CN105691556B - 海洋环境噪声源记录浮标 - Google Patents

Abstract

海洋环境噪声源记录浮标，涉及海洋监测。设有气象六要素测量单元、气象六要素记录单元、船舶信息接收天线、AIS记录单元、电源、浮标单元和自伸缩缆绳；气象六要素测量单元和船舶信息接收天线位于浮标单元的支撑管顶端并连接气象六要素记录单元和AIS记录单元，气象六要素记录单元和AIS记录单元位于水下电子舱内，自伸缩缆绳连接水下电子舱和水下锚系装置；船舶信息接收天线固定于浮标单元的支撑管顶端，气象六要素测量单元放置在接收天线上方；支撑管内的电缆连接至气象六要素记录单元和AIS记录单元，气象六要素记录单元和AIS记录单元被固定于支架上，水下电子舱内的支架固定于水下电子舱的底部。

Description

海洋环境噪声源记录浮标

技术领域

本发明涉及海洋监测，尤其是涉及一种适用于全天候、全海况下低功耗的海洋环境噪声源记录浮标。

背景技术

在海洋环境中,声波是信息传递的主要方式。海洋环境噪声不仅是水声信道中的干扰背景场,任何声纳系统的性能都要受海洋环境噪声的限制，而且可以把水听器接收到的噪声看作是有用的信号,它包含了关于海面状况、船舶分布、海底地慢的构造过程、海洋动物的行为等多方面的大量信息，由噪声数据可以反演出海水、海底的各种信息。研究表明，频率在50Hz到500Hz十倍频程范围的远处航船是主要的噪声源，在几百赫兹以上频率，海洋环境噪声级与海况有直接的关系，与测量水听器所在地的风速直接相关。因此，海面噪声源的采集对于海洋环境噪声的监测、建模和验证研究是十分必要的。

在近、远海进行海面噪声源数据采集方面，目前对于海面气象(包括风、降雨)来说有两种常用方法：现场实测和卫星反演产品。现场实测常利用船载设备，该方法的缺点一是船只本身为噪声源，二是费用高且耗时耗力，三是易受恶劣天气和海况的影响对记录海洋环境噪声的潜标并不适合；卫星反演产品具有覆盖面广、免费获取的优势，但存在时间、空间分辨率较低的缺点，而且反演产品精度会受到大气和海况影响。由于岸基AIS(AutomaticIdentification System)系统的覆盖范围有限，仅限于近海岸20～30海里之内，目前对于近、远海海面船只的监测常用采集方法也有两种：船载AIS实测和AIS卫星数据。船载AIS实测的缺点同上，AIS卫星数据虽然费用低、覆盖面广，但存在时隙冲突问题，使得船舶检测概率降低，这是由SOTDMA协议本身缺陷造成的，即使通过增加卫星个数的方式仍然无法有效解决该问题，还使得监测成本费用增加许多。

现有的海面气象浮标系统功能丰富，但构造及体积庞大，使得不仅回收、布放困难，且耗电和维修成本高。市场上现有的AIS接收设备，也仅面向岸基和船载系统，不仅内嵌有其它不必要功能和器件(如显示屏、解码、导航等)，而且功耗较大、存储容量小，而海洋浮标的供电能力又十分有限，在耗电量和存储容量上都使得现有设备无法满足长时间船舶监测需求，并且无法在近、远海恶劣海况下正常工作。

中国专利CN104908890A公开一种海洋环境噪声剖面数据实时分析传输漂流浮标系统，由剖面漂流浮标和远程控制接收机组成，海中的剖面漂流浮标和岸上的远程控制接收机通过北斗卫星进行通讯。剖面漂流浮标圆柱型壳体底端外的导流保护罩内设置油囊和水听器。浮标壳体内的液压泵从油囊抽取或向其液压泵从油囊抽取或向其注入液压油，改变剖面漂流浮标的浮力并使其下潜、悬浮和上浮。水听器将海洋环境噪声信号转换成电信号，噪声频谱分析模块采集这些电信号并实时分析，远程控制接收机接收并存储剖面漂流浮标发送的海洋环境噪声数据和CTD数据，实现从海面到2000米深度的海洋环境噪声数据的剖面测量、频谱实时分析和远距离传输。

