海流对潜标系统影响的现场测试

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系泊潜标 水下工作时间-概述说明以及解释

系泊潜标 水下工作时间-概述说明以及解释

系泊潜标水下工作时间-概述说明以及解释1.引言1.1 概述潜水作业是一项广泛应用于海洋工程、科学研究、船舶维修等领域的活动。

而在进行潜水作业时,系泊潜标起着至关重要的作用。

系泊潜标是指在水下工作中用于固定位置和提供支撑的装置,它能够确保潜水人员在水下工作时保持稳定的位置,并提供必要的供氧和通讯支持。

因此,系泊潜标对于水下工作时间具有重要影响。

本文将对系泊潜标和水下工作时间的关系进行深入探讨,分析影响水下工作时间的因素,并提出相应的管理建议。

通过对这一话题的研究,有助于提高水下工作效率,保障潜水人员的安全,推动水下工作领域的发展。

1.2 文章结构本文主要围绕着系泊潜标和水下工作时间展开讨论。

首先,将介绍系泊潜标的定义以及其在水下工作中的作用,以便读者对该技术有一个全面的了解。

接着,将探讨水下工作时间在海洋工程领域中的重要性,以及其对工作效率和安全性的影响。

随后,将详细分析影响水下工作时间的因素,包括人员因素、设备因素和环境因素等。

最后,在结论部分将总结系泊潜标对水下工作时间的影响,提出水下工作时间的管理建议,并展望未来水下工作时间的发展趋势,为读者提供一个全面的视角和思考角度。

通过这样的结构安排,希望能够使读者对本文的内容有一个清晰的了解,从而更好地理解和应用相关知识。

1.3 目的本文旨在探讨系泊潜标对水下工作时间的影响,并分析影响水下工作时间的因素。

通过深入研究系泊潜标的定义、作用以及水下工作时间的重要性,我们可以更好地了解水下工作环境的特点,为水下工作者提供更科学、有效的管理建议。

同时,展望未来水下工作时间的发展趋势,为相关领域的研究和实践提供参考和启示。

通过本文的研究和讨论,旨在促进水下工作时间管理的进一步完善,提高水下作业的效率和安全性。

2.正文2.1 系泊潜标的定义和作用在水下工作中,系泊潜标是一种重要的设备,它通常由浮标、系泊绳和锚链等组成。

通过系泊潜标,可以将水下工作器材和人员固定在一个固定的位置,以便进行水下作业。

西太平洋6000米深海潜标的布放准备与实施

西太平洋6000米深海潜标的布放准备与实施

第11卷第8期中国水运V ol.11N o.82011年8月Chi na W at er Trans port A ugus t 2011收稿日期:2011-06-14作者简介:张志平(66),男,山东青岛人,中国科学院海洋研究所高级船长,从事科学考察船工作。

顾秋青(63),男,山东青岛人,中国科学院海洋研究所实验室主任,从事科学考察船工作。

西太平洋6000米深海潜标的布放准备与实施张志平,顾秋青(中国科学院海洋研究所,山东青岛266071)摘要:文中对西太平洋6,000m 潜标的布放准备及实施进行了详细的阐述,并以N8潜标布放为例,论述了潜标的构造,布放设计的过程及布放的主要方法,为今后大洋深海潜标的布放提供了重要参考。

关键词:深海潜标;布放中图分类号:U 674文献标识码:A文章编号:1006-7973(2011)08-0006-02近几年潜标技术已经被海洋调查所广泛利用,特别是深海潜标技术已经越来越成熟,为深海的调查提供了强有利的支撑平台。

深海潜标的设计尺寸和重量越来越大,其布放作业的难度也就增加很多,因此,潜标的布放准备必须充分而细致,布放实施才能圆满成功。

深海潜标的布放和浅水潜标的布放类似,采用先标后锚的方式,利用重块的重量将主浮球拉至水面以下的设计深度,潜标锚系自身的浮力使整个锚系缆绳处于向上的绷紧状态,同时潜标系统上的各种仪器设备将进行连续不断的记录工作,为深海科学研究提供可靠的数据。

本文将就西太平洋6,000m 潜标的布放准备和实施进行讨论。

一、潜标布放要求及环境图1潜标布放区域设计图6,000m 深度是在西太平洋布放的最深测流潜标深度,布放海域的海流非常强劲而且变化多端,海底地形陡峭且变化复杂。

该海域内各种资料相对比较贫乏,即使有些粗浅的资料也不足以满足海上试验之需要,必须作现场实际测量。

布放水深较深,所需锚系的缆绳长,各种仪器设备精密,价格昂贵。

布放时需要较长的时间,船舶飘移的距离较长。

深海潜标系统的姿态模拟计算分析及优化配置建议

深海潜标系统的姿态模拟计算分析及优化配置建议

深海潜标系统的姿态模拟计算分析及优化配置建议
马龙;张洪欣;张小波;张莹;闵强利
【期刊名称】《海洋技术》
【年(卷),期】2015(034)006
【摘要】结合实测海流资料,采用一种与实际较为接近的海流分布模型,基于锚泊缆绳姿态有限元模型编制程序,首先对潜标的主浮体偏移量和系统姿态进行了模拟计算,然后根据计算结果提出了相应的优化配置建议,表明:(1)在系统其他配置条件不变的情况下,要减小主浮体的编降,直接增加其净浮力效果最为理想,如果无法增加其净浮力,在越靠近其位置增加相当净浮力的玻璃浮球效果越好;(2)在强度允许的情况下,适当选用直径较小的缆绳,也可以达到减少主浮体偏降的效果.
【总页数】7页(P47-53)
【作者】马龙;张洪欣;张小波;张莹;闵强利
【作者单位】国家海洋局北海海洋技术保障中心,山东青岛266033;国家海洋局北海海洋技术保障中心,山东青岛266033;国家海洋局北海海洋技术保障中心,山东青岛266033;国家海洋局北海海洋技术保障中心,山东青岛266033;中国船舶重工集团公司第七一○研究所,湖北宜昌443003
【正文语种】中文
【中图分类】P715
【相关文献】
1.深海潜标系统的姿态模拟计算分析及优化配置建议 [J], 马龙;张洪欣;张小波;张莹;闵强利;
2.深海潜标多螺旋桨推力姿态控制仿真 [J], 朱海;葛德宏;陈建华;蔡鹏
3.基于反馈线性化的深海潜标姿态滑模控制 [J], 葛德宏;朱海;蔡鹏;柳洪刚;黄汛
4.深海剖面测流潜标系统设计及姿态分析 [J], 兰志刚;杨圣和;刘立维;龚德俊;李思忍;朱素兰
5.深海潜标姿态的动力学仿真分析与验证及沉降原因探究 [J], 王蓓;陈永华;于非因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

