CN110963009A - 深海智能布放观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深海智能布放观测系统，包括智能控制系统、母船、移动移动吊放单元、科学仪器舱以及原位重力基座，其特征在于所述移动移动吊放单元是一个装有吊放控制组件、视觉定位组件和声学定位组件的专业ROV，所述移动移动吊放单元下端能够与科学仪器舱自动对接和吊放；所述科学仪器舱采用模块化结构设计；所述原位重力基座装有对接裙口和液压支撑腿，对接裙口上方连接科学仪器舱。本发明可以通过重力、地磁、潮位、水下定位并且根据具体观测任务进行拓展，适应我国南海底质进行坐底观测；本发明设有原位重力基座可以使坐底位置保持不变，便于定点观测以及进行3‑5年以上长期观测；本发明可重复布放回收，是一种环境友好型设备。

Description

深海智能布放观测系统

技术领域

本发明涉及深海海底探测技术领域，特别是涉及一种深海智能布放观测系统。

背景技术

海底观测系统对于重大科学问题研究、海洋经济发展、海洋技术与海洋工程问题、灾害与环境预防和保护、航海以及军事等方面具有重大意义。根据环岛观测任务要求，研制应用于布置于南海岛礁附近的重、磁、潮以及水下定位的深海观测基准点，发现现有的深海坐底式观测站存在以下问题：

1、由于受到能量供应、数据传输等技术条件制约，深海坐底式观测站大都采用抛弃式设计，难于实现长期原位坐底观测。

2、传统的抛弃式深海坐底式观测站每次结束观测后就被遗弃在海底成为了海底垃圾，破坏环境的同时造成了不必要的浪费。

3、环境适应度差，不适合复杂的海底且难以保持坐底位置不变。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题提供一种可实现长期连续观测、可重复布放回收的深海智能布放观测系统。

本发明包括如下技术方案：

一种深海智能布放观测系统，包括智能控制系统、母船、移动移动吊放单元、科学仪器舱以及原位重力基座，其特征在于：所述移动移动吊放单元是一个装有吊放控制组件、视觉定位组件和声学定位组件的专业ROV，所述移动移动吊放单元下端能够与科学仪器舱自动对接和吊放；所述科学仪器舱采用模块化结构设计；所述原位重力基座装有对接裙口和液压支撑腿，对接裙口上方连接科学仪器舱。

优选的，所述移动移动吊放单元由吊放主框架、铠装缆起吊组件、水平推进组件、竖直推进组件、声学定位组件、视觉定位组件、吊放控制组件、对接裙和抓紧组件等组成；所述水平推进器设置在所述主框架的左右两侧，实现移动移动吊放单元水平面内的运动；所述竖直推进器设置在所述主框架的前后两侧，实现移动移动吊放单元的姿态调整。

优选的，所述科学仪器舱由仪器安装架、上对接组件、下对接组件、观测仪器组件、仪器电池组、仪器控制组件、仪器电能传输组件等组成；所述观测仪器组件包括重力仪、声学猫、潮位仪以及地磁日变站，观测仪器组件均为独立密封结构。

优选的，所述原位重力基座由支撑腿、基座框架、基座上盖板、基座对接裙口、起吊环、液压支撑腿组件、基座电池组、基座控制组件、基座电能传输组件以及基座声学定位组件等组成。

优选的，所述母船通过光电复合铠装缆与移动移动吊放单元连接，所述移动移动吊放单元对接科学仪器舱上端，所述科学仪器舱下端对接原位重力基座的对接裙口。

优选的，所述智能控制系统主要包括原位重力基座控制系统、科学仪器舱控制系统以及定时或应急释放控制系统；所述位重力基座控制系统与科学仪器舱控制系统之间进行无线数据传输和无线电能传输；所述科学仪器舱控制系统与定时或应急释放控制系统数据连接。

优选的，所述深海智能布放观测系统中的传感器组件、控制组件、电能传输组件以及电池组等均采用独立耐压密封结构，各组件之间通过水密电缆及水密接插件实现电气连接和数据连接，各组件与控制系统采用总线形式连接。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本发明可以通过重力、地磁、潮位、水下定位并且根据具体观测任务进行拓展，适应我国南海底质进行坐底观测。

2、本发明设有原位重力基座可以使坐底位置保持不变，便于定点观测以及进行3-5年以上长期观测。

3、本发明可重复布放回收是一种环境友好型设备。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图。

图2是本发明的设备布局图。

图3是本发明的母船与移动吊放单元连接示意图。

图4是本发明的智能控制系统连接框图。

图中，1-移动移动吊放单元；11-吊放主框架；12-铠装缆起吊组件；13-水平推进组件；14-竖直推进组件；15-声学定位组件；16-视觉定位组件；17-吊放控制组件；18-吊放对接裙口；19-抓紧组件；

2-科学仪器舱；21-仪器安装架；22-上对接组件；23-下对接组件；24-观测仪器组件；25-仪器电池组；26-仪器控制组件；27-仪器电能传输组件；

3-原位重力基座；30-支撑腿；31-基座框架；32-基座上盖板；33-基座对接裙口；34-起吊环；35-液压支撑腿组件；36-基座电池组；37-基座控制组件；38-基座电能传输组件；39-基座声学定位组件；

