CN108347585A - 一种近岸海底生境观测用水下拖曳系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种近岸海底生境观测用水下拖曳系统，包括母船和水下拖曳装置，水下拖曳装置上安装有水下高清摄像机，水下LED灯源、水下直流电源、甲烷传感器、溶解氧传感器、二氧化碳传感器和颗粒粒度仪等,水下拖曳装置包括拖体框架、尾翼板和拖曳板组成，尾翼板对称设置在上层框架的两侧，且在两个尾翼板之间设置有连接板，以增加连接强度，通过尾翼板增加拖曳时的稳定性，保证视频成像的效果，拖曳板设置在上层框架前方中间位置，且在拖曳板上设置有多个调节孔，拖曳板通过铠装缆与母船相连，将拖曳板设计成拖曳点位置可调的形式以适应不同的工况,通过母船行进进行拖曳作业。本发明方案搭载高清摄像机及各种传感器，可一次性监测多个物理量，实现对各种近岸环境因素的全方位观测。
Description
技术领域
本发明属于海洋探测装置应用技术领域,具体涉及一种近岸海底生境观测用水下拖曳系统。
背景技术
随着沿海经济的发展，海岸带和近海海洋开发强度也与日剧增，海洋环境和海洋生态压力不断加大，海底生境是海洋底栖和近底栖生物生活的空间环境，与海洋生态环境和海洋渔业资源的关系密切。近年来海底生境问题逐渐引起国际生态、环境、渔业领域的关注，我国近年来也逐渐将生境的概念纳入海洋工作。海底的地质、地貌、水环境质量是海洋生境重要环境要素，近岸浅水区(水深<100m)的海底调查技术方法长期以来受到近岸水深、船载声学和光学仪器设备手段不足等原因的影响难以取得突破，近年来快速发展的无人船等手段受近岸复杂的海洋交通环境复杂、波浪大、水体浊度高等问题很难在海底生境调查领域应用，比如，目前常采用多波束、单波束调查或者是侧扫声呐等方式，其作业效果及效率欠佳，不利于实际观测，亟待提出一种对近岸海底生境进行有效、全面观测的方案。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种近岸海底生境观测用水下拖曳系统，拖曳平台采用框架式结构设计，内装各型传感器及高清视频成像系统，通过母船行进进行拖曳作业，可以一次性探测海洋地质、海洋水文、海洋化学、海洋生物等多种海底生境参数，实现全方位监测近岸海底生境因素的目的。
本发明是采用以下的技术方岸实现的：一种近岸海底生境观测用水下拖曳系统，包括母船和水下拖曳装置，水下拖曳装置包括拖体框架、尾翼板和拖曳板，拖体框架上安装有水下高清摄像机，水下LED灯源、水下直流电源、甲烷传感器、溶解氧传感器、二氧化碳传感器和颗粒粒度仪,可一次性监测多个物理量，实现对各种近岸环境因素的全方位观测；拖体框架包括上层框架和下层框架，尾翼板对称设置在上层框架的两侧，且在两个尾翼板之间设置有连接板，以增加连接强度，通过尾翼板增加拖曳时的稳定性，保证视频成像的效果，拖曳板设置在上层框架前方中间位置，且在拖曳板上设置有多个调节孔，拖曳板通过铠装缆与母船相连，将拖曳板设计成拖曳点位置可调的形式以适应不同的工况,通过母船行进进行拖曳作业，母船上设置有信号接收设备，以实时接收水下拖曳装置发送监测数据，工作时拖曳装置距离近岸海床高度约1m-2m，特殊情况下也可直接落于海床上工作。
进一步的，所述下层框架整体呈长方体形，其前方为圆弧形，下层框架上设置有多个横向安装板和纵向安装板，水下直流电源和颗粒粒度仪安装在横向安装板上，溶解氧传感器、二氧化碳传感器和甲烷传感器安装在纵向安装板上，安装位置设计使水下拖曳装置的平衡性好。
进一步的，所述上层框架整体呈四棱台状，水下高清摄像机和水下LED灯源通过卡箍安装在上层框架的顶部，且水下高清摄像机和水下LED灯源的角度可调，通过对框架的结构设计，整个水下拖曳装置的平衡性及稳定性较好，上层框架也能够对其内部的设备起到保护作用。
进一步的，所述尾翼板与拖体框架通过卡槽螺栓连接，尾翼板的角度可调，且连接板采用可伸缩结构，尾翼板的角度可调，以进一步适应不同的水流及作业状态，增强稳定性。
进一步的，所述拖体框架采用金属材质焊接而成，且在拖体框架的表面涂有防腐涂料层，结构强度高，且在水下工作时可防止化学元素的腐蚀。
进一步的，所述拖曳板为折线形结构，包括呈锐角设置的横板和斜板，调节孔均匀设置在横板上，根据具体的拖曳状态，可使阻力矩和重力矩平衡为最佳。
进一步的，所述尾翼板采用玻璃钢材质，性能稳定，结构强度高、耐腐蚀。
进一步的，所述水下高清摄像机采用高清自容式相机，可远程控制相机缩放倍数,记录状态以及光照强度等,便于系统现场控制和参数更改，可有效提高工作效率。
进一步的，所述铠装缆与水下拖曳装置的连接处采用分支承力接头连接，即在电缆拖曳点连接处采用硫化金属分支接头的方式，使硫化后的金属分支接头与拖曳板相连来承力，电缆接头处则不承力，保证拖缆的强度。
