CN101758909A - 一种海面溢油跟踪浮标及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海面溢油跟踪浮标及其操作方法，所述的浮标的水密外壳顶部有立柱，立柱顶端安装有油膜探测装置，水密外壳底部安装有水翼、顶部安装有两个风翼，水密外壳内还安装有控制装置和驱动装置。所述的方法包括以下步骤：通过控制装置定时启动油膜探测装置探测溢油油膜在浮标周围的分布；由控制装置确定目标溢油油膜的方位，进而控制驱动装置驱动风翼转动，改变浮标的航向和航速。本发明的油膜探测设备扫描探测浮标周围的溢油油膜分布，控制装置判断和确定目标溢油油膜的方位，并向驱动装置发出指令，调整两个风翼的转角，改变浮标的航向和航速，达到了自主修正浮标跟踪溢油油膜的跟踪误差、更加准确跟踪溢油油膜的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种海面溢油跟踪装置，特别是一种海面溢油跟踪浮标及其操作方法。
背景技术
当海面发生溢油事故时，溢油跟踪浮标的使用可以实现对溢油的廉价、实时、全天候跟踪。其原理是采用溢油跟踪浮标跟踪溢油油膜的漂移运动，溢油跟踪浮标所在位置即溢油油膜漂移的位置，溢油跟踪浮标内定位系统将位置信息传送到监控中心，控制中心即可实时了解溢油油膜所处位置。采用溢油跟踪浮标跟踪溢油油膜的有效性取决与溢油跟踪浮标能否和溢油油膜以相同的航向、航速一起漂移。理论研究表明，溢油油膜在海面上漂移的速度与表层水流速度和海面风速相关，通常情况下溢油油膜在海面上漂移的速度是风速与溢油风系数的乘积与表层水流速度的矢量和，其中溢油油膜的风系数的大小受溢油的品种、事故发生时的地理位置、环境等因素的综合影响；在相同风速和表层水流作用下，溢油跟踪浮标的风系数与溢油油膜的风系数的接近程度决定了溢油跟踪浮标跟踪溢油位置的精度。而复杂的海况使得溢油油膜和溢油跟踪浮标不可能始终处于同一海洋环境，而现有的溢油跟踪浮标的风系数是固定的，随着溢油跟踪浮标所在位置的海况差异增大，跟踪位置误差加速增大。溢油跟踪浮标跟踪溢油油膜时产生的跟踪位置误差如不能得到及时修正，溢油跟踪浮标就难以完成长时间复杂海况下的跟踪任务。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以探测并确定周围溢油油膜的分布情况，并在跟踪溢油油膜的过程中定时调整溢油跟踪浮标的风系数和航向的海面溢油跟踪浮标及其操作方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种海面溢油跟踪浮标包括水密外壳、电源、地理位置信号接收装置和发射装置，所述的电源、地理位置信号接收装置和发射装置安装在水密外壳内，所述的水密外壳内还安装有控制装置和驱动装置；所述的水密外壳顶部有立柱，立柱顶端安装有油膜探测装置；所述的控制装置、驱动装置和油膜探测装置分别通过电缆与电源并联，所述的水密外壳底部安装有水翼、顶部安装有风翼，风翼和水翼分别通过各自的转轴与水密外壳内的驱动装置相连，所述的风翼和水翼分别可绕各自的转轴旋转；所述的风翼有两个，对称分布在水密外壳中心线纵剖面的两侧。
本发明所述的水翼安装在水密外壳底部的一侧、风翼安装在水密外壳顶部与水翼相对的另一侧。
本发明所述的油膜探测装置是红外线油膜探测仪或者可见光油膜探测仪或者激光油膜探测仪等非接触式油膜探测装置。
本发明所述的水翼也可以固定在水密外壳的底部。
一种海面溢油跟踪浮标的操作方法包括以下步骤：
A、通过控制装置定时启动油膜探测装置探测目标溢油油膜在浮标周围的方位；
B、由控制装置确定溢油油膜的方位，并制定追踪路线，进而控制驱动装置驱动风翼转动，改变浮标的航向和航速，追踪目标溢油油膜。
本发明所述的水翼可旋转时，步骤B所述的追踪目标溢油油膜包括以下步骤：
B11、当浮标处于目标溢油油膜的上风向时，控制两个风翼调整反向旋转相同角度，增大浮标的风系数，同时控制水翼旋转一定角度，改变浮标的漂移航向；当浮标到达目标溢油油膜的正上风向或正下风向时，将水翼调回0转角状态，同时增大或减小两个风翼旋转的反向转角，增大或减小浮标的风系数，减小浮标与目标溢油油膜之间的距离；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移；
B12、当浮标处于目标溢油油膜的下风向时，控制两个风翼调整反向旋转的角度，减小浮标的风系数，同时控制水翼旋转一定角度，改变浮标的漂移航向；当浮标到达目标溢油油膜的正上风向或正下风向时，将水翼调回0转角状态，同时增大或减小两个风翼旋转的反向转角，增大或减小浮标的风系数，减小浮标与目标溢油油膜之间的距离；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移。
本发明所述的水翼固定时，步骤B所述的追踪目标溢油油膜包括以下步骤：
