CN111610526B - 一种海床蚀积动态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种海床蚀积动态监测系统。该海床蚀积动态监测系统包括至少一个水下探测系统和水面数据通讯监控系统。水下探测系统中声学传感器、控制单元和第一通讯单元位于海床基上，声学传感器、控制单元及第一通讯单元依次电连接，声学传感器用于对海床进行回声探测，并将探测信号发送至控制单元，控制单元接收并处理该探测信号，并发送给第一通讯单元。水面数据通讯系统中第二通信单元用于接收第一通讯单元发送的处理后的探测信号，并发送至所述岸站数据采集分析单元。实现了区域性、全方位、非接触式海床声学原位监测，减少测量装置对海床侵蚀淤积过程的干扰。
Description
技术领域
本发明实施例涉及海洋环境监测领域，尤其涉及一种海床蚀积动态监测系统。
背景技术
在海流、波浪、风暴、潮汐等作用下，海床侵蚀淤积的动态过程持续发生，对管缆、平台桩基等海洋工程构筑物构成严重威胁，因此海床侵蚀淤积过程的动态原位监测技术是保障海洋工程安全运行的重要基础，同时该技术也可应用于沙波运动规律与机理的研究领域。
现有动态原位监测技术中多采用光学与电学探杆进行接触式原位测量，探杆插入海床内部，当海床发生侵蚀淤积时，相对高程发生变化，通过光电传感的测量技术确定海床面的演变。而插入海床内部的探杆本身会对底层流产生干扰，影响海床真实的侵蚀淤积动态过程，测量会出现较大误差。另外，现有的监测技术中均为点式测量，对于区域性的海床侵蚀淤积动态过程的反映极具局限性。
发明内容
本发明实施例提供了一种海床蚀积动态监测系统，以实现区域性、全方位、非接触式声学原位监测。减少测量装置对海床侵蚀淤积过程的干扰
本发明实施例提供了一种海床蚀积动态监测系统，该海床蚀积动态监测系统包括至少一个水下探测系统和水面数据通讯监控系统；所述水下探测系统包括海床基、声学传感器和控制单元和第一通讯单元；所述声学传感器、所述控制单元和所述第一通讯单元位于所述海床基上；
所述声学传感器与所述控制单元电连接，所述控制单元与所述第一通讯单元电连接；所述声学传感器用于对海床进行回声探测，并将探测信号发送至所述控制单元，所述控制单元用于接收并处理所述探测信号，并将处理后的探测信号发送给所述第一通讯单元；
所述水面数据通讯系统包括浮标单元、第二通信单元以及岸站数据采集分析单元；所述第二通信单元位于所述浮标单元上；所述第二通信单元与所述岸站数据采集分析单元无线通信连接；所述第二通信单元用于接收所述第一通讯单元发送的探测信号，并发送至所述岸站数据采集分析单元。
可选的，所述水下探测系统还包括位于所述海床基上的流速传感器、姿态传感器和水压力传感器中的至少一种；所述海床基上的流速传感器、所述姿态传感器和所述水压力传感器均与所述控制单元电连接。
可选的，所述水下探测系统还包括耐压数据舱；所述流速传感器、所述姿态传感器以及所述水压力传感器位于所述耐压数据舱内。
可选的，所述控制单元位于所述耐压数据舱内；所述声学传感器、所述流速传感器、所述姿态传感器以及所述水压力传感器均与所述控制单元电连接；
所述控制单元还用于控制所述声学传感器、所述流速传感器、所述姿态传感器以及所述水压力传感器的探测频率。
可选的，所述水下探测系统还包括供电单元；所述供电单元位于所述耐压数据舱内；所述流速传感器、所述姿态传感器、所述水压力传感器以及所述控制单元均与所述供电单元电连接。
可选的，所述海床基包括多个海床基基座，所述海床基基座包括地锚锚片、地锚控制单元和旋转固定件；
所述地锚控制单元和所述地锚锚片固定在所述旋转固定件上；
所述地锚控制单元用于控制所述地锚锚片钻入海床土体。
可选的，所述海床基基座还包括配重单元；所述配重单元固定在所述旋转固定件上；所述配重单元为圆柱体；所述圆柱体的底面朝向海床面。
可选的，包括多个所述水下探测系统；多个所述水下探测系统在水下中呈阵列排布。
可选的，所述多个水下探测系统在水下距海床面等距离阵列排布。
可选的，所述第二通信单元与所述第一通讯单元无线连接，或者通过铠装数据缆电连接。
