CN109579801B - 基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法 - Google Patents

Abstract

基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法，包括支撑结构、多级贯入机构、环形电极电阻率探杆、配套观测仪器。其原理是依赖由沙波迁移不同阶段特征触发的多级贯入系统对探杆进行贯入，并由探杆对贯入区进行电位值的观测，提取出电阻率突变截面高程，分析砂质海床面高程随时间的变化。其方法包括多级贯入系统的实施及电阻率反演海底沙波高程变化。本发明为海底沙波迁移的原位实时观测提供了一种新的观测思路，为中小型海底沙波发育区的贯入提供了一种新的办法，具有设备简单易行，原位实时测量适用水域广等特点。

Description

基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法，属于海底观测技术领域和海洋工程地质领域。

背景技术

海底沙波是陆架海底砂质沉积物在海洋浪、潮等水动力作用下，一种波脊线垂直于主水流方向狭长的间歇式的海底地貌类型。大量事实表明海底沙波的存在和迁移对海底管道安全有较大影响，沙波迁移极容易造成海底管缆的悬空或掩埋，更严重时会导致海底管缆的断裂、失效，给经济安全和环境安全带来巨大威胁，所以对海底沙波进行观测研究意义重大。

目前海底沙波迁移的研究数据来源主要是多波束重复测深和侧扫声呐等声学仪器。通过间隔时间派出物探船对观测海域利用多波束和侧扫声呐等声学仪器进行定位水深重复测量，通过水深变化，来实现对于沙波迁移的观测。耗费大量船时且得到的只是时间间断的数据，无法实现对于海底沙波的原位实时的观测。从检索的公开资料分析发现：一种海底大型复杂沙波地貌的精确探测方法(专利号：CN2013103117430.1)和一种基于MBES的海底沙波地貌运动探测方法(专利号CN201310317429.9)，均是通过高分辨率多波束测深技术和定位系统为核心技术来探测海底沙波的迁移。这种观测方式简单易行，但是需多次重复测量、时间不连续，无法实现原位观测，从间断的数据不能准确判断沙波迁移的具体情况。海底沙波原位实时观测装置及方法（公开号 : CN107631720A）和基于压力计的海底沙波迁移观测装置及方法（公开号 : CN107063196A），虽是通过长期的原位观测得到原位、长期、连续的观测数据，但其均是通过水压变化反演沙波高度变化，对海底的复杂水压变化处理非常复杂，会带来较大误差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法，以实现对海底沙波迁移的原位观测。

装置结构

所述基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置，其特征在于包括有支撑结构和带有多级贯入机构的电阻率探杆；

所述的支撑结构用于支撑电阻率探杆以防止其倾覆，支撑结构底部由多个支撑腿，支撑结构顶部设有多根缆绳，所述缆绳的上端连接于所述电阻率探杆上部的外侧面，支撑结构上搭载有旋转成像声呐、海流计，支撑结构中部为耐腐蚀性材料制成的环形控制舱，环形控制舱环绕于电阻率探杆的外周，环形控制舱内设置有加速度传感器和姿态传感器，

所述电阻率探杆中部为绝缘杆体，绝缘杆体底部安装贯入锥尖、顶部设有金属环，金属环连接于声学释放器底部，所述声学释放器的顶部则连接布放缆，绝缘杆体顶部外侧还设有配重舱；

所述绝缘杆体上部外侧面设有多个环形凹槽，环形凹槽作为对电阻率探杆向下施力的受力点；

缘杆体的外壁上设有等距分布的电极环；

所述配重舱设有加速度传感器、姿态传感器；此外还有电源、主处理器、存储器、数据采集电路、传感电路组成的观测电路，该观测电路安装于环形控制舱或配重舱；

环形控制舱连有两条凯夫拉电缆，该凯夫拉电缆的一条跟电阻率探杆和配重舱相连，另一条跟第二级释放装置的弹射释放器相连。

所述各加速度传感器和各姿态传感器分别通过该凯夫拉电缆与所述传感电路连接，所述数据采集电路和传感电路分别与主处理器连接；

所述凯夫拉电缆还通过多个导线分别与所述绝缘杆体外壁的各个电极环相连，从而为电极环供电，由此形成若干由数据采集电路控制的电极序列，任意四个相邻的所述电极形成一个电极组，中间两个为测量电极，两端为供电电极；所述主处理器控制数据采集电路为所述供电电极供电，并测量两个所述测量电极间的电位差；

