CN101865688B - 走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法，所述调查方法包括以下步骤：提供预置海底地形图；根据所述预置海底地形图设定航线范围内的测量区域、测量密度、测量点位置及抛投深度；在到达每个测量点之前根据当时的船速和设定的测量点抛投深度给出最佳抛投点的位置；当到达该位置时即命令绞车依照给定的放缆速度和长度抛投坠体使其能在测量点到达设定深度。所述海底地形图具有实际海底深度的数据。所述调查系统和方法采用预置海底地形图的方式，能够依照实际海底地形尽可能深地测量，获得更加充分的海水垂直剖面数据，满足对水体调查的日益增长的需求。另外避免对船载测深仪的依赖，提高了数据的可靠性和测量效率。

Description

走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法

技术领域

本发明涉及水体测量技术领域，特别涉及一种走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法。

背景技术

当前，随着科学技术日新月异的进步，人类对水体资源(包括海洋，江河，湖泊)的开发、利用和保护也突飞猛进的发展。要开发和利用水体资源必须先了解水体，对水体进行水文测量就是了解水体的一种方式。

例如，在物理海洋学中，随着不同深度的水层温度和含盐量的变化，声速也随之改变，获得特定海域的上述水体参数可以用于声纳测速、测距等海洋测绘；又如，测量海水的温度、盐度(含盐量)等水体参数可以用于海底暗流、大洋环流以及潮汐的研究。在环境海洋学里，测量水体的化学成分含量，可以用于监测和防控蓝藻、赤潮等灾害。

总之，获取水体中各种物理和化学参数，比如温度、盐度、深度、溶解氧浓度、PH值、浊度、营养盐含量、叶绿素含量、BOD、COD、氮磷含量、CO₂含量等随着深度变化的垂直剖面图是水体水文和环境测量的重要测量方法。

温盐深垂直剖面测量为一种重要的水体测量技术，适用于海洋、江河、湖面等水体的测量。由于盐度可以通过测量海水的导电性(Conductivity)而获得，因此温度(Temperature)、盐度随着深度(Depth)变化的垂直剖面图通常简称为CTD垂直剖面图。

CTD垂直剖面图在军事和民用方面都具有很重要的意义。例如，温度、盐度会影响海水的密度，进而导致声音在不同的温度和/或盐度的海水中的传播速度产生差异。通常将海水密度跃变的水层叫做密跃层，声音在密跃层中传播就像声音在管道中(又称作声道)传播一样，能量损耗最小，在同样的声能情况下声音可以传播得更远；当声音穿透密跃层时，就好像光线从空气传入玻璃两种不同介质的界面时会发生折射现象一样。海水这样的特性在军事上已经被广泛应用，潜艇的声纳可以利用密跃层发现遥远处的目标，也可以利用声道与遥远处的我方潜艇进行通讯，还可以利用密跃层对声波的折射和反射来躲避敌方的搜索。而通过CTD垂直剖面图就能探测到海水中密跃层的分布情况，类似于为潜艇绘制了一张海水地形图。

又例如，通过水体CTD垂直剖面图可以发现不同海区、不同深度的暖水团和冷水团，这些都是探寻渔业资源的重要信息，也可以通过CTD垂直剖面图了解海底热量、湍流和电荷等的输运情况，用于水体气候学的研究。

由于季节变化及二十四小时内日照的变化，CTD垂直剖面图随着时间和海域的不同也相应变化的。但是在一定的海区，CTD垂直剖面图的变化具有一定的规律。为了摸清CTD垂直剖面图的变化规律，测量工作者需要经常出海进行水文测量。以往的测量方法是船舶在海上定点抛锚，停船状态下投放CTD测量仪进行垂直剖面测量。如果要进行某一海区测量，先在航海图上设定若干个测量点，船舶航行到上述测量点时停船抛锚，向海底投放CTD测量仪进行垂直剖面测量，下坠到海底特定深度并测量完毕后回收CTD测量仪，然后，船舶继续航行到下一测量点进行下一次测量，最后由多个测量点的测量结果综合获得整个海区的CTD垂直剖面图。船舶不断的航航停停，测量一片海区往往要花费相当长的时间，测量的工作量也相当大，例如，测量深度为3-4km，需要5-6小时，这种定点测量的方法既费时又费工。

