CN110320560A - 一种海洋地震和海啸实时监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋地震和海啸实时监测系统，包括布置在海底的地震水位监测仪以及漂浮布置在海面上的浮体；所述的地震水位监测仪包括耐压球体以及固设在耐压球体底部的底座，所述耐压球体内部设有控制存储模块、信号处理装置和电池组；所述耐压球体的外部固设有与存储模块连接的第一声通信装置，以及与信号处理装置连接的压力传感器和水听器；所述的底座上设有与耐压球体内部的电池组连接的微生物发电装置；所述浮体利用第二声通信装置接收地震水位监测仪的声学信号，利用螺旋桨和北斗定位装置定位，并通过通信卫星与岸基站进行数据传输。利用本发明，既能监测深海区域的地震，也能监测靠近岸边的浅源地震和海啸，且能保障数据的时效性。
Description
技术领域
本发明属于海洋监测设备技术领域，尤其是涉及一种海洋地震和海啸实时监测系统。
背景技术
随着海洋科学与技术的发展，人们对于地球内部物理性质和地震、海啸灾害的关注越来越深入。地震波的监测是人们研究地球内部圈层结构和其他地学的重要方法，但是目前只有陆地上布设了非常密集的地震台站，而占全球面积近2/3的海洋缺少地震台站，这使得全球规模的地球构造和结构研究具有很大的困难。此外，伴有强烈地壳运动的海底地震(约占1/4)会引发海啸，特别是靠近岸边的浅源地震引发海啸的可能性更大，因此对海洋地震进行长期实时监测是海洋地震研究和海啸预警的长远目标。
目前监测海洋地震的主要方法是海底地震仪，虽然该项技术已较为成熟，但是其测得的数据不具有实时性，须要投放回收后才能够获得其中的数据信息，效率低，数据具有滞后性，也不能用于海啸的监测预警。
公开号为CN208705483U的中国专利文献公开了一种基于海底物联网的海底地震监测装置及系统，该监测装置中海面浮标网络设备与海底网络设备通过锚系连接；海底网络设备与海底地震探测设备通过海底光电复合缆连接。
公开号为CN207198342U的中国专利文献公开了一种水下装备地震监测装置，包括水下地震监测装置，水上数据处理装置，水上报警及关断装置，水下地震监测装置识别地震波并转化为电信号，通过通讯电缆将电信号传输到水上数据处理装置。
现有的海洋实时监测系统依赖于海面浮标，其通常采用锚泊式固定，并通过缆线与海底传感器相连接，进行数据的传输，这种工作方式仅适用于浅海区域，且费时费力，安装工程量大。
发明内容
本发明提供了一种海洋地震和海啸实时监测系统，既能监测深海区域的地震，也能监测靠近岸边的浅源地震和海啸，且能保障数据的时效性。
一种海洋地震和海啸实时监测系统，包括布置在海底的地震水位监测仪以及漂浮布置在海面上的浮体；所述浮体接收地震水位监测仪的声学信号，并通过通信卫星与岸基站进行数据传输；
所述的地震水位监测仪包括耐压球体以及固设在耐压球体底部的底座，所述耐压球体内部设有控制存储模块、信号处理装置和电池组；所述耐压球体的外部固设有与存储模块连接的第一声通信装置，以及与信号处理装置连接的压力传感器和水听器；
所述的底座上设有与耐压球体内部的电池组连接的微生物发电装置。
本发明中，信号处理装置用于将压力传感器获得的海底压力数据转化为水位数据，将水听器监测到的声学信号进行简单的处理，此外，信号处理装置还将处理后的数据转化为声学信号。控制存储模块用于存储一段时间内信号处理装置处理后的水位数据和地震波数据，一段时间后数据存储覆盖之前的数据以减少所须的存储空间。第一声通信装置用于将转化为声学信号的数据传输给海面上的浮体，克服了用缆线进行数据传输的距离局限性，此外，还可传输故障信息等。
作为优选，所述的地震水位监测仪至少为两个，所述的浮体布置在靠近所有地震水位监测仪中心位置对应的海面。
所述水听器可采用甚低频矢量水听器，能够监测到远距离的地震波信号，两台海底地震水位监测仪共同工作就能确定震源的位置。
所述的耐压球体由通过密封连接环连接固定的耐压上球罩和耐压下球罩组成，所述的第一声通信装置、压力传感器和水听器通过水密接插件固设在耐压上球罩的外部。在连接时将耐压球体中抽成真空，以达到水密效果，且水深越深，密封效果越好。
所述的底座与耐压下球罩密封连接，微生物发电装置通过密封导管连接到耐压球体内部，为电池组充电。
微生物发电装置的两电极一端插入土层中一定深度，一端与海水接触，利用海底微生物作用产生的电势差发电，从而为电池组充电，以实现海底地震水位监测仪长期在海底进行工作。
底座用于固定整个地震水位监测仪，并作为配重使地震水位监测仪从水面布放到海底时始终保持正向。
本发明中，所述的浮体包括：
保护外壳，用于保持漂浮状态并保持内部元件与海水隔离；