进一步的，所述信号接收设备端还设置有视频增强器，通过视频增强器和具有一定抗拉强度的电缆配合，有效延长标清视频信号的传输距离，便于工作现场的实时监控和调整。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提出的水下拖曳系统，采用水下拖曳装置搭载高清摄像机和各种传感器的方式，并通过母船对水下拖曳装置的拖曳，实现全方位的观测近岸海洋环境因素，可一次性监测多个物理量，且采用高清自容式相机拍摄和记录高清图片，通过同轴电缆实现观测视频的实时传输；水下拖曳装置采用框架式拖曳平台结构，可以搭载各种探测设备而不受安装空间的限制，且拖体框架的结构及观测设备的安装部位经特殊设计，并结合尾翼板及不同调节孔的设计，整体稳定性及平衡性好，结构安全、拖曳运动时姿态平稳，同时保证视频成像效果，作业时可按要求在距离海床一定高度处作业，特殊情况下也可直接落在海床上作业，可实现对近岸海底生境因素的全方位监测，对近岸海底生境研究具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例所述水下拖曳装置的侧视结构示意图；
图2为本发明实施例所述水下拖曳装置的主视结构示意图；
图3为本发明实施例所述拖体框架的侧视结构示意图；
图4为本发明实施例所述拖体框架的主视结构示意图；
图5为本发明实施例水下拖曳系统工作过程示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合，另外，本实施例中所述的前、后等位置关系以图1中右侧方向为前，即水下拖曳装置的行进方向为前。
一种近岸海底生境观测用水下拖曳系统，包括母船和水下拖曳装置，参考图1，水下拖曳装置包括拖体框架1、尾翼板11和拖曳板13，拖体框架1上安装有水下高清摄像机2，水下LED灯源3、水下直流电源4、甲烷传感器5、溶解氧传感器6、二氧化碳传感器7和颗粒粒度仪8,拖体框架1包括上层框架和下层框架，尾翼板11对称设置在上层框架的两侧，且在两个尾翼板11之间设置有连接板12，以增加连接强度，通过尾翼板11增加拖曳时的稳定性，保证视频成像的效果，拖曳板13设置在上层框架前方中间位置，且在拖曳板13上设置有多个调节孔10；参考图3，拖曳板13通过铠装缆14与母船15相连，将拖曳板13设计成拖曳点位置可调的形式以适应不同的工况,通过母船15行进进行拖曳作业，母船15上设置有信号接收设备，以实时接收水下拖曳装置发送监测数据。
拖体框架1为其余设备的搭载平台，工作时水下拖曳装置距离近岸海床高度约1m-2m，如图5中虚线所示，特殊情况下也可直接落于海床上工作，本实施例中将水下拖曳装置采用框架式结构设计，拖体框架1采用金属材质焊接而成，且在拖体框架1的表面涂有防腐涂料层，结构强度高，以有效减少拖曳时的流阻并起到防碰作用，且在水下工作时可防止化学元素的腐蚀，框架式结构设计同时也扩宽了可携带传感器的种类，通过搭载高清摄像机2及各种传感器的方式，可以一次性探测海洋地质、海洋水文、海洋化学、海洋生物等多种海底生境参数，实现对近岸海底生境因素的全方位监测。
从图3和图4可以看出，所述下层框架整体呈长方体形，其前方为圆弧形，上层框架整体呈四棱台状；下层框架上设置有多个横向安装板17和纵向安装板16，水下直流电源4和颗粒粒度仪8安装在横向安装板17上，且位于拖体框架1的后方，溶解氧传感器6、二氧化碳传感器7和甲烷传感器5安装在纵向安装板16上，且呈对称分布，水下高清摄像机2和水下LED灯源3固定安装在上层框架的顶部，角度超斜下方，其上与卡箍9-1和9-2(9-1至9-7为卡箍)对应的耳板处设计有一圈沿圆周均布的调节孔，通过与卡箍9-1和9-2上的圆周均布孔进行对应，实现水下高清摄像机2和水下LED灯源3的角度可调，通过对框架的结构设计，整个水下拖曳装置的平衡性及稳定性较好，同时上层框架也能够对其内部的设备起到保护作用。
本实施例中，所述尾翼板11左右对称安装在拖体框架的尾部，与拖体框架1通过卡槽螺栓连接，尾翼板11采用玻璃钢材质，或者是采用其他非金属材质制作，尾翼板11的角度可调，且连接板12采用可伸缩结构，尾翼板11的角度可调，以进一步适应不同的水流及作业状态，增强稳定性，设置尾翼板11可增加拖曳时的稳定性，使视频成像效果更佳。另外，从图1和图3可以看出，拖曳板13为折线形结构，其包括呈锐角设置的横板和斜板，调节孔10均匀设置在横板上，具体的位置可根据具体的拖曳状态确定好，以使阻力矩和重力矩平衡为最佳。
