CN118997239A - 一种海上风机基础冲刷深度监测装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风机基础冲刷深度监测装置，包括运维平台和监测组件；所述运维平台和监测组件都连接在风机基础侧壁上，所述运维平台位于所述监测组件上方，所述风机基础下端插入泥线下方，所述监测组件位于海平面下方，所述运维平台位于所述海平面上方；所述运维平台通过吊绳连接所述监测组件。所述运维平台为环形镂空网支架，所述环形镂空网支架固定连接在所述风机基础侧壁上。所述监测组件包括充气囊、内环、外环、多根支撑和监测器；本发明具有简单便捷、监测准确、全过程实时动态监测以及可回收的特点，与之配套的安装方法提高了冲刷深度的和冲刷坑三维形态监测的效率。

Description

一种海上风机基础冲刷深度监测装置及安装方法

技术领域

本发明涉及一种海上风机基础冲刷深度监测装置及安装方法。

背景技术

在全面实现现代化建设的今天，虽然常规能源在我国能源结构中仍占有很大比重，但新能源的占比逐年增加，势头迅猛。海上风电作为一种绿色、高效、可重复利用的新能源，在近远海海域被广泛利用。

海上风机基础的类型分为固定式基础和漂浮式基础。这两类基础都直接或间接的利用了海洋土体来发挥风机基础的承载力。风机基础的存在会改变基础周围邻域的初始流场，在波浪和潮流的作用下，风机基础周围的土体将会发生冲刷并形成冲刷坑。冲刷坑的存在将会对风机基础的稳定性产生影响。随着冲刷深度的增加，风机基础的承载力会显著降低，进而影响到上部风机的安全。现有风机基础冲刷深度的监测主要通过地形勘探船进行三维冲刷坑形态的成像和冲刷深度的监测，但冲刷坑的深度和形态会随着海洋流场环境的改变，进行动态的变化，这种安装方法不仅会产生昂贵的监测费用，而且无法进行长时间的动态监测。因此采用低成本、长效性、精度高的风机基础冲刷深度监测方式，较为准确的评估冲刷所致的承载力损失和增大的变形，是做出风机安全状况评估迫切需要解决的问题。

目前，针对海上风机基础三维冲刷坑形态的成像和冲刷深度的监测，通常采用非接触式的冲刷安装方法。虽然非接触式的冲刷安装方法能较准确的进行冲刷深度和三维冲刷坑形态的监测，但其不能对基础整个服役阶段进行监测并及时传回数据；且其监测过程主要靠租用地形勘探船，利用船上的监测设备进行冲刷深度和冲刷坑形态的成像，不仅无法实现实时动态监测，而且监测成本昂贵。

针对海上风机基础三维冲刷坑形态的成像和冲刷深度的监测，也有采用接触式的冲刷安装方法。首先，接触式监测虽然能实现周期性冲刷深度监测，但由于其是通过在基础周围加装构件实现监测，加装的构件和风机基础是焊接成一体的，这会导致基础的安装阻力增大，安装过程困难；其次，由于其是固定在基础底端周围，在监测构件出现故障时，维修会非常困难；再者，由于其是通过监测土压力变化、水压力变化等间接得出冲刷的深度，并没有通过多个传感器差值得出冲刷深度，其易受海洋复杂环境的影响，导致测得的数据不准确；最后，其是通过有限传感器实现局部特征点冲刷深度的监测，并不能对三维冲刷坑的形态进行监测。

专利CN 106917420 A-一种桩基冲刷监测装置，该发明：提出了一种桩基冲刷监测装置，包括水下测管、测量组件和数据采集仪。通过进行桩基近侧不同深度及冲刷全过程的实时桩侧土压力变化监测，从而获得冲刷深度对桩基受力的影响，通过分析桩侧土压力在波流冲刷下的非周期性变化，实时得出桩-土间的受力状态及冲刷的安全余度。虽然其操作简便、精度较高、实时性良好、有效实现远程监测的桩基冲刷监测，但其只能得到基础服役过程的冲刷深度，并不能得到三维动态冲刷坑形态。

专利201810721314.9-桥墩冲刷监测平台，该发明：公开了一种桥墩冲刷监测平台，包括套架、滑轮、调节锤、超声波传感器、上升限位卡和下降限位卡。上述部件均位于套架内部，套架由钢丝绳经安装伴绕桥墩固定安装，滑轮一端连接调节锤，另一端连接超声波传感器。调节锤随潮位上升相应上升，超声波传感器下降，调节锤至上升限位卡时传感器完全没入水面，开始测量；反之潮位下降时，超声波传感器上升，离开水面。本发明全套装置可安装于水面以上，避免了传统方法需要进行水下安装，降低了传感器安装工程难度；同时传感器仅在高潮位时没入水中，减少了侵没时间，延缓了传感器表面生物生长速度，提升测量数据精度，延长了仪器维护时间。但其只能通过传感器测量冲刷坑内局部的冲刷深度，该局部监测的冲刷深度并不能反映基础周围总体冲刷深度，且不能监测三维动态冲刷坑形态。

专利CN 113551829 A-冲刷监测装置及海上风电机组基础结构冲刷安装方法，该发明：通过设置的固定壳体可使多组监测组件随海上风电机组桩基一起打设于海床中与海床相接触，为接触式冲刷监测装置，不易受环境影响，监测数据更准确，而且，监测稳定性好，不会在强冲刷作用下出现测量错误。但其是固定在基础周围的，会增大基础的安装阻力，使安装过程困难，且打入过程中会发生破坏。

专利202210597562.3-一种升降式基础冲刷监测装置及方法，该发明：公开了一种升降式基础冲刷监测装置，包括：安装在桥墩侧壁的升降丝杆，升降丝杆上螺纹连接有滑动座，滑动座上安装有密封罩，密封罩内安装有监测组件和照明组件，桥墩侧壁安装有传动箱，传动箱底端通过水轮轴转动连接有水轮，传动箱用于将水流引起水轮的转动转化为密封罩的升降运动。通过把原始图像和冲刷后的图像进行对比，并结合转动圈数分析基础冲刷量。其按照水流流速进行冲刷量的判定，目前并没有可参考的权威规范，来衡量此方法的可行性；其次，其得到的冲刷量并不准确，假设以水流正向带动水轮转动的圈数进而得到冲刷量1和水流逆向带动水轮转动的圈数进而得到冲刷量2不一定是简单的叠加作用。

专利CN 113373994 A-一种桥梁基础冲刷监测组件，该发明：公开了一种桥梁基础冲刷监测组件，包括：采集模块、发送模块和分析模块；采集模块和分析模块均与发送模块连接；采集模块用于：向河床发射超声波；接收河床反射的回波超声波；将回波超声波转换成电压信号，并将电压信号传输至发送模块；发送模块用于将电压信号发送至分析模块；分析模块用于根据电压信号计算河床的冲刷深度。本发明利用超声波实现河床的冲刷深度的探测，超声波的传播不受外界因素的影响，且测量冲刷深度的准确性更高。但海上风电机组基础结构的冲刷监测与桥梁或河床的冲刷监测存在较大差别，内河的冲刷较为平缓，而相较于内河环境，海洋环境更为恶劣，海上的冲刷情况会严重很多，该装置的可靠性有待考证；其次，若直接将该冲刷监测装置安装在海上风机附近海床上，存在监测盲区，不能进行冲刷坑三维形态的整体成像，最后，由于海上风机的位置较为偏远，海上的环境难以预计，其冲刷情况变化可能短时间出现，也可能在安装后很长一段时间都不会出现，这就要求海上风电机组基础结构的冲刷监测装置具有免维护性；

