一种波浪观测浮标的制作方法
我国近海波浪浮标的历史_现状与发展_毛祖松
我国近海波浪浮标的历史、现状与发展毛祖松(海军司令部航海保证部,天津 300042)摘 要:回顾了我国波浪测量技术特别是近海波浪浮标技术的发展历程,提出了今后发展的若干建议。
关键词:波浪测量技术;波浪浮标;发展建议中图分类号:P71512 文献标识码:C 文章编号:100322029(2007)022*******1 引言我国是一个濒海大国,拥有18000多km的大陆海岸和近300万km2的可管理的海域,有6000多个(500m2以上的)岛屿和1000多个可以利用的港湾。
近海波浪的观测研究对海洋开发、交通运输、国民经济建设、国防建设及海上舰船活动都有十分重要的作用。
波浪浮标是目前对海洋波浪进行长期、实时、定点观测的主要设备,发展波浪浮标是发展海洋观测的必然需求。
2 我国波浪测量技术的历史和现状从20世纪60年代以来,我国的波浪测量技术特别是近海波浪浮标技术取得了一定的进展,国内一些单位如中国科学院海洋研究所、南海海洋研究所、山东省科学院海洋仪器仪表研究所、国家海洋技术中心、国家海洋局第三海洋研究所、中国海洋大学、中山市探海仪器公司等都进行了比较深入的研究和探索,取得了相应的成果和宝贵的经验。
这一发展过程大致分为三个阶段。
211 第一阶段这一阶段从20世纪60年代中期到70年代中期,是我国波浪测量技术发展的起始阶段,主要是进行技术上的探索,其研究成果投入应用的较少。
1965年,为了适应我国海洋调查的需要,由国家计委、第一机械工业部、水利部、国家海洋局等在青岛组织全国海洋仪器会战,全面开展各种海洋仪器设备研制(共47项课题),其中就有岸用测波仪、岸用波浪自记仪、船用波浪自记仪、接触式测波仪(测波杆)、重力测波仪和船舷测波仪等7种波浪测量仪器设备。
21111 H05型岸用测波仪收稿日期:2007201212 H05型岸用测波仪在海上布设一个浮标,在岸边架设双筒望远镜观测浮标的上下浮动幅度和周期,用以推算波高和波周期。
如何进行水文测量和制作水文图
如何进行水文测量和制作水文图水文测量是指对水文要素进行观测和记录的过程。
水文要素包括水位、流量、波浪、湖泊蒸发等。
水文测量的目的是获取水文资料，进而进行水资源管理、水文预测、环境保护等方面的工作。
本文将介绍水文测量的方法和制作水文图的步骤。
一、水文测量的方法1. 水位测量：水位测量的方法主要有液压水位计、浮子水位计和激光测距仪等。
液压水位计是利用让水位改变与水压的变化成比例关系的原理进行测量。
浮子水位计则是通过将浮子放置在水面上，利用浮力原理来测量水位的变化。
激光测距仪是利用光的传播速度来测量物体的距离，通过测量激光在水面反射回来所花费的时间，可以计算出水位的高度。
2. 流量测量：流量测量的方法有多种，常用的有流速测量法和涡街流量计。
流速测量法是通过测量水体的流速，再结合横截面面积，计算出流量的大小。
常见的流速测量方法有浮标法和流速仪法。
涡街流量计则是利用流体通过流道产生涡街，并通过测量涡街的频率和振幅来计算流量的大小。
3. 波浪测量：波浪测量主要用于海洋学和海洋工程学领域。
常用的波浪测量方法有波浪浮标法、压强测量法和水深测量法等。
波浪浮标法是通过在海洋表面放置浮标，利用浮标测量波浪的运动情况。
压强测量法是通过测量波动压强来获得波浪的特征参数，如波高、波长等。
水深测量法是通过在海洋底部布设声纳等设备，利用声波的传播速度来测量水深。
二、制作水文图的步骤1. 收集数据：首先需要收集与水文测量相关的数据，包括水位、流量、波浪等。
这些数据可以通过水文测量仪器获取，也可以通过历史记录或其他渠道获得。
2. 数据处理：将收集到的数据进行处理，主要包括数据的整理、清洗和排序等。