水下高清摄像机2采用高清自容式相机，如加拿大SubC公司的1Cam MK5高清自容式相机，可远程控制相机缩放倍数,记录状态以及光照强度等,便于系统现场控制和参数更改，提高工作效率，高清视频/图像数据直接记录到相机的大容量内存中，节省了使用光纤和光纤滑环进行数据远程传输的成本和高风险性；水下高清摄像机2自带激光参考系统，可以为记录的图像提供尺寸参考，节省成本的同时提高了系统的整体性；水下LED灯源3支持闪光灯/光照功能,与相机工作同步，光照强度可控。
水下直流电源4采用水密耐压结构设计，耐压深度不低于100m,高清摄像机2、水下LED灯源3、水下直流电源4、甲烷传感器5、溶解氧传感器6、二氧化碳传感器7及颗粒粒度仪8分别通过抱箍9-1至9-7与拖体框架10相连，连接方式为螺栓连接，所述抱箍为两半圆式结构，采用聚甲醛或其他非金属材料，夹持设备后通过螺钉锁紧。
该水下拖曳装置与母船之间通过铠装缆14进行连接，并通过母船15的行进进行拖曳。铠装缆14与拖曳装置连接处采用金属分支承力接头的连接方式，即在电缆拖曳点连接处，采用硫化金属分支接头的方式，使硫化后的金属分支接头与拖曳板13相连来承力，电缆接头处则不承力，保证了拖缆的强度。铠装缆14为多芯带屏蔽电缆，用于实现视频系统的控制、标清信号传输及承受拖曳力，信号接收设备端还设置有视频增强器，铠装缆14与信号接收设备端的视频增强器配套使用可以有效延长标清视频信号的传输距离，便于工作现场的实时监控和调整。
作业时，根据监测目标的不同，使水下拖曳装置在距离近岸海床高度约1m-2m处工作(图5中实线)，观测海床浮游动植物或其他特殊情况下也可直接落于海床上工作(图5中虚线),实现对近岸海底生境因素的全方位监测，对近岸海底生境研究具有重要意义.
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方岸内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方岸的保护范围。
Claims (10)
1.一种近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于，包括母船和水下拖曳装置，水下拖曳装置包括拖体框架、尾翼板和拖曳板，拖体框架上安装有水下高清摄像机，水下LED灯源、水下直流电源、甲烷传感器、溶解氧传感器、二氧化碳传感器和颗粒粒度仪；拖体框架包括上层框架和下层框架，尾翼板对称设置在上层框架的两侧，且在两个尾翼板之间设置有连接板，拖曳板设置在上层框架前方中间位置，且在拖曳板上设置有多个调节孔，拖曳板通过铠装缆与母船相连，通过母船行进进行拖曳作业，母船上设置有信号接收设备，以实时接收水下拖曳装置发送监测数据。
2.根据权利要求1所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述下层框架整体呈长方体形，其前方为圆弧形，下层框架上设置有多个横向安装板和纵向安装板，水下直流电源和颗粒粒度仪安装在横向安装板上，溶解氧传感器、二氧化碳传感器和甲烷传感器安装在纵向安装板上。
3.根据权利要求2所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述上层框架整体呈四棱台状，水下高清摄像机和水下LED灯源通过卡箍安装在上层框架的顶部，且水下高清摄像机和水下LED灯源的角度可调。
4.根据权利要求3所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述尾翼板与拖体框架通过卡槽螺栓连接，尾翼板的角度可调，且连接板采用可伸缩结构。
5.根据权利要求4所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述尾翼板采用玻璃钢材质。
6.根据权利要求5所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述拖体框架采用金属材质焊接而成，且在拖体框架的表面涂有防腐涂料层。
7.根据权利要求6所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述拖曳板为折线形结构，包括呈锐角设置的横板和斜板，调节孔均匀设置在横板上。
8.根据权利要求7所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述水下高清摄像机采用高清自容式相机。
9.根据权利要求8所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述铠装缆与水下拖曳装置的连接处采用分支承力接头连接。
10.根据权利要求9所述的近岸海底生境观测用水下拖曳系统，其特征在于：所述信号接收设备端还设置有视频增强器。
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