分布位置叠加机组维护周期预警图层；

步骤三，根据机组维护周期预警图层制定操作调度方案并发送给操作人员；

步骤四，操作人员前往操作目的地后，在地理信息系统上形成以所述操作人员为中心的安全预警区域；

步骤五，实时监控安全预警区域内是否存在风险事件，若存在风险事件则启动预警方案。

较佳的，所述步骤三之前还包括以下步骤，在地理信息系统上叠加工作行进路线图层，所述工作行进路线图层是通过移动客户端的定位模块获得工作行进路线上的多个坐标点并将所述坐标点连线形成，所述步骤三中所述操作调度方案包括行进路线信息。

较佳的，所述步骤三之前还包括以下步骤，在地理信息系统上叠加机组故障预警图层，所述机组故障预警图层将发生故障的风力发电机进行突出显示。

较佳的，所述步骤三之前还包括以下步骤，在地理信息系统上叠加气象风险预测图或风机状态信息图层。

较佳的，所述步骤三之前还包括以下步骤，在每台风力发电机上设置风力检测终端，所述风力检测终端向服务端回传附有位置信息的检测数据，在地理信息系统上叠加风力检测信息图层。

较佳的，所述步骤三中制定所述操作调度方案时，调度安排人员选择多个风力发电机分布位置时，系统基于所述行进路线图层自动计算所选择的多个风力发电机分布位置之间的最短行进路程，并预估所述最短行进路程的长度总和和/或行进所需总用时，实时展示长度总和和/或总用时。

较佳的，所述机组维护周期预警图层是基于开展检修工作的计划时间所制定的分级颜色展示图，不同颜色标识出不同风力发电机需开展维护的时限。

较佳的，所述的风险事件是基于风力检测结果或风力发电机运行状态信息确定的不利于操作人员生命健康的事件。

较佳的，所述安全预警区域为以操作人员手持移动客户端定位模块获得的空间位置点为圆心，指定半径内的圆形区域。

较佳的，所述预警方案为现场预警或通过移动客户端进行远程预警。

采用上述方案后，由于本发明在地理信息系统上叠加了多种信息图层，可以从空间上直观了解各个风力发电机组检修操作的需求与安全环境，利于调度安排人员基于信息的空间分布快速对操作人员的调度工作进行安排，简化了工作内容；进一步，基于操作人员的空间定位，可以对操作人员前往目的地进行实时导航，并在操作人员开展工作时实时监控其周边环境是否安全，若存在风险，可及时向操作人员发出预警，保证操作人员生命健康安全。

附图说明

图1是风电场安全操作调度系统结构示意图；

图2是基于空间定位的风电场安全操作调度方法步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种基于空间定位的风电场安全操作调度方法，该调度方法是基于风电场安全操作调度系统实现，该系统构建在风电场以及风电场管理机构，如图1所示，其具体包括服务端与移动客户端，一般服务端安设在管理机构，而移动客户端则由在现场进行检修工作的操作人员使用。进一步，管理机构的服务端还可包括一管理客户端，管理客户端主要服务于调度安排人员，服务端与移动客户端间通过通信网络进行信息传递，通信网络可采用有线网络或gprs网络等，具体网络设置及服务端、移动客户端与通信网络的连接为现有技术，在此不做赘述。

系统集成了地理信息系统与sca-da系统，具体集成方式为信息技术领域所熟知，在此同样不做赘述，数据层面，服务端与移动客户端共享数据，基于统一数据库管理实现相应监测数据及应用数据的访问，服务端与移动客户端分别搭载地理信息系统与移动端地理信息系统，并在此基础上构建服务应用。

服务应用层面，基于地理信息系统构建多图层叠加展示，具体的，如图2所示，首先将代表风力发电机分布位置的坐标叠加在地理信息系统上形成风力发电机分布图层，在地理信息系统上标注明确的坐标点为现有技术，在此不赘述，当打开风电场地图时，可直接查看地图上相关位置安插有代表风力发电机的图标，系统使用人员可通过查看风力发电机分布图层而对风力发电机分布有直观认识，所采用图标可以选用风力发电机的png文件图片，并指定该图片上确定点与风力发电机的坐标点重合。