所述多级贯入机构包括连接在布放缆上的声学释放器、位于环形控制舱上方的二级贯入装置，和连接在环形控制舱下方的三级贯入装置；二级贯入装置和三级贯入装置均环绕于多级电阻率探杆的外周；

其中第二级贯入装置和第三级贯入装置均由导向管和套在导向管上部的弹射释放器组成；

所述弹射释放器包括管状体，管状体上缘设有环形台，环形台下端面设有储能压簧，环形台内壁下部设连接杆，所述连接杆由继电开关进行控制而实现收缩；所述继电开关设置于所述管状体内部，由环形控制舱进行供电，并由环形控制舱内的主处理器进行控制；

所述导向管的上部外侧设有凹槽，所述连接杆通过伸入该凹槽而将导向管固定于环形台的下部，且所述储能压簧的下端压在所述导向管的上缘；

继电开关接通时，连接杆收回至释放管凹槽内，储能压簧向下推动导向管释放；

导向管下缘设有多个导向块，各个导向块均通过转轴连接在导向管的下端，并可以绕轴旋转至水平位置为止，导向块的外端上侧为弧形、外端下侧为平面；

导向块的外端下侧平面与压力弹簧的一端相连接，压力弹簧另一端连接在导向管上，并对导向块提供能够向上转动的弹力；电阻率探杆向下运动时，因导向块有弧形的外端面，不会对电阻率探杆产生阻挡，当电阻率探杆贯入受限时，弹射释放器将导向管向下释放，并提供向下的推动力，导向管相对于电阻率探杆向下运动，此时导向块在压力弹簧的作用下向上旋转，并进入电阻率探杆外侧的一个环形凹槽，导向块的下端面以环形凹槽为施力点推动电阻率探杆向下运动。

所述支撑结构包括一个支撑框架，支撑框架底部设有三个或三个以上等间距分布的支撑腿，支撑腿底部设有支撑锥尖，所述的环形控制舱设置在支撑框架底面的中部；所述旋转成海流计和旋转成像声纳也安装在支撑框架上。

所述支撑腿与支撑锥尖之间还设有带配重盘的支撑板。

所述支撑结构还包括支撑钢筋，并利用支撑钢筋对所述环形台进行支撑，而将所述的二级贯入装置支撑在在环形控制舱的上方。

工作原理

贯入原理是依靠共分为三级的贯入系统及本设计所述探杆内置的加速度传感器、姿态传感器实现针对中小型海底沙波地形发育区的有效贯入。该多级贯入系统在支撑板触底后，触发第一级重力贯入系统，由释放器释放探杆。探杆在探杆及配重盘自重作用及第二、第三级贯入系统的两级导向管的约束作用下向下贯入。若随着沙波的不断迁移，若发生沙波波谷逐渐向杆体移动，杆体锥尖相对于沙波表面贯入深度减小，杆体在重力作用下产生滑移，加速度传感器记录到杆体在第一级贯入后再次产生沉降位移时触发二级贯入系统，所述三级贯入系统由加速度传感器的位移控制及设定时间共同控制，在设定时间内发生二级贯入后的再次位移时或到达设定时间时触发。保证杆体始终有效贯入海底沙波体中，进行有效观测。

监测原理是通过对观测装置布放海域进行海床沙波体和近底水体电位值的同时观测，精确反映砂质海床面高程的变化。电阻率最大的部分为海床电阻率，第一个极大值与其上一个极小值的中点为海底沙波表面，上部均为海水电阻率，其中电阻率最小的部分为未受影响海水，电阻率中值部分为水体与砂质海床边界。对比不同测量周期的数据，可得到海底沙坡体高度变化过程。峰值与谷值之间的高差即为波高，相邻的突变点高程最大值所记录的时间间隔则为沙波迁移一个波长所需的时间即周期；成像声呐动态测量地形得出沙波波长，即沙波迁移速率＝波长/周期。