第二声通信装置，设置在保护外壳的底部，用于接收第一声通信装置发出的声学信号；
中央处理器，设置在保护壳内部，用于将第二声通信装置接收到的声学信号转化为原始的水位信号和地震信号，并根据水位和地震波的变化情况判断是否将有海啸；
主控存储模块，设置在保护壳内部，用于存储数据信息；
铱星通讯件，设置在保护外壳顶部，用于通过通信卫星和岸基站进行数据传输；
太阳能发电装置，固定在保护外壳的上表面，与保护外壳内部设置的电池连接，用于给浮体的所有元件供电。
作为优选，所述保护外壳上设有一开口以及与该开口匹配的密封盖，用于拿放浮体内部元件，便于检查维修。
作为优选，所述的浮体还包括螺旋桨和北斗定位装置，所述的螺旋桨为四个，分别设置在保护外壳的四周，用于驱动浮体的旋转和前后移动；所述的北斗定位装置安装在保护外壳顶部，用于实时定位浮体的位置，并与主控存储模块预设的位置进行对比，控制螺旋桨运行。
进一步地，所述的保护外壳上设有红外传感器，用于测量浮体与海上障碍物的距离。
作为优选，所述保护外壳的上表面和下表面均为四棱台结构，所述太阳能发电装置对称固定在保护外壳上表面四棱台相对的两个面上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的海洋地震和海啸实时监测系统，地震水位监测仪和浮体两者共同工作，采用远距离声学通信方式进行水下地震信号和水位信号的传输，实现地震数据和水位数据的实时传输，不受缆线长度的限制，扩大了单个海面中心浮体的数据测量范围。
2、本发明提出采用定位系统结合螺旋桨校正定位的方式固定海面中心浮体的位置，降低了原有锚泊式海面定点浮标的安装工程量，还可根据任务需求移动到指定位置。
3、本发明提出采用微生物发电方式为海底地震水位监测仪供能，用太阳能发电方式为海面中心浮体供能，实现整体系统的自主供能、长期监测；
4、本发明提出海洋地震和海啸实时监测系统，可通过地震信息和水位信息结合的方式判断海啸来临，以达到海啸预警的目的。
附图说明
图1为本发明海洋地震和海啸实时监测系统的工作原理图；
图2为本发明中地震水位监测仪的结构示意图；
图3为本发明中浮体的整体结构示意图；
图4为本发明中浮体的俯视图；
图5为本发明实施例中海啸预警的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，一种海洋地震和海啸实时监测系统，包括至少一个地震水位监测仪1、一个浮体2。地震水位监测仪1布置在海底，浮体2漂浮布置在海面上；浮体2接收地震水位监测仪1的声学信号，并通过通信卫星3与岸基站4进行数据传输。
如图2所示，地震水位监测仪1由声通信装置11、压力传感器12、控制存储模块13、耐压上球罩14、密封连接环15、耐压下球罩16、微生物发电装置17、底座18、电池组19、信号处理装置110和水听器111组成。其中，耐压上球罩14、密封连接环15和耐压下球罩16组成耐压球体，保证内部装置的正常工作。控制存储模块13、信号处理装置110和电池组19位于耐压球体内部。声通信装置11、压力传感器12、水听器111位于耐压上球罩14上端，通过密封连接件与其相连。底座18与耐压下球罩16密封连接，微生物发电装置17与底座18密封连接，微生物发电装置17通过底座18连接到耐压球体内部，为电池组19充电。
如图3和图4所示，浮体2由铱星通讯件21、北斗定位装置22、保护外壳23、主控存储模块24、声通信装置25、中央处理器26、电池组27、红外传感器28、太阳能发电装置29、螺旋桨210、密封盖211组成。
其中，保护外壳23标为亮色(如黄色)用于保护浮体2内部装置以及警示附近船只，同时作为浮力材料使浮体2漂浮于海面上。保护外壳23与密封盖211共同构成浮体的整体外壳，密封盖211通过密封圈与保护外壳23连接，实现整体密封，保护内部装置正常工作；铱星通讯件21与北斗定位装置22通过连接件密封连接在保护外壳23顶部；主控存储模块24、中央处理器26、电池组27位于保护外壳内部；声通信装置25位于保护外壳23底端，通过水密连接件相连；红外传感器28共四个，位于浮体2的四个侧面，在浮体2运动时测量四个方向上距离障碍物的距离；太阳能发电装置29包括两块太阳能电池板，对称安装在保护外壳23上斜面，为电池组27充电；螺旋桨210包括四个，设有导流罩，分布于保护外壳四个侧面，其中两个用于前后推进，两个用于旋转调向，且螺旋桨210始终浸没在水中，保证其正常运转；主控存储模块24对比北斗定位装置22获取的位置信息与参考位置，控制螺旋桨210工作，实现非锚泊式浮标定点或移动到指定位置并采用基于模糊规则的改进人工势场方法避开经红外传感器28测得的障碍物。