发明内容

本发明的目的在于提供能适用于全天候、全海况海洋环境噪声源数据记录，不仅能用于海洋环境噪声的同步监测和建模，也可用于海洋环境卫星和AIS卫星数据验证的海洋环境噪声源记录浮标。

本发明设有气象六要素测量单元、气象六要素记录单元、船舶信息接收天线、AIS记录单元、电源、浮标单元和自伸缩缆绳；

所述浮标单元设有支撑管、浮体和水下电子舱，水下电子舱与支撑管连成一体；气象六要素测量单元和船舶信息接收天线位于浮标单元的支撑管顶端，气象六要素测量单元和船舶信息接收天线通过电缆连接相应的气象六要素记录单元和AIS记录单元，气象六要素记录单元和AIS记录单元位于水下电子舱内，由设于水下电子舱内的电源供电，自伸缩缆绳连接水下电子舱和水下锚系装置；船舶信息接收天线固定于浮标单元的支撑管顶端，气象六要素测量单元通过支架放置在船舶信息接收天线上方；

支撑管内的电缆连接至气象六要素记录单元和AIS记录单元，气象六要素记录单元和AIS记录单元被固定于支架上，电源为气象六要素记录单元和AIS记录单元提供电力支持，被固定于支架内。水下电子舱内的支架固定于水下电子舱的底部，各部分以不锈钢螺丝相互连接，方便拆卸和固定；水下电子舱内部各器件在工作状态时均为固定状态，防止海浪冲击导致各器件滚动。

所述气象六要素测量单元与船舶信息接收天线的垂直间隔可为50cm，这样气象六要素(海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向)和AIS信息在接收上互不影响。

所述气象六要素测量单元用于测量海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向，置于浮标顶端，为海上专用气象站，耐腐蚀和海浪冲击，防水等级IPX8。

所述气象六要素记录单元用于实时记录气象六要素测量单元传输的数据，置于浮标的水下电子舱内，与所述气象六要素测量单元用电缆连接以传输测量数据。

所述船舶信息接收天线，采用双通道、高灵敏度、A类AIS的甚高频VHF天线，船舶信息接收天线用于接收周围船舶的AIS信息，置于浮标顶端，为海上专用天线，耐腐蚀和海浪冲击，防水等级IPX8。

所述AIS记录单元用于实时记录AIS信息，AIS记录单元置于浮标的水下电子舱内，与所述船舶信息接收天线以电缆连接以传输AIS信息。

所述电源为所述气象六要素测量单元和记录单元、船舶信息接收天线、AIS记录单元供电，置于浮标的水下电子舱内，分别与所述气象六要素测量单元和记录单元、AIS接收和记录单元连接以进行供电；所述电源可采用锂电池。

所述浮标单元为气象六要素测量单元和记录单元、船舶信息接收天线、AIS接收和记录单元、电源的母体水密设备，自上而下分为支撑管、浮体和水下电子舱，支撑管和水下电子舱均为钛合金材料，浮体为硬聚氨脂泡沫材料，浮标单元均为柱形设计，以减缓海浪冲击阻力。在浮标单元与水下固定装置(水下锚系装置)之间可设有释放器。

所述自伸缩缆绳用于连接浮标单元、释放器及其水下固定装置，该固定装置为潜标，所述自伸缩缆绳置于浮标下方，体型轻细,但拥有2.5倍弹力和18吨高强度拉力可自动伸缩缆绳，为海洋浮/潜标专用弹性缆绳。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)可以全天候、全海况下使用。自伸缩缆绳提供了足够强度的拉力和弹力，可以抵御台风等恶劣海况带来的冲击，这是现有浮标和船载设备所不能提供的，并且该缆绳十分精致轻巧，便于布放回收。

2)面向海洋环境噪声源数据采集的集成式浮标。目前还没有面向海洋环境噪声源的浮标装置，本发明提供的集成式浮标同时采集海面气象和海面船只引起的海洋环境噪声，具有比现有技术手段获取数据精确、噪声测量期间全时空覆盖的优点，并且所采集数据不仅能用于海洋环境噪声的同步监测和建模，也可用于海洋环境卫星和AIS卫星的精度评估和验证。