如果存在异常值或误差，需要进行修正或删除。
同时，还可以根据需要计算出一些水文要素的相关指标，如平均水位、最大波高等。
3. 绘制图表：在数据处理完成后，可以利用绘图软件将数据制作成水文图。
水文图可以采用折线图、柱状图等形式展示不同水文要素的变化趋势。
海洋观测的守护者：10米、6米和3米观测监测浮标
海洋观测的守护者：10米、6米和3米观测监测浮标在浩瀚无垠的海洋中，为了深入了解海洋环境、气候变化以及生态系统的动态，科学家们布置了各式各样的观测浮标。
其中，10米观测浮标、6米观监测浮标和3米观测监测浮标以其独特的功能和重要性，成为了海洋观测领域的重要工具。
一、10米观测浮标：高空视野的守望者10米观测浮标因其架设高度较高，能够提供更广阔的视野，捕捉更多的海洋环境信息。
这类浮标通常搭载有多种传感器，如风速仪、风向标、温度计和湿度计等，用于实时监测海洋上空的气象数据。
这些数据对于预测海洋气象灾害、评估海洋环境对气候变化的影响具有重要意义。
此外，10米观测浮标还能够监测海面波浪、海流等海洋动力现象，为海洋工程、航运安全等提供重要参考。
通过长期、连续的观测，科学家们能够更深入地了解海洋环境的动态变化，为海洋资源的可持续利用提供科学依据。
二、6米观监测浮标：综合信息的集大成者6米观监测浮标位于海面与水下之间的关键位置，能够同时观测海面以上和以下的环境信息。
这类浮标通常搭载有水质监测仪、溶解氧传感器、pH计等设备，用于实时监测海水的水质参数。
这些参数对于评估海洋生态系统的健康状况、预测赤潮等生态灾害具有重要意义。
同时，6米观监测浮标还能够观测海洋动力现象，如海面波浪、海流等，以及海洋生物分布和种群动态。
通过综合观测和分析，科学家们能够更全面地了解海洋环境的动态变化，为海洋资源的管理和保护提供有力支持。
三、3米观测监测浮标：近距离接触的守护者3米观测监测浮标位于海面附近，能够近距离接触和观测海洋环境。
这类浮标通常搭载有高清摄像头、水下摄像机等设备，用于实时拍摄和记录海洋生态环境中的生物、地形等。
这些图像资料对于了解海洋生物的生活习性、评估海洋生态系统的多样性具有重要意义。
此外，3米观测监测浮标还能够观测海底地形、沉积物分布等信息，为海洋地质研究和海洋工程提供支持。
通过长期、连续的观测，科学家们能够更深入地了解海洋环境的微观变化和生态系统的动态平衡。
一种船用波浪测量仪的设计
第２ ３卷 第 １ 期
２１ ０ ０年 ２月
中图分 类号： Ｈ ６ ．２ Ｔ ２ ２ Ｔ ７６ ２ ；Ｐ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｐ ａ ｄ Ｗ ａ ｅ Ｍ ｅｅ ｓｇ ｆａ Ｓ ｉ ｂｏ ｒ ｖ ｔｒ
ＹＵＡＮ ｎ Ｐｉ ｇ
（ ｃａ ｎ ｅ ｉ ｈｎ ， ｉ ｄ ｏ２ ６ ０ ，Ｃ ｉ ） Ｏ ｅｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｉａ Ｑ ｎ ａ ６ １０ ｈｎ ｖ ｓｙ ｆＣ ｇ ａ
Ｔ Ｓ２ Ｖ ５０ ， Ｍ ３ ０ Ｃ ４ ２具有高性能、 低功耗 、 操作速度快的优 良特性 ， 已广泛应用于通讯、 工业控制 、 语音处理等领
域。它有独特的 ６总线哈佛结构 ， 工作频率达到 １０ Ｈ 。具有 ３ ０Ｍ ｚ 条单独 的 １ ６位数据存储 总线和 １ 条程序
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海浪观测
7 8
将观测到的周期代入公式
(P130) 中，得
深水波的波长和波速 (或查“海洋水文 常用表”)。
若水深d＜/2时，则计算的波长、波速
必须进行浅水订正（公式 见P130）。
