CN112556881A - 一种自浮式海洋表层温度观测装置及观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自浮式海洋表层温度观测装置，包括顶盖、控制舱、电池舱和水层深度调节模块，顶盖、水层深度调节模块、控制舱和电池舱从上至下依次设置且两两之间通过螺栓固定点及螺栓固定连接，在电池舱内设有由温度探头和电导探头组成的探头模块，所述顶盖上设有指示灯和缆绳拖拽模块；所述电池舱内还设有电池，所述控制舱内设有控制模块，控制模块包括主控板，所述水层深度调节模块内底面开设有穿线孔，所述温度探头和电导探头通过线缆依次连接电池和主控板，所述指示灯同样连接主控板；通过电导和温度数据进行综合判断温度测量数据的稳定性判定，可实现较高的准确性；整体结构简单，测温过程容易操作，具有很高的实用性。

Description

一种自浮式海洋表层温度观测装置及观测方法

技术领域

本发明涉及海洋环境监测行业，具体是一种自浮式海洋表层温度观测装置及观测方法。

背景技术

在海滨观测规范中，海水表层温度值是海洋环境监测中的重要参数，表层海水温度值的测量具有重要的意义。

现有的常规的测量方式基本上都属于定点测量，

1、海洋台站

海洋台站主要依靠建设的海洋岸站，施工量大，耗费资金量大，而且很多地点不适合建设海洋台站。

2、海洋浮标，

浮标通过锚系固定在海洋中某点，在浮标上通过挂载温度传感器来获取浮标的漂浮范围内的表层温度数据，

3、科考人员为了测量大洋中某海域的温度数据，通常随科考船停靠大洋中某点，通过布放CTD来获取某点的实时温度数据，工作量大，操作不便，受自然环境影响较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自浮式海洋表层温度观测装置及观测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自浮式海洋表层温度观测装置，包括顶盖、控制舱、电池舱和水层深度调节模块，顶盖、水层深度调节模块、控制舱和电池舱从上至下依次设置且两两之间通过螺栓固定点及螺栓固定连接，在电池舱内设有由温度探头和电导探头组成的探头模块，所述顶盖上设有指示灯和缆绳拖拽模块；所述电池舱内还设有电池，所述控制舱内设有控制模块，控制模块包括主控板，所述水层深度调节模块内底面开设有穿线孔，所述温度探头和电导探头通过线缆依次连接电池和主控板，且线缆通从穿线孔内穿过，所述指示灯同样连接主控板。

进一步的，在电池舱底部设有传感器探头保护支架，所述温度探头和电导探头位于传感器探头保护支架内侧；所述传感器探头保护支架底部还贴合设置有重块。

上述装置的观测方法，包括采集信号的预处理、判定入水状态、判定温度稳定状态和最终表层水温计算。

其中，a、采集信号的预处理：滑动平均滤波，具体为温度模块上电工作后Δt之后开始计时，针对温度测量模块和电导测量在固定时间点t(3s的整数倍)收集(t-Δt，t)时间段的采样点集合：时间序列为(T₀，T₁，…，T_n)，对应的电导数据序列为(X₀，X₁，…，X_n)，对应的温度测量模块为(Y₀，Y₁，…，Y_n)。并对电导和温度数据进行滑动平均滤波如下：

得到滤波后的电导数据集合[(t₀，x₀)，(t₁，x₁)，…，(t_n-m，x_n-m)]和温度数据集合[(t₀，y₀)，(t₁，y₁)，…，(t_n-m，y_n-m)]，其中采样频率、n、m、Δt等参数根据实验数据进行优化决定。

b、电导判定入水状态：

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(x₀，x₁，…，x_n-m)，计算信号幅值：

A₁＝Max([x₀，x₁，…，x_n-m])-Min([x₀，x₁，…，x_n-m])；

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(x₀，x₁，…，x_n-m)，计算信号序列的波动特征值：