3)本发明浮标结构简单轻巧、成本低廉，并且所用设备均为接收装置，所用材料可重复循环利用，对周围电磁场和环境无污染干扰。

附图说明

图1是本发明实施例的总体结构示意图。

图2是本发明实施例浮标单元结构组成示意图。

图3是本发明实施例在海洋中的工作状态示意图。

图4是本发明实施例的电路工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见图1～4，本发明实施例设有气象六要素测量单元1、气象六要素记录单元5、船舶信息接收天线2、AIS记录单元6、电源8、浮标单元3和自伸缩缆绳4；所述浮标单元3设有支撑管31、浮体32和水下电子舱33，水下电子舱33与支撑管31连成一体；气象六要素测量单元1和船舶信息接收天线2位于浮标单元3的支撑管31顶端，气象六要素测量单元1和船舶信息接收天线2通过电缆连接相应的气象六要素记录单元5和AIS记录单元6，气象六要素记录单元5和AIS记录单元6位于水下电子舱33内，由设于水下电子舱33内的电源8供电，自伸缩缆绳4连接水下电子舱33和水下锚系装置10；船舶信息接收天线2固定于浮标单元3的支撑管31顶端，气象六要素测量单元1通过支架放置在船舶信息接收天线2上方。

支撑管31内的电缆311连接至气象六要素记录单元5和AIS记录单元6，气象六要素记录单元5和AIS记录单元6被固定于支架7上，电源5为气象六要素记录单元5和AIS记录单元6提供电力支持，被固定于支架7内。水下电子舱33内的支架7固定于水下电子舱33的底部，各部分以不锈钢螺丝相互连接，方便拆卸和固定；水下电子舱33内部各器件在工作状态时均为固定状态，防止海浪冲击导致各器件滚动。

所述气象六要素测量单元1与船舶信息接收天线2的垂直间隔可为50cm，这样气象六要素(海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向)和AIS信息在接收上互不影响。

所述气象六要素测量单元用于测量海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向，置于浮标顶端，为海上专用气象站，耐腐蚀和海浪冲击，防水等级IPX8。

所述气象六要素记录单元用于实时记录气象六要素测量单元传输的数据，置于浮标的水下电子舱内，与所述气象六要素测量单元用电缆连接以传输测量数据。

所述船舶信息接收天线，采用双通道、高灵敏度、A类AIS的甚高频VHF天线，船舶信息接收天线用于接收周围船舶的AIS信息，置于浮标顶端，为海上专用天线，耐腐蚀和海浪冲击，防水等级IPX8。

所述AIS记录单元用于实时记录AIS信息，AIS记录单元置于浮标的水下电子舱内，与所述船舶信息接收天线以电缆连接以传输AIS信息。

所述电源为所述气象六要素测量单元和记录单元、船舶信息接收天线、AIS记录单元供电，置于浮标的水下电子舱内，分别与所述气象六要素测量单元和记录单元、AIS接收和记录单元连接以进行供电；所述电源可采用锂电池。

所述浮标单元为气象六要素测量单元和记录单元、船舶信息接收天线、AIS接收和记录单元、电源的母体水密设备，自上而下分为支撑管、浮体和水下电子舱，支撑管和水下电子舱均为钛合金材料，浮体为硬聚氨脂泡沫材料，浮标单元均为柱形设计，以减缓海浪冲击阻力。在浮标单元与水下固定装置(水下锚系装置)之间可设有释放器9。

所述自伸缩缆绳用于连接浮标单元、释放器及其水下固定装置，该固定装置为潜标，所述自伸缩缆绳置于浮标下方，体型轻细,但拥有2.5倍弹力和18吨高强度拉力可自动伸缩缆绳，为海洋浮/潜标专用弹性缆绳。

本实施例中，浮标单元的水下电子舱组成如图2所示，水下电子舱33与支撑管31连成一体，支撑管31内电缆21连接至气象六要素记录单元5和AIS记录单元6，气象六要素记录单元5和AIS记录单元6被固定于支架7上，电源5为气象六要素记录单元5和AIS记录单元6提供电力支持，被固定于支架7内。水下电子舱33内的支架7固定于水下电子舱33的底部，各部分以不锈钢螺丝相互连接，方便拆卸和固定。水下电子舱内部各器件在工作状态时均为固定状态，防止海浪冲击导致各器件滚动。