本发明实施例海床蚀积动态监测系统包括至少一个水下探测系统和水面数据通讯监控系统；水下探测系统中声学传感器、控制单元和第一通讯单元位于海床基上；声学传感器、控制单元与第一通讯单元依次电连接；声学传感器用于对海床进行回声探测，并将探测信号发送至控制单元，控制单元接收并处理该探测信号，并发送给第一通讯单元；水面数据通讯系统中第二通信单元用于接收处理后的探测信号并发送至所述岸站数据采集分析单元。解决了现有技术通过光学或电学探杆插入海床内部对海床面进行接触式原位测量，探杆本身会对底层流产生干扰，会影响海床真实的侵蚀淤积动态过程，测量出现较大误差等问题。实现了非接触式声学原位监测，减少水下探测系统测量装置对海床侵蚀淤积过程的干扰。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种海床蚀积动态监测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的又一种海床蚀积动态监测系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的耐压数据舱的内部结构示意图；
图4是本发明实施例提供的海床基基座的结构示意图。
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详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种海床蚀积动态监测系统的结构示意图。如图1所示，该海床蚀积动态监测系统包括至少一个水下探测系统10和水面数据通讯监控系统20，图1还示意出海平面AB。参照图1，水下探测系统10包括海床基11、声学传感器12、控制单元18和第一通讯单元13；声学传感器12与控制单元18电连接，控制单元18还与第一通讯单元13电连接，声学传感器12、第一通讯单元13及控制单元18位于海床基11上。声学传感器12用于对海床进行回声探测，并将探测信号发送至控制单元18，控制单元18用于接收并处理探测信号，并将处理后的探测信号发送给第一通讯单元13。
水面数据通讯系统20包括浮标单元21、第二通信单元22以及岸站数据采集分析单元23；第二通信单元22位于浮标单元21上；第二通信单元22与岸站数据采集分析单元23无线通信连接；第二通信单元22用于接收第一通讯单元13发送的探测信号，并发送至岸站数据采集分析单元23。
其中，第一通讯单元13作为水下通信的通讯单元，其主要通过声呐实现，声呐通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯。第二通信单元22为水面数据通讯系统的主要通讯单元，其中第二通信单元22为包含数据传输控制单元的通讯单元，数据传输控制单元用来控制第二通信单元22与岸站数据采集分析单元23的数据传输。第二通信单元22接收到第一通讯单元13发送的探测信号，然后第二通信单元22通过卫星模块等无线传输的方式与岸站数据采集分析单元23进行数据传输，岸站数据采集分析单元23进一步对数据进行处理。
本技术方案中水下探测系统10中声学传感器12、控制单元18和第一通讯单元13位于海床基11上；声学传感器12、控制单元18和第一通讯单元13依次电连接；声学传感器12用于对海床进行回声探测，并将探测信号发送至控制单元18，控制单元18接收并处理该探测信号，并发送处理后的探测信号给第一通讯单元13；解决了现有技术通过光学或电学探杆插入海床内部对海床面进行接触式原位测量，探杆本身会对底层流产生干扰，会影响海床真实的侵蚀淤积动态过程，测量出现较大误差等问题。然后水面数据通讯系统20中第二通信单元22接收第一通讯单元13发送的探测信号，并发送至岸站数据采集分析单元23。实现了非接触式声学原位监测，减少水下探测系统测量装置对海床侵蚀淤积过程的干扰，并将监测的数据实时进行传输，并对监测的数据进行进一步的分析处理。
在上述实施例的基础上，进一步优化，可选的，图2是本发明实施例提供的海床蚀积动态监测系统的另一种结构示意图，图3是本发明实施例提供的耐压数据舱的内部结构示意图。如图2和图3所示，水下探测系统10还包括耐压数据舱14。水下探测系统10还包括位于海床基11上的流速传感器15、姿态传感器16和水压力传感器17中的至少一种；海床基11上的流速传感器15、姿态传感器16和水压力传感器17均与控制单元18电连接。