因此针对以上问题提出一种海上风机基础冲刷深度监测装置及安装方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种海上风机基础冲刷深度监测装置及安装方法，具有简单便捷、监测准确、全过程实时动态监测以及可回收的特点，与之配套的安装方法提高了冲刷深度的和冲刷坑三维形态监测的效率。

实现上述目的的技术方案是：一种海上风机基础冲刷深度监测装置，包括运维平台和监测组件；所述运维平台和监测组件都连接在风机基础侧壁上，所述运维平台位于所述监测组件上方，所述风机基础下端插入泥线下方，所述监测组件位于海平面下方，所述运维平台位于所述海平面上方；所述运维平台通过吊绳连接所述监测组件。

优选的，所述运维平台为环形镂空网支架，所述环形镂空网支架固定连接在所述风机基础侧壁上。

优选的，所述监测组件包括充气囊、内环、外环、多根支撑和监测器；所述充气囊连接在所述内环的内侧壁，多根所述支撑等距离连接在所述内环的外壁上，多根所述支撑的外端连接所述外环的内壁，所述外环的下端滑动连接所述监测器；所述充气囊连接所述风机基础的外壁。

优选的，每根所述支撑上端面都连接一个第一水压力传感器和一个拉环，所述吊绳的下端连接所述拉环，上端连接所述运维平台。

优选的，所述监测器包括两个测深探头，两个所述测深探头分别连接在转轴的两端，所述转轴转动连接在竖直杆的下端，所述竖直杆的上端连接凹槽滑块，所述外环的下端设置凹槽滑道，所述凹槽滑块滑动连接在所述凹槽滑道内。

优选的，所述外环内部设置有驱动装置，用于驱动所述凹槽滑块沿所述凹槽滑道圆周运动。

优选的，所述泥线处设置有第二水压力传感器，所述第二水压力传感器通过电信号与所述第一水压力传感器连接。

一种海上风机基础冲刷深度监测装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，风机基础施工前准备：风机基础安装前，利用监测组件的内径大于风机基础外径的优势，让监测组件套在风机基础上，并调整监测组件至合适位置，通过对充气囊进行充气，让监测组件固定在风机基础外侧壁上，这一阶段监测组件的位置保持不变；然后将风机基础吊装至定位平台导向孔，并通过吊绳把监测组件固定在运维平台上；

步骤二，风机基础施工过程的冲刷深度监测：风机基础安装过程中，对充气囊进行放气操作，让充气囊体积缩小，使之与风机基础之间变为不紧密连接或者无连接，防止监测组件和风机基础一块沉贯至泥线以下；同时在运维平台上进行放松吊绳的操作，让监测组件的深度逐渐下降，直至下降深度至限值时停止操作，此时风机基础安装完成；这一阶段风机基础周围区域是存在冲刷的，且冲刷深度是随安装深度即安装时间逐渐增加的，冲刷深度的变化从零至一倍桩径；

当风机基础未安装到位时：此阶段通过放松吊绳让监测组件逐渐下降，即监测组件至泥线的距离是随着风机基础安装过程进行逐渐变化的；为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件中支撑上的第一水压力传感器测量值和泥线处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器和第二水压力传感器之间的距离L，这里出于误差考虑，支撑上的第一水压力传感器测量值的确定是在监测组件水平情况下得出的，若四个支撑上的第一水压力传感器之间测量值不同，则说明监测组件出现了倾斜，通过调整吊绳的长度来让监测组件处于水平状态；由于支撑上的第一水压力传感器至测深探头之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头至泥线的距离可通过距离差值计算出为L₁＝L-L₀；测深探头通过旋转一定角度α₁，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₁已知，测深探头至待测点的距离为s₁测深探头已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₁＝s₁cosα₁-L₁，其中若转动角度α₁小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₁，若转动角度α₁大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₁-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₁和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₂，那么β₁＝S₂/S₁即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₁＝(s₁ cosα₁-L₁)/β₁；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环下部的凹槽滑道工作带动与之连接的监测器实现周向运动，对风机基础周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

当风机基础安装完成时：此阶段吊绳完全放松，监测组件下降深度达到限值，即监测组件至泥线的距离是固定不变的，通过对充气囊进行充气，使充气囊体积膨胀，此时充气囊与风机基础外壁之间形成紧密接触，即让监测组件固定在风机基础外侧壁上；为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件中支撑上的第一水压力传感器测量值和泥线处的第一水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑上的第一水压力传感器测量值的确定是在监测组件水平情况下得出的，若四个支撑上的第一水压力传感器之间测量值不同，则说明监测组件出现了倾斜，通过调整吊绳的长度来让监测组件处于水平状态；由于支撑上的第一水压力传感器至测深探头之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头至泥线的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测深探头通过旋转一定角度α₂，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α2已知，测深探头至待测点的距离为s₂测深探头已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₂＝s₂ cosα₂-L₂，其中若转动角度α₂小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₂，若转动角度α₂大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₂-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₃和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₄，那么β₂＝S₄/S₃即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₂＝(s₂ cosα₂-L₂)/β₂；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环下部的凹槽滑道工作带动与之连接的监测器实现周向运动，对风机基础周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤三，风机基础服役阶段的动态冲刷深度监测：风机基础安装完成后即开始其服役过程，风机基础随着服役时间的增加，基础周围的冲刷一直在持续，基础周围土体的冲刷半径以及冲刷坑的形态也在变化，冲刷深度从一倍的桩径变化至两倍桩径；

此阶段吊绳完全放松，监测组件下降深度达到限值，即监测组件至泥线的距离是固定不变的，为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件中支撑上的第一水压力传感器测量值和泥线处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑上的第一水压力传感器测量值的确定是在监测组件水平情况下得出的，若四个支撑上的第一水压力传感器之间测量值不同，则说明监测组件出现了倾斜，通过调整吊绳的长度来让监测组件处于水平状态；由于支撑上的第一水压力传感器至测深探头之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头至泥线的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测测深探头通过旋转一定角度α₃，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₃已知，测深探头至待测点的距离为s₃测深探头已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₃＝s₃ cosα₃-L₂，其中若转动角度α₃小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₃，若转动角度α₃大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₃-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₅和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₆，那么β₃＝S₆/S₅即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₃＝(s₃ cosα₃-L₂)/β₃；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环下部的凹槽滑道工作带动与之连接的监测器实现周向运动，对风机基础周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤四，风机基础服役阶段的稳定冲刷深度监测：此阶段冲刷深度达到平衡状态，冲刷深度为两倍桩径，忽略冲刷深度随时间的变化，冲刷坑形态趋于稳定，只需对任意截面处各点的冲刷深度进行测量，并得出稳定后的冲刷坑形态即可；为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件中支撑上的第一水压力传感器测量值和泥线处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑上的水压力传感器测量值的确定是在监测组件水平情况下得出的，若四个支撑上的第一水压力传感器之间测量值不同，则说明监测组件出现了倾斜，通过调整吊绳的长度来让监测组件处于水平状态；由于支撑上的第一水压力传感器至测深探头之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头至泥线的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测深探头通过旋转一定角度α₄，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₄已知，测深探头至待测点的距离为s₄测深探头已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₄＝s₄ cosα₄-L₂，其中若转动角度α₄小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₄，若转动角度α₄大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₄-90°；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环下部的凹槽滑道工作带动与之连接的监测器实现周向运动，对风机基础周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤五，风机基础周围区域的冲刷范围的确定：随着冲刷深度的变化，冲刷坑的范围也是在逐渐变化的，如何确定出冲刷坑的边界是极其重要的一步；