B21、当浮标处于目标溢油油膜的上风向时，先控制两个风翼同向旋转相同的角度，使浮标能以最快的速度到达目标溢油油膜的正上风向，然后控制两个风翼反向旋转相同角度，使浮标的风系数最大并顺风追赶目标溢油油膜，在超过目标溢油油膜时，减小两个风翼的反向转角；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移；
B22、当浮标处于目标溢油油膜的下风向时，先控制两个风翼同向旋转相同的角度，使浮标能以最快的速度到达目标溢油油膜的正下风向，然后控制两个风翼反向旋转相同角度，使浮标的风系数最小并等待目标溢油油膜顺风赶来；在目标溢油油膜超过浮标时，增加两个风翼的反向转角；经过反复调整，使浮标将与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、由于本发明的立柱顶端有油膜探测设备扫描探测浮标周围的环境，确定溢油油膜在浮标周围的分布情况，控制模块判断和确定目标溢油油膜的方位，制定最佳追踪路线，并向风翼驱动装置发出指令，调整两个风翼的转角，改变浮标的航向和航速，达到了自主修正浮标跟踪溢油油膜的跟踪误差，更加准确跟踪溢油油膜的目的。
2、由于本发明修正溢油跟踪浮标跟踪溢油油膜的跟踪误差的主要动力是作用在浮标上的风力，不需要额外的动力装置，电源消耗少，使溢油跟踪浮标具备长时间跟踪作业的能力。
3、由于本发明有两个可旋转的风翼，使浮标可以自由选择是只调整风系数还是同时调整溢油跟踪浮标的航向和风系数。当两个风翼沿相反方向绕轴旋转相同角度时，此时风翼转角的调整主要改变浮标沿风向的航速，风翼的迎风面积越大，浮标的风系数越大，相同风速情况下的沿风向的航速越大。当两个风翼反向转动不同角度或者同向转动，风翼的转动将同时改变浮标的风系数和航向。
4、由于本发明在水密外壳的底部、与风翼相对的另一端设置水翼，减小浮标在与风向垂直的水平方向的侧滑，提高浮标的航向稳定性。
附图说明
本发明共有附图5张，其中：
图1是海面溢油跟踪浮标的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是图1的俯视图。
图4是海面溢油跟踪浮标的电路示意图。
图5是海面溢油跟踪浮标的控制信号示意图。
图中，1、水密外壳，2、水翼，3、油膜探测装置，4、风翼，5、立柱，6、控制装置，7、驱动装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-5所示，一种海面溢油跟踪浮标包括水密外壳1、电源、地理位置信号接收装置和发射装置，所述的电源、地理位置信号接收装置和发射装置安装在水密外壳1内，所述的水密外壳1内还安装有控制装置6和驱动装置7；所述的水密外壳1顶部有立柱5，立柱5顶端安装有油膜探测装置3；所述的控制装置6、驱动装置7和油膜探测装置3分别通过电缆与电源并联，所述的水密外壳1底部安装有水翼2、顶部安装有风翼4，风翼4和水翼2分别通过各自的转轴与水密外壳1内的驱动装置7相连，所述的风翼4和水翼2分别可绕各自的转轴旋转；所述的风翼4有两个，对称分布在水密外壳1中心线纵剖面的两侧。所述的水翼2安装在水密外壳1底部的一侧、风翼4安装在水密外壳1顶部与水翼2相对的另一侧。所述的油膜探测装置3是红外线油膜探测仪或者可见光油膜探测仪或者激光油膜探测仪。所述的水翼2也可以固定在水密外壳1的底部。
一种海面溢油跟踪浮标的操作方法包括以下步骤：
A、通过控制装置6定时启动油膜探测装置3探测溢油油膜在浮标周围的分布情况；
B、由控制装置6确定目标溢油油膜的方位，并制定追踪路线，进而控制驱动装置7驱动风翼4转动，改变浮标的航向和航速，追踪目标溢油油膜。
本发明所述的水翼2可旋转时，步骤B所述的追踪目标溢油油膜包括以下步骤：
B11、当浮标处于目标溢油油膜的上风向时，控制两个风翼4调整反向旋转相同角度，增大浮标的风系数，同时控制水翼2旋转一定角度，改变浮标的漂移航向；当浮标到达目标溢油油膜的正上风向或正下风向时，将水翼2调回0转角状态，同时增大或减小两个风翼4旋转的反向转角，增大或减小浮标的风系数，减小浮标与目标溢油油膜之间的距离；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移；
B12、当浮标处于目标溢油油膜的下风向时，控制两个风翼4调整反向旋转的角度，减小浮标的风系数，同时控制水翼2旋转一定角度，改变浮标的漂移航向；当浮标到达目标溢油油膜的正上风向或正下风向时，将水翼2调回0转角状态，同时增大或减小两个风翼4旋转的反向转角，增大或减小浮标的风系数，减小浮标与目标溢油油膜之间的距离；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移。
本发明所述的水翼2固定时，步骤B所述的追踪目标溢油油膜包括以下步骤：
