CN106956758A - 基于海底大地控制网的多传感器深海方舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海底平台，尤其是一种基于海底大地控制网的多传感器深海方舱。包括深海方舱主体、声学换能器、海底观测装置和浮球，深海方舱主体包括顶部支架和基座，顶部支架位于基座的上方，且顶部支架与基座固定连接；所述顶部支架的上方安装有声学换能器，声学换能器与顶部支架固定连接；所述海底观测装置和浮球均固定在基座上，浮球位于海底观测装置的外侧，浮球在基座上呈对称设置；所述基座的底部固定有数个坐底支脚，坐底支脚的顶部与基座的底面固定连接，坐底支脚的底部为上大下小的圆锥面，在圆锥面上加工有坐底缓冲孔。其结构简单，使用方便，制造和使用成本低，便于布放，布放位置准确，并且能够实现系统的整体稳定可靠运行。

Description

基于海底大地控制网的多传感器深海方舱

技术领域

本发明涉及海底平台，尤其是一种基于海底大地控制网的多传感器深海方舱。

背景技术

我国十八大报告已明确提出建设以提高海洋资源开发能力、发展海洋经济、保护海洋生态环境、坚决维护国家海洋权益为核心的海洋强国战略；《中国海洋发展报告(2013)》指出：“未来20年，中国大洋工作将立足资源，超越资源，以拓展国家战略发展空间，增加国家战略资源储备，推动深海科技达到世界领先水准，确立中国在大洋事务中的强国地位为战略目标”。然而，可见的是这一战略在实施中遇到了内在技术、外在环境的严峻挑战，即资源、事件、目标等信息发生的准确位置的快速乃至实时获取的能力不足的挑战，水下控制网成为解决这一困境的最直接和有效的手段，而水下参考框架点建设与维护是构建水下控制网的基础和参考。

上世纪80年代，美国Scripps海洋研究所提出海底大地控制网建设构想，因网络系统研发和建设费用高、技术难度大，目前仅日本、韩国和美国等少数国家有能力开展海底控制网的布设、施测和应用研究工作。日本和韩国布设海底控制网主要用于沿岸地震的监测，多布设在地震断裂带附近水域。在布网方案方面，日本采用了陆地大地测量的布网原则，即首先布设I等控制网点，在此基础上加密形成II等和III等控制网，但在如何适应海底环境、声学测距特点和满足定位精度要求的网点选址、网络结构和形状设计等方面国际上少有文献；在海底大地控制网的建设方面，世界各国多采用GNSS与声学定位技术相结合的控制网测量方法，其中日本采用了海面平台+GNSS+SBL+海底Beacon+海底电缆综合观测技术，韩国采用了GNSS与水声定位(LBL+SBL)相结合的测量技术，美国的海底网络因只用于水下导航和监测，海底控制网测量采用了GNSS定位技术，以上定位技术对于解决单个控制网点的建设是有效的，但对于区域控制网建设则显得费时费力，不利于海底控制网的长期运行和维护。

水下方舱是陆地方舱的拓展，是海底观测平台的技术形式之一。随着海洋科学研究、海洋环境保护、海洋灾害预防应急、海洋权益维护等领域的快速发展，对海洋环境观测和调查技术的要求越来越高。相比于地面/海面观测平台和空间观测平台，海底观测平台更便于探测海洋环境系统的物理、化学、生物和地质过程。与传统观测方式相比，海底观测平台具有原位、长期连续、不受海况和天气影响、数据质量高、可多要素同步观测的技术优势。

20世纪末以来，世界各国纷纷开始进行海底观测网的建设，例如美国的长期生态系统观测计划LEO-15、日本的ARENA和DONET系统等。我国海底观测平台系统研究起步较晚，2000年后我国开始尝试在局部海域构建海底观测网络，如“上海海洋环境立体观测和信息服务示范系统”和福建省“台湾海峡及毗邻海域海洋环境实时立体观测系统”等，近几年我国已将海底基观测技术列为《国家“十二五”海洋科学和技术发展规划》，《全国海洋观测网规划(2012-2020)》和《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》。海底观测平台的设计研制是一个系统工程，研究适应于不同海域环境和作业条件的装备，加强装备供电通信保障功能，拓展装备监测功能，提高装备应用的稳定性和可靠性并形成高效的系统布放回收作业模式，是我国水下定位装备结构设计和调查应用的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种基于海底大地控制网的多传感器深海方舱，其结构简单，使用方便，制造和使用成本低，便于布放，布放位置准确，并且能够实现系统的整体稳定可靠运行。

本发明的技术方案是：一种基于海底大地控制网的多传感器深海方舱，其中，包括深海方舱主体、声学换能器、海底观测装置和浮球，深海方舱主体包括顶部支架和基座，顶部支架位于基座的上方，且顶部支架与基座固定连接；

所述顶部支架的上方安装有声学换能器，声学换能器与顶部支架固定连接；

所述海底观测装置和浮球均固定在基座上，浮球位于海底观测装置的外侧，浮球在基座上呈对称设置；

所述基座的底部固定有数个坐底支脚，坐底支脚沿基座底部表面间隔设置，坐底支脚的顶部与基座的底面固定连接，坐底支脚的底部为上大下小的圆锥面，在圆锥面上加工有坐底缓冲孔。