然后，基于风力发电机分布位置叠加机组维护周期预警图层，机组维护周期预警图层是基于开展维护的计划时间所制定的分级颜色展示图层，不同颜色标识出不同风力发电机需开展维护的时限。具体的，调度安排人员可根据不同风力发电机规格及技术特点确定每个风力发电机需要开展定期检修的周期并录入系统，操作人员则可根据实际操作情况，经移动客户端向服务端发送各个风力发电机最近一次已完成的检修工作时间，系统基于需要开展定期检修的周期及最近一次已完成的检修工作时间，确定下次需要开展检修工作的计划时间，并计算出该计划时间距离调度安排人员查看系统当日还剩余多少日子。由于户外风电设备的检修工作受气象影响较大，且检修工作需要翻山越岭，需要进入机舱内部，此外，单个风力发电机的检修维护工作量及耗时均不小，因此不能同其他设备检修计划那样只要定期前往设备开展检修工作即可，风力发电机的检修计划时间需考虑缓冲时间。鉴于此，可以根据距离计划时间所剩余多少日子的数量将风力发电机分成暂不关注、可以安排检修、检修时间逼近、超过检修时间四类，并分别采用不同颜色进行标识，比如暂不关注的风力发电机采用绿色标识，可以安排检修采用黄色标识，检修时间逼近采用橙色标识，而超过检修时间采用红色标识，当然，风力发电机基于检修需求的分类不仅仅局限于上述四类且所代表颜色也不局限于上述规定，系统使用人员可以根据实际工作需求进一步细化分类或采用更为习惯的颜色标识系统对不同分类的风力发电机进行颜色标注。标识颜色操作可直接对代表风力发电机的图标进行颜色标识，具体操作可以在图标上叠加透明彩色层，也可以在代表风力发电机的图标旁边设置另外的维护周期标识图标。通过在地理信息系统上构建机组维护周期预警图层，调度安排人员可非常直观的看出哪些风力发电机需要进行调度安排，哪些暂时不需要，而哪些必须即刻进行安排。

进一步，可以基于风力发电机分布位置叠加机组故障预警图层，该图层将发生故障的风力发电机进行突出显示。国内智慧风电项目的推广已在许多风力发电机上装设有监控风力发电机是否运行正常的传感器，通过对风力发电机的振动、风叶转动情况及发电机电量输出进行监测，进而确定风力发电机是否正常运作，具体判定准则不是本案关注重点，参考现有技术中操作方式即可，在此不赘述，或由系统操作人员根据实际工作需要输入表示机组故障的规则，例如，当风力发电机的振动幅度超过阈值而风叶转动速度在特定值以上时，认定风力发电机存在故障，等等。一旦发现风力发电机出现故障，则需要尽快安排检修，因此，该类检修需求与上述基于周期监控需要的检修有所不同，需要单独关注。由于故障数据与风力发电机已进行了关联，当系统检测到风力发电机故障时，可以将地理信息系统上对应的风力发电机进行突出显示，比如闪烁显示。具体的，可以直接在风力发电机的图标上设置闪烁图标，闪烁图标可以是具有明显对比色的两个透明图标不停轮换得到。也可以像机组维护周期预警图层，在代表风力发电机的图标旁边设置另外的机组故障标识图标，如此，调度安排人员可清晰关注到哪些风力发电机需要即刻进行调度安排，具体的，机组故障标识图标可以从形状或颜色或闪烁程度与维护周期标识图标进行区分，上文提到采用颜色区分的维护周期标识图标代表不同风力发电机需要进行维护检修的紧迫程度，则机组故障标识图标可以在维护周期标识图标上直接增加闪烁效果，即闪烁的维护周期标识图标代表出现故障的机组故障标识图标；或当维护周期标识图标显示为暗红色时，即代表出现故障的机组故障标识图标；或在维护周期标识图标下方设置另外一具备多种状态的风力发电机故障标识图标，以显示风力发电机是否存在故障以及不同故障类型。