最终判定特征值计算：

A_t2＝a₃·Max([x₀，x₁，…，x_n-m])；

其中A₁₀，A₂₀，是传感器在静水状态的盐度计算特征值；a₁，a₂是响应的权重系数，根据试验优化确定。

判定方法：

c、温度波动判定稳定状态

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算信号幅值：

B₁＝Max([y₀，y₁，…，y_n-m])-Min([y₀，y₁，…，y_n-m])；

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算信号序列的波动特征值：

最终判定特征值计算：

其中A₁₀，A₂₀，是传感器在静水状态的温度计算特征值；b₁，b₂是响应的权重系数，根据试验优化确定。

判定方法：

即最终判定海水表温计算完成的标志是(A_t1＜R)&(A_t2＞R)&(B_t1＜R)。

d、温度最终值计算：

针对温度波动判定稳定状态步骤确定表温稳定后，通过采集信号的预处理步骤中最后时刻的滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算最终表温值：

待到温度计算完成并得到最终海水表温后，系统向指示灯发出完成信号，指示灯闪烁。

作为本发明的优选方案：所述控制舱、电池舱、水层深度调节模块均呈椭圆柱型，相邻模块的连接处套装有O型密封圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过电导和温度数据进行综合判断温度测量数据的稳定性判定，可实现较高的准确性；整体结构简单，测温过程容易操作，具有很高的实用性，通过指示灯的设置，能够根据装置的监测进度来进行不同规律的闪烁，可以远端观看是否完成测量，或观看测量进度，直观明了。

附图说明

图1为本发明装置的总装图。

图2为本发明装置的正视图。

图3为本发明装置加装水层调节模块的正视图。

图4为本发明装置的电池仓及传感器探头安装模块的结构示意图。

图5为本发明装置控制舱的结构示意图。

图6为本发明装置水层调节模块的的位置图。

图7为本发明装置顶盖的立体图。

图8为本发明装置的观测方法流程图。

图中1-顶盖，2-控制舱，3-电池舱，4-指示灯，5-缆绳拖拽模块，6-传感器探头保护支架，7-重块，8-温度探头，9-电导探头，10-螺栓固定点，11-水层深度调节模块，12-O型密封圈，13-电池，14-主控板，15-穿线孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种自浮式海洋表层温度观测装置，包括顶盖1、控制舱2、电池舱3和水层深度调节模块11，顶盖1、水层深度调节模块11、控制舱2和电池舱3从上至下依次设置且两两之间通过螺栓固定点10及螺栓固定连接，在电池舱3内设有由温度探头8和电导探头9组成的探头模块，所述顶盖1上设有指示灯4和缆绳拖拽模块5；如图4，所述电池舱3内还设有电池13，如图5，所述控制舱2内设有控制模块，控制模块包括主控板14，如图6，所述水层深度调节模块11内底面开设有穿线孔15，所述温度探头8和电导探头9通过线缆依次连接电池13和主控板14，且线缆通从穿线孔15内穿过，所述指示灯4同样连接主控板14，通过指示灯14的设置，能够根据装置的监测进度来进行不同规律的闪烁，可以远端观看是否完成测量，或观看测量进度，直观明了。

进一步的，在电池舱3底部设有传感器探头保护支架6，所述温度探头8和电导探头9位于传感器探头保护支架6内侧。

在实际安装时，顶盖1和控制舱2之间的水层深度调节模块11的数量可以根据现场的观测水层深度的要求，进行增加或减少，多个水层深度调节模块11之间也同样通过螺栓固定点10和螺栓进行连接固定，如果现场对测量深度没有要求，水层深度调节模块11也可以不用加装；同时，所述传感器探头保护支架6底部还贴合设置有重块7，重块7的数量也可以根据需求进行调节，用以调节温度探头8测量的水深位置。

如图7，上述装置的观测方法，包括采集信号的预处理、判定入水状态、判定温度稳定状态和最终表层水温计算。

a、采集信号的预处理：滑动平均滤波，具体为温度模块上电工作后Δt之后开始计时，针对温度测量模块和电导测量在固定时间点t(3s的整数倍)收集(t-Δt，t)时间段的采样点集合：时间序列为(T₀，T₁，…，T_n)，对应的电导数据序列为(X₀，X₁，…，X_n)，对应的温度测量模块为(Y₀，Y₁，…，Y_n)。并对电导和温