对上述采集到的数据进行处理的方法，如下：

通过电阻率探杆所测得的沙波体的电阻率剖面，提取电阻率值突变点位置的高程信息并通过加速度传感器记录数据进行高程校正，即可分析出海底沙波波高(H)；相邻两个最值之间所经历的时间，即为海底沙波迁移的周期(T)；成像声呐对地形进行记录，得到波长数据(λ)。即V＝λ/T。

本发明的基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法，可以更为简单有效地在沙波发育区将观测探杆贯入沙波发育区海床，并通过电阻率在剖面上的变化反演沙波变化过程，对海底沙波迁移的监测和预警方案的研究具有重要意义。

在海底观测技术领域，我国基于电阻率剖面探测的对海底沙波迁移的原位观测技术目前还是空白，本发明装置简便易行，将会有效填补这一空缺，推动国家海洋地质灾害防治预警的发展，保障海底基础工程设施的安全。本发明为海底沙波迁移的原位实时观测提供了一种新的观测思路，为中小型海底沙波发育区的贯入提供了一种新的办法，具有设备简单易行，原位实时测量适用水域广等特点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明支撑结构示意图。

图3是本发明的电阻率探杆的结构图。

图4是本发明的第二级与第三级贯入装置剖面图。

图5是本发明的电路连接关系示意图。

图6是本发明的观测装置与辅助船的总体结构示意图。

图7是本发明的观测装置布放贯入过程示意图。

图8是本发明的沙波迁移观测的流程框图。

图中1-支撑锥尖，2-带有配重盘的支撑板，3-支撑腿，4-电阻率探杆，5-海流计，6-旋转成像声纳，7-环形控制舱，8-支撑钢筋，9-导向管，10-弹射释放器，11-凯夫拉电缆，12-缆绳，13-配重舱，14-释放环，15-布放缆，16-释放器，17-贯入锥尖，18-绝缘杆体，19-电极环，20-导线，21-环形凹槽，22-导向块，23-压力弹簧，24-继电开关，25-连接杆，26-储能弹簧，27-环形台，28-辅助船，29-起吊装置，30凹槽，31-管状体。

具体实施方式

如图1-5，基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置，其特征在于包括支撑结构和带有多级贯入机构的电阻率探杆4，

所述的支撑结构用于支撑电阻率探杆以防止其倾覆，支撑结构底部有多个支撑腿3，支撑结构顶部设有多根缆绳12，所述缆绳的上端连接于所述电阻率探杆4上部的外侧面，支撑结构上搭载有旋转成像声呐5、海流计6，支撑结构中部为耐腐蚀材料制成的环形控制舱7，环形控制舱7环绕于电阻率探杆4的外周，环形控制舱7内设置有加速度传感器和姿态传感器；

所述电阻率探杆4中部为绝缘杆体18，绝缘杆体18底部安装贯入锥尖17、顶部设有释放环14，释放环14连接于声学释放器16底部，所述声学释放器16的顶部则连接布放缆15，绝缘杆体18上部外侧还设有配重舱13；

所述绝缘杆体18上部外侧面设有多个环形凹槽21，环形凹槽21作为对电阻率探杆4向下施力的受力点；缘杆体18的外壁上设有等距分布的电极环19；

所述配重舱13设有加速度传感器、姿态传感器；此外还有电源、主处理器、存储器、数据采集电路、传感电路——这些部件安装于环形控制舱7或配重舱13；

环形控制舱7连有两条凯夫拉电缆11，第一条跟电阻率探杆4的配重舱13相连，第二条跟第二级释放装置的弹射释放器10相连；

所述各加速度传感器和各姿态传感器分别通过第一条凯夫拉电缆11与所述传感电路连接，所述数据采集电路和传感电路分别与主处理器连接；

所述第一条凯夫拉电缆11还通过多个位于电阻率探杆4内部的导线20分别与所述绝缘杆体18外壁的各个电极环19相连，从而为电极环19供电，由此形成若干由数据采集电路控制的电极序列，任意四个相邻的所述电极形成一个电极组，中间两个为测量电极，两端为供电电极；所述主处理器经数据采集电路为所述供电电极进行供电，并测量两个所述测量电极间的电位差；

所述多级贯入机构包括连接在布放缆15下端的声学释放器16、位于环形控制舱7上方的二级贯入装置，和连接在环形控制舱7下方的三级贯入装置；二级贯入装置和三级贯入装置均环绕于多级电阻率探杆的外周；