当测深探头转动角度小于90°时，对应测深探头至风机基础之间的区域，要解决的是如何确定出风机基础与冲刷坑任意截面的交点，即风机基础的最大冲深点；测深探头转动角度从小到大变换过程中，测量出的距离首先是测深探头至风机基础轴向方向上各点的距离，这个测量距离是随着转动角度的增加逐渐增大的；其次，测量出的距离是测深探头至区域内属于冲刷坑的点位的距离，这个测量距离是随着转动角度的增加逐渐减小的；因此，在某一截面处，当测深探头转动角度小于90°时，测量出的距离最大一点即为最大冲深点；

当测深探头转动角度大于90°时，对应冲刷坑截面与泥线之间的区域，要解决的是如何确定出泥线与冲刷坑任意截面的交点，即风机基础的最大冲深半径；测深探头转动角度从小到大变换过程中，其至区域内冲刷坑截面各点处的距离是随着转动角度的增加逐渐增大的，要确定出最大冲深半径，需要结合几何关系进行分析；由于测深探头到泥线的垂直距离是已知的设为Z1，测深探头至待测点之间的距离是已知的设为Z2，测深探头的转动角度是已知的设为β，若则认为该监测点至风机基础的垂直距离即为风机基础最大冲深半径；

当测深探头周向运动时风机基础背流侧堆积高度的测量：风机基础冲刷过程中，会在背流侧出现土体堆积的现象，要解决的是如何进行堆积土体高度的测量以及确定冲刷坑的最大边界；土体堆积的形状根据文献查找可看成为轴对称结构，当测深探头运动至堆积区域进行冲刷深度测量时，其至堆积范围内各点的距离是不确定的，要确定出堆积土体高度以及冲刷坑的最大边界，需要结合几何关系进行分析；结合确定出风机基础冲刷的最大冲深半径，此时该点至测深探头的垂直距离是已知的设为Z₃，该点至风机基础的垂直距离是已知的设为Z₄，继续增大测深探头的转动角度即开始对堆积土体高度的测量；由于测深探头的转动角度已知设为γ，测深探头至堆积范围内各点的距离是已知的设为Z₅，则可以求出堆积范围内各点至测深探头之间的垂直距离设为Z₆＝Z₅ cosγ，其中待测点至测深探头之间的垂直距离Z₆最小时对应的监测点即为堆积土体的最高点，此时堆积高度为Z₃-Z₆；最大堆积高度点至最大冲深半径点的水平距离通过几何关系可知Z₇＝Z₅ sinγ，则冲刷坑的最大边界为Z₄+2Z₅ sinγ；

步骤六，冲刷深度监测装置的维修和回收：当风机基础退役后或监测组件出现故障时，通过提升拴在运维平台下的吊绳将监测组件提升至海平面，实现整个监测装置的维修和重复利用。

本发明的有益效果是：

1)本海上风机基础冲刷深度监测装置及安装方法，通过设置监测组件可以在安装过程中随着风机基础安装深度的增加，保持其自身相对位置的改变，通过水压力传感器差值结合测深探头的监测角度，实现对安装过程中风机基础周围某监测点的冲刷深度进行测量；同时考虑了风机基础冲刷深度与时间的关系，得出冲刷深度随时间变化的关系函数，并利用此函数对监测的冲刷深度进行矫正；另外通过分析冲刷边界的特征点，利用几何关系得到特征点的确定方式，从而实现对整个截面各点的冲刷深度监测；同时测深探头还可以通过滑块在滑道上做周向运动，实现风机基础周围360°区域的冲刷深度监测；最后将监测数据传输到数据接收平台，通过计算机对三维冲刷坑形态进行成像，进而实现了安装、服役全过程的冲刷深度检测和三维冲刷坑形态的成像。

2)监测组件是通过分析监测组件和泥线处设置的两个水压力传感器的差值，确定出监测组件至泥线位置的高度，结合测深探头的安装位置，从而确定出测深探头至泥线处的高度；通过对比四组水压力传感器数值判断监测组件是否处于水平状态，并通过拉绳及时监测组件的位置，减小测深探头至泥线处的高度计算误差。根据测深探头的转动角度和测深探头至监测点的距离，并结合已知的测深探头至泥线位置的高度，利用几何关系求解出监测点处的冲刷深度，并考虑测深探头转动的时间对冲刷深度测量结果的影响，利用冲刷深度随时间变化的关系函数，对测量结果进行修正。这个过程由于测深探头的转动角度可以精确测得，测深探头至监测点的距离误差是由测深探头自身的误差精度进行控制，且测得的测深探头至泥线位置的高度误差较小，因此，整个监测过程的误差较小。紧接着通过环向滑道实现测深探头的周向运动，再重复监测过程，完成对基础周围区域任意一点冲刷深度的监测并根据监测的冲刷深度数据利用计算机绘出风机基础的三维冲刷坑形态，这个过程是重复上述监测过程的结果，由于上述监测过程的误差较低，因此整体误差也能控制在较低的范围，从而得出较为精确的监测数据。

3)介于传统监测装置出现故障时维修困难的情况，该监测组件可通过布置在运维平台下方的吊绳实现上升和下降。由于运维平台的位置是固定不变的，始终高于海平面，当监测组件出现故障时，运维人员通过简易的升降装置收缩拉绳，进而带动监测组件上升至海平面，便于进行故障的检修；当检修完成后还可以通过简易的升降装置放松拉绳，进而让监测组件下降至预定监测位置。

4)介于传统监测装置监测成本过高的情况，该监测组件不仅在出现故障时维修耗时短，节省大量的维修成本，而且可以在风机基础退役后，通过布置在运维平台上的简易的升降装置将监测组件提升至海平面实现整个监测装置的回收和重复利用，极大的降低了监测成本。

附图说明

图1是本发明海上风机基础冲刷深度监测装置的前视图；

图2是本发明海上风机基础冲刷深度监测装置的俯视图；

图3是本发明监测组件的俯视图；

图4是本发明监测组件的前视图；

图5是本发明监测器的细节图；

图6是本发明安装方法步骤一安装过程中冲刷深度监测的前视图；

图7是本发明安装方法步骤一安装过程中细部冲刷深度监测的前视图；

图8是本发明安装方法步骤二安装完成后冲刷深度监测的前视图；

图9是本发明安装方法步骤二安装完成后细部冲刷深度监测的前视图；

图10是本发明安装方法步骤三动态冲刷阶段冲刷深度监测的前视图；

图11是本发明安装方法步骤三动态冲刷阶段细部冲刷深度监测的前视图；

图12是本发明安装方法步骤四稳定冲刷阶段冲刷深度监测的前视图；

图13是本发明安装方法步骤五冲刷边界确定过程的前视图。

图中：1、风机基础；2、运维平台；21、环形镂空网支架；3、监测组件；3-1、充气囊；3-2、内环；3-3、外环；3-31、凹槽滑道；3-4、支撑；3-41、第一水压力传感器；3-42、拉环；3-5、监测器；3-51、凹槽滑块；3-52、竖直杆；3-53、转轴；3-54、测深探头；4、海平面；5、泥线；6、吊绳。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

