一城一北斗|基于北斗的海上风电智能安防终端及系统

摘要：本案例以华能嘉兴2号海上风电场为示范应用场景，借助北斗卫星导航系统构建起全周期智能管理体系。在业务与技术层面，将北斗高精度定位与AIS数据相融合，通过电子海图划定区域对船舶进行监控，航行时按照30-90秒/次的频率采集轨迹数据，实现船舶位置的实时显示与自动

申报单位：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司

联合申报单位：

主要完成人：王恩民、魏昂昂、葛戈、李宁、王福乾、徐鹏

一、案例简介

本案例以华能嘉兴2号海上风电场为示范应用场景，借助北斗卫星导航系统构建起全周期智能管理体系。在业务与技术层面，将北斗高精度定位与AIS数据相融合，通过电子海图划定区域对船舶进行监控，航行时按照30-90秒/次的频率采集轨迹数据，实现船舶位置的实时显示与自动报警，定位响应可达秒级。针对人员安全保障，配备的落水信标终端在触水3秒后自动导通，具备循环定位和位置上报功能。在设备管理中，运用北斗授时校准风机传感器时钟，确保SCADA系统与设备状态数据同步。在产品与服务领域，研发的“北斗+数字孪生”平台，可在三维模型中实时映射船舶、人员和设备位置，精

度达米级。该平台结合海洋气象辅助系统，依据北斗位置数据和气象信息，对危险场景发出声光报警，预警响应在分钟级，还打通了施工与运维数据，实现数字化管理。

此案例成功攻克海上多源数据融合难题，解决北斗信号在复杂环境下的稳定性问题，实现与多种模型精准匹配，开发出定制化软硬件。项目实施期间，共形成专利30项，其中发明专利5项，标准1项。

系统投入运行后，实现人员定位全覆盖，船舶越界预警准确率超95%。该项目为海上风电智能化管理树立了典范，其相关技术具备良好的推广价值，可应用于其他海洋领域，有力推动海洋经济数字化发展

二、技术方案

本项目在华能嘉兴2号海上风电场展开示范应用，构建起一套完备的北斗+数字孪生智慧管理系统，全方位提升风电场的运营管理水平。

1)系统采用分层架构设计，形成数据层、平台层、应用层协同运作体系。数据层整合北斗定位、SCADA、 CMS、AIS等多源数据，通过KKS编码关联BIM模型，实现设备信息统一管理。风电场区域南北长约

10.4 km,东西宽约5.2km,总面积约47.5 km²,共部署50台单机容量6兆瓦风力发电机组，总装机

容量300兆瓦。系统支持秒级数据采集，并具备10年以上在线存储能力。平台层基于B/S架构，搭建

1:1数字孪生模型，融合GIS地理信息与三维可视化技术，实现风机、海缆、升压站等设备的实时状态监测与故障模拟。应用层部署智慧管理、健康度评估、智能安防等核心模块，采用微服务架构，可满足大量用户并发访问，确保非统计性查询响应时间≤3s,页面平均显示响应时间≤3s。

2)项目实现多源数据融合与数字孪生技术突破。融合北斗高精度定位与AIS数据，以30-90秒/次的频率采集船舶轨迹，实现施工船越界自动预警。SCADA系统与CMS设备状态监测数据协同，通过对

齿轮箱油温、发电机振动等关键参数建立动态报警带进行预警监测。构建涵盖风机核心部件及海上升压站设备的全尺度BIM模型，支持二维地图与三维模型联动查阅；AR智能巡检系统实现设备参数自动识别

与巡检轨迹记录，离线数据回传后自动生成报告，减少人工录入误差。

3)硬件部署分阶段推进。基建期在施工现场部署边缘服务器、AIS基站及微波通信设备，接入50台风机、2座升压站数据，设备防护等级达IP67。运维期将核心服务器迁移至杭州远程智控中心，配置2台高性能服务器(双机热备),可支持3000MW级新能源数据接入。网络架构采用星型结构，海上风机通过

海底光缆连接陆上计量站，部署工业级交换机实现环网自愈，保障数据传输可靠性≥99.99%,并按等保2.0 要求配置防火墙、入侵检测系统。在完成硬件部署与网络架构搭建后，运维管理设计成为保障风电场高效稳定运行的关键环节。

4)运维管理实现全面数字化与智能化。基于KKS编码建立设备台账，通过二维码/RFID技术管理

工器具与备品备件。电子两票系统集成北斗定位与实时拍照功能，实现“一键开票-异地审批-轨迹回

溯”闭环管理，开票效率显著提升。建立20+设备预警模型，针对齿轮箱油温、发电机振动等动态调

整参数阈值，三级告警机制自动触发工单，大大缩短故障处理周期。实时同步全球台风路径，自动生成风机偏航策略与人员撤离计划，抗台准备时间压缩至2小时内。防水定位手环与落水信标终端触水3秒自动上报位置，联动周边船舶与监控大屏，救援响应时间≤15分钟，风电场内200+监控点位实现异常事

件视频自动抓取率100%。

三、创新亮点

华能嘉兴2号海上风电场位于复杂海域环境，传统运维面临定位精度低、安全管理难、响应效率低等挑战。项目通过深度融合北斗定位导航技术，构建“基于北斗的海上风电智能安防终端及系统”,覆盖基建、运维全周期，实现海上风电的精准化、智能化管理。

创新亮点一：北斗高精度定位与数字孪生深度融合。1)基于北斗定位技术，实时采集人员、船舶、设备位置数据，与三维数字孪生模型动态同步，实现“一张图”可视化监控。通过电子围栏、船舶轨迹回溯、人员定位等功能，有效防范外部船只闯入、人员越界等风险。2)创新应用北斗短报文通信技术，为落水信标终端提供应急通信支持，实现落水人员72小时连续定位与快速救援。

创新亮点二：多源数据驱动的智能决策体系。集成北斗定位数据、气象预报、设备传感器等多元信息，构建AI分析模型。例如，结合北斗定位与气象数据，智能规划出海作业窗口期，可有效降低运维成本；通过北斗定位与设备健康度联动，大大提高故障预警精准率。

创新亮点三：移动端+AR的智能化巡检。1)开发北斗定位支持的移动应用，实时显示运维人员位置、任务状态及安全预警。结合AR眼镜，实现远程专家指导与巡检数据自动回传，巡检效率得到进一步提升。

2)利用北斗时空数据，实现巡检轨迹数字化存档，支持历史路径回溯与问题溯源。

创新亮点四：全生命周期安全管控。1)基建期：通过北斗定位+AIS基站，实时监控施工船舶动态，预警偏离施工区域行为，保障海上作业安全。2)运维期：构建“人员-船舶-设备”三位一体安防体系，结合北斗定位与视频联动，实现异常事件秒级报警响应。