海洋工程中的海流速度测量技术研究

海洋工程中的海流速度测量技术研究

海洋工程中的海流速度测量技术研究海流速度是海洋工程设计和运维过程中的重要参数之一。

准确地测量海流速度可以帮助航海、港口建设、海底管道敷设等领域做出合理决策,确保海洋工程的安全和效率。

针对海洋工程中的海流速度测量技术,本文将对其进行详细研究和探讨。

传统的海流速度测量技术主要包括地面观测、声呐测流和摩擦测流等方法。

然而,这些方法在实际应用中存在一些局限性。

地面观测受限于传感器的位置和海流的垂直分布,无法提供全面准确的数据。

声呐测流则需要专门的设备和仪器对声波进行传播和接收,成本较高,并且在复杂海底地形中存在一定的困难。

摩擦测流方法适用于浅水区域,但对于深海测量较为困难。

随着科技的发展,新兴的技术和方法开始被应用于海洋工程中的海流速度测量。

其中,卫星遥感技术是一种非常有效的方法。

通过使用遥感卫星,可以实时获取全球范围内的海流速度数据。

这种技术不受地理条件的限制,可以在远离海岸和人类活动的深海区域进行测量。

卫星遥感技术的优势在于它能够提供高分辨率的数据,同时具有全球覆盖能力。

另一种应用于海洋工程中的海流速度测量技术是声学多普勒流速测量(ADCP)。

ADCP是一种通过测量声波的多普勒频移来计算海流速度的技术。

ADCP可以通过携带在浮标、船只或潜水器上的设备来实施,可以在不同深度进行连续测量,提供三维空间中的流速分布。

这种技术非常适用于海洋工程中的深海和远洋区域。

此外,还有一些基于陆地激光雷达技术的海流速度测量方法。

激光雷达可以通过测量海面的粗糙度和颗粒传输速度来间接估计海流速度。

这种方法的优势在于其高精度和快速测量的能力,但受到天气条件和海面反射的影响。

在海洋工程中,上述技术可以相互结合,以获得更全面、准确的海流速度数据。

通过将卫星遥感技术与ADCP技术结合,可以实现远洋区域的高精度海流速度测量。

此外,陆地激光雷达技术可以用于辅助地表海流速度的测量,在数值模型的分析和验证过程中发挥重要作用。

未来,海洋工程中的海流速度测量技术将继续取得进步。

深远海磁力日变观测系统设计及应用

深远海磁力日变观测系统设计及应用

第43卷 第6期2021年11月物探化探计算技术COMPUTINGTECHNIQUESFORGEOPHYSICALANDGEOCHEMICALEXPLORATIONVol.43 No.6Nov.2021收稿日期:2020 11 23基金项目:中国地质调查局项目(DD20191003)第一作者:杜润林(1987-),男,博士,工程师,主要从事海洋重磁数据处理解释等,E mali:277491687@qq.com。

文章编号:1001 1749(2021)06 0775 06深远海磁力日变观测系统设计及应用杜润林1,孙建伟1,陈晓红2,刘李伟1,2,李攀峰1(1.青岛海洋地质研究所青岛 266071;2.中国石油大学(华东) 257061)摘 要:磁力日变是影响海洋磁力测量精度的最主要因素,深远海区域因远离陆地难以设立磁场日变观测站获取磁力日变资料。

这里设计一套适宜在深远海区域进行磁力日变观测的潜标系统,有效提升了远海区域磁力日变观测数据的质量,且引入的精准定位技术显著降低了回收风险。

应用该系统在西太平洋海域获得了32d连续、平稳的实测地磁日变数据。

对磁力数据进行了日变校正,得到平差后的磁力异常均方根误差符合规范要求,验证了该潜标系统所获取数据的可靠性与准确性,为深远海地磁日变资料的获取提供借鉴。

关键词:潜标系统;磁力日变;深远海中图分类号:P631.4 文献标志码:A 犇犗犐:10.3969/j.issn.1001 1749.2021.06.120 引言在海洋磁力测量中,磁力日变影响是海洋磁力测量的最主要误差源。

但在深远海区域进行磁力测量时,工区远离陆地,无法架设陆地磁力日变站,因此现阶段,国内已陆续有相关单位开始直接在测区或测区附近布放潜标式海底磁力日变站,并取得了一定成功经验[1-3]。

在已有工作的基础上,对潜标式海底磁力日变站的设计和布放进行了改进,每套潜标系统至少布设两个磁力日变站,确保日变数据的完整性,并在关键部位进行加固,提高整套系统的安全性。