主控存储模块24还用于存储经过中央处理器26处理后的数据信息，数据在一段时间后被新数据覆盖以减少所须的存储空间；另外，主控存储模块24还可根据岸基站4的指令控制浮体2到达指定位置，并依据红外传感器28测得的障碍物距离，选取最佳的路径到达指定位置。
本实施例中，保护外壳23的外形由两个四棱台中间夹一个长方体组成，保护外壳23的上表面和下表面均为四棱台结构，太阳能发电装置29对称固定在保护外壳上表面四棱台相对的两个面上。浮体2内部的元件靠下布置，使得整个浮体的重心偏下，以保证其始终处于竖直状态不倾覆。
如图5所示，为本发明的海洋地震和海啸实时监测系统在使用时的流程。地震水位监测仪1中的水听器111与压力传感器12分别进行海底压力数据和地震信号的监测，海底压力数据通过换算得到的水位值和经过简单处理的地震信号共同储存在控制存储模块13中，并通过声通信装置11、声通信装置25传输到浮体2上，由主控存储模块24作出判断：当监测到的地震震级超过参考值Mr时，计算地震传播到监测点x的时间ti，若监测点的水位在短时间内的变化量超过参考值hr时，发送x点的海啸预警。将数据和海啸预警信息通过铱星通讯件21传输给通信卫星3，再由通信卫星3将数据传输给岸基站4，从而实现岸基站4能够实时获取地震数据、水位数据和海啸预警信息。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，包括布置在海底的地震水位监测仪以及漂浮布置在海面上的浮体；所述浮体接收地震水位监测仪的声学信号，并通过通信卫星与岸基站进行数据传输；
所述的地震水位监测仪包括耐压球体以及固设在耐压球体底部的底座，所述耐压球体内部设有控制存储模块、信号处理装置和电池组；所述耐压球体的外部固设有与存储模块连接的第一声通信装置，以及与信号处理装置连接的压力传感器和水听器；
所述的底座上设有与耐压球体内部的电池组连接的微生物发电装置。
2.根据权利要求1所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述的地震水位监测仪至少为两个，所述的浮体布置在靠近所有地震水位监测仪中心位置对应的海面。
3.根据权利要求1所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述的耐压球体由通过密封连接环连接固定的耐压上球罩和耐压下球罩组成，所述的第一声通信装置、压力传感器和水听器通过水密接插件固设在耐压上球罩的外部。
4.根据权利要求3所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述的底座与耐压下球罩密封连接，微生物发电装置通过密封导管连接到耐压球体内部，为电池组充电。
5.根据权利要求1所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述的浮体包括：
保护外壳，用于保持漂浮状态并保持内部元件与海水隔离；
第二声通信装置，设置在保护外壳的底部，用于接收第一声通信装置发出的声学信号；
中央处理器，设置在保护壳内部，用于将第二声通信装置接收到的声学信号转化为原始的水位信号和地震信号，并根据水位和地震波的变化情况判断是否将有海啸；
主控存储模块，设置在保护壳内部，用于存储数据信息；
铱星通讯件，设置在保护外壳顶部，用于通过通信卫星和岸基站进行数据传输；
太阳能发电装置，固定在保护外壳的上表面，与保护外壳内部设置的电池连接，用于给浮体的所有元件供电。
6.根据权利要求5所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述保护外壳上设有一开口以及与该开口匹配的密封盖。
7.根据权利要求5所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述的浮体还包括螺旋桨和北斗定位装置，所述的螺旋桨为四个，分别设置在保护外壳的四周，用于驱动浮体的旋转和前后移动；所述的北斗定位装置安装在保护外壳顶部，用于实时定位浮体的位置，并与主控存储模块预设的位置进行对比，控制螺旋桨运行。
8.根据权利要求7所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述的保护外壳上设有红外传感器，用于测量浮体与海上障碍物的距离。
9.根据权利要求5所述的海洋地震和海啸实时监测系统，其特征在于，所述保护外壳的上表面和下表面均为四棱台结构，所述太阳能发电装置对称固定在保护外壳上表面四棱台相对的两个面上。
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