其中第二级贯入装置和第三级贯入装置均由导向管9和套在导向管9上部的弹射释放器10组成；

所述弹射释放器10包括管状体31，管状体31上缘设有环形台27，环形台27下端面设有储能压簧26，环形台27内壁下部设连接杆25，所述连接杆25由继电开关24进行控制而实现收缩；所述继电开关24设置于所述管状体31内部，由环形控制舱7进行供电，并由主处理器进行控制；

所述导向管9的上部外侧设有凹槽30，所述连接杆28通过伸入该凹槽30而将导向管9固定于环形台27的下部，且所述储能压簧26的下端压在所述导向管9的上缘；

继电开关24接通时，连接杆28收回至释放管凹槽30内，储能压簧26向下推动导向管9释放；

导向管9下缘设有多个导向块22，各个导向块22均通过转轴连接在导向管9的下端，并可以绕轴旋向导向管9内部转至水平位置为止，导向块22的外端上侧为弧形、外端下侧为平面；

导向块22的外端下侧平面与压力弹簧23的一端相连接，压力弹簧23另一端连接在导向管9上，并对导向块22提供能够向上转动的弹力；电阻率探杆向下运动时，因导向块22有弧形的外端面，不会对电阻率探杆4产生阻挡，当电阻率探杆4贯入受限时，弹射释放器10将导向管9向下释放，并提供向下的推动力，导向管9相对于电阻率探杆4向下运动，此时导向块22在压力弹簧23的作用下向上旋转，并进入电阻率探杆4外侧的一个环形凹槽21，导向块22的下端面以环形凹槽21为施力点推动电阻率探杆4向下运动。

所述支撑结构包括一个支撑框架，支撑框架底部设有三个或三个以上等间距分布的支撑腿3，支撑腿底部设有支撑锥尖1，所述的环形控制舱7设置在支撑框架的中部；所述旋转成像声纳5和海流计6和也安装在支撑框架上。

所述支撑腿3与支撑锥尖1之间还设有带配重盘的支撑板2。

所述支撑结构还包括支撑钢筋8，并利用支撑钢筋8对所述环形台27进行支撑，而实现将所述的二级贯入装置支撑在在环形控制舱7的上方。

如图6、7，利用上述基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置对电阻率探杆进行多级贯入的方法，其特征是包括以下步骤：

1）利用辅助船28的船载吊车29将该基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置吊至海床表面，根据环形控制舱7内的加速度传感器判断支撑结构是否触及到海床表面，之后通过声学释放器16自由释放电阻率探杆，使其在重力作用下以一定初速度贯入砂质海床，配重舱13内的加速度传感器接收到触底信号后，传输给主处理器，电阻率探杆根据预设的模式开始工作；第二级贯入装置进入待触发状态；

2）工作开始后，若发生沙波波谷逐渐向电阻率探杆移动，贯入锥尖17相对于沙波表面贯入深度减小，侧摩阻力也随之下降，电阻率探杆4在贯入阻力下降至一定值后产生向下滑移，配重舱13内的加速度传感器监测到位移后，触发二级贯入装置，弹射释放器10将导向管9向下释放，并提供向下的推动力，导向管9相对于电阻率探杆向下运动，此时导向块22在压力弹簧23的作用下向上运动，并进入电阻率探杆外侧的一个环形凹槽21，导向块22的下端面以环形凹槽21为施力点推动电阻率探杆向下运动；

当电阻率探杆配重舱13内的加速度传感器接收到触底信号后，传输给主处理器，电阻率探杆根据预设的模式开始工作；第三级贯入装置进入待触发状态；

3）第三级贯入系统的触发方式与第二级贯入装置相同的位移触发机制相同；

4）原位观测周期结束后，通过将辅助船28行驶至目标点位，通过下放有缆水下无人船回收观测装置。

6.如权利要求5所述的多级贯入的方法，其特征是所述的步骤3）中还有时间触发机制，即在第二级贯入完成后，在设定时间内杆体不产生位移，则在到达设定时间后不论加速度传感器是否监测到位移都触发第三级贯入装置，将电阻率探杆进一步向下贯入。

如图6、7、8，利用基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置观测海底沙波迁移变化的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）室内校正试验：