潜标设计

潜标设计

基于吕宋海峡深水区的潜标锚定系统设计南海是西北太平洋最大的深水边缘半封闭海,纵跨热带亚热带,紧邻太平洋和印度洋,地理位置独特。

受季风影响,配合复杂的地形使南海拥有季节变化显著的环流系统和丰富的中尺度现象。

并且由于黑潮等因素作用,南海呈现复杂的多尺度海洋动力过程。

如黑潮入侵、黑潮涡环、次海盆尺度环流、中尺度涡旋、浅海亚潮波动、近岸陷波、沿岸上升流、海洋锋等。

南海复杂的动力学过程必将直接或间接影响南海浮游植物生物量以及初级生产力水平。

但是由于受经济发展的水平,加上南海的复杂性,有关它的海流,营养盐,物理剖面,生物剖面等方面研究的不够充分。

直到现在,因为很少有垂直观测,南海海流的结构和水团的特性这两个具有争议的问题尚且不能够解决。

吕宋海峡是连通南海和菲律宾海的海峡,大约350km宽,1900米深。

在南海和开阔的西北太平洋的海水交换这方面来说,吕宋海峡起了极为最重要的作用。

其它海峡连通南海和周围大洋的海水都是很窄很浅。

先前的研究表明,由于黑潮、南海环流和菲律宾西部向北的沿岸流三者之间可能的相互作用,因此区域流是很复杂的。

现在我们设计一个潜标系统来观测吕宋海峡西部水团的特征,它包括流,营养盐,生物参数,温度和盐度的特征。

基于以往对西北太平洋和南海营养盐,温度和盐度剖面的垂直观测,我们能够判断吕宋海峡水团的起源。

另外,流的剖面观测可以用来估算南海和北太平洋的交换速度,并为物理海洋的模型提供精确的参数。

而锚系系统能够大大的提高定点观测的技术水平,提高区域海洋研究的质量(例如区域的生物化学循环,海洋动力过程)。

装在锚系系统上的仪器如ADCP能够提供垂直深度上的剖面信息,能够测量上升流和它的外延的强度。

matlAB中的参数信息及生成的潜标系统图:# Mooring Element Length[m] Buoy[kg] Height[m] dZ[m] dX[m] dY[m] Tension[kg] Angle[deg](middle) Top Bottom Top Bottom1 61in ORE 1.65 999.00 1743.99 0.0 0.0 0.0 0.0 999.0 0.0 0.02 1/4 Kevlar 50.18 -0.01 999.0 998.6 0.0 0.03 WH ADCP + Frame 0.50 -12.00 1692.73 0.0 0.0 0.0 998.6 986.6 0.0 0.04 5/16 wire/jack 5.00 -0.19 986.6 985.6 0.0 0.05 37in ORE 0.94 300.00 1687.01 0.0 0.0 0.0 985.6 1285.6 0.0 0.06 AanderaaT.chain 0.55 -12.00 1686.26 0.0 0.0 0.0 1285.6 1273.6 0.0 0.07 1/4 Kevlar 251.18 -0.01 1273.6 1271.40.0 0.08 WH ADCP + Frame 0.50 -12.00 1434.56 0.0 0.0 0.0 1271.4 1259.4 0.0 0.09 5/16 wire/jack 5.00 -0.19 1259.4 1258.4 0.0 0.010 37in ORE 0.94 300.00 1428.84 0.0 0.0 0.0 1258.4 1558.4 0.0 0.011 7/16 Kevlar 1403.23 -0.03 1558.4 1522.0 0.0 0.012 37in ORE 0.94 300.00 24.67 0.0 0.0 0.0 1522.0 1822.0 0.0 0.013 Aanderaa RCM-7 0.55 -18.30 23.93 0.0 0.0 0.0 1822.0 1803.7 0.0 0.014 double 8242 0.95 -68.00 23.18 0.0 0.0 0.0 1803.7 1735.7 0.0 0.015 1 chain SL 22.00 -13.00 1735.7 1449.7 0.0 0.016 4 Railway Wheels 0.70 -1400.00 0.35 0.0 0.0Tally of all In-Line mooring/tow components by type.# Element Name Total Number/Length1 61in ORE 12 1/4 Kevlar 300 m3 WH ADCP + Frame 24 5/16 wire/jack 10 m5 37in ORE 36 AanderaaT.chain 17 7/16 Kevlar 1400 m8 Aanderaa RCM-7 19 double 8242 110 1 chain SL 22 m11 4 Railway Wheels 1Height[m] U [m/s] V [m/s] W [m/s] Density [kg/m^3]2000.00 1.00 0.20 0.00 1024.00100.00 0.10 0.00 0.00 1025.000.00 0.00 0.00 0.00 1026.0020040001002000200400600800100012001400160018002000X [m]|Vmax|=0.5 m/s|Umax|=1 m/sMooring Forced by Currents Y [m]Z [m ]Mooring Design and Dynamics 2014 / 9 :19: 6 21M o o r i n g E l e m e n t L e n g t h [m ] H e i g h t [m ]61i n O R E 1.65 1740.22W H A D C P + F r a m e 0.50 1688.5737i n O R E 0.94 1683.07A a n d e r a a T .c h a i n 0.55 1682.13W H A D C P + F r a m e 0.50 1431.5837i n O R E 0.94 1426.0837i n O R E0.94 25.14A a n d e r a a R C M -7 0.55 24.20d o u b l e 8242 0.95 23.654 R a i l w a y W h e e l s 0.70 0.70第一个ADCP 为低频75kHz 的,用于大深度范围向上观测上层流。