为了提高测量效率，人们提出了一种走航式CTD垂直剖面测量方法，也就是在船舶行进过程中重复抛投、回收探测坠体，进行连续的CTD垂直剖面测量，不需要停航抛投，而且全部作业都是自动进行。

以下结合图1说明上述测量方法的工作原理。如图1所示，装有CTD测量仪的坠体1通过绞车2吊杆上的挂轮投放入水中，而绞车2固定于船舶3的甲板上。具体说来，绞车2处于自由转动状态，拖拽缆4盘绕在绞车2的卷筒上，其末端与坠体1连接，绞车2可以在坠体1的自重和水流阻力的拉力作用下，或者在带有动力的挂轮助力下将拖拽缆4释放，进而将坠体1沉放到水下预定的深度。

坠体1在下坠的过程中，装在其内部的CTD测量仪不断地进行实时数据测量，这些数据通过连接在坠体1尾部的拖拽缆4传回到船上的检测仪(图中未示出)，检测仪用于记录和储存坠体1每次下坠的测试结果。坠体1被投放到预定深度后，绞车2开始回收拖拽缆4，从而将坠体1由水下回收；当坠体1回收到距离水面的设定深度时即停止回收，绞车2再次开始自动释放拖拽缆4，坠体1再次被投向海底深处，船舶3沿方向D航行，图1中曲线A示出了坠体1在水中的运动轨迹。如此周而复始进行投放和回收作业，船舶始终在以一定的速度航行，于是节省了船舶停航、再启动的大量时间，提高了测量效率，大大节省了在某一海区测量的作业时间，提高了费效比。而且，由于作业速度快，测量点更密集，提高了水文测量精度，而且有可能捕捉到瞬间即逝的一些水文变化。

现有的CTD测量系统中，一方面，希望使坠体到达尽可能深的海底以获得更全面的垂直剖面数据，另一方面，又要防止坠体下坠过深撞击海底而损毁，因此一般通过来自船舶导航系统的测深仪在抛投点测量对应位置的实际海底深度，将这一深度值与坠体实时到达深度进行比较，当实际海底深度与坠体实时到达深度之差小于或等于预设的深度安全值时，立即停止释放电缆。

然而问题在于，为获得更全面的垂直剖面数据，一般使用船载测深仪实时测得的海底深度来修正每次的抛投深度，以使坠体在安全范围内尽可能地贴近海底，但在测深仪误差大或停用以及不装备测深仪的情况下则无法使用此功能。在此种状态下为求安全，只能使用测量海域内最小海底深度作为依据制定一个固定的安全抛投深度，这样一来，在走航式测量过程中，坠体的投放深度是固定的，往往坠体在远离所述预设深度安全值的位置就开始回收，不能充分测量足够的深度。

发明内容

本发明解决的问题是如何提供一种预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法，提供更多的水体信息，满足对水体调查的日益增长的需求。

为解决上述问题，本发明提供一种走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统，设置于测量船，其特征在于，所述调查系统包括：坠体、绞车、电缆和控制系统，其中，

所述绞车固定于甲板上，用于放缆或者收缆以释放或者回收所述坠体；

所述电缆卷绕在绞车的卷筒上，电缆一端与后端数据处理系统耦接，另一端与所述坠体连接；

所述控制系统具有预置地形模块，用于提供抛投位置对应的海底地形图；

所述控制系统根据所述海底地形图设定抛投深度，并命令绞车依照所设定的抛投深度放缆以使坠体下坠。

所述海底地形图具有实际海底深度的数据。

可选的，所述控制系统还具有安全模块，用于提供深度安全值；则控制系统根据所述实际海底深度和所述深度安全值共同设定抛投深度，使得实际海底深度与设定抛投深度的差值等于所述深度安全值。

可选的，所述控制系统还具有安全模块，用于比较所述实际海底深度与坠体实际到达深度，当所述实际海底深度与坠体实际到达深度的差值等于深度安全值时，命令绞车制动。

优选的，所述系统还包括后端数据处理系统，所述坠体内部装有多参数综合测量仪和前置综合数据采集单元，所述多参数综合测量仪将测量到各个参数的原始数据发送给前置综合数据采集单元，所述前置综合数据采集单元将所述原始数据压缩、调制后生成远传数据，并将所述远传数据经由所述电缆发送给后端数据处理系统；所述后端数据处理系统将所述远传数据解压、解调为原始数据后，发送给所述控制系统；所述控制系统命令绞车放缆或者收缆，并由所述原始数据获得抛投点的多参数综合水体垂直剖面图。