B21、当浮标处于目标溢油油膜的上风向时，先控制两个风翼4同向旋转相同的角度，使浮标能以最快的速度到达目标溢油油膜的正上风向，然后控制两个风翼4反向旋转相同角度，使浮标的风系数最大并顺风追赶目标溢油油膜，在超过目标溢油油膜时，减小两个风翼4的反向转角；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移；
B22、当浮标处于目标溢油油膜的下风向时，先控制两个风翼4同向旋转相同的角度，使浮标能以最快的速度到达目标溢油油膜的正下风向，然后控制两个风翼4反向旋转相同角度，使浮标的风系数最小并等待目标溢油油膜顺风赶来；在目标溢油油膜超过浮标时，增加两个风翼4的反向转角；经过反复调整，使浮标将与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移。
Claims (7)
1.一种海面溢油跟踪浮标包括水密外壳(1)、电源、地理位置信号接收装置和发射装置，所述的电源、地理位置信号接收装置和发射装置安装在水密外壳(1)内，其特征在于：所述的水密外壳(1)内还安装有控制装置(6)和驱动装置(7)；所述的水密外壳(1)顶部有立柱(5)，立柱(5)顶端安装有油膜探测装置(3)；所述的控制装置(6)、驱动装置(7)和油膜探测装置(3)分别通过电缆与电源并联，所述的水密外壳(1)底部安装有水翼(2)、顶部安装有风翼(4)，风翼(4)和水翼(2)分别通过各自的转轴与水密外壳(1)内的驱动装置(7)相连，所述的风翼(4)和水翼(2)分别可绕各自的转轴旋转；所述的风翼(4)有两个，对称分布在水密外壳(1)中心线纵剖面的两侧。
2.根据权利要求1所述的海面溢油跟踪浮标，其特征在于：所述的水翼(2)安装在水密外壳(1)底部的一侧、风翼(4)安装在水密外壳(1)顶部与水翼(2)相对的另一侧。
3.根据权利要求1所述的海面溢油跟踪浮标，其特征在于：所述的油膜探测装置(3)是红外线油膜探测仪或者可见光油膜探测仪或者激光油膜探测仪等非接触式油膜探测装置。
4.根据权利要求1或2所述的海面溢油跟踪浮标，其特征在于：所述的水翼(2)也可以固定在水密外壳(1)的底部。
5.一种海面溢油跟踪浮标的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、通过控制装置(6)定时启动油膜探测装置(3)探测溢油油膜在浮标周围的的分布情况；
B、由控制装置(6)确定目标溢油油膜的方位，并制定追踪路线，进而控制驱动装置(7)驱动风翼(4)转动，改变浮标的航向和航速，追踪目标溢油油膜。
6.根据权利要求5所述的海面溢油跟踪浮标的操作方法，其特征在于：所述的水翼(2)可旋转时，步骤B所述的追踪目标溢油油膜包括以下步骤：
B11、当浮标处于目标溢油油膜的上风向时，控制两个风翼(4)调整反向旋转相同的角度，增大浮标的风系数，同时控制水翼(2)旋转一定角度，改变浮标的漂移航向；当浮标到达目标溢油油膜的正上风向或正下风向时，将水翼
(2)调回0转角状态，同时增大或减小两个风翼(4)旋转的反向转角，增大或减小浮标的风系数，减小浮标与目标溢油油膜之间的距离；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移；
B12、当浮标处于目标溢油油膜的下风向时，控制两个风翼(4)调整反向旋转的角度，减小浮标的风系数，同时控制水翼(2)旋转一定角度，改变浮标的漂移航向；当浮标到达目标溢油油膜的正上风向或正下风向时，将水翼(2)调回0转角状态，同时增大或减小两个风翼(4)旋转的反向转角，增大或减小浮标的风系数，减小浮标与目标溢油油膜之间的距离；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移。
7.根据权利要求5所述的海面溢油跟踪浮标的操作方法，其特征在于：所述的水翼(2)固定时，步骤B所述的追踪目标溢油油膜包括以下步骤：
B21、当浮标处于目标溢油油膜的上风向时，先控制两个风翼(4)同向旋转相同的角度，使浮标能以最快的速度到达目标溢油油膜的正上风向，然后控制两个风翼(4)反向旋转相同角度，使浮标的风系数最大并顺风追赶目标溢油油膜，在超过目标溢油油膜时，减小两个风翼(4)的反向转角；经过反复调整，使浮标与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移；
B22、当浮标处于目标溢油油膜的下风向时，先控制两个风翼(4)同向旋转相同的角度，使浮标能以最快的速度到达目标溢油油膜的正下风向，然后控制两个风翼(4)反向旋转相同角度，使浮标的风系数最小并等待目标溢油油膜顺风赶来；在目标溢油油膜超过浮标时，增加两个风翼(4)的反向转角；经过反复调整，使浮标将与目标溢油油膜位置重合并一起等速漂移。
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