219467650_国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用

219467650_国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用

国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用①李 清1,陆 海2,韩 睿1,王建军2(1.上海外高桥造船海洋工程有限公司,上海 201306;2.同济大学国家海底科学观测系统项目办公室,上海 201306)摘要 国家海底科学观测网是经国家发改委批准的重大科技基础设施建设项目,旨在全方位㊁多领域㊁立体观测海洋㊂与业务化运行的浮标网不同,海底科学观测网对浮标平台的数据采集和控制系统㊁水声通信㊁系统的防护和国产仪器实验平台等方面提出了新的更高的要求㊂针对这些科学目标的工程实现,探讨对现有浮标的改进和功能增删以满足整个海底观测网的需求㊂关键词 国家海底科学观测网;海洋资料浮标;数据采集和控制系统;水声通信中图分类号:P 714 文献标志码:A 文章编号:20957297(2023)011907d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.19D e s i g n o f C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a f l o o r O b s e r v a t o r y B u o y Pl a t f o r m L I Q i n g 1,L U H a i 2,H A N R u i 1,WA N G J i a n ju n 2(1.S h a n g h a i W a i g a o q i a o S h i p b u i l d i n g &O f f s h o r e C o .,L t d .,S h a n gh a i 201306,C h i n a ;2.P r o j e c t M a n a g e m e n t O f f i c e o f C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a fl o o r O b s e r v a t o r y ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i 201306,C h i n a )A b s t r a c t C h i n a N a t i o n a l S c i e n t i f i c S e a f l o o r O b s e r v a t o r y (C N S S O )i s a m a j o r s c i e n c e a n d t e c h n o l o g yi n f r a s t r u c t u r e p r o j e c t a p p r o v e d b y t h e N a t i o n a l D e v e l o pm e n t a n d R e f o r m C o m m i s s i o n (N D R C ),w h i c h a i m s t o o b s e r v e t h e o c e a n f r o m v a r i o u s a s p e c t s a n d f i e l d s .U n l i k e t h e b u o y n e t w o r k o p e r a t e d b y t h e g o v e r n m e n t ,C N S S O r e qu i r e s s m a r t d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m ,u n d e r w a t e r a c o u s t i c c o m m u n i c a t i o n ,s ys t e m p r o t e c t i o n a n d d o m e s t i c i n s t r u m e n t e x p e r i m e n t p l a t f o r m.I n r e s p o n s e t o t h e r e a l i z a t i o n o f t h e s e s c i e n t i f i c g o a l s ,i m pr o v e m e n t s n e e d s t o b e m a d e f o r t h e b u o y p l a t f o r m t o m e e t t h e r e qu i r e m e n t o f C N S S O .K e y wo r d s C N S S O ;b u o y ;d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m ;u n d e r w a t e r a c o u s t i c c o m m u n i c a t i o n 0 引 言长期以来,人们对于海洋观测的认识局限于岸边和表层,对于海洋内部的认识比较少㊂而随着科学研究的需要和工程技术的进步,众多国家开始建立第三代海洋观测平台海底科学观测网㊂相比于调查船测量和卫星遥感,海底科学观测网可以深入海洋内部,提供定点㊁长期㊁连续的观测数据,有助于更加深入理解海洋随时间的变化[1]㊂在海底科学观测网中,浮标观测平台能够获取海气界面的科学数据,包括大气数据和近海面水体参数,是观测网系统的重要组成部分㊂本文将从浮标平台的发展现状㊁海底观测网的功能需求分析㊁平台设计探讨㊁柴发太阳能混合能源系统4个部分来阐述㊂1 浮标观测平台的发展现状根据功能的不同,浮标观测平台可以包括浮标①基金项目:同济大学国家海底科学观测系统㊂作者简介:李清(1980 ),男,大学本科,高级工程师,主要从事船舶与海洋工程装备制造生产管理方面的研究㊂E -m a i l:l i q i n g@c h i n