相应的，本发明还提供一种走航式预置地形模式水体垂直剖面调查方法，包括以下步骤：

提供预置海底地形图；

根据所述预置海底地形图设定抛投深度；

命令绞车依照所设定的抛投深度放缆以使坠体下坠。

所述海底地形图具有实际海底深度的数据。

根据所述预置海底地形图设定抛投深度具体包括：

提供深度安全值；

根据所述实际海底深度和所述深度安全值共同设定抛投深度，使得实际海底深度与设定抛投深度的差值等于所述深度安全值。

所述坠体下坠过程中还包括：比较所述实际海底深度与坠体实际到达深度，当所述实际海底深度与坠体实际到达深度的差值等于深度安全值时，命令绞车制动。

所述的调查方法还包括以下步骤：

坠体将测量到各个参数的原始数据压缩、调制后生成远传数据，并将所述远传数据经由所述电缆发回测量船，然后将所述远传数据解压、解调后，获得多参数综合水体垂直剖面图。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

所述预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法，采用预置海底地形图的方式，根据实际抛投点的实际海底深度设定抛投深度，从而能够依照实际海底地形尽可能深的测量，获得更加充分的海水垂直抛面数据，满足对水体调查的日益增长的需求。另外，由于预置的海底地形图可以由更为成熟的海底地形测量技术获得，在商业上已经获得应用，因此，避免了对船载测深仪的依赖，提高了数据的可靠性和测量效率。

在坠体下坠过程中由集合多种传感器的测量仪直接测量得到多种类型参数的原始数据，并利用前置综合数据采集单元将原始数据压缩、调制后传回后端数据处理系统，再由后端数据处理系统解压、解调后发送给控制系统获得多参数综合水体垂直剖面图。通过数据远传、调制解调的方式实现了坠体向甲板的多参数大数据量的数据传输，能够在一个走航式水体垂直剖面调查行为中得到多种类型的数据，例如物理水体学中CTD、溶解氧、PH、浊度等参数，水体生物学中营养盐、叶绿素等参数，水体环境保护领域中生物耗氧量(BOD)、COD、氮磷含量等参数，水体化学中氨氮、CO₂等含量参数，能够提供更全面的水体信息，从而具有更为广泛的应用范围。

此外，所述预置地形模式水体垂直剖面调查系统中，采用便携式GPS装置还获取经纬度等测量船的位置信息，不必利用船载GPS，避免了船载GPS与垂直剖面调查系统不匹配或不兼容导致的数据失真和延时，因而可以提高测量的效率和可靠性。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为走航式CTD测量方法的工作原理示意图；

图2为本发明实施例中走航式预置地形模式水体垂直剖面调查方法的流程图；

图3为本发明实施例中走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统的示意图；

图4为本发明实施例中走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统的信令图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸，以下结合附图进行说明。

目前，随着人类对水体资源的开发，传统的CTD垂直剖面测量系统已经不能满足对水体调查的日益增长的需求。发明人研究发现：传统CTD垂直剖面测量系统的测深仪实时测得的海底深度依赖于船舶导航系统的可靠性，当船舶导航系统的可靠性不高时将可能影响垂直剖面测量的可靠性；此外，在传统的走航式测量过程中，坠体的投放深度是根据航速、缆速、最小安全深度等因素预先设定的，往往坠体在远离所述预设深度安全值的位置就开始回收，不能充分测量足够的深度。如果希望依照实际海底的地形测量尽可能深的垂直剖面，传统的测量系统和方法就不能满足要求。

基于此，本发明提供一种走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法，采用预置海底地形图的方式，根据实际抛投点的实际海底深度设定抛投深度，从而能够依照实际海底地形尽可能深的测量，获得更加充分的海水垂直抛面数据。本文中所述的水体包括海洋、江河、湖泊。

以下结合附图详细说明所述走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法的一个具体实施例。为突出本发明的特点，附图中没有给出与本发明的发明点必然直接相关的部分，例如，测量船及其甲板。