1.1）首先将该观测装置置于大型模拟水槽；

1.2）然后模拟真实海底沙波移动过程，并使用激光测距仪精密测量整个过程中沙波表面高程变化，同时使用本发明的探杆对该过程进行测量；

1.3）对比该观测装置的测量结果和激光测距仪的测量结果，获得测量偏差，建立该观测装置的观测结果与海床真实变化的关系，得到修正系数；

2）对观测装置进行检测和设置，确保所有传感器处于正常工作状态；并将支撑结构、多级贯入系统、电阻率探杆进行组装；

3）根据目标点位的底质资料及动力触探资料，计算该点位海床的锥尖阻力和侧摩阻力并确定贯入度，据此设计环形配重，确保电阻率探杆4的贯入锥尖17可以在第一级重力贯入作用下完全进入海床，并设定第二、第三级贯入装置的触发位移及时间；

4）利用辅助船28的GPS定位系统将辅助船开到目标点位；

5）利用辅助船28的船载吊车29将该装置吊至海床表面，当船载布放系统接收到环形控制舱7内加速度传感器的触及海床表面的信号后，由释放器16自由释放电阻率探杆4，使其在重力作用下以一定初速度贯入砂质海床，配重舱13内的加速度传感器接收到触底信号后，传输给环形控制舱的主处理器，根据事前设定的周期启动测量工作；第二级贯入装置进入待触发状态；

6）原位观测周期开始后，若发生沙波波谷逐渐向杆体移动，杆体锥尖相对于沙波表面贯入深度减小，侧摩阻力也随之下降，电阻率探杆4在所受贯入阻力下降至一定值后在自重作用下进一步产生向下滑移，加速度传感器监测到位移后，触发二级贯入装置，弹射释放器10向下弹出导向管9，导向块22受力呈水平方向，与杆体圆台结构扣合，推动杆体4向下贯入；

7）第三级贯入系统在第二级贯入系统触发后，处于待触发状态，第三级贯入系统的触发方式除与第二级贯入装置相同的位移触发机制外，增加了时间触发机制，即在第二级贯入完成后，设定时间内杆体不产生位移，则在到达设定时间时触发第三级贯入装置，将杆体4进一步向下贯入。

8）原位观测周期结束后，通过将辅助船28行驶至目标点位，通过下放有缆水下无人船回收观测装置；

9）读取存储器的观测数据，计算整个观测过程海洋土电阻率变化过程，然后通过姿态传感器记录的数据进行高程变化的校正，通过加速度传感器记录的数据进行深度校正，最后得到垂向电阻率的变化过程；

10）海底沙波波高确定方法：电阻率最大的部分为海床电阻率，第一个极大值与其上一个极小值的中点为砂质海床面，上部均为海水电阻率，其中电阻率最小的部分为未受影响海水。对比不同测量周期的数据，可得到测量点海底沙波高度变化过程。

Claims (7)

1.基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置，其特征在于包括支撑结构和带有多级贯入机构的电阻率探杆（4），

所述的支撑结构用于支撑电阻率探杆以防止其倾覆，支撑结构底部有多个支撑腿（3），支撑结构顶部设有多根缆绳（12），所述缆绳的上端连接于所述电阻率探杆（4）上部的外侧面，支撑结构上搭载有旋转成像声呐（5）、海流计（6），支撑结构中部为耐腐蚀材料制成的环形控制舱（7），环形控制舱（7）环绕于电阻率探杆（4）的外周，环形控制舱（7）内设置有加速度传感器和姿态传感器；

所述电阻率探杆（4）中部为绝缘杆体（18），绝缘杆体（18）底部安装贯入锥尖（17）、顶部设有释放环（14），释放环（14）连接于声学释放器（16）底部，所述声学释放器（16）的顶部则连接布放缆（15），绝缘杆体（18）上部外侧还设有配重舱（13）；

所述绝缘杆体（18）上部外侧面设有多个环形凹槽（21），环形凹槽（21）作为对电阻率探杆（4）向下施力的受力点；绝缘杆体（18）的外壁上设有等距分布的电极环（19）；