本发明中，所述海底观测装置包括地震仪和传感器组，地震仪和传感器组安装在基座3的中心位置，浮球位于地震仪和传感器组的外侧。

所述顶部支架与基座均为下大上小的锥形结构，顶部支架和基座均由数根钢管焊接而成。顶部支架与基座采用桁架式结构，可保证方舱在向海底下降过程中，最大程度上减小海水的浮力，保证方舱的下降速度以及稳定性。

本发明的有益效果：该深海方舱结构简单，使用方便灵活，制造和使用成本低，便于布放，布放位置准确，并且能够实现系统的整体稳定可靠运行。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图中：1顶部支架；2声学换能器；3基座；4传感器组；5浮球；6坐底支脚；7坐底缓冲孔；8地震仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的基于海底大地控制网的多传感器深海方舱，包括深海方舱主体、声学换能器2、海底观测装置和浮球5，深海方舱主体为分体式结构，包括顶部支架1和基座3，顶部支架1位于基座3的上方，且顶部支架1与基座3之间通过螺纹连接方式固定连接。分体式结构有利于海底观测装置和浮球5在基座3上的安装及布放，并且为以后增加搭载装置提供了可能。顶部支架1与基座3均为下大上小的锥形结构，使方舱整体重心靠下，有利于方舱以及搭载的实验仪器在海底的稳定性。

顶部支架1和基座3采用桁架式结构，顶部支架1和基座3均由四根钢管焊接而成，保证了深海方舱在向海底下降过程中，最大程度上减小海水对方舱的冲击力与浮力，保证方舱的下降速度以及稳定性，并且保证方舱在海底坐底的位置精度，同时桁架式结构也为方舱搭载的海底观测装置的后期维护提供了可能。

基座3的底部固定有多个坐底支脚6，坐底支脚6沿基座3底部表面的棱边方向间隔设置，实现对海底的不平整度有较高的适应度，不会因为海底的凸起造成方舱的倾斜。坐底支脚6的顶部与基座3的底面固定连接，坐底支脚6的底部为上大下小的圆锥面，并且在圆锥面上加工有坐底缓冲孔7，使坐底支脚可以较为容易地进入海底的淤泥地质，保证深海方舱在海底的稳定性。顶部支架1的上方安装有声学换能器2，声学换能器2与顶部支架1固定连接，其作用是在最大程度上减少方舱结构以及实验仪器对声学信号的干扰。

海底观测装置包括地震仪8和传感器组4。地震仪8和传感器组4安装在基座3的中心位置。浮球5安装基座3上，且位于地震仪8和传感器组4的外侧。浮球5在基座3上呈对称均匀分布，可减少方舱在海水中的重量，当海底为淤泥地质时，方舱不会在自重力的作用下将坐底支脚6全部陷于淤泥海底中，从而使地震仪8和传感器组4全部位于海底大地之上，保证地震仪8和传感器组4的工作性能以及准确性。

本发明中，海底观测装置还可以根据需求搭载其他相应的测量设备和保障设备，如流速剖面仪、数字水听器阵列、重力仪、磁力仪、海洋生物监测设备等，从而将深海方舱成为一个综合性的海底测量平台。

本发明所述的使用方法如下所述：首先，将地震仪8、传感器组4、浮球5安装于基座3上；将顶部支架1与基座3安装在一起。然后，将声学换能器2安装于顶部支架1上，最后使用水面吊装设备吊住顶部支架1上的吊环，将方舱缓缓放置于海底。

Claims (3)

1.一种基于海底大地控制网的多传感器深海方舱，其特征在于：包括深海方舱主体、声学换能器(2)、海底观测装置和浮球(5)，深海方舱主体包括顶部支架(1)和基座(3)，顶部支架(1)位于基座(3)的上方，且顶部支架(1)与基座(3)固定连接；

所述顶部支架(1)的上方安装有声学换能器(2)，声学换能器(2)与顶部支架(1)固定连接；

所述海底观测装置和浮球(5)均固定在基座(3)上，浮球位于海底观测装置的外侧，浮球在基座(3)上呈对称设置；

所述基座(3)的底部固定有数个坐底支脚(6)，坐底支脚(6)沿基座(3)底部表面间隔设置，坐底支脚(6)的顶部与基座(3)的底面固定连接，坐底支脚(6)的底部为上大下小的圆锥面，在圆锥面上加工有坐底缓冲孔(7)。

2.根据权利要求1所述的基于海底大地控制网的多传感器深海方舱，其特征在于：所述海底观测装置包括地震仪(8)和传感器组(4)，地震仪(8)和传感器组(4)安装在基座(3)的中心位置，浮球(5)位于地震仪(8)和传感器组(4)的外侧。

3.根据权利要求1所述的基于海底大地控制网的多传感器深海方舱，其特征在于：所述顶部支架(1)与基座(3)均为下大上小的锥形结构，顶部支架(1)和基座(3)均由数根钢管焊接而成。