海洋环境中基础的存在会改变基础周围邻域的初始流场结构。基础的阻挡会导致流线收缩，使基础前侧的上层水面略有抬升，下层水流向下流动，从而在基础前侧形成马蹄形漩涡，在基础后侧形成尾流涡旋。在涡旋和湍流作用下基础近底流速变大，导致海床泥水面处上部压强减小、下部压强不变，海床土体上下两侧产生压力差、诱发土体液化，进而海床土体在水流作用下流失，产生冲刷。【基础冲刷的危害】在涡旋和湍流作用下基础周围会出现冲刷现象，形成冲刷坑，且冲刷现象产生的灾害会随着时间的延长加剧。冲刷作用下，基础的埋置深度减少，极大的削弱了基础的承载力；同时承载力荷载偏心距增大，严重威胁海上风电场的安全运行。【现有基础冲刷深度监测方法】：现有基础冲刷深度监测的方法分为接触式监测和非接触式监测两种。接触式监测是在基础周围加装一些构件，构件上安装有土压力传感器、水压传感器或者电极探杆；非接触式监测是在利用外部地形勘探设备(超声波、声纳、光线传感等)对定期对基础周围冲刷状况进行监测。【现有基础冲刷深度监测存在的问题】：首先，接触式监测虽然能实现周期性冲刷深度监测，但由于其是通过在基础周围加装的构件实现监测，导致基础的安装阻力增大，安装过程困难；其次，由于其是固定在基础底端周围，在监测构件出现故障时，维修会非常困难；再者，由于其是通过监测土压力变化、水压力变化等间接得出冲刷的深度，并没有通过多个传感器差值得出冲刷深度，其易受海洋复杂环境的影响，导致测得的数据不准确；最后，其是通过有限传感器实现局部特征点冲刷深度的监测，并不能对三维冲刷坑的形态进行监测。非接触式监测虽然能较准确的进行冲刷深度和三维冲刷坑形态的监测，但其不能对基础整个服役阶段进行监测并及时传回数据；且其监测过程主要靠租用地形勘探船，利用船上的监测设备进行冲刷深度和冲刷坑形态的成像，不仅无法实现实时动态监测，而且监测成本昂贵。

如图1-5所示，一种海上风机基础冲刷深度监测装置，包括运维平台2和监测组件3；运维平台2和监测组件3都连接在风机基础1侧壁上，运维平台2位于监测组件3上方，风机基础1下端插入泥线5下方，监测组件3位于海平面4下方，运维平台2位于海平面4上方；运维平台2通过吊绳6连接监测组件3。运维平台2为环形镂空网支架21，环形镂空网支架21固定连接在风机基础1侧壁上。

具体的，运维平台2一般为方形钢结构，其主要作用是对监测组件3进行锚定以及提供一个故障检修时维修人员的作业处。运维平台2底部至少预留4处可供吊绳6穿过的锚定点，在风机基础1安装时，运维平台2上的工作人员通过放松吊绳增加其入水深度，来实现安装过程中的动态冲刷深度监测。运维平台2的高度高于海平面4的高度，进而降低海水对运维平台2的腐蚀以及增加维修时的便利性。

具体的，监测组件3包括充气囊3-1、内环3-2、外环3-3、多根支撑3-4和监测器3-5；充气囊3-1连接在内环3-2的内侧壁，多根支撑3-4等距离连接在内环3-2的外壁上，多根支撑3-4的外端连接外环3-3的内壁，外环3-3的下端滑动连接监测器3-5；充气囊3-1连接风机基础1的外壁。每根支撑3-4上端面都连接一个第一水压力传感器3-41和一个拉环3-42，吊绳6的下端连接拉环3-42，上端连接运维平台2。监测器3-5包括两个测深探头3-54，两个测深探头3-54分别连接在转轴3-53的两端，转轴3-53转动连接在竖直杆3-52的下端，竖直杆3-52的上端连接凹槽滑块3-51，外环3-3的下端设置凹槽滑道3-31，凹槽滑块3-51滑动连接在凹槽滑道3-31内。外环3-3内部设置有驱动装置，用于驱动凹槽滑块3-51沿凹槽滑道3-31圆周运动。

具体的，泥线5处设置有第二水压力传感器，第二水压力传感器通过电信号与第一水压力传感器3-41连接。

具体的，监测组件3为双圆环形镂空结构，其主要作用是监测风机基础1安装、服役全过程的冲刷深度并传回监测数据至数据接收平台，同时利用三维成像软件对数据进行处理，进而生成安装、服役全周期的冲刷坑三维形态。

具体的，充气囊3-1为环形结构的柔性材料，其内部是中空的，可以通过充放气实现体积的变化。充气囊3-1表面具有一定的粗糙度，可以提供较大的摩擦力。充气囊3-1连接在内环3-2的内侧，两者之间的连接为固定连接，通过对充气囊3-1充气让其体积膨胀，进而使监测组件3紧贴在风机基础1侧壁，实现监测组件3的固定。

具体的，内环3-2为具有一定厚度和高度的圆环，其内侧的一处区域与充气囊3-1固定连接，外侧通过支撑3-4与外环3-3连接。

具体的，外环3-3为具有一定厚度和高度的圆环，其内侧通过支撑3-4与内环3-2连接，底端设有外伸式滑道3-31。外伸式滑道3-31连接有监测器3-5，可通过其内部的传动系统工作，使安装在凹槽滑道3-31上的监测器3-5实现周向运动。

具体的，支撑3-4为具有一定厚度和宽度的长方体钢材，其作为一个连接部件，起到连接作用，上部设有第一水压力传感器3-41和拉环3-42，两端分别连接内环3-2的外侧和外环3-3的内侧，支撑3-4、内环3-2及外环3-3之间通过焊接进行固定。支撑3-4至少设有四个，成一定的角度均匀布置在周向上。

具体的，第一水压力传感器3-41可以测得监测组件3所处高度处的水压力，通过计算其与泥线5处安装的第二水压力传感器之间的差值，可以确定出监测组件3至泥线5之间的距离，再减去支撑3-4上第一水压力传感器3-41至测深探头3-54之间的固定距离，可以得出测深探头3-54至泥线5之间的距离；同时通过对比不同支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测得的水压力值，可以确定监测组件3是否水平以及其倾斜角度。拉环3-42至少设有四个，中间有吊绳6穿过，通过吊绳6与运维平台2之间进行连接，运维人员可以通过提升和放松吊绳，带动监测组件3的上升和下降，进而实现冲刷深度的动态监测与故障维修。

具体的，监测器3-5通过凹槽滑块3-51与外环3-3下端的凹槽滑道3-31连接，通过凹槽滑道3-31内部传动，使与之连接的凹槽滑块3-51做周向运动，进而实现风机基础1周向的冲刷深度监测。凹槽滑块3-51为顶部开设有倒T型槽的块体，一端与凹槽滑道3-31连接，另一端通过竖向杆3-52以及竖向杆杆3-52端部的转轴3-53和测深探头3-54连接。所述竖向杆3-52主要起连接作用，其上端部连接凹槽滑块3-51，下端部为转轴3-53，通过转轴3-53与测深探头3-54连接。测深探头3-54至少设有两个，一个固定角度和位置不变，垂直向下监测冲刷深度随时间变化的关系函数，另一个进行角度的调整和做周向运动，进行360°范围内任意截面处各点冲刷深度的监测。测深探头3-54每次只能发射一条射线，对待测点至测深探头3-54之间的距离进行测量，通过连接杆3-52下端部的铰结点可实现其所处平面180角度范围内的转动，进而对其所处平面内的任一点冲刷深度的监测。