a s w s .c o m ㊂第10卷 第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023㊃120㊃海洋工程装备与技术第10卷体㊁锚系㊁传感器系统㊁数据采集和控制系统㊁能源管理系统和通信系统㊂1.1浮标体浮标体是整个平台的载体,可以为系统提供足够的浮力,与锚系共同确保整个平台在海洋环境中的稳定工作㊂按照结构类型划分,浮标体可以分为圆盘型㊁船型和柱型等结构㊂其中,应用最广泛的㊁历史最悠久的是圆盘型浮标㊂圆盘型浮标通常按照直径分为大型㊁中型和小型3种类型㊂国外的浮标平台使用源于20世纪60年代,当时多采用12m 直径和10m直径的大型浮标[2]㊂随着材料技术的进步,美国的国家数据浮标中心(N a t i o n a l D a t a B u o y C e n t e r,N D B C)逐渐发展出了直径3m的标准浮标,成为美国浮标观测网的主力浮标[3]㊂我国的海洋浮标研制起步较晚,现在也进入了业务化运行阶段㊂我国已经初步建立了包含约130个浮标的近海浮标观测网,包括10m大型浮标㊁6m中型浮标和3m小型浮标,主要型号是10m大型浮标[4]㊂究其原因,我国近海渔业活动频繁,采用大型浮标可以降低丢失和损坏的风险,能够提高浮标系统的稳定性㊂而国外的海况比较良好,渔业活动较国内稀少,因此,采用易于运输和维护的3m小型浮标,只有在比较恶劣的海况才使用大型浮标㊂1.2锚系锚系通常由锚和系缆组成,能够为整个浮标系统提供足够的系泊力,与浮标体共同保证系统的稳定运行㊂根据系留方式的不同,锚系可以分为单点系留和多点系留㊂其中,单点系留又可以分为全锚链式系留㊁拉紧式系留㊁半拉紧式系留㊁倒S型系留和弹性系留系统[5]㊂锚的类型有有杆锚㊁无杆锚㊁大抓力锚和特种锚㊂系缆的材料类型有锚链㊁钢丝绳㊁化纤缆绳和弹性系缆原件㊂弹性系留是比较新的系留方式,可以降低海流导致的系缆运动,改善浮标的随波状态,提高浮标的数据质量[6]㊂1.3数据采集和控制系统数据采集和控制系统是整个浮标系统的控制中心和数据处理中心,能够完成对传感器的数据采集㊁远程控制和电源管理㊂数据采集系统结构可以分为采集电路㊁控制芯片㊁存储设备和相应软件等㊂当前,我国浮标平台普遍采用的数据采集和控制系统主要支持海洋气象㊁物理海洋和少量海洋传感器的采集和控制,满足国家海洋局㊁气象局等单位的业务化运行需要㊂对于这些业务化运行的浮标平台,增减传感器数量和种类都需要重新设计,增加了工作量㊂国外的发展趋势是,研制可以应用浮标㊁潜标和水下滑翔机等多种平台的低功耗的智能型数据采集和控制系统[7],其关键是模块化设计和标准化设计㊂国内的各个机构,包括中国海洋大学㊁山仪所㊁中船重工七一五所等都设计了自身的基于C A N总线的数据采集和控制系统[8㊁9],具有较好的扩展性㊂1.4电源管理系统电源管理系统是数据采集控制系统㊁通信系统和传感器系统的能量来源,能够实现电源的补充和管理㊂通常,浮标平台采用太阳能和蓄电池结合的方式实现能量的采集和存储㊂在阳光充足的时候,太阳能电池板可以将光能转化成电能,除了供应传感器消耗之外,将多余的电能储存在蓄电池中㊂在没有阳光的时候,蓄电池中的能量可以满足整个系统的运行㊂其中,电源管理模块可以监测并显示电池的电压㊁电流和温度等要素,防止蓄电池过充㊁过放和过热等[10],最终,实现系统的长期平稳运行㊂1.5通信系统通信系统是浮标平台和岸基站之间的联系通道,可以实现数据和控制指令的双向传输㊂浮标上常用的通信方式有V H F㊁C D M A㊁G P R S㊁北斗卫星和海事卫星等多种方式㊂在近海和湖泊中,手机信号比较强,采用C D M A或者G P R S信号通信具有速度快㊁费用低和稳定的特点㊂在离岸较远的区域,通信基站较少,卫星通信成为唯一的方式㊂为了避免数据的泄露和高昂的流量费,国内的浮标平台普遍采用北斗卫星通信,其在寻址方式㊁信道畅通率㊁用户容量㊁通信实时性和价格方面都优于国际海事卫星通信,但是一次只能传递78个字节,每次通信需要分成多个数据包才能完成[11]㊂1.6传感器系统传感器系统是整个浮标系统的工作部分,可以实现对多种海洋环境参数的测量㊂根据观测的科学目标的不同,搭载的传感器包括气象传感器㊁物理海洋传感器㊁海洋化学传感器和海洋生物传感器等㊂目前,国内浮标观测网搭载的传感器一般采用国外的产品,价格昂贵,维护比较麻烦㊂而国产传第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃121㊃感器的问题在于,没有相应的产品,产品精度不能达到使用要求,或者没有在浮标上的使用经验㊂这些问题限制了国产传感器的研发和使用,导致与国外传感器产品差距越来越大,最终国内传感器产业萎缩甚至消失㊂2海底科学观测网浮标平台功能性分析在东海海域,海底科学观测网需要从海面到海底,全方位立体协同观测,从而深入理解人类活动影响下的长江口东海的物质交换及其生态环境效应,研究东海低氧区的形成机制㊁生物地球化学过程及对生态环境的影响,探索长江冲淡水与西太平洋边界海流的相互作用㊂因此,海底观测网的浮标平台提出了新的更高的要求㊂2.1搭载的传感器数量多㊁学科全㊁控制要求高业务化运行的浮标平台一般搭载海洋气象传感器㊁海洋物理传感器和少量海洋化学传感器,主要测量指定海域的气象特征㊁温度盐度深度和流速等水文特征㊂而海底科学观测网的目标在于对东海的全方位观测,不局限于气象和水文特征㊂因此,海底观测网的浮标平台除了搭载常见的海洋气象传感器(风速㊁风向㊁气压㊁气温㊁湿度等)㊁物理海洋传感器(流速㊁流向㊁水温㊁波浪等)外,还要搭载众多的海洋化学传感器,比如用于测量p H值㊁溶解氧㊁水气C