其中，流速传感器15用来采集流速的数据信号，水压力传感器17用来采集监测区波浪及潮汐动态参数的数据信号，流速传感器15和水压力传感器17共同完成监测海床水动力环境，对监测区海床侵蚀淤积动态变化过程分析提供必要的水动力参数，并将采集的水动力参数数据信号发送控制单元18，控制单元18对采集的水动力参数数据信号进行处理，并将处理后的水动力参数数据信号发送给第一通讯单元13，然后第一通讯单元13通过第二通信单元22将该水动力参数数据信号输出至岸站数据采集单元23，岸站数据采集单元23对水动力参数数据信号进行分析处理。
其中，姿态传感器16用来采集海床基的姿态倾角的数据信号，并将采集的海床基的姿态倾角的数据信号发送控制单元18，控制单元18对采集的海床基的姿态倾角的数据信号进行处理，并将处理后的海床基的姿态倾角的数据信号发送给第一通讯单元13，然后第一通讯单元13通过第二通信单元22将该海床基的姿态倾角的数据信号输出至岸站数据采集单元23，岸站数据采集单元23对海床基的姿态倾角的数据信号进行分析处理。这样岸站数据采集单元23结合水动力参数分析和海床基角度的变化可提高海床侵蚀淤积分析的可靠性。
其中，参照图3，流速传感器15、姿态传感器16以及水压力传感器17位于耐压数据舱14内。为避免承受水下高压，流速传感器15、姿态传感器16以及水压力传感器17位于耐压数据舱14内，保证了流速传感器15、姿态传感器16和水压力传感器17能在水下高压环境下正常工作，保证了测量仪器长期有效工作。
可选的，继续参照图3，水下探测系统10中控制单元18位于耐压数据舱14内；声学传感器12、流速传感器15、姿态传感器16以及水压力传感器17均与控制单元18电连接。控制单元18还用于控制声学传感器12、流速传感器15、姿态传感器16以及水压力传感器17的探测频率。
其中，在实际监测的过程中，声学传感器12采集海床面相对高程的变化的数据信号，流速传感器15采集的流速数据信号，姿态传感器16采集的海床基偏转角度数据信号以及水压力传感器17采集的波浪及潮汐动态参数的各数据信号的数据量较大，控制单元18可以用来控制采集数据信号的频率，一定程度上可以减少功率的消耗。
可选的，继续参照图3，水下探测系10还包括供电单元19；供电单元19位于耐压数据舱14内；流速传感器15、姿态传感器16、水压力传感器17以及控制单元18均与供电单元19电连接。
其中，供电单元19与流速传感器15、姿态传感器16、水压力传感器17以及控制单元18电连接，为流速传感器15、姿态传感器16、水压力传感器17以及控制单元18供电。
可选的，参照图1和2，海床基11包括多个海床基基座110。图4是本发明实施例提供的海床基基座的结构示意图，如图4所示，海床基基座110包括地锚锚片111、地锚控制单元112和旋转固定件113；
地锚控制单元112和地锚锚片111固定在旋转固定件113上；
地锚控制单元112用于控制地锚锚片111钻入海床土体。
其中，当地锚控制单元112接收到海床基11下放于海床的信号时，控制地锚锚片111钻入海床土体，保证了海床基11在监测过程中在海床面的长期稳定性，不发生侧向滑动、倾斜。
可选的，参照图4，海床基基座110还包括配重单元114；配重单元114固定在旋转固定件113上；配重单元114为圆柱体；圆柱体的底面朝向海床面。
其中，示例性的，参照图4，配重单元114固定于旋转固定件113上，配重单元114结合地锚锚片111，保证海床基在较强水压力环境下，海床基不发生滑动、倾斜，维持海床基11的稳定，提高了海床侵蚀淤积分析的可靠性。另外，配重单元114为圆柱体，其底面圆盘式设计增加整个海床基11在水下的受力面积，可防止海床基11的沉降，进一步保证海床基11的长期稳定。
可选的，继续参照图1，包括多个水下探测系统10；多个水下探测系统10在水下中呈阵列排布。
其中，多个水下探测系统10多点呈阵列布放，形成原位监测网，可根据实际观测需求组建区域性侵蚀淤积动态监测网，相比于现有技术中通过光学传感点式测量技术，本技术方案可以实现区域性、全方位声学原位监测。
可选的，多个水下探测系统10在水下在距海床面等距离阵列排布。