4-母船；5-光电复合铠装缆。

具体实施方式

为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图详细说明如下。

实施例：参阅附图1-3，一种深海智能布放观测系统，包括智能控制系统、母船4、移动移动吊放单元1、科学仪器舱2以及原位重力基座3，其特征在于所述移动移动吊放单元1是一个装有吊放控制组件17、视觉定位组件16和声学定位组件15的专业ROV，所述移动移动吊放单元1下端能够与科学仪器舱2自动对接和吊放；所述科学仪器舱2采用模块化结构设计；所述原位重力基座3装有对接裙口和液压支撑腿，对接裙口上方连接科学仪器舱2。

优选的，所述移动移动吊放单元1由吊放主框架11、铠装缆起吊组件12、水平推进组件13、竖直推进组件14、声学定位组件15、视觉定位组件16、吊放控制组件17、吊放对接裙口18和抓紧组件19等组成；所述水平推进器13设置在所述吊放主框架11的左右两侧，实现移动移动吊放单元1水平面内的运动；所述竖直推进器14设置在所述吊放主框架11的前后两侧，实现移动移动吊放单元1的姿态调整。

铠装缆起吊组件12通过螺栓与抓紧组件19固定连接；抓紧组件19通过螺栓与吊放主框架11的上端固定连接；吊放对接裙口18通过螺栓与吊放主框架11下端固定连接；水平推进组件13通过螺栓与吊放主框架11固定连接；竖直推进组件14通过螺栓与吊放主框架11固定连接；吊放声学定位组件15、视觉定位组件16、吊放控制组件17均通过螺栓与吊放主框架11固定连接。

优选的，所述科学仪器舱2由仪器安装架21、上对接组件22、下对接组件23、观测仪器组件24、仪器电池组25、仪器控制组件26、仪器电能传输组件27等组成；所述观测仪器组件24包括重力仪、声学猫、潮位仪以及地磁日变站，观测仪器组件24均为独立密封结构。

上对接组件22通过螺栓与仪器安装架21的上端固定连接；下对接组件23通过螺栓与仪器安装架21的下端固定连接；观测仪器组件24通过螺栓与仪器安装架21固定连接；仪器电池组25和仪器控制组件26与仪器安装架21固定连接；电能传输组件27与下对接组件23下端固定连接；观测仪器组件24、仪器电池组25、仪器控制组件26以及电能传输组件27通过水密电缆连接。

优选的，所述原位重力基座3由支撑腿30、基座框架31、基座上盖板32、基座对接裙口33、起吊环34、液压支撑腿组件35、基座电池组36、基座控制组件37、基座电能传输组件38以及基座声学定位组件39等组成。

起吊环34通过螺栓与基座框架31固定连接；基座上盖板32通过螺栓与基座框架31固定连接；基座对接裙口33通过螺栓与基座框架31固定连接；液压支撑腿组件35与基座框架31底部的连接法兰固定连接；液压支撑腿组件35与基座框架31侧面的连接法兰固定连接；基座电池组36通过螺栓与基座框架31固定连接；基座控制组件37通过螺栓与基座框架31固定连接；基座电能传输组件38通过螺栓与基座对接裙口33的下端固定连接。基座声学定位组件39通过螺栓与基座框架31固定连接；基座电池组36、基座控制组件37、基座电能传输组件38、基座声学定位组件39通过水密接插件连接。

优选的，所述母船4通过光电复合铠装缆5与移动移动吊放单元1连接，所述移动移动吊放单元1对接科学仪器舱2上端，所述科学仪器舱2下端对接原位重力基座3的对接裙口。

优选的，所述智能控制系统主要包括原位重力基座控制系统、科学仪器舱控制系统以及定时或应急释放控制系统；所述位重力基座控制系统与科学仪器舱控制系统之间进行无线数据传输和无线电能传输；所述科学仪器舱控制系统与定时或应急释放控制系统数据连接。

优选的，所述深海智能布放观测系统中的传感器组件、控制组件、电能传输组件以及电池组等均采用独立耐压密封结构，各组件之间通过水密电缆及水密接插件实现电气连接和数据连接，各组件与控制系统采用总线形式连接。

实施步骤：

将上述设备进行加工、装配、联调和测试后，同时按照以下内容进行装配和系统实验。

1、结构体、仪器和电气系统采购和加工后，单独进行电测试气或者结构计量，保证满足设计指标；

2、将各子系统与耐压壳组装后，分别进行打压正确性试验，保证各系统具备600米条件工作；

3、将各子系统整体装配，集成后的各子系统分别通电进行正确性测试，然后系统联调进行综合性测试，检查正常供电和应急供电功能；检查系统整体的联接正确性，数据格式和通信功能的正确性；