O2㊁硝酸盐㊁甲烷等的传感器㊂另外,浮标平台还要搭载激光粒度仪㊁光合辐射仪㊁三波长荧光计㊁光量子效率仪和浮游生物成像和分类系统,来观察水体中的浊度㊁光合作用㊁叶绿素㊁有机质和生物丰富度㊂如此多的传感器,对浮标系统的测量项目㊁传输方式及接口㊁防护等级㊁供电及功耗㊁体积与安装㊁连续工作时间与维护周期等方面,提出了较高的要求㊂浮标平台上传感器的稳定协调工作是海底观测网长期稳定运行的重要保证㊂2.2观测网防护要求除了需要搭载传感器实现海气界面的观测之外,浮标平台还要承担守护海底缆系的作用㊂东海地区繁忙的渔业活动对于海底的缆系具有较大的威胁,需要浮标平台提供一定的示警和防护作用,来提醒渔民注意指定海域底部的缆系,从而提高整个海底科学观测网的稳定性㊂2.3水声通信要求为了实现海底科学观测网的全方位观测,除了浮标平台,还需要潜标㊁四脚架㊁观测塔等平台同时工作㊂而这些平台的能量和数据是通过海底的光电复合缆传输的㊂浮标和部分无缆的潜标必须使用无线通信,才能接入海底科学观测网㊂无线电波和激光等信息载体在水下衰减剧烈,无法实现水下信息的传输,因此声波成为水下通信的唯一载体㊂在海底观测网中,水声通信系统共有3个主要作用:将无缆区域的浮标和潜标纳入实时海底观测网,将有缆区域的无缆浮标纳入海底观测网㊁海底电缆通信故障时的数据出水应急通道㊂借助水声通信,将浮标㊁潜标㊁四脚架等平台真正整合为一个有机整体,从而更好地实现数据的实时传输㊂2.4仪器国产化要求和国外传感器相比,国产的传感器优势在于价格便宜㊁维护方便以及可以提供必要的技术支持,打破国外的技术封锁㊂缺点在于测量精度不够㊁稳定性不够和没有使用经验不足等㊂另外,某些保密性的数据也只能通过国产的仪器采集和处理㊂在海底科学观测网中,为了降低后期的运行维护成本,保证声学数据的保密性,需要传感器的国产化㊂3浮标平台设计探讨3.1智能型数据采集和控制系统设计针对当前浮标数据采集和控制系统主要支持海洋气象㊁物理海洋和少量海洋化学传感器的现状,研制模块化程度高㊁扩展能力强㊁人机交互良好㊁具备辅助预警决策功能的智能型控制系统㊂该数据采集系统主要包括主控芯片㊁C A N总线控制模块㊁分布式数据采集预处理模块和预警辅助决策模块等㊂图1所示为数据采集和控制系统结构框图㊂为了保证传感器数量的迅速扩展,采用C A N总线和分布式预处理模块结合的方法㊂分布式预处理模块包括数据采集电路㊁数据处理和控制芯片以及相应的硬件模块化设计㊂当需要增加或者改变传感器时,只需要将传感器装在预处理模块上,再将预处理模块与C A N总线相连,从而实现传感器的迅速扩展㊂另一方面,还要开发易于操作的人机界面,使得科学家在岸上能够实时监测设备的健康状况,提前发现可能出现的设备故障,发出预警,并通㊃122㊃海洋工程装备与技术第10卷图1浮标数据采集和控制系统F i g.1B u o y d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m过交互式远程控制系统对设备进行控制,从而保障海底观测网的稳定工作㊂3.2水声通信数据链为了实现潜标和浮标平台之间的水声通信,需要在浮标和海床基上加装水声通信机㊂浮标上的水声通信机基阵采用柔性线阵列,在柔性保护管内部安装发射换能器和接受水听器,外部安装透声保护罩㊂基阵主要由8个接受水听器和1个发射换能器组成,阵元间距为200m m,整体长度为2m左右㊂基阵下端配重,保证基阵在一定流速范围内可以保持基阵垂直㊂在浮标系统中,金属锚链的振动声㊁连接头旋转的声音㊁海浪冲击标体的声音等都会影响水声通信的效果㊂为了减弱这些噪声的影响,通信机基阵需要伸出浮标底部一定距离,其下端应伸出浮标地面5m左右㊂3.3浮标平台防护措施为了保证浮标平台的安全和整个海底观测网的长期运行,需要在浮标上增加安全防护装置㊂首先是报警系统,具体包括人员闯入报警㊁事故报警和故障报警等㊂这些报警系统需要加装相应的传感器,例如舱开门㊁舱进水㊁浮标移位㊁浮标倾斜等传感器㊂其次,在浮标上要加装A I S防撞系统,实时监测浮标周围12海里海域内的过往船只,对驶入2k m范围内的船只进行识别跟踪,并利用海事和渔政系统对其发出警告㊂为了避免某些没有加装A I S 系统或者A I S系统关闭的船只,可以采用V H F电台对其广播,使其远离浮标㊂最后,为了激发渔民的主动保护意识,除了每年对渔民进行宣传之外,还可以借助观测数据开发相应的数据产品以服务渔民,保障渔民的生命财产安全㊂例如,可以在渔船靠近时,向渔民的手机发送该海域的天气状况及预测,帮助渔民了解海上天气状况,减少损失㊂3.4仪器实验平台建设为了提高仪器的国产化水平,促进海洋传感器的发展,需要在浮标平台上搭建传感器的实验平台㊂在海底科学观测网中,每一个锚定点附近会有一个实验标和两个警戒标,在观测海底的同时,起到保护海底电缆的作用㊂而在每个浮标上会开6~ 8个仪器安装井,在保证海底观测网的长期稳定运行的基础上,可以将部分安装井作为国产传感器的实验平台,以验证㊁完善其使用性能㊂还可以同时搭载国外同种传感器产品,提供数据比对,以明确改进方向和验证数据的准确性㊂4柴发太阳能混合能源系统传统太阳能发电系统的发电功率与太阳能板的数量成正比,通常仅能支持低频率的数据采集㊂太阳能发电的效率受天气影响较大,无法满足浮标平台在连续阴雨天㊁台风等极端天气的用电需求㊂为了实现多种传感器全天候的高频连续观测㊁高带宽数据的实时传输,浮标平台采用柴油发电机和太第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃123 ㊃阳能板混合发电,经蓄电池存储转换后供所有仪器设备用电㊂4.1 柴油发电机的布置柴油发电机在各类大小船舶中应用非常成熟,工作期间的振动㊁噪声和散热大,通常布置在独立的机舱中㊂在浮标平台上,柴油发电机布置在能源室深处远离浮标中心的方向,能够降低对浮标小平台仪器㊁仪器室数采设备的影响㊂油柜布置在发电机外侧,配置油位计,如图2所示㊂柴油发电机周围应预留设备维护空间,满足定期保养和检修需求㊂图2 柴油发电机的布置F i g .2 A r r a n g e m e n t o f d i e s e l ge n e r a t o r s 4.2 柴油发电机的冷却系统船用柴油发电机通常采用海水直接冷却的方式㊂海水经过滤后进入发电机冷却水管,具有冷却效率高的优点;缺点是冷却水管内部易发生腐蚀或堵塞㊂浮标平台以无人值守的方式长期工作在东海近岸含沙量高的海水中,需要采用间接海水冷却的方式㊂在冷却水管路中充满淡水,以内循环的方式冷却发电机㊂一部分冷却水管穿过舱壁后进入冷却水舱,由海水对冷却水管进行降温冷却㊂经验证,间接海水冷却的方式完全能够满足发电机的使用工况㊂4.3 柴油发电机的通风系统柴油发电机工作期间消耗新鲜空气,因此需要配置通风系统㊂新风从桅筒侧面的烟雾处理器进入结构风道㊁风机,一路直接送至能源室柴油发电机进风口附近,另外一路经电动风闸送至仪器室㊂发电机产生的废气经排烟管从桅筒背面一侧排至舱外,不影响舱内设备运行和人员工作㊂当人员需要进舱作业时,开启风机和仪器室的电动风闸,能够为仪器室快速注入新鲜空气,减少海上作业等待时间㊂4.4 