所述调查方法包括以下步骤：

提供航线图和预置海底地形图提供预置海底地形图；

根据所述航线图和所述预置海底地形图，确定测量区域、测量密度、测量点位置以及抛投深度；具体包括：提供安全离底高度值；根据所述实际海底深度和所述安全离底高度值以及坠体在设定船速下可到达的最大测量深度共同设定测量点抛投深度，使得设定的抛投深度小于实际海底深度与所述安全离底高度值的差值；

命令绞车依照给定的放缆速度和长度以及即时船速，在最佳位置抛投坠体使其能在测量点到达设定深度。

此外，所述坠体下坠过程中还包括：

比较所述实际海底深度与坠体实际到达深度，当所述实际海底深度与坠体实际到达深度的差值接近安全离底高度值并达到最小制动距离时，命令绞车制动，使坠体的实际离底高度值不小于安全离底高度值。

优选的，所述调查方法还可以包括以下步骤：

坠体将测量到各个参数的原始数据压缩、调制后生成远传数据，并将所述远传数据经由所述电缆发回测量船，然后将所述远传数据解压、解调后，获得多参数综合水体垂直剖面图。

图2为本发明实施例中走航式预置地形模式水体垂直剖面调查方法的流程图。如图所示，所述调查方法包括以下步骤：

步骤S1：提供航线图和预置海底地形图，其中所述海底地形图具有实际海底深度的数据；

步骤S2：根据所述航线图和所述预置海底地形图，确定测量区域、测量密度、设定测量点位置；

步骤S3：根据抛投深度函数确定测量点的抛投深度；其中，抛投深度函数为：Dcast(D_bottom，D_safe，D_range)

其中D_bottom-预置海底地形图中测量点处的海底深度

D_safe-安全离底高度

D_range-设定船速下全缆抛投坠体可到达的最大深度

步骤S4：在接近测量点前实时监测即时船速，根据设定的所述测量点抛投深度和即时船速计算得出最佳抛投点位置

步骤S5：到达所述最佳抛投点时命令绞车按照放缆速度函数要求的放缆速度抛投坠体，放缆速度将根据反馈的数据进行实时修正。放缆速度函数为：V_release(D_cast，D_measured，L_cable，V_vessel，V_down，P_position，C)其中D_measured-坠体中压力传感器测得的实际到达深度

L_cable-到达设定抛投深度所需放出的缆长

V_vessel-即时船速

V_down-坠体即时下沉速度

P_position-船的即时位置

C-经验函数

步骤S6：当坠体到达制动深度时命令绞车制动，坠体在惯性的作用下再下沉一段距离到达设定的抛投深度，此时缆绳已绷紧，坠体在缆绳绷紧后产生的上升分力作用下上浮，直至到达稳定深度时命令绞车回收坠体。

图3为本实施例中走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统的示意图，图4为本实施例中所述调查系统的信令图。

走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统，设置于测量船，包括：坠体21、绞车29、电缆20、后端数据处理系统28、预置地形模块24和控制系统27，其中，

所述绞车29固定于测量船的甲板上，用于放缆或者收缆以释放或者回收所述坠体；该绞车29例如为电动绞车，包括：卷筒，所述卷筒表面缠绕有电缆；吊杆，所述吊杆的顶端设有带助力电机的导轮、张力仪、微动开关；如果是液压驱动绞车，包括：卷筒、液压马达、小型液压站、吊杆，所述吊杆的顶端设有导轮。所述电缆的一端固定于所述卷筒上，另一端为自由端，该自由端从所述卷筒上放出直接穿过所述导轮，以实现收方坠体。

绞车卷筒上缠绕的缆绳，也即拖拽缆，不仅用于连接、拖拽坠体装置，并且用于传输数据信号，实际上也是电缆，可见，拖拽缆既要有良好的机械特性，又要具有可靠的电气特性。

所述电缆20卷绕在绞车29的卷筒上，电缆20一端与后端数据处理系统28耦接，另一端与所述坠体21连接；本实施例中所述电缆20为铠装钢丝同轴电缆或恺芙拉同轴电缆，其中心为铜芯线，最外层为钢丝铠装层或恺芙拉增强纤维。