所述配重舱（13）设有加速度传感器、姿态传感器；此外还有电源、主处理器、存储器、数据采集电路、传感电路——这些部件安装于环形控制舱（7）或配重舱（13）；

环形控制舱（7）连有两条凯夫拉电缆（11），第一条跟电阻率探杆（4）的配重舱（13）相连，第二条跟第二级释放装置的弹射释放器（10）相连；

所述各加速度传感器和各姿态传感器分别通过第一条凯夫拉电缆11与所述传感电路连接，所述数据采集电路和传感电路分别与主处理器连接；

所述第一条凯夫拉电缆（11）还通过多个位于电阻率探杆（4）内部的导线（20）分别与所述绝缘杆体（18）外壁的各个电极环（19）相连，从而为电极环（19）供电；

所述多级贯入机构包括连接在布放缆（15）下端的声学释放器（16）、位于环形控制舱（7）上方的二级贯入装置，和连接在环形控制舱（7）下方的三级贯入装置；二级贯入装置和三级贯入装置均环绕于电阻率探杆的外周；

其中第二级贯入装置和第三级贯入装置均由导向管（9）和套在导向管（9）上部的弹射释放器（10）组成；

所述弹射释放器（10）包括管状体（31），管状体（31）上缘设有环形台（27），环形台（27）下端面设有储能压簧（26），环形台（27）内壁下部设连接杆（25），所述连接杆（25）由继电开关（24）进行控制而实现收缩；所述继电开关（24）设置于所述管状体（31）内部，由环形控制舱（7）进行供电，并由主处理器进行控制；

所述导向管（9）的上部外侧设有凹槽（30），所述连接杆（25 ）通过伸入该凹槽（30）而将导向管（9）固定于环形台（27）的下部，且所述储能压簧（26）的下端压在所述导向管（9）的上缘；

继电开关（24）接通时，连接杆（25）收回至凹槽（30）内，储能压簧（26）向下推动导向管（9）进行释放；

导向管（9）下缘设有多个导向块（22），各个导向块（22）均通过转轴连接在导向管（9）的下端，并可以绕轴旋向导向管（9）内部转至水平位置为止，导向块（22）的外端上侧为弧形、外端下侧为平面；

导向块（22）的外端下侧平面与压力弹簧（23）的一端相连接，压力弹簧（23）另一端连接在导向管（9）上，并对导向块（22）提供能够向上转动的弹力；电阻率探杆向下运动时，因导向块（22）有弧形的外端面，不会对电阻率探杆（4）产生阻挡，当电阻率探杆（4）贯入受限时，弹射释放器（10）将导向管（9）向下释放，并提供向下的推动力，导向管（9）相对于电阻率探杆（4）向下运动，此时导向块（22）在压力弹簧（23）的作用下向上旋转，并进入电阻率探杆（4）外侧的一个环形凹槽（21），导向块（22）的下端面以环形凹槽（21）为施力点推动电阻率探杆（4）向下运动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是所述支撑结构包括一个支撑框架，支撑框架底部设有三个或三个以上等间距分布的支撑腿（3），支撑腿底部设有支撑锥尖（1），所述的环形控制舱（7）设置在支撑框架的中部；所述旋转成像声呐（5）和海流计（6）和也安装在支撑框架上。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是所述支撑腿（3）与支撑锥尖（1）之间还设有带配重盘的支撑板（2）。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是所述支撑结构还包括支撑钢筋（8），并利用支撑钢筋（8）对所述环形台（27）进行支撑，而实现将所述的二级贯入装置支撑在环形控制舱（7）的上方。

5.利用权利要求1所述的装置对电阻率探杆进行多级贯入的方法，其特征是包括以下步骤：

1）利用辅助船（28）的船载吊车（29）将该基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置吊至海床表面，根据环形控制舱（7）内的加速度传感器判断支撑结构是否触及到海床表面，之后通过声学释放器（16）自由释放电阻率探杆，使其在重力作用下以一定初速度贯入砂质海床，配重舱（13）内的加速度传感器接收到触底信号后，传输给主处理器，电阻率探杆根据预设的模式开始工作；第二级贯入装置进入待触发状态；