测波仪测波
光学式测波仪 加速度测波仪 水压式测波仪
声学式测波仪
通过测波仪观测其跳动幅度，测定波高和周期
测波仪
加速度测波仪
当浮标随波面做升沉运动时， 安装在浮标内的垂直加速度 计输出一反映波面升沉加速 度变化的电压信号。对该信 号做二次积分处理后，即可 得到与波面升沉高度变化成 比例变化的电压信号
测波仪
水压式测波仪
直接采用高精度高灵敏度压力传 感器，当仪器固定于水下某一点， 由压力传感器测得压力，海水密 度已知，这样即可求的压力传感 器以上水柱的高度的变化，即可 反映水表面变化，从而推得波浪 波高、周期，同时进行波流的测 量， 进而获得波向信息 仪器采样周期 0.25 ， 0.5 ， 1 ， 2 或 4s ，可获得大量波浪资料，并可 计算波浪谱
目测海浪
部分大波波高及周期观测
根据观测所得平均周期，计算100个波浪所需要的时 段，然后，在时段内，目测15个显著波(在观测的波 系中，较大的、发展完好的波浪)的波高及周期。取 其中10个较大的波高的平均值，作为1/10部分大波波 高H1/10值，查波级表(表7-3)得波级。从15个波高记录 中选取一个最大值作为最大波高Hm。填入表中
波面随时间变化曲线
从连续记录中量出波高，取所有波高的平均值称为平均波高 将海上固定点连续观测到的一系列波高或周期按大小次序排列并 加以统计整理，它们遵从一定的分布规律。总个数的 1/p个大波 波高的平均值称为1/p 部分大波的平均波高，简称1/p 部分大波波 高，记为H1/p。常用的为1/10和1/3部分大波波高（有效波高）
气象海浪分析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过分析气象条件对海浪的影响，了解海浪的形成机制及其变化规律，为航海、渔业等海洋活动提供参考依据。
通过实验，掌握以下内容：1. 海浪的形成原因及影响因素；2. 不同气象条件下海浪的特征；3. 海浪预报的基本方法。
二、实验原理海浪是海洋表面由于风力、气压、温度、湿度等气象条件的变化而产生的波动现象。
风力是海浪形成的主要原因，风力的大小、方向、持续时间等因素都会影响海浪的大小和形状。
此外，气压、温度、湿度等气象条件也会对海浪产生影响。
三、实验材料1. 海浪观测资料：包括波浪高度、周期、方向等；2. 气象资料：包括风速、风向、气压、温度、湿度等；3. 地图：包括地理位置、海岸线、岛屿等；4. 计算机：用于数据分析和绘图。
四、实验步骤1. 数据收集：收集2019年1月至2020年12月期间我国沿海某海域的海浪观测资料和同期气象资料。
2. 数据处理：对收集到的数据进行整理和清洗，确保数据的准确性和完整性。
3. 相关性分析：分析海浪特征与气象条件之间的相关性，找出影响海浪的主要气象因素。
4. 海浪预报：利用气象资料和海浪观测资料，采用数值预报方法对海浪进行预报。
5. 结果分析：分析预报结果与实测数据的差异，评估预报精度。
五、实验结果与分析1. 相关性分析：通过相关性分析，发现风速和风向对海浪的影响最为显著。
当风速较大、风向与海岸线垂直时，海浪高度较高；当风速较小、风向与海岸线平行时，海浪高度较低。
2. 海浪预报：利用数值预报方法，对海浪进行预报。
预报结果与实测数据的平均误差为0.5米，预报精度较高。
3. 典型案例分析：选取一次台风过程，分析气象条件对海浪的影响。
结果表明，台风中心附近的风速和气压梯度力较大，导致海浪高度显著增加，形成巨浪。
六、实验结论1. 风力是影响海浪形成的主要因素，风速和风向对海浪高度有显著影响。
2. 气象条件对海浪预报有重要意义，合理利用气象资料可以提高预报精度。
海洋工程环境课件第5章 海洋波浪
5.1 海洋波动现象概述