所述坠体21内部装有多参数综合测量仪和前置综合数据采集单元，所述多参数综合测量仪将测量到各个参数的原始数据发送给前置综合数据采集单元，所述前置综合数据采集单元将所述原始数据压缩、调制后生成远传数据，并将所述远传数据经由所述电缆20发送给后端数据处理系统28。

所述坠体21包括：壳体；所述壳体内形成的空腔；前开口，位于所述壳体的头部；后开口，位于所述壳体的尾部；多参数综合测量仪，位于所述空腔内并且测量传感器朝向所述前开口，前置综合数据采集单元也固定于所述空腔内。其中，所述壳体的表面流线型由头部到尾部逐渐收缩。在坠体装置抛投下坠过程中，所述壳体的头部基本朝向水底，尾部基本朝向水面。也就是说，头部在下坠时处于坠体装置的最前端。

所述后端数据处理系统28用于将所述远传数据解压、解调为原始数据后，发送给所述控制系统。此外，后端数据处理系统28还用于控制系统27的控制命令转发给绞车控制系统等，并汇集系统各种数据发送给控制系统27。

所述控制系统27用于命令绞车29放缆或者收缆，并由所述原始数据获得抛投点的多参数综合水体垂直剖面图。控制系统27例如为主控计算机。

所述控制系统27具有安全模块，所述预置地形模块24用于提供与测量航区对应的海底地形图和航线图，所述控制系统27根据航线图和所述海底地形图设定测量区域、测量密度、测量点位置及抛投深度，并命令绞车依照给定的放缆速度和长度以及即时船速，在最佳位置抛投坠体使其能在测量点到达设定深度。所述海底地形图具有实际海底深度的数据。

本实施例中，所述安全模块用于提供安全离底高度值；则控制系统27根据所述实际海底深度和所述安全离底高度值以及坠体在设定船速下可到达的最大测量深度共同设定测量点抛投深度，使得设定的抛投深度小于实际海底深度与所述安全离底高度值的差值。

本发明另一实施例中，可选的，所述安全模块用于比较所述实际海底深度与坠体实际到达深度，当所述实际海底深度与坠体实际到达深度的差值接近安全离底高度值并达到最小制动距离时，命令绞车制动，使坠体的实际离底高度值不小于安全离底高度值。

本实施例中所述调查系统还包括：便携式GPS装置25，用于获得测量船的经纬度并发送给后端数据处理系统28；所述后端数据处理系统28将所述经纬度转发给控制系统27；所述控制系统27还用于根据各个抛投点的经纬度结合所述原始数据获得连续的多参数综合水体垂直剖面图。

此外，所述便携式GPS装置25还用于获得测量船的实时航速并发送给后端数据处理系统28；所述后端数据处理系统28将所述实时航速转发给控制系统27；所述控制系统27预先设定投放深度，根据所述实时航速计算出到达所述预先设定的投放深度所需的预定缆长并发送给绞车29，绞车29根据预定缆长进行放缆；当所述坠体21的实际到达深度等于预先设定的投放深度时，控制系统27命令绞车制动。

由于绞车29的功率和总缆长限制，测量船不同的航速，坠体21的工作深度是不一样的。低航速时，坠体21的投放深度可以到达较大的深度；而高航速时，水阻力增大以及受到回收功率的限制，坠体21投放深度也相应减小。因此预置不同航速下的相应投放深度值，绞车29控制系统根据便携式GPS装置的船速来修正坠体29的投放深度。

当预置地形模块提供测量船所在位置对应的实际海底深度数据并发送给所述后端数据处理系统28；所述后端数据处理系统28将所述实际海底深度数据发送给所述控制系统27；所述安全模块则用于比较坠体实时到达深度与所述实际海底深度，当实际海底深度与坠体21实时到达深度之差等于预设的安全值，则命令绞车29制动，用来防止坠体撞击海底而损毁。其中，坠体的实时深度值传回船上后从后端数据处理系统28中采集，利用这一实时深度值可以决定绞车停止放缆或停止回收。控制系统27的微处理器把实时海底深度数据和坠体的实时深度数据进行比较，如果前者数据小于后者，或者小于预设的深度安全值，立即启动绞车回收，使坠体提升到安全深度处。