2）工作开始后，若发生沙波波谷逐渐向电阻率探杆移动，贯入锥尖（17）相对于沙波表面贯入深度减小，侧摩阻力也随之下降，电阻率探杆（4）在贯入阻力下降至一定值后产生向下滑移，配重舱（13）内的加速度传感器监测到位移后，触发二级贯入装置，弹射释放器（10）将导向管（9）向下释放，并提供向下的推动力，导向管（9）相对于电阻率探杆向下运动，此时导向块（22）在压力弹簧（23）的作用下向上运动，并进入电阻率探杆外侧的一个环形凹槽（21），导向块（22）的下端面以环形凹槽（21）为施力点推动电阻率探杆向下运动；

当电阻率探杆配重舱（13）内的加速度传感器接收到触底信号后，传输给主处理器，电阻率探杆根据预设的模式开始工作；第三级贯入装置进入待触发状态；

3）第三级贯入系统的触发方式与第二级贯入装置相同的位移触发机制相同；

4）原位观测周期结束后，通过将辅助船（28）行驶至目标点位，通过下放有缆水下无人船回收观测装置。

6.如权利要求5所述的多级贯入的方法，其特征是所述的步骤3）中还有时间触发机制，即在第二级贯入完成后，在设定时间内杆体不产生位移，则在到达设定时间后不论加速度传感器是否监测到位移都触发第三级贯入装置，将电阻率探杆进一步向下贯入。

7.利用权利要求1所述的观测装置观测海底沙波迁移变化的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）室内校正试验：

1.1）首先将该观测装置置于大型模拟水槽；

1.2）然后模拟真实海底沙波移动过程，并使用激光测距仪精密测量整个过程中沙波表面高程变化，同时使用权利要求1中的电阻率探杆（4）对该过程进行测量；

1.3）对比该观测装置的测量结果和激光测距仪的测量结果，获得测量偏差，建立该观测装置的观测结果与海床真实变化的关系，得到修正系数；

2）对观测装置进行检测和设置，确保所有传感器处于正常工作状态；并将支撑结构、多级贯入系统、电阻率探杆进行组装；

3）根据目标点位的底质资料及动力触探资料，计算该点位海床的锥尖阻力和侧摩阻力并确定贯入度，据此设计环形配重，确保电阻率探杆（4）的贯入锥尖（17）可以在第一级重力贯入作用下完全进入海床，并设定第二、第三级贯入装置的触发位移及时间；

4）利用辅助船（28）的GPS定位系统将辅助船开到目标点位；

5）利用辅助船（28）的船载吊车（29）将该装置吊至海床表面，当船载布放系统接收到环形控制舱（7） 内加速度传感器的触及海床表面的信号后，由声学释放器（16）自由释放电阻率探杆（4），使其在重力作用下以一定初速度贯入砂质海床，配重舱（13）内的加速度传感器接收到触底信号后，传输给环形控制舱的主处理器，根据事前设定的周期启动测量工作；第二级贯入装置进入待触发状态；

6）原位观测周期开始后，若发生沙波波谷逐渐向杆体移动，杆体锥尖相对于沙波表面贯入深度减小，侧摩阻力也随之下降，电阻率探杆（4）在所受贯入阻力下降至一定值后在自重作用下进一步产生向下滑移，加速度传感器监测到位移后，触发二级贯入装置，弹射释放器（10）向下弹出导向管（9），导向块（22）受力呈水平方向，与杆体圆台结构扣合，推动电阻率探杆（4）向下贯入；

7）第三级贯入系统在第二级贯入系统触发后，处于待触发状态，第三级贯入系统的触发方式除与第二级贯入装置相同的位移触发机制外，增加了时间触发机制，即在第二级贯入完成后，设定时间内杆体不产生位移，则在到达设定时间时触发第三级贯入装置，将电阻率探杆（4）进一步向下贯入；

8）原位观测周期结束后，通过将辅助船（28）行驶至目标点位，通过下放有缆水下无人船回收观测装置；

9）读取存储器的观测数据，计算整个观测过程海洋土电阻率变化过程，然后通过姿态传感器记录的数据进行高程变化的校正，通过加速度传感器记录的数据进行深度校正，最后得到垂向电阻率的变化过程；

10）海底沙波波高确定方法：电阻率最大的部分为海床电阻率，第一个极大值与其上一个极小值的中点为砂质海床面，上部均为海水电阻率，其中电阻率最小的部分为未受影响海水；对比不同测量周期的数据，得到测量点海底沙波高度变化过程。

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