具体的，泥线5的远端至少设有一个第二水压力传感器，通过对泥线5处水压力的测量，进而确定出其与支撑3-4上第一水压力传感器之间的差值，运用几何关系并结合测深探头3-54转动角度，得到冲刷范围任一点的冲刷深度。

如图6-13所示，一种海上风机基础冲刷深度监测装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，风机基础1施工前准备：风机基础1安装前，利用监测组件3的内径大于风机基础1外径的优势，让监测组件3套在风机基础1上，并调整监测组件3至合适位置，通过对充气囊3-1进行充气，让监测组件3固定在风机基础1外侧壁上，这一阶段监测组件3的位置保持不变；然后将风机基础1吊装至定位平台导向孔，并通过吊绳把监测组件3固定在运维平台2上；

步骤二，风机基础1施工过程的冲刷深度监测：风机基础1安装过程中，对充气囊3-1进行放气操作，让充气囊3-1体积缩小，使之与风机基础1之间变为不紧密连接或者无连接，防止监测组件3和风机基础1一块沉贯至泥线5以下；同时在运维平台2上进行放松吊绳6的操作，让监测组件3的深度逐渐下降，直至下降深度至限值时停止操作，此时风机基础1安装完成；这一阶段风机基础1周围区域是存在冲刷的，且冲刷深度是随安装深度即安装时间逐渐增加的，冲刷深度的变化从零至一倍桩径；

当风机基础1未安装到位时：此阶段通过放松吊绳6让监测组件3逐渐下降，即监测组件3至泥线5的距离是随着风机基础1安装过程进行逐渐变化的；为了便于阐监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件3中支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测量值和泥线5处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器3-41和第二水压力传感器之间的距离L，这里出于误差考虑，支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测量值的确定是在监测组件3水平情况下得出的，若四个支撑3-4上的第一水压力传感器3-41之间测量值不同，则说明监测组件3出现了倾斜，通过调整吊绳6的长度来让监测组件3处于水平状态；由于支撑3-4上的第一水压力传感器3-41至测深探头3-54之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头3-54至泥线5的距离可通过距离差值计算出为L₁＝L-L₀；测深探头3-54通过旋转一定角度α₁，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₁已知，测深探头3-54至待测点的距离为s₁测深探头3-54已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₁＝s₁ cosα₁-L₁，其中若转动角度α₁小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₁，若转动角度α₁大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₁-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头3-54通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头3-54用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头3-54从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₁和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₂，那么β₁＝S₂/S₁即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₁＝(s₁ cosα₁-L₁)/β₁；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环3-3下部的凹槽滑道3-31工作带动与之连接的监测器3-5实现周向运动，对风机基础1周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

当风机基础安装完成时：此阶段吊绳6完全放松，监测组件3下降深度达到限值，即监测组件3至泥线5的距离是固定不变的，通过对充气囊3-1进行充气，使充气囊3-1体积膨胀，此时充气囊3-1与风机基础1外壁之间形成紧密接触，即让监测组件3固定在风机基础1外侧壁上；为了便于阐监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件3中支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测量值和泥线5处的第一水压力传感器3-41测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器3-41和第二水压力传感器之间的距离L，这里出于误差考虑，支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测量值的确定是在监测组件3水平情况下得出的，若四个支撑3-4上的第一水压力传感器3-41之间测量值不同，则说明监测组件3出现了倾斜，通过调整吊绳6的长度来让监测组件3处于水平状态；由于支撑3-4上的第一水压力传感器3-41至测深探头3-54之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头3-54至泥线5的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测深探头3-54通过旋转一定角度α₂，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₂已知，测深探头3-54至待测点的距离为s₂测深探头3-54已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₂＝s₁ cosα₂-L₂，，其中若转动角度α₂小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₂，若转动角度α₂大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₂-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头3-54通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头3-54用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头3-54从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₃和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₄，那么β₂＝S₄/S₃即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₂＝(s₂ cosα₂-L₂)/β₂；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环3-3下部的凹槽滑道3-31工作带动与之连接的监测器3-5实现周向运动，对风机基础1周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤三，风机基础1服役阶段的动态冲刷深度监测：风机基础1安装完成后即开始其服役过程，风机基础1随着服役时间的增加，基础周围的冲刷一直在持续，基础周围土体的冲刷半径以及冲刷坑的形态也在变化，冲刷深度从一倍的桩径变化至两倍桩径；

此阶段吊绳完全放松，监测组件3下降深度达到限值，即监测组件3至泥线5的距离是固定不变的，为了便于阐监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件3中支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测量值和泥线5处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器3-41和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测量值的确定是在监测组件3水平情况下得出的，若四个支撑3-4上的第一水压力传感器3-41之间测量值不同，则说明监测组件3出现了倾斜，通过调整吊绳6的长度来让监测组件3处于水平状态；由于支撑3-4上的第一水压力传感器3-41至测深探头3-54之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头3-54至泥线5的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测测深探头3-54通过旋转一定角度α₃，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₃已知，测深探头3-54至待测点的距离为s₃测深探头3-54已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₃＝s₃ cosα₃-L₂，其中若转动角度α₃小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₃，若转动角度α₃大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₃-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头3-54通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头3-54用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头3-54从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₅和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₆，那么β₃＝S₆/S₅即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₃＝(s₃ cosα₃-L₂)/β₃；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环3-3下部的凹槽滑道3-31工作带动与之连接的监测器3-5实现周向运动，对风机基础1周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤四，风机基础1服役阶段的稳定冲刷深度监测：此阶段冲刷深度达到平衡状态，冲刷深度为两倍桩径，忽略冲刷深度随时间的变化，冲刷坑形态趋于稳定，只需对任意截面处各点的冲刷深度进行测量，并得出稳定后的冲刷坑形态即可；为了便于阐监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件3中支撑3-4上的第一水压力传感器3-41测量值和泥线5处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器3-41和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑3-4上的水压力传感器3-41测量值的确定是在监测组件3水平情况下得出的，若四个支撑3-4上的第一水压力传感器3-41之间测量值不同，则说明监测组件3出现了倾斜，通过调整吊绳6的长度来让监测组件3处于水平状态；由于支撑3-4上的第一水压力传感器3-41至测深探头3-54之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头3-54至泥线5的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测深探头3-54通过旋转一定角度α₄，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₄已知，测深探头3-54至待测点的距离为s₄测深探头3-54已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₄＝s₄ cosα₄-L₂，其中若转动角度α₄小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₄，若转动角度α₄大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₄-90°；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环3-3下部的凹槽滑道3-31工作带动与之连接的监测器3-5实现周向运动，对风机基础1周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤五，风机基础1周围区域的冲刷范围的确定：随着冲刷深度的变化，冲刷坑的范围也是在逐渐变化的，如何确定出冲刷坑的边界是极其重要的一步；

当测深探头3-54转动角度小于90°时，对应测深探头3-54至风机基础1之间的区域，要解决的是如何确定出风机基础1与冲刷坑任意截面的交点，即风机基础1的最大冲深点；测深探头3-54转动角度从小到大变换过程中，测量出的距离首先是测深探头3-54至风机基础1轴向方向上各点的距离，这个测量距离是随着转动角度的增加逐渐增大的；其次，测量出的距离是测深探头3-54至区域内属于冲刷坑的点位的距离，这个测量距离是随着转动角度的增加逐渐减小的；因此，在某一截面处，当测深探头3-54转动角度小于90°时，测量出的距离最大一点即为最大冲深点；