柴油发电机油箱设计柴油发电机(以下简称柴发)选用K O H L E R13.5E F K O Z D ,可输出110~220V /50H z 共计7种电压,输出功率13.5k W ㊂油柜采用独立箱柜设计,按照系统的设备及柴发的设计工况,即75%负荷每日工作一小时,油耗为2.92L /h ,1500L 容积,可为柴发提供超过250天的续航,见表1㊂由于浮标平台为无人值守设计,需要设计远程读取液位数据,因此,在油柜顶部设计有浮球式磁性液位计;在侧面设计有翻转式磁性液位计,用物理显示的方式显示液位,保证了柴油液位监控的准确可靠,如图3所示㊂表1 柴油发电机油耗说明T a b .1 D i e s e l g e n e r a t o r f u e l c o n s u m p t i o n d e s c r i pt i o n 油耗60H z 50H z柴油,L /h (g ph ),%(载量)100%4.57(1.21)3.90(1.03)75%3.55(0.94)2.92(0.77)50%2.50(0.66)2.02(0.53)25%1.57(0.42)1.19(0.31)注:60H z 模式下16E K O Z D 油耗,50H z 模式下13.5E F K O Z D 油耗㊂㊃124㊃海洋工程装备与技术第10卷图3 柴油发电机示意图F i g .3 S c h e m a t i c d i a g r a m o f d i e s e l ge n e r a t o r s 4.5 水循环改进及设计柴油发电机原设计采用船用柴油机,其冷却水系统为开式二级循环冷却系统,即通过泵和管路抽取外部环境水,用环境水和发电机内部的缸套水进行热交换,是为一级循环;缸套水通过闭式循环管路再冷却柴油机气缸等部件,从而带走发电机运行产生的热量,是为二级循环㊂使用后的环境水通过排气管和高温气体一起排出㊂但是,该冷却水方式适合低盐水环境的内河环境使用,对于无人值守的海上浮标平台显然不适用㊂因此,需要将原有的开式二级循环系统改造为闭式三级循环冷却系统㊂在标体外围的浮力舱内单独划分出一个海水冷却水舱,使舱内有和吃水高度一致的海水,舱底布置耐腐蚀材质制成的热交换盘管,用来实现低温淡水与海水的热交换,是为一级循环;低温淡水部分设置有除气水箱,用于去除系统循环中产生的气体,气体通过水箱顶部的管路进入位于高位的膨胀水箱,再通过膨胀水箱上的透气管排出系统㊂膨胀水箱有两个功能:二级循环系统补水;承担系统运行时冷却水热膨胀释放㊂二级循环冷却水通过发电机内部的泵及热交换器和发电机内的三级循环系统进行热交换㊂通过改造,冷却水循环系统可大大提高冷却水系统的可靠性,从而满足浮标平台无人值守的要求,如图4所示㊂图4 水循环系统示意图F i g .4 D i a g r a m o f t h e w a t e r c i r c u l a t i o n s ys t e m 4.6 通风及排烟设计为满足浮标舱内设备散热及发电机运行对于新鲜空气的需求,浮标系统内还设计布置了通风系统㊂通风系统分为两路:日常设备运行通风及发电机送风㊂两路通风系统通过计算机控制风闸,考虑到海上环境对于设备的影响,进风口设计有盐雾过滤器㊂当日常设备运行时,风闸间歇性打开,通风第2期李清,等:国家海底观测网十米浮标平台系统研究与应用㊃125㊃系统可以带走设备运行时产生的热量,为系统可靠性提供保障㊂当柴发启动运行时,设备运行的风管分闸关闭,所有空气全部用于柴发送风㊂根据柴油机的运行需求,此时柴发的需求风量需要达到10000L/h㊂5结语本文首先介绍了浮标平台的结构组成以及国内外的进展;然后,提出了海底科学观测网对于浮标平台的功能性需求,包括对浮标数据采集和控制系统的要求㊁对水声通信的要求,和对海底电缆的防护要求和仪器国产化的要求;最后,针对海底观测网的这些需求,提出了一些建设的意见㊂总之,浮标平台未来将向智能化㊁系统化㊁网络化发展,这需要广大科技工作者的共同努力㊂参考文献[1]汪品先.从海洋内部研究海洋[J].地球科学进展,2013,28(5):517520.[2]M c c a l l J,K e r u t E,H a a s G,e t a l.E v o l u t i o n o f B u o yE l e c t r o n i c s a n d T e l e m e t r y[C].O c e a n s.I E E E,1978:19.[3]T a f t B,B u r d e t t e M,R i l e y R,e t a l.D e v e l o p m e n t o f a n N D B CS t a n d a r d B u o y[C].I E E E,2010:110.[4]王波,李民,刘世萱,等.海洋资料浮标观测技术应用现状及发展趋势[J].仪器仪表学报,2014,(11):24012414. [5]王军成.海洋资料浮标原理与工程[M].北京:海洋出版社, 2013.[6]王亚洲,杨永春,李忠君,等.一种波浪浮标弹性系留系统[J].山东科学,2011,24(4):7881.[7]T o m a D M,D e l R i o J,J i r k a S,e t a l.N e X O S S m a r tE l e c t r o n i c I n t e r f a c e f o r S e n s o r I n t e r o p e r a b i l i t y[C].O c e a n s.I E E E,2015:15.[8]王晓燕,裴亮,付晓.基于C A N总线的浮标数据采集系统设计[J].微计算机信息,2008,24(14):2021.[9]刘晓.基于C A N总线的海洋维权执法浮标的信息采集系统[D].青岛:中国海洋大学,2013.[10]谈作伟,李延涛,王腾,等.一种海气界面太阳能浮标电源的设计[J].电源技术,2014,38(8):15281530.[11]李文庆,付晓,王文彦,等.北斗二代卫星导航系统在海洋资料浮标监控与管理中的应用[J].山东科学,2012,25(6):2126.。