海洋波浪
海洋中存在着各种形式的波动， 它既可发生在海洋的表面， 又可发生在海洋内部不同密 度层之间，有着不同的波动尺度、机理和特性，各种波动现象复杂。海洋波动是海水运动的 主要形式之一。 海洋表面总被形容为时而波涛汹涌，时而涟漪荡漾，呈现出一种复杂的波动现象。引 起海水表面波动的自然因素有很多， 如海洋表面受到风与气压的作用、 天体的引潮力及海底 地震与火山的作用等，它们引起的波动现象有不同的尺度，造成各种波动的周期、波高、波 长等波动特性的不同，各自具有不同的能量范围，对海洋工程结构的作用影响也不同。如图 5-1 所示。
5.1.1 海浪概述
海浪(Ocean Wave)是海洋中常见的一种自然现象，海面风力的作用是其起因，一般可将 海浪分为由风直接驱动产生的风浪 (Wind Wave)及由风浪随后发展形成的涌浪 (Swell) 两部 分。
1．海浪类型
风浪因受到海面风的直接作用，其传播方向基本与风同向。风浪的形成及其浪高、周期 等大小自然与风的状态，如海面作用风速的大小、作用风区( Fetch)的范围及作用风时(Wind Duration)的长短直接相关，它们相互间存在着很复杂的非线性关系，这些构成了海浪研究和 海浪预报的主要内容。此外风浪的产生还与作用海域的水深、地形等有关。风浪的波形外观 表现奈乱，背风面比迎风面更陡，波峰线较短，在时间上和空间上都表现为不规则的随机变
对于实际海面波动直接应用海洋观测仪器进行观测将是对现场海浪的真实记录此时的海面波动杂乱无章而可看作一个随机过程应用数理统计分析的方法可进行合理分析和研究并可得到海浪的运动方向特征其结果将反映现场实际海浪的运动情况其实测资料也可用于检验海浪理论为海洋工程设计提供最可靠的数据但观测仪器的精确度及大范围的现场观测带来的大量费用成本等是其主要制约
测量海洋浪高的方法-概述说明以及解释
测量海洋浪高的方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述海洋浪高是指海浪的高度，它是海洋波浪运动的重要参数之一，对海洋工程、航海、渔业等领域都有着重要的影响。
因此，准确地测量海洋浪高对于保障海洋活动的安全至关重要。
本文将就测量海洋浪高的方法进行深入探讨，包括传统的测量方法和现代的测量技术，并探讨其在实际应用中的意义和作用。
通过本文的研究，希望能够为海洋浪高的准确测量提供一定的参考，也为相关领域的研究和实践提供一定的指导。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，我们将介绍海洋浪高对于海洋工程、气象预报等方面的重要性。
文章结构部分将简要介绍本文的整体结构，让读者可以清晰地了解整篇文章的内容安排。
在目的部分，我们将明确本文的写作目的，即介绍海洋浪高的测量方法及其应用。
正文部分将分为传统方法和现代技术两部分。
在传统方法中，我们将介绍一些传统的海洋浪高测量方法，比如利用标尺、浮标等。
而在现代技术部分，我们将介绍一些先进的测量设备和技术，比如激光雷达、卫星遥感等。
结论部分将包括总结、展望和结论三个部分。
在总结部分，我们将对前文所介绍的海洋浪高测量方法进行总结归纳。
在展望部分，我们将展望未来海洋浪高测量技术的发展方向和前景。
最后，在结论部分，我们将对整篇文章进行总结，强调海洋浪高测量对于海洋工程和气象预测等领域的重要性，并呼吁更多关注和投入。
1.3 目的文章的目的是介绍不同方法测量海洋浪高的原理和技术，以及这些方法在海洋测量和预测中的应用。
通过深入了解海洋浪高的测量方法，读者可以更好地理解海洋环境的动态变化，以及对海洋浪高数据的正确解读和运用。
另外，本文还旨在探讨现有方法的优缺点，展望未来可能的发展方向和新技术在海洋浪高测量中的应用前景。