本实施例中，海洋环境噪声源数据记录浮标在海洋中的工作状如图3所示，浮标单元通过自伸缩缆绳4连接到释放器9和水下锚系装置10上。自伸缩缆绳4提供2.5倍伸缩比和18吨承受力，在恶劣海况下，浮标会受到海浪侵袭，以及风和海流的冲刷，浮标的拉力增加，此时自伸缩缆绳将随冲刷强度而逐渐拉伸保证浮标不会被淹没和拉断，在风浪流减弱时，又能逐渐恢复原位，使得浮标能够在全天候、全海况下保持正常工作状态，可以获得各种海况条件下的宝贵的海洋环境噪声源数据。

气象六要素测量单元1所测海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向，以及船舶信息接收天线2接收的A、B类信息，分别通过电缆传输至气象六要素记录单元5和AIS记录单元6，气象六要素记录单元5和AIS记录单元6实时存储所接收数据至高容量SD卡，电源8连接至气象六要素记录单元5和AIS记录单元6为整个电路提供电力支持。

在通电状态下，浮标电子舱内的记录单元实时记录来自浮标顶部的气象六要素测量单元和AIS天线获取的数据信息，自伸缩缆绳连接浮标单元和水下锚系装置。

综上，本实施例海洋环境噪声源数据记录浮标，功耗低、结构简单结实、成本低廉及体积轻巧，布放回收方便，可以全天候、全海况下使用。本实施例集成设备所测量的气象六要素和AIS数据，不仅能用于海洋环境噪声的同步监测和建模，也可用于海洋环境卫星和AIS卫星的数据验证。

Claims (9)

1.海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于设有气象六要素测量单元、气象六要素记录单元、船舶信息接收天线、AIS记录单元、电源、浮标单元和自伸缩缆绳；

所述浮标单元设有支撑管、浮体和水下电子舱，水下电子舱与支撑管连成一体；气象六要素测量单元和船舶信息接收天线位于浮标单元的支撑管顶端，气象六要素测量单元和船舶信息接收天线通过电缆连接相应的气象六要素记录单元和AIS记录单元，气象六要素记录单元和AIS记录单元位于水下电子舱内，由设于水下电子舱内的电源供电，自伸缩缆绳连接水下电子舱和水下锚系装置；船舶信息接收天线固定于浮标单元的支撑管顶端，气象六要素测量单元通过第一支架放置在船舶信息接收天线上方；

支撑管内的电缆连接至气象六要素记录单元和AIS记录单元，气象六要素记录单元和AIS记录单元被固定于第二支架上，电源为气象六要素记录单元和AIS记录单元提供电力支持，电源固定于第二支架内；水下电子舱内的第二支架固定于水下电子舱的底部；所述气象六要素为海面气压、湿度、温度、降雨、风速和风向。

2.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于所述气象六要素测量单元与船舶信息接收天线的垂直间隔为50cm。

3.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于所述气象六要素记录单元用于实时记录气象六要素测量单元传输的数据，置于水下电子舱内，与所述气象六要素测量单元用电缆连接以传输测量数据。

4.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于所述船舶信息接收天线，采用双通道、高灵敏度、A类AIS的甚高频VHF天线，船舶信息接收天线用于接收周围船舶的AIS信息。

5.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于所述AIS记录单元用于实时记录AIS信息，AIS记录单元置于水下电子舱内，与所述船舶信息接收天线以电缆连接以传输AIS信息。

6.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于所述电源为所述气象六要素测量单元和记录单元、船舶信息接收天线、AIS记录单元供电，置于水下电子舱内，分别与所述气象六要素测量单元和记录单元、船舶信息接收天线和AIS记录单元连接。

7.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于所述电源采用锂电池。

8.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于浮标单元与水下锚系装置之间设有释放器。

9.如权利要求1所述海洋环境噪声源记录浮标，其特征在于所述自伸缩缆绳用于连接浮标单元、释放器及其水下锚系装置。