海水流向测试方法

海水流向测试方法

海水流向测试方法
海水流向测试是一种用于确定海洋水体流向和流速的方法,常用于海洋科学研究、海洋工程和气象预测等领域。

以下是一种常见的海水流向测试方法:
1. 流向测试仪器:
流向测试通常需要使用浮标、测流杆、测流器等仪器。

其中,浮标用于追踪海水的流向,测流杆或测流器用于测量海水的流速。

2. 流向测试步骤:
a. 浮标部署:选择一个代表性的位置,在水面上放置一个或多个浮标,如浮球或浮筒。

确保浮标能够自由在海水中漂浮,并随海流移动。

b. 测试时间和距离:记录浮标的位置和时间,通常在一段时间内进行观测,以便获取更准确的流向信息。

同时,根据实际情况,选择一定的观测距离,如100米或更远。

c. 测量流速:在观测距离范围内,使用测流杆或测流器进行测量。

测流杆的原理是通过测量水体的流动力对杆的作用力来计算流速。


流器则通过其他物理原理或传感器来测量流速。

d. 流向计算:根据测量结果,结合浮标的漂动路径和时间,计算得出海水的流向。

可以使用计算方法或制作流向图来可视化海水流向。

3. 实时监测技术:
除了上述方法,现代技术也提供了实时监测和测量海水流向的手段。

例如,浮标可以配备GPS系统,用于实时记录位置信息;气象雷达和卫星图像可以提供海洋表面风场和海流的信息;激光测距仪等传感器可以直接测量水体的流速。

海水流向测试方法的选择取决于研究目的、设备可用性和资源限制等因素。

无论采用何种方法,合理的设计和准确的测量是获取可靠流向信息的关键。

通过对海水流向和流速的准确测量,可以更好地了解海洋动力学过程,支持海洋科学研究和提供重要的数据参考。

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仪器 , 要求潜标载体 自身的振动强度不能过高。海流作用下潜标 系统不可避 免地会产 生动力响应 , 当响应 强度过 大 时会影 响
测试设备 的正常工作 。主要针对某潜标 系统在海流作用下 动力 响应 问题 , 计并进行 海上现场振 动测试 , 明 了潜标体 与其 设 探 系 留缆绳间的振 动传递特 性。
试 验传感 器布置 方案
依 据试验 目的 , 主要 是 对 潜标 系 统 的振 动传 递
特性和系留缆绳的动力 响应特性进行研究 , 故按照
如图 1 所示布置传感器。
们 的关 注 , 且 做 了大 量 的工 作 , 主 要 是 对 S a 并 但 pr 平 台、P O、 潜 式平 台等 这 类 大 型浮 式 结 构 物 与 FS 半 其 系泊 缆 索 之 间 的耦 合 动 力 响应 进 行 分 析 。这 类 研 究 的共性 是上部 浮 体 的质量 相 对 缆 绳 而 言很 大 ,
第 1 2卷
第1 5期
2 1 5月 0 2年







Vo.1 No 1 M a 01 1 2 .5 y2 2
17 — 1 1 (0 2 1—6 50 6 1 8 5 2 1 ) 53 7 -5
S i n e T c n lg n n i e r g c e c e h oo y a d E gn e i n
关键词
潜标系统
振 动传递特 性
现场测试 B
中 图法 分类号
U 4 . 1 6 44 ;
文献标志码
当前 , 类进 行 海 洋 环境 监 测 的 载体 主要 有 固 人 定平 台 、 系 海 洋 资 料 浮标 、 标 、 岸 基 站 台 、 锚 潜 海 海 洋观 测船 、 床 基 站 、 下 自航 式 海 洋 观 测 平 台 以 海 水

2 1 SiT c. nr 0 2 c eh E gg . .
海 流对潜标 系统影 响的现场测试
田伟辉 杨永春 张会 杰 袁 新 毛 宇峰
( 中国海洋大学工程学院 青 岛 26 0 ; , 6 10 山东省科学院海洋仪器仪表研究所。青 岛 2 6 0 ) , 6 0 1


潜标 系统作 为海 洋观测 的重要载体 , 具有其它载体 所不具备 的优 点。一般潜标 系统所 载测试设备 都为高 灵敏精 密
仪器设备的正常使用 , 获得准确可靠数据的关键组 成部分 。当前, 国内外潜标 系统 多采 用单点绷
21 0 2年 3月 1 t 3 F收到 国家高技术发展( 6 ) 8 3 计划项 目 (0 1 A 9 52) 2 1A 0 0 0统结 构形 式如 图 1 白 所
剖面观测等优点 。潜 标系统是海洋水体 环境监测
系统 的重要 组成 部 分 , 海洋 地 质 活 动 观测 的主 J是 要仪 器设备 之一 _4, 由于 其特 殊 的性 能 , 能 用 3 再 I J 还 于军 事探测 使 用 等 。如今 , 标 作 为 一 种非 常重 要 潜 的海 洋水 文监测 以及水 下探 测 技术 的 载体 , 挥 着 发 越来 越重要 的作 用 。 潜标 系统 是 通 过 系 缆 固定 于特 定 海 域 和 水 深
紧 式系 留形 式 。该 种 系 留形 式 通 过 使 用 单 根 系 留 缆 绳连接 潜标 体 的各 组 成部 分 , 用 潜 标体 自身 浮 利 力 使系 留缆绳 内产 生 较 大 的张 力 , 而 保证 整个 潜 从 标 系统在 水 下 工 作 时偏 离 垂 线 方 向 的倾 角 明显 地 小 于其 它系泊 方式 , 也就 能 保证 所 载 仪 器 处 于 预定 的工作水 深 , 并保持 理想 的工 作姿 态 J 。
合 关 系是非 常有必 要 的 。
进行工作的。一般由水下主浮体 ( 即潜标体) 系泊 、
系统 、 所搭 载 的测试 系统 、 学 释 放 器 等组 成 , 的 声 有 还有 水 面卫 星通 信 浮 标 等 。系 留 系统 是 保 证 整 个 潜标 系统 在海 洋环 境 下具 有 稳 定 姿 态 , 确保 所 搭 载
系泊缆绳所受的张力较大 , 浮体的运动是作为缆绳
的 固定 边界 条件 或者 位 移 边界 条 件 施 加 给缆 绳 的 ,
而海流通过细长缆绳对浮体的影 响很小 , 有时甚至 可 以忽略不计 。但是对潜标系统而言 , 潜标体质量
相 对较 小 、 浮力 有 限 , 系缆 的影 响 较 大 。海 流 净 受 对 缆绳 的作 用将会 引 起 潜 标体 的动 力 响应 , 而对 从 其 所载 测试 装 置 的正 常工 作 产 生 影 响 , 此 , 究 因 研 海 流对 系缆 的 激励 作 用 以及 潜 标 系 缆 间 的 动 力 耦
ma l y y i:y c w@ O C e u c H . d . n。




与 工

1 2卷
制 的密 闭盒 进 行 防 水 和 防腐 蚀 处 理 。所 有 密 闭盒
在 1 P 水压力情况下测试密闭性能 良好。数据传 a M 输线缆 以及供 电缆均采用防水的特制线缆。

及航空卫星等… 。潜标作 为一种新 型海洋 调查和 监测 的载体 , 2 于 0世纪 5 0年代率先 由美 国发展起
来 。它具有 观测 周 期 长 、 蔽性 能 好 、 定 性 能 高 、 隐 稳 不易 受海 面气象 条 件影 响 、 能进 行 定 点 以及 多 参 数
浮体与系缆之 间的耦合作 用很 早就引起 了人
示, 其主要由潜标主浮体 ( 即潜标体) 及其所搭载的 测试设 备、 系 留缆 、 学 释 放器 和 锚定 系 统等 主 声
组 成。
通信作者简介 : 杨永 春( 9 4 ) 男 , 16 一 , 山东省青 岛人 , 教授 , 研究 方
向: 海洋工程 结构 动 力学 、 结构 检测技 术 、 工程 结构 实验 技 术。E .
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