当测深探头3-54转动角度大于90°时，对应冲刷坑截面与泥线5之间的区域，要解决的是如何确定出泥线5与冲刷坑任意截面的交点，即风机基础1的最大冲深半径；测深探头3-54转动角度从小到大变换过程中，其至区域内冲刷坑截面各点处的距离是随着转动角度的增加逐渐增大的，要确定出最大冲深半径，需要结合几何关系进行分析；由于测深探头3-54到泥线5的垂直距离是已知的设为Z1，测深探头3-54至待测点之间的距离是已知的设为Z2，测深探头3-54的转动角度是已知的设为β，若则认为该监测点至风机基础1的垂直距离即为风机基础最大冲深半径；

当测深探头3-54周向运动时风机基础1背流侧堆积高度的测量：风机基础1冲刷过程中，会在背流侧出现土体堆积的现象，要解决的是如何进行堆积土体高度的测量以及确定冲刷坑的最大边界；土体堆积的形状根据文献查找可看成为轴对称结构，当测深探头3-54运动至堆积区域进行冲刷深度测量时，其至堆积范围内各点的距离是不确定的，要确定出堆积土体高度以及冲刷坑的最大边界，需要结合几何关系进行分析；结合确定出风机基础冲刷的最大冲深半径，此时该点至测深探头3-54的垂直距离是已知的设为Z₃，该点至风机基础1的垂直距离是已知的设为Z₄，继续增大测深探头3-54的转动角度即开始对堆积土体高度的测量；由于测深探头3-54的转动角度已知设为γ，测深探头3-54至堆积范围内各点的距离是已知的设为Z₅，则可以求出堆积范围内各点至测深探头3-54之间的垂直距离设为Z₆＝Z₅ cosγ，其中待测点至测深探头3-54之间的垂直距离Z₆最小时对应的监测点即为堆积土体的最高点，此时堆积高度为Z₃-Z₆；最大堆积高度点至最大冲深半径点的水平距离通过几何关系可知Z₇＝Z₅ sinγ，则冲刷坑的最大边界为Z₄+2Z₅ sinγ；

步骤六，冲刷深度监测装置的维修和回收：当风机基础1退役后或监测组件3出现故障时，通过提升拴在运维平台2下的吊绳6将监测组件3提升至海平面，实现整个监测装置的维修和重复利用。

本海上风机基础冲刷深度监测装置的安装方法，解决了风机基础安装、服役全过程冲刷深度和冲刷坑形态无法实时动态监测和监测的冲刷数据不准确的问题，可以对风机基础安装、服役全过程的冲刷状况进行精准监测，并结合冲刷数据对风机安全状况进行评价和对可能出现的基础承载力不足进行补救。本发明的风机基础冲刷深度监测装置不仅可以在服役阶段对风机基础周围冲刷坑形态及冲刷深度进行实时监测，还可以在安装过程中对基础周围区域的冲刷深度进行监测，实现了安装、服役全过程冲刷坑形态和冲刷深度的监测；同时利用至少两个水压力传感器确定监测装置与泥线之间的距离，并结合两个测深探头的安装位置和转动角度来获取冲刷深度随时间变化的关系函数，运用几何关系计算确定出某一截面处各待测点的冲刷深度；最后，通过提升运维平台下的拉绳实现对监测装置的回收或故障阶段的维修。具有简单便捷、监测准确、全过程实时动态监测以及可回收等特点，与之配套的施工方法提高了冲刷深度的和冲刷坑三维形态监测的效率。

(安装、服役全过程冲刷深度监测和三维冲刷坑形态成像)监测组件可以在安装过程中随着风机基础安装深度的增加，保持其自身相对位置的改变，通过水压力传感器差值结合测深探头的监测角度，实现对安装过程中风机基础周围某监测点的冲刷深度进行测量；同时考虑了风机基础冲刷深度与时间的关系，得出冲刷深度随时间变化的关系函数，并利用此函数对监测的冲刷深度进行矫正；另外通过分析冲刷边界的特征点，利用几何关系得到特征点的确定方式，从而实现对整个截面各点的冲刷深度监测；同时测深探头还可以通过滑块在滑道上做周向运动，实现风机基础周围360°区域的冲刷深度监测；最后将监测数据传输到数据接收平台，通过计算机对三维冲刷坑形态进行成像，进而实现了安装、服役全过程的冲刷深度检测和三维冲刷坑形态的成像。

(利用几何关系测得各处冲刷深度，测量数据准确可靠)监测组件是通过分析监测组件和泥线处设置的两个水压力传感器的差值，确定出监测组件至泥线位置的高度，结合测深探头的安装位置，从而确定出测深探头至泥线处的高度；通过对比四组水压力传感器数值判断监测组件是否处于水平状态，并通过拉绳及时监测组件的位置，减小测深探头至泥线处的高度计算误差。根据测深探头的转动角度和测深探头至监测点的距离，并结合已知的测深探头至泥线位置的高度，利用几何关系求解出监测点处的冲刷深度，并考虑测深探头转动的时间对冲刷深度测量结果的影响，利用冲刷深度随时间变化的关系函数，对测量结果进行修正。这个过程由于测深探头的转动角度可以精确测得，测深探头至监测点的距离误差是由测深探头自身的误差精度进行控制，且测得的测深探头至泥线位置的高度误差较小，因此，整个监测过程的误差较小。紧接着通过环向滑道实现测深探头的周向运动，再重复监测过程，完成对基础周围区域任意一点冲刷深度的监测并根据监测的冲刷深度数据利用计算机绘出风机基础的三维冲刷坑形态，这个过程是重复上述监测过程的结果，由于上述监测过程的误差较低，因此整体误差也能控制在较低的范围，从而得出较为精确的监测数据。

(监测组件可调整高度，方便监测调整与故障维修)介于传统监测装置出现故障时维修困难的情况，该监测组件可通过布置在运维平台下方的吊绳实现上升和下降。由于运维平台的位置是固定不变的，始终高于海平面，当监测组件出现故障时，运维人员通过简易的升降装置收缩拉绳，进而带动监测组件上升至海平面，便于进行故障的检修；当检修完成后还可以通过简易的升降装置放松拉绳，进而让监测组件下降至预定监测位置。

(监测装置可回收，节约成本)介于传统监测装置监测成本过高的情况，该监测组件不仅在出现故障时维修耗时短，节省大量的维修成本，而且可以在风机基础退役后，通过布置在运维平台上的简易的升降装置将监测组件提升至海平面实现整个监测装置的回收和重复利用，极大的降低了监测成本。