4、大系统整体打压实验，保证系统具备600米工作条件；

5、进入无磁实验室进行地磁日变站性能试验，检查系统伴生磁场扰动；

6、进入重力基准实验室进行海底重力仪热稳定和前验标定，进行长时间连续观测，检验海底重力仪数据质量；

7、进入可靠性试验进行大系统温度循环测试实验和盐雾试验；

8、进入实验水槽进行浸没长航时可靠性测试试验；

9、有缆站和岸站全缆联接，进行陆上全功能综合联调实验；

10、整体运输布放。

工作流程：

工作过程包括原位重力基座吊放、科学仪器舱布放和科学仪器舱回收三个工作过程，具体工作过程如下。

原位重力基座吊放过程：母船将原位重力基座吊放到海底；当原位重力基座到达海底后，基座控制组件控制液压支撑腿组件由收缩状态变为支撑状态；由基座电池组提供电能，基座控制组件控制基座声学定位组件启动。

科学仪器舱布放过程：移动移动吊放单元的吊放对接裙口与科学仪器舱的上对接组件对接，移动吊放单元的抓紧组件抓紧科学仪器舱上对接组件上端；母船将对接好的移动吊放单元与科学仪器舱吊放入水；利用移动吊放单元的吊放声学定位组件和原位重力基座的基座声学定位组件进行低精度定位，然后利用移动吊放单元的水平推进组件和竖直推进组件带动对接好的移动吊放单元与科学仪器舱移动到原位重力基座附近；利用移动吊放单元的视觉定位组件进行原位重力基座的高精度定位，然后利用移动吊放单元的水平推进组件和竖直推进组件带动对接好的移动吊放单元与科学仪器舱移动到原位重力基座上方；移动吊放单元与科学仪器舱向下移动，科学仪器舱的下对接组件与原位重力基座的基座对接裙口实现对接；科学仪器舱的仪器电池组在仪器控制组件控制下，通过仪器电能传输组件和基座电能传输组件为基座电池组充电；移动吊放单元的抓紧组件释放，移动吊放单元上升；

科学仪器舱回收过程：母船将移动吊放单元吊入水中；利用移动吊放单元的吊放声学定位组件和原位重力基座的基座声学定位组件进行低精度定位，然后利用移动吊放单元的水平推进组件和竖直推进组件带动移动吊放单元移动到原位重力基座附近；利用移动吊放单元的视觉定位组件进行原位重力基座的高精度定位，然后利用移动吊放单元的水平推进组件和竖直推进组件带动移动吊放单元移动到原位重力基座上方；移动吊放单元向下移动，移动吊放单元的吊放对接裙口与科学仪器舱的上对接组件对接，移动吊放单元的抓紧组件抓紧科学仪器舱的上对接组件上端；母船将对接好的移动吊放单元和科学仪器舱仪器起吊，科学仪器舱脱离原位重力基座。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种深海智能布放观测系统，包括智能控制系统、母船、移动移动吊放单元、科学仪器舱以及原位重力基座，其特征在于：所述移动移动吊放单元是一个装有吊放控制组件、视觉定位组件和声学定位组件的专业ROV，所述移动移动吊放单元下端能够与科学仪器舱自动对接和吊放；所述科学仪器舱采用模块化结构设计；所述原位重力基座装有对接裙口和液压支撑腿，对接裙口上方连接科学仪器舱。

2.根据权利要求1所述的深海智能布放观测系统，其特征在于：所述移动移动吊放单元由吊放主框架、铠装缆起吊组件、水平推进组件、竖直推进组件、声学定位组件、视觉定位组件、吊放控制组件、对接裙和抓紧组件等组成；所述水平推进器设置在所述主框架的左右两侧，实现移动移动吊放单元水平面内的运动；所述竖直推进器设置在所述主框架的前后两侧，实现移动移动吊放单元的姿态调整。

3.根据权利要求1所述的深海智能布放观测系统，其特征在于：所述科学仪器舱由仪器安装架、上对接组件、下对接组件、观测仪器组件、仪器电池组、仪器控制组件、仪器电能传输组件等组成；所述观测仪器组件包括重力仪、声学猫、潮位仪以及地磁日变站，观测仪器组件均为独立密封结构。

4.根据权利要求1所述的深海智能布放观测系统，其特征在于：所述原位重力基座由支撑腿、基座框架、基座上盖板、基座对接裙口、起吊环、液压支撑腿组件、基座电池组、基座控制组件、基座电能传输组件以及基座声学定位组件等组成。

5.根据权利要求1所述的深海智能布放观测系统，其特征在于：所述母船通过光电复合铠装缆与移动移动吊放单元连接，所述移动移动吊放单元对接科学仪器舱上端，所述科学仪器舱下端对接原位重力基座的对接裙口。

6.根据权利要求1所述的深海智能布放观测系统，其特征在于：所述智能控制系统主要包括原位重力基座控制系统、科学仪器舱控制系统以及定时或应急释放控制系统；所述位重力基座控制系统与科学仪器舱控制系统之间进行无线数据传输和无线电能传输；所述科学仪器舱控制系统与定时或应急释放控制系统数据连接。

7.根据权利要求1-4所述的深海智能布放观测系统，其特征在于：所述深海智能布放观测系统中的传感器组件、控制组件、电能传输组件以及电池组等均采用独立耐压密封结构，各组件之间通过水密电缆及水密接插件实现电气连接和数据连接，各组件与控制系统采用总线形式连接。

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