通过本文的介绍和讨论，读者可以加深对海洋浪高测量的认识，并为相关领域的学术研究和工程实践提供参考。
海洋观测浮标通用技术要求
海洋观测浮标通用技术要求（试行）国家海洋局二〇一四年十二月1范围本要求规定了海洋观测浮标的系统组成、技术要求、检验方法及标志、包装、运输和贮存的要求。
本要求适用于海洋观测网业务化应用的海洋观测浮标的采购、检验和评估。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
CB/T 3855 海船牺牲阳极保护阴极设计和安装GB/T 13972-2010 海洋水文仪器通用技术条件GB/T 14914 海滨观测规范HY/T 143-2011 小型海洋环境监测浮标HY/T 142-2011 大型海洋环境监测浮标3术语和定义3.1海洋观测浮标锚泊在特定海区对该海区的水文、气象等要素进行定点、自动、长期、连续观测并定时发送资料的浮标。
3.2浮标检测仪一种配备浮标专用检测软件，可对浮标进行工作参数设置及功能检测的设备。
3.3浮标接收岸站接收海洋观测浮标发送或者通过数据平台中转的测量数据的地面接收设备和设施。
4系统组成4.1基本组成海洋观测浮标由浮标体、数据采集器、安全系统、浮标检测仪、传感器、通信系统、供电系统、锚系、浮标接收岸站（以下简称岸站）九部分组成。
4.2浮标体为浮标提供浮力支撑，同时也作为仪器搭载平台，由塔架、标体、配重组成。
4.3数据采集器按照设定的工作时序，自动采集、处理、存储观测数据，并将处理后的数据通过无线通信方式实时发送到岸站。
4.4安全系统具有警示、防雷、发现浮标移位、开舱、进水的功能，由雷达反射器、避雷针、卫星定位系统、开舱、进水传感器组成。
4.5浮标检测仪对浮标进行设置、调试和检测。
4.6传感器包括风、空气温度、相对湿度、气压、水温、盐度、波浪、海流传感器等。
4.7通信系统采用短波、超短波、蜂窝移动通信或卫星等通信方式，将观测数据传输到岸站，由天线和通讯模块或一体化通讯设备组成。
第五章 波浪观测c
第四节
浅海和近岸的海浪
4.6 波浪流 波浪流是指当波浪传入近岸时，因受地形影响而产 生的波浪流。由前可知，当波浪从深海向近岸传播时， 在临界水深处发生破碎，破碎后的击岸波继续向前推进， 由于水深不断变浅，使得波浪多次破碎，直到离水边线 不远的地方，波浪最后完全破碎。波浪破碎后，水体运 动已不服从波浪运动的规律，而是整个水体的平移运动。 既有在惯性力作用下，涌向岸滩的击岸水流，又有在重 力作用下沿坡向下退回的水流。这样，在近岸由波浪产 生的波浪流表现为：引起水体质量输送的向岸流及其导 致近岸水位升高而使海水向海洋的回流。
第四节
浅海和近岸的海浪
4.5 海浪得绕射 海浪可以绕过障碍进入被岛屿、海岬或防波堤等遮 蔽的水域，这种现象叫做绕射。当波峰线与防波堤平行 的波浪传到港口时，一部分被防波堤迎面挡住，其余的 波浪继续向港内传播，并绕过防波堤向被隐蔽的水域扩 散，绕射后的波浪的波峰线为以防波堤一端处为中心的 一系列弧线。由于越过防波堤后，波向线的扩散，所以 波高将变低。
第四节
浅海和近岸的海浪
4.2 波浪的折射 当海浪传至浅水或近岸区域后，由于地形的影响， 将发生一系列的变化，由于深度变浅，不仅波长变短， 而且波速也要变慢，从而使波向发生转折，出现折射现 象。由于能量的集中，波高增大，最后发生破碎，通过 绕射，海浪可深入到隐蔽的水域，在直壁或陡壁面前， 海浪又能产生反射。研究这些现象，对筑港、航运和海 岸保护等均有很大的意义。
第六节
波浪能调查要求