本海上风机基础冲刷深度监测装置的安装方法，相比于传统风机基础冲刷深度监测不精确、无法对三维冲刷坑形态进行成像、监测成本高、故障时维修困难等缺点，该冲刷深度监测装置的监测组件可以在安装过程中随着风机基础安装深度的增加，保持其自身相对位置的改变，通过水压力传感器差值结合测深探头的监测角度，实现对安装过程中风机基础周围某监测点的冲刷深度进行测量；同时考虑了风机基础冲刷深度与时间的关系，得出冲刷深度随时间变化的关系函数，并利用此函数对监测的冲刷深度进行矫正；另外通过分析冲刷边界的特征点，利用几何关系得到特征点的确定方式，从而实现对整个截面各点的冲刷深度监测；同时测深探头还可以通过凹槽滑块在凹槽滑道上做周向运动，实现风机基础周围360°区域的冲刷深度监测；最后将监测数据传输到数据接收平台，通过计算机对三维冲刷坑形态进行成像，进而实现了安装、服役全过程的冲刷深度检测和三维冲刷坑形态的成像。监测组件首先通过水压力传感器的差值确定出监测组件至泥线位置的高度，确定出监测组件至泥线位置的高度，结合测深探头的安装位置，从而确定出测深探头至泥线处的高度，根据测深探头的转动角度和测深探头至监测点的距离，并结合已知的测深探头至泥线位置的高度，利用几何关系求解出监测点处的冲刷深度；接着再通过环向滑道完成对基础周围任意一点冲刷深度的监测；最后根据监测的冲刷深度数据利用计算机绘出风机基础的三维冲刷坑形态。整个监测过程是利用几何关系得出相关的监测数据，数据误差相对较低，且能对全过程的三维冲刷坑形态进行成像，便于实时对风机基础的安全状况进行评估和在风机基础因为冲刷发生承载力破坏前及时进行补救。此外，介于传统监测装置出现故障时维修困难和监测成本过高的情况，本发明通过布置在运维平台上的建议升降装置实现监测组件的上升和下降，便于监测组件出现故障时的维修；同时，还可以在风机基础退役后通过升降装置将监测组件提升至海平面，通过吊装实现监测装置的回收和重复利用，极大的降低了监测成本。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种海上风机基础冲刷深度监测装置，其特征在于，包括运维平台(2)和监测组件(3)；所述运维平台(2)和监测组件(3)都连接在风机基础(1)侧壁上，所述运维平台(2)位于所述监测组件(3)上方，所述风机基础(1)下端插入泥线(5)下方，所述监测组件(3)位于海平面(4)下方，所述运维平台(2)位于所述海平面(4)上方；所述运维平台(2)通过吊绳(6)连接所述监测组件(3)。

2.根据权利要求1所述的海上风机基础冲刷深度监测装置，其特征在于，所述运维平台(2)为环形镂空网支架(21)，所述环形镂空网支架(21)固定连接在所述风机基础(1)侧壁上。

3.根据权利要求1所述的海上风机基础冲刷深度监测装置，其特征在于，所述监测组件(3)包括充气囊(3-1)、内环(3-2)、外环(3-3)、多根支撑(3-4)和监测器(3-5)；所述充气囊(3-1)连接在所述内环(3-2)的内侧壁，多根所述支撑(3-4)等距离连接在所述内环(3-2)的外壁上，多根所述支撑(3-4)的外端连接所述外环(3-3)的内壁，所述外环(3-3)的下端滑动连接所述监测器(3-5)；所述充气囊(3-1)连接所述风机基础(1)的外壁。

4.根据权利要求3所述的海上风机基础冲刷深度监测装置，其特征在于，每根所述支撑(3-4)上端面都连接一个第一水压力传感器(3-41)和一个拉环(3-42)，所述吊绳(6)的下端连接所述拉环(3-42)，上端连接所述运维平台(2)。

5.根据权利要求3所述的海上风机基础冲刷深度监测装置，其特征在于，所述监测器(3-5)包括两个测深探头(3-54)，两个所述测深探头(3-54)分别连接在转轴(3-53)的两端，所述转轴(3-53)转动连接在竖直杆(3-52)的下端，所述竖直杆(3-52)的上端连接凹槽滑块(3-51)，所述外环(3-3)的下端设置凹槽滑道(3-31)，所述凹槽滑块(3-51)滑动连接在所述凹槽滑道(3-31)内。

6.根据权利要求5所述的海上风机基础冲刷深度监测装置，其特征在于，所述外环(3-3)内部设置有驱动装置，用于驱动所述凹槽滑块(3-51)沿所述凹槽滑道(3-31)圆周运动。

7.根据权利要求4所述的海上风机基础冲刷深度监测装置，其特征在于，所述泥线(5)处设置有第二水压力传感器，所述第二水压力传感器通过电信号与所述第一水压力传感器(3-41)连接。

8.一种海上风机基础冲刷深度监测装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，风机基础(1)施工前准备：风机基础(1)安装前，利用监测组件(3)的内径大于风机基础(1)外径的优势，让监测组件(3)套在风机基础(1)上，并调整监测组件(3)至合适位置，通过对充气囊(3-1)进行充气，让监测组件(3)固定在风机基础(1)外侧壁上，这一阶段监测组件(3)的位置保持不变；然后将风机基础(1)吊装至定位平台导向孔，并通过吊绳把监测组件(3)固定在运维平台(2)上；

步骤二，风机基础(1)施工过程的冲刷深度监测：风机基础(1)安装过程中，对充气囊(3-1)进行放气操作，让充气囊(3-1)体积缩小，使之与风机基础(1)之间变为不紧密连接或者无连接，防止监测组件(3)和风机基础(1)一块沉贯至泥线(5)以下；同时在运维平台(2)上进行放松吊绳(6)的操作，让监测组件(3)的深度逐渐下降，直至下降深度至限值时停止操作，此时风机基础(1)安装完成；这一阶段风机基础(1)周围区域是存在冲刷的，且冲刷深度是随安装深度即安装时间逐渐增加的，冲刷深度的变化从零至一倍桩径；

当风机基础(1)未安装到位时：此阶段通过放松吊绳(6)让监测组件(3)逐渐下降，即监测组件(3)至泥线(5)的距离是随着风机基础(1)安装过程进行逐渐变化的；为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件(3)中支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)测量值和泥线(5)处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器(3-41)和第二水压力传感器之间的距离L，这里出于误差考虑，支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)测量值的确定是在监测组件(3)水平情况下得出的，若四个支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)之间测量值不同，则说明监测组件(3)出现了倾斜，通过调整吊绳(6)的长度来让监测组件(3)处于水平状态；由于支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)至测深探头(3-54)之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头(3-54)至泥线(5)的距离可通过距离差值计算出为L₁＝L-L₀；测深探头(3-54)通过旋转一定角度α₁，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₁已知，测深探头(3-54)至待测点的距离为s₁测深探头(3-54)已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₁＝s₁cosα₁-L₁，其中若转动角度α₁小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₁，若转动角度α₁大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₁-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头(3-54)通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头(3-54)用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头(3-54)从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₁和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₂，那么β₁＝S₂/S₁即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₁＝(s₁ cosα₁-L₁)/β₁；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环(3-3)下部的凹槽滑道(3-31)工作带动与之连接的监测器(3-5)实现周向运动，对风机基础(1)周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

当风机基础安装完成时：此阶段吊绳(6)完全放松，监测组件(3)下降深度达到限值，即监测组件(3)至泥线(5)的距离是固定不变的，通过对充气囊(3-1)进行充气，使充气囊(3-1)体积膨胀，此时充气囊(3-1)与风机基础(1)外壁之间形成紧密接触，即让监测组件(3)固定在风机基础(1)外侧壁上；为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件(3)中支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)测量值和泥线(5)处的第一水压力传感器(3-41)测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器(3-41)和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)测量值的确定是在监测组件(3)水平情况下得出的，若四个支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)之间测量值不同，则说明监测组件(3)出现了倾斜，通过调整吊绳(6)的长度来让监测组件(3)处于水平状态；由于支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)至测深探头(3-54)之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头(3-54)至泥线(5)的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测深探头(3-54)通过旋转一定角度α₂，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₂已知，测深探头(3-54)至待测点的距离为S₂测深探头(3-54)已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₂＝s₂cosα₂-L₂，其中若转动角度α₂小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₂，若转动角度α₂大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₂-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头(3-54)通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头(3-54)用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头(3-54)从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₃和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₄，那么β₂＝S₄/S₃即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₂＝(s₂cosα₂-L₂)/β₂；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环(3-3)下部的凹槽滑道(3-31)工作带动与之连接的监测器(3-5)实现周向运动，对风机基础(1)周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤三，风机基础(1)服役阶段的动态冲刷深度监测：风机基础(1)安装完成后即开始其服役过程，风机基础(1)随着服役时间的增加，基础周围的冲刷一直在持续，基础周围土体的冲刷半径以及冲刷坑的形态也在变化，冲刷深度从一倍的桩径变化至两倍桩径；