进一步，可以基于风力发电机组分布位置在地理信息系统上叠加气象风险预测图，具体的，气象风险预测图可以包括诸如台风路径、风场分布、气象云图、雷达气象图、短历时暴雨分布等气象数据图层，这些数据有利于对操作目的地的天气进行短期预测，进而让操作人员选择在相对安全的天气前往目的地进行检修操作。

进一步，由于风场对风电场安全操作影响较大，大风天气可能使风力发电机的塔筒发生摇晃，进而使高空操作人员产生头晕等健康问题，因此除了风场分布等气象数据图层的叠加，还可以在每台风力发电机上设置风力检测终端，风力检测终端可包括连接有rtu的风力检测仪，风力检测仪通过rtu向服务端回传检测数据，风力检测仪检测风力并回传具体内容及实现方式为现有技术，在气象信息化领域为常见，在此不做赘述。利用风力检测仪回传的数据，服务端在地理信息系统上基于风力发电机分布位置叠加风力检测信息图层，系统使用者可以根据实际工作需求在服务端对检测到的风力数据进行分级，目前我国将风力分为17个等级，系统使用者可根据检修操作安全与否，通过设置不同的阈值，对不同风力等级检测结果进行分类展示，例如根据检测到的风力大小，将各个风力发电机分成可操作、可操作但存在风险、不可操作三类不同危险等级，并分别采用不同风力信息标识图标进行标识，同样的，风力信息标识图标可以直接在风力发电机的图标上进行显示，也可以在代表风力发电机的图标旁边设置另外的风力信息标识图标，风力信息标识图标可以从形状或颜色或动态程度与维护周期标识图标、机组故障标识图标进行区分，例如，代表维护周期标识图标、机组故障标识图标为圆形图标，则风力信息标识图标为设置在圆形图标下方的三角形图标，三角形图标不同色彩代表因风力而存在的不同危险等级。更进一步，如果风力信息标识图标的形状有异于上述维护周期标识图标、机组故障标识图标，则其色彩较佳的可选择与维护周期标识图标、机组故障标识图标相似的设计，比如，如果机组维护周期预警信息中需要即刻开展检修的是红色，则同样选择风力检测信息中代表可操作的标识用红色表示，如此将风力检测信息及机组维护周期预警信息用相似色彩集中显示在代表风力发电机分布位置的图标旁边，可以让调度安排人员更加简单的对风力发电机的检修操作进行科学调度。

进一步，风力大小可以体现在风力发电机塔筒的倾斜及摆振状态上，目前许多风力发电机均有在其顶部安装检测风力发电机倾斜信息和摆振信息的传感器，所述传感器获得风力发电机塔筒的倾斜程度、摆振频率以及摆振幅度等，风力较大时可能导致风力发电机组顶端会出现较大幅度的倾斜与较高频率的摆振，这些情况不利于操作人员的健康安全，可利用sca-da系统获得风力发电机运行状态的数据叠加风机状态信息图层，系统使用者可以根据实际工作需求以及操作人员对环境的需求，对风力发电机状态相关检测数据进行分级并对应可操作、存在风险、不可操作三类，进行风机状态标识图标展示，同样的，风机状态标识图标可以在风力发电机的图标上进行显示，也可以在代表风力发电机的图标旁边设置显示，并从形状、颜色或动态程度与上述其他图标进行区分，风机状态信息图层的设计可参考风力检测信息图层，在此不赘述，风机状态信息图层可以为风力检测信息图层的替代或与风力检测信息图层共存。

进一步，无论是机组故障标识图标还是维护周期标识图标，或者其他图层的图标，可以链接形成弹出窗口，当系统使用人员选择上述图标时，可弹窗显示更多详细信息，比如风力发电机坐标、运行状态、是否故障、维护周期、责任人等等。

接着，通过上述多种信息图层的叠加，调度安排人员可以在服务端上直观的查看风力发电机操作调度的需求及可能，并快速制定操作调度方案经通信网络发送给操作人员，相关任务在操作人员的移动客户端上进行展示，在发送任务时，不限于软件指派任务，还可以借助短信发送模块或微信平台接口等，对操作人员发送任务指派提醒信息，进一步操作人员还可结合个人工作计划对指派进行确认或进一步安排，进一步操作非本案关注内容，在此不做具体说明。