（P164） 观测站设站要求 波浪能源要素的观测在定位站进行，附近海区有关 部门设有波浪观测站时，可直接引用其波浪观测资 料。附近海区无波浪观测站或其位置不能满足本次 调查要求时，应设临时波浪观测站，临时波浪观测 站应设在海面开阔、海底平坦、无暗礁和沙洲等障 碍物影响的地段。此外，应尽量避免在陡岸、急流 和养殖区域设站。
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一种波浪观测浮标的制作方法
引言
波浪是海洋中不可避免的自然现象之一，但在很多领域中，例如海洋能源、海洋油气、水文气象学、航海与港口、海洋环境保护等领域，波浪也是十分重要的一个因素，因此浪高、波浪频谱和波浪形态等波浪参数的测量与分析就变得尤为重要。
而波浪观测浮标则是一种常见的用于测量海洋波浪参数的工具。
在本文中，我们将会介绍一种波浪观测浮标的制作方法，
让读者们能够了解该浮标的制作原理与流程，以及所需的材料、工具和成本等方面的信息。
前置知识
在本文中，我们假设读者们对以下内容有一定的了解和掌握： - 基本的机械制图和技术绘图知识 - 基础的电工知识和电子元器件的使用方法 - 基本的手工制作和装配技能
浮标制作流程
设计制图
首先，我们需要根据波浪观测的需求来进行整体设计和制图。
我们建议采用计算机辅助设计（CAD）来进行机械结构和
电路板的绘制。
在设计制图的过程中，需要注意以下几个方面：
1.浮标内部结构的设计，包括浮体、固定装置和测量
仪器的摆放和安装方式。
2.浮标外观的设计，需要满足抗风浪、抵抗海水腐蚀
等条件。
另外，还需要加入功能性元素，如充电散热孔、
数据接口等。
3.浮标电路板的设计，包括传感器、信号处理器、MCU
（微控制器单元）和通讯模块等。
材料采购
在制作前，需要先购买所需的各种材料和配件。
下面是一
些常见的材料和器件的清单：
•浮体：通常采用聚氨酯泡沫材料，有封闭式和开放式两种设计。
•表面涂层用材料：防腐涂层、抗紫外线涂层等。
•传感器：通常选择测量加速度的三轴MEMS加速度计、压电传压或压电流量计进行测量。
•处理电路：通常采用模拟或数字化信号处理电路。
•宽带数据采集卡或DSP芯片：用于采集、处理传感器信号。
•通讯模块：集成WiFi和GPRS的通讯模块。
•电池：可充电电池。
•其它标准配件：固定件、电缆、端子和插座等。
制作浮体和固定装置
浮体和固定装置是浮标内部最为重要的组成部分。
制作前
需要精确的测量和计算，以确定浮体的大小和形状等参数。
具体制作方法如下：
1.将泡沫材料按照设计要求切割成所需的形状。
2.根据需求，在泡沫材料上开凿出各种位置大小的孔，
以便后续组装和安装。
3.对泡沫材料进行表面涂层处理，包括相应的防腐涂
层和抗紫外线涂层等。
4.将泡沫材料拼装成浮体，并在其中预留出固定装置
的位置。
5.制作固定装置，将其安装在浮体内部。
制作电路板
制作电路板也是整个制作过程中的一个重要部分。
电路板
的设计需要考虑电路的稳定性和抗干扰能力等因素。
在这里我们仅提供一些基础的制作方法：
1.制作电路原理图。
2.将原理图转换为PCB（电路板）布局，采用CAD绘
制。
3.制作PCB，通过光绘法、模板法等方式将PCB布局
转化为实际的PCB板。
4.PCB板上贴装器件，焊接电路。
测试和调试
最后一步是对整个浮标进行测试和调试，以验证浮标的性
能和稳定性。
在这个过程中，我们需要根据之前设计的测量参数，进行准确的数值测量，以检查水平和垂直方向的波动幅度、波浪频谱和波速等参数。
结论
通过本文，大家应该了解了一种波浪观测浮标的制作方法，其中涉及到的步骤包括设计制图、材料采购、制作浮体和固定装置、制作电路板、测试和调试等。
读者们可以按照这些步骤，来制作适合自己需要的波浪观测浮标。
同时，本文所提供的思路和方法，在其它领域的测量和观测中，也可以起到一定的启发和参考作用。