此阶段吊绳完全放松，监测组件(3)下降深度达到限值，即监测组件(3)至泥线(5)的距离是固定不变的，为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件(3)中支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)测量值和泥线(5)处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器(3-41)和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)测量值的确定是在监测组件(3)水平情况下得出的，若四个支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)之间测量值不同，则说明监测组件(3)出现了倾斜，通过调整吊绳(6)的长度来让监测组件(3)处于水平状态；由于支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)至测深探头(3-54)之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头(3-54)至泥线(5)的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测测深探头(3-54)通过旋转一定角度α₃，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₃已知，测深探头(3-54)至待测点的距离为s₃测深探头(3-54)已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₃＝s₃cosα₃-L₂，其中若转动角度α₃小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₃，若转动角度α₃大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₃-90°；由于冲刷深度随时间的变化关系，测深探头(3-54)通过转动角度测出某一截面处各点的冲刷深度并不能反映出实际过程中测得的某一时刻下截面处各点的冲刷深度，故为了测量结果更为精确，另外设置了一个位置固定不变的测深探头(3-54)用来垂直监测其下一点的冲刷深度随时间的变化关系，得出冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)；假设测深探头(3-54)从上一个监测点转动至下一个监测点的时间为t，则通过测出的冲刷深度与时间的关系函数S_L＝S_L(t)，找到上一个监测点时间对应的冲刷深度S₅和下一个监测点时间对应的冲刷深度S₆，那么β₃＝S₆/S₅即为冲刷深度随时间的变化率，通过该冲刷深度随时间的变化率即可求出精确的冲刷深度即Δh′₃＝(s₃cosα₃-L₂)/β₃；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环(3-3)下部的凹槽滑道(3-31)工作带动与之连接的监测器(3-5)实现周向运动，对风机基础(1)周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤四，风机基础(1)服役阶段的稳定冲刷深度监测：此阶段冲刷深度达到平衡状态，冲刷深度为两倍桩径，忽略冲刷深度随时间的变化，冲刷坑形态趋于稳定，只需对任意截面处各点的冲刷深度进行测量，并得出稳定后的冲刷坑形态即可；为了便于阐述监测原理，这里以某一时刻一点的冲刷深度为例进行说明；这一时刻，监测组件(3)中支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)测量值和泥线(5)处的第二水压力传感器测量值是已知的，则通过两者之间差值计算可以得出第一水压力传感器(3-41)和第二水压力传感器之间的距离L′，这里出于误差考虑，支撑(3-4)上的水压力传感器(3-41)测量值的确定是在监测组件(3)水平情况下得出的，若四个支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)之间测量值不同，则说明监测组件(3)出现了倾斜，通过调整吊绳(6)的长度来让监测组件(3)处于水平状态；由于支撑(3-4)上的第一水压力传感器(3-41)至测深探头(3-54)之间的距离是固定不变的为L₀，则测深探头(3-54)至泥线(5)的距离可通过距离差值计算出为L₂＝L′-L₀；测深探头(3-54)通过旋转一定角度α₄，对待测点的冲刷深度进行监测，其转动角度α₄已知，测深探头(3-54)至待测点的距离为s₄测深探头(3-54)已测量出，则待测点的冲刷深度Δh₄＝s₄cosα₄-L₂，其中若转动角度α₄小于90°则计算冲刷深度时转动角度用α₄，若转动角度α₄大于90°，则计算冲刷深度时转动角度用α₄-90°；当该截面处各点的冲刷深度全部监测后，通过外环(3-3)下部的凹槽滑道(3-31)工作带动与之连接的监测器(3-5)实现周向运动，对风机基础(1)周向范围内的各点冲刷深度进行监测，之后将冲刷深度监测数据传输到数据接收平台，运用三维成像软件进行冲刷坑形态的三维成像；

步骤五，风机基础(1)周围区域的冲刷范围的确定：随着冲刷深度的变化，冲刷坑的范围也是在逐渐变化的，如何确定出冲刷坑的边界是极其重要的一步；

当测深探头(3-54)转动角度小于90°时，对应测深探头(3-54)至风机基础(1)之间的区域，要解决的是如何确定出风机基础(1)与冲刷坑任意截面的交点，即风机基础(1)的最大冲深点；测深探头(3-54)转动角度从小到大变换过程中，测量出的距离首先是测深探头(3-54)至风机基础(1)轴向方向上各点的距离，这个测量距离是随着转动角度的增加逐渐增大的；其次，测量出的距离是测深探头(3-54)至区域内属于冲刷坑的点位的距离，这个测量距离是随着转动角度的增加逐渐减小的；因此，在某一截面处，当测深探头(3-54)转动角度小于90°时，测量出的距离最大一点即为最大冲深点；

当测深探头(3-54)转动角度大于90°时，对应冲刷坑截面与泥线(5)之间的区域，要解决的是如何确定出泥线(5)与冲刷坑任意截面的交点，即风机基础(1)的最大冲深半径；测深探头(3-54)转动角度从小到大变换过程中，其至区域内冲刷坑截面各点处的距离是随着转动角度的增加逐渐增大的，要确定出最大冲深半径，需要结合几何关系进行分析；由于测深探头(3-54)到泥线(5)的垂直距离是已知的设为Z1，测深探头(3-54)至待测点之间的距离是已知的设为Z2，测深探头(3-54)的转动角度是已知的设为β，若则认为该监测点至风机基础(1)的垂直距离即为风机基础最大冲深半径；

当测深探头(3-54)周向运动时风机基础(1)背流侧堆积高度的测量：风机基础(1)冲刷过程中，会在背流侧出现土体堆积的现象，要解决的是如何进行堆积土体高度的测量以及确定冲刷坑的最大边界；土体堆积的形状根据文献查找可看成为轴对称结构，当测深探头(3-54)运动至堆积区域进行冲刷深度测量时，其至堆积范围内各点的距离是不确定的，要确定出堆积土体高度以及冲刷坑的最大边界，需要结合几何关系进行分析；结合确定出风机基础冲刷的最大冲深半径，此时该点至测深探头(3-54)的垂直距离是已知的设为Z₃，该点至风机基础(1)的垂直距离是已知的设为Z₄，继续增大测深探头(3-54)的转动角度即开始对堆积土体高度的测量；由于测深探头(3-54)的转动角度已知设为γ，测深探头(3-54)至堆积范围内各点的距离是已知的设为Z₅，则可以求出堆积范围内各点至测深探头(3-54)之间的垂直距离设为Z₆＝Z₅cosγ，其中待测点至测深探头(3-54)之间的垂直距离Z₆最小时对应的监测点即为堆积土体的最高点，此时堆积高度为Z₃-Z₆；最大堆积高度点至最大冲深半径点的水平距离通过几何关系可知Z₇＝Z₅sinγ，则冲刷坑的最大边界为Z₄+2Z₅sinγ；

步骤六，冲刷深度监测装置的维修和回收：当风机基础(1)退役后或监测组件(3)出现故障时，通过提升拴在运维平台(2)下的吊绳(6)将监测组件(3)提升至海平面，实现整个监测装置的维修和重复利用。