为便于指导操作人员前往目的风电场进行检修且让调度安排人员可以比较简单的预估检修任务时间，以优化调度安排工作，可以提前在地理信息系统上叠加工作行进路线图层。众所周知，风电场建设一般是基于建设需求在山上临时开辟道路，以将风力发电机设备运送到目的地进行风电场修建，道路作用相对单一（服务于风电场建设与维护，行人较少前往），且多分布于荒凉野外，则一般商用地图数据中并不将这些临时开辟道路进行展示。而随着人员工作的变更，许多风力发电机的位置需要不断进行传达，因此每次工作交接都需要耗费大量时间让新的操作人员熟悉各个风力发电机所在位置，往往需要由老的操作人员带领新的操作人员多次前往方可使新的操作人员熟悉各种路线。本实施例中通过叠加工作行进路线图层来解决该问题，工作行进路线图层是通过移动客户端的定位模块获得工作行进路线上的多个坐标点并将坐标点连线形成，可以在完成道路修建并向山上运送设备时完成该行进路线数据的获取，建设人员只需携带移动客户端前往风电场建设目的地，移动客户端可以是安装有调度系统软件的智能手机，调度系统软件通过智能手机的定位模块，在前往目的地路上定期获得空间定位点坐标及获取时间，完成探路后的移动客户端向服务端传送获得的系列空间定位点坐标数据和获取时间数据，服务端根据获取时间通过连线处理，将空间定位点坐标数据形成二维线条数据，及工作行进路线图层数据，如此调度安排人员在向操作人员发送调度方案时，可在调度方案中包括行进路线信息，操作人员直接从移动客户端获得行进路线信息并基于移动客户端的移动地理信息系统对其当前位置与行进路线信息进行叠加展示，对操作人员的野外工作进行地图指路，显然，图层的增加可减少调度安排人员对操作人员前往目的地的指挥工作。

进一步，为便于调度安排人员工作，在其制定操作调度方案时，系统还可提供工作时间或工作量的大概估算，调度安排人员可根据机组维护周期预警图层等多图层信息，同时选定多个距离靠近且均需要检修维护的风力发电机，让这些风力发电机集中开展检修工作。当调度安排人员选择多个风力发电机分布位置时，系统基于行进路线图层自动计算所选择的多个风力发电机分布位置之间的最短行进路程，并预估最短行进路程长度总和和/或路程行进所需总用时，系统实时展示长度总和和/或总用时，本实施例同时预估长度总和和所需总用时并予以展示。最短路程选择及行进总路程、总用时评估为数字导航领域现有技术，在此不做赘述。

最后，操作人员在安全操作调度系统的指导下前往操作目的地后，在地理信息系统上形成以操作人员为中心的安全预警区域，具体的，系统可通过移动客户端的定位功能确定操作人员当前位置，当操作人员当前位置坐标与目的地坐标间距离小于额定值时，认定为操作人员抵达指定位置并在地理信息系统上形成安全预警区域，安全预警区域为以操作人员手持移动客户端定位模块获得的空间位置点为圆心，指定半径内的圆形区域。操作人员检修期间，系统实时监控安全预警区域内是否存在风险事件，若监测到风险事件则启动预警方案，风险事件由系统使用者根据操作经验进行确定，其往往可以是基于风力检测结果或风力发电机运行状态信息确定的不利于操作人员生命健康的事件。例如当安全预警区域内存在其他风力发电机检测到的风力大于阈值或其他风力发电机组的倾斜程度、摆振频率以及摆振幅度大于阈值，则系统自动基于该危险风力发电机位置生成带有坐标信息的风险事件，系统查看该风险事件是否落入上述安全预警区域内，确实落入安全预警区域内则认定为操作人员存在风险，探测指定点是否落在指定区域内同样是信息处理领域现有技术，在此不做赘述。预警方案方面，可以为现场预警或通过移动客户端进行远程预警。现场预警通过在机舱内设置联网的声光警报设备，通过远程启动声光警报设备对操作人员进行撤离提醒，也可以向移动客户端直接发送撤离信息，撤离信息可以基于短信机或应用内部提醒机制，信息发送不是本案关注重点，以现有技术可以实现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。