其中，具体的，如图1所示，多个水下探测系统10阵列排布可以为距海床面等距离排布，各水下探测系统水平空间等间隔或不等间隔排布，这样多个水下探测系统形成原位监测网，实现海床底全方位监测。
可选的，第二通信单元22与第一通讯单元13无线连接，或者通过铠装数据缆电连接。
其中，当监测系统进行深远海监测时，第一通讯单元13与第二通信单元22可以通过无线通讯，例如第一通讯单元13为水声通讯模块，第二通信单元22为包含水声通讯模块、数据传输控制单元、卫星通讯模块的通讯单元，第一通讯单元13的水声通讯模块接收声学传感器12的探测信号，并发送给第二通信单元22的水声通讯模块，数据传输控制单元控制第二通信单元22与岸站数据采集分析单元23的数据传输，然后岸站数据采集分析单元23对数据进行处理，实现了数据的实时传输与处理。当监测系统进行近浅海监测时，第一通讯单元13与第二通信单元22可以电连接，例如第一通讯单元13为数据缆水密插拔模块，第二通信单元22可以为移动通讯模块，第二通信单元22采用移动通讯模块节省监测系统的成本，传输距离近。第一通讯单元13与第二通信单元22通过铠装数据缆电连接，第二通信单元22将探测信号发送给岸站数据采集分析单元23，岸站数据采集分析单元23对数据进行处理，如此实现了各数据信号的实时传输与处理。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种海床蚀积动态监测系统，其特征在于，包括至少一个水下探测系统和水面数据通讯监控系统；所述水下探测系统包括海床基、声学传感器和控制单元和第一通讯单元；所述声学传感器、所述控制单元和所述第一通讯单元位于所述海床基上；
所述声学传感器与所述控制单元电连接，所述控制单元与所述第一通讯单元电连接；所述声学传感器用于对海床进行回声探测，并将探测信号发送至所述控制单元，所述控制单元用于接收并处理所述探测信号，并将处理后的探测信号发送给所述第一通讯单元；
所述水面数据通讯监控系统包括浮标单元、第二通信单元以及岸站数据采集分析单元；所述第二通信单元位于所述浮标单元上；所述第二通信单元与所述岸站数据采集分析单元无线通信连接；所述第二通信单元用于接收所述第一通讯单元发送的探测信号，并发送至所述岸站数据采集分析单元；
所述海床基包括多个海床基基座，所述海床基基座包括地锚锚片、地锚控制单元和旋转固定件；
所述地锚控制单元和所述地锚锚片固定在所述旋转固定件上；
所述地锚控制单元用于控制所述地锚锚片钻入海床土体；
所述海床基基座还包括配重单元；所述配重单元固定在所述旋转固定件上；所述配重单元为圆柱体；所述圆柱体的底面朝向海床面。
2.根据权利要求1所述的海床蚀积动态监测系统，其特征在于，所述水下探测系统还包括位于所述海床基上的流速传感器、姿态传感器和水压力传感器中的至少一种；所述海床基上的流速传感器、所述姿态传感器和所述水压力传感器均与所述控制单元电连接。
3.根据权利要求2所述的海床蚀积动态监测系统，其特征在于，所述水下探测系统还包括耐压数据舱；所述流速传感器、所述姿态传感器以及所述水压力传感器位于所述耐压数据舱内。
4.根据权利要求3所述的海床蚀积动态监测系统，其特征在于，所述控制单元位于所述耐压数据舱内；所述声学传感器、所述流速传感器、所述姿态传感器以及所述水压力传感器均与所述控制单元电连接；
所述控制单元还用于控制所述声学传感器、所述流速传感器、所述姿态传感器以及所述水压力传感器的探测频率。
5.根据权利要求4所述的海床蚀积动态监测系统，其特征在于，所述水下探测系统还包括供电单元；所述供电单元位于所述耐压数据舱内；所述流速传感器、所述姿态传感器、所述水压力传感器以及所述控制单元均与所述供电单元电连接。
6.根据权利要求1所述的海床蚀积动态监测系统，其特征在于，包括多个所述水下探测系统；多个所述水下探测系统在水下中呈阵列排布。
7.根据权利要求6所述的海床蚀积动态监测系统，其特征在于，所述多个水下探测系统在水下距海床面等距离阵列排布。
8.根据权利要求1所述的海床蚀积动态监测系统，其特征在于，所述第二通信单元与所述第一通讯单元无线连接，或者通过铠装数据缆电连接。
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