所述绞车29还具有计米器，用于监测实际放缆或收缆的长度并发送给后端数据处理系统28；所述后端数据处理系统28将所述放缆或收缆的长度发送给控制系统27；则所述控制系统27还用于当实际放缆长度等于所述预定缆长时命令绞车29制动。通过控制系统27上的显示器可以读到上述计米器测量的数据，监测其工作是否正常。控制系统27上也设有报警装置：到位报警、超速报警等。控制系统27也会用这一信号控制绞车停车、回收、投放等操作。

绞车吊杆具有微动触点开关，用于坠体回收到预定深度时，突出点触动微动开关，切断电源，绞车停止回收。

上述调查系统中所述多参数综合水体垂直剖面原始数据至少包括：温度、盐度、深度、溶解氧浓度、PH值、浊度营养盐含量、叶绿素含量、BOD、COD、氮磷含量、CO₂含量中的一种或几种的组合。

以下给出一个所述走航式预置地形模式水体垂直剖面调查方法的优选实施例，如图4所示，所述调查方法具体包括以下步骤：

首先进行绞车自检程序：控制系统向绞车发出自检命令，所述绞车根据自检命令进行自检，检测缆长、缆速和缆绳张力等设备参数。

如果设备参数正常，则控制系统要求后端数据处理系统自检，后端数据处理系统启动自检程序：向坠体内多参数综合测量仪和前置综合数据采集单元等设备发送自检命令，坠体内设备通过电缆收到自检命令后，启动数据发送测试信号(包括水深、盐度和温度等多种参数)，如果后端数据处理系统收到的测试信号，表明坠体与后端数据处理系统之间的通讯正常。

然后，后端数据处理系统要求便携式GPS装置发送船舶经纬度和航速等测试信号，如果后端数据处理系统收到测试信号，表明便携式GPS装置与后端数据处理系统之间的通讯正常。接着，后端数据处理系统要求预置地形模块发送坠体深度的测试信号，如果后端数据处理系统收到测试信号，表明预置地形模块与后端数据处理系统之间的通讯正常。最后，后端数据处理系统汇集上述所有的测试信号后发送给控制系统，如果控制系统收到的测试信号正常，则自检过程结束。

接下来开始正式多参数综合水体垂直剖面的测量。根据要获得数据的海域范围预先设定多个连续的抛投点；控制系统根据预置海底地形图中的实际海底深度设定投放深度，所述投放深度小于实际海底深度，并根据当前的航速计算出坠体到达所述投放深度所需的缆长，其中，所述投放缆长小于电缆的实际总长度。设定完毕之后，控制系统命令绞车启动投放。

绞车根据控制系统的命令执行投放程序，并实时监测缆速和放缆长度，电缆以自由下落方式将坠体向水下投放。坠体中的多参数综合测量仪测量海水的各种参数并将原始数据发送给前置综合数据采集单元，而前置综合数据采集单元将原始数据压缩调制后形成远传数据向甲板发送，与坠体连接的电缆将上述远传数据传输到后端数据处理系统。

后端数据处理系统将远传数据解压、解调后还原为原始数据，同时，便携式GPS装置发送实时的经纬度、航速数据到后端数据处理系统，预置地形模块发送实时海底深度到后端数据处理系统，控制系统记录上述收到的各种数据实时绘出多参数垂直剖面图。

控制系统比较实际海底深度、到达深度和设定深度，并比较实时缆长和设定缆长；当坠体实际到达深度等于设定抛投深度，或，实际缆长到达设定缆长时，则控制系统命令绞车制动，停止放缆。绞车立即执行制动程序。绞车完全制动后，作用在缆绳上的水阻力向上分力会将坠体拖升至某一深度附近。

控制系统监视坠体的实际深度是基本否稳定在某一深度位置，并比较缆绳实时拉力是否小于绞车最大牵引力。当坠体实际深度基本稳定并且实时缆绳拉力小于绞车最大牵引力时，控制系统命令绞车开始回收坠体。绞车立即执行回收程序，将坠体拖至预设的近水面位置，至此，完成一次水体垂直剖面测量。

然后，在测量船舶的航行过程中，按设定的投放周期或按电子海图上预先设定抛投点启动下轮测量。控制系统根据每次抛投点的经纬度数据将每次获得的垂直剖面图合成为实时的连续垂直剖面图，从而得到所测量海域的多参数综合水体垂直剖面图。

在实际垂直剖面调查过程中，测量点、即时船速、坠体抛投点、投放缆速和抛投深度等因素及它们之间相互关系，对测量结果的可靠性和准确性都有影响，以上实施例综合引入上述多种因素，以使垂直剖面测量获得较高的可靠性和准确性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。需要说明的是，本发明提供走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统和方法，不限于CTD测量，还可在各种水体水文垂直剖面调查行为中用于投放或回收探测坠体而得到多种类型数据，例如物理水体学中CTD、溶解氧、PH、浊度等参数，水体生物学中营养盐、叶绿素等参数，水体环境保护领域中生物耗氧量(BOD)、COD、氮磷含量等参数，水体化学中氨氮、CO₂等含量参数，因此具有广阔的应用范围。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种走航式预置地形模式水体垂直剖面调查系统，设置于测量船，其特征在于，所述调查系统包括：坠体、绞车、电缆、预置地形模块、控制系统和后端数据处理系统，其中，

所述绞车固定于甲板上，用于放缆或者收缆以释放或者回收所述坠体；

所述电缆卷绕在绞车的卷筒上，电缆一端与后端数据处理系统耦接，另一端与所述坠体连接；

所述预置地形模块，用于提供与测量航区对应的海底地形图和航线图；所述海底地形图具有实际海底深度的数据；

所述控制系统根据航线图和所述海底地形图设定测量区域、测量密度、测量点位置及抛投深度，并命令绞车依照给定的放缆速度和长度以及即时船速，在最佳位置抛投坠体使其能在测量点到达设定深度。

2.根据权利要求1所述的调查系统，其特征在于，所述控制系统还具有安全模块，用于提供安全离底高度值；则控制系统根据所述实际海底深度和所述安全离底高度值以及坠体在设定船速下可到达的最大测量深度共同设定测量点抛投深度，使得设定的抛投深度小于实际海底深度与所述安全离底高度值的差值。

3.根据权利要求1所述的调查系统，其特征在于，所述控制系统还具有安全模块，用于比较所述实际海底深度与坠体实际到达深度，当所述实际海底深度与坠体实际到达深度的差值接近安全离底高度值并达到最小制动距离时，命令绞车制动，使坠体的实际离底高度值不小于安全离底高度值。

4.根据权利要求1所述的调查系统，其特征在于，所述坠体内部装有多参数综合测量仪和前置综合数据采集单元，所述多参数综合测量仪将测量到各个参数的原始数据发送给前置综合数据采集单元，所述前置综合数据采集单元将所述原始数据压缩、调制后生成远传数据，并将所述远传数据经由所述电缆发送给后端数据处理系统；所述后端数据处理系统将所述远传数据解压、解调为原始数据后，发送给所述控制系统；所述控制系统命令绞车放缆或者收缆，并由所述原始数据获得抛投点的多参数综合水体垂直剖面图。

5.一种走航式预置地形模式水体垂直剖面调查方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供航线图和预置海底地形图；所述海底地形图具有实际海底深度的数据；

根据所述航线图和所述预置海底地形图，确定测量区域、测量密度、测量点位置以及抛投深度；

命令绞车依照给定的放缆速度和长度以及即时船速，在最佳位置抛投坠体使其能在测量点到达设定深度。

6.根据权利要求5所述的调查方法，其特征在于，根据所述预置海底地形图设定抛投深度具体包括：

提供安全离底高度值；

根据所述实际海底深度和所述安全离底高度值以及坠体在设定船速下可到达的最大测量深度共同设定测量点抛投深度，使得设定的抛投深度小于实际海底深度与所述安全离底高度值的差值。

7.根据权利要求5所述的调查方法，其特征在于，所述坠体下坠过程中还包括：比较所述实际海底深度与坠体实际到达深度，当所述实际海底深度与坠体实际到达深度的差值接近安全离底高度值并达到最小制动距离时，命令绞车制动，使坠体的实际离底高度值不小于安全离底高度值。

8.根据权利要求5所述的调查方法，其特征在于，还包括以下步骤：

坠体将测量到各个参数的原始数据压缩、调制后生成远传数据，并将所述远传数据经由电缆发回测量船，然后将所述远传数据解压、解调后，获得多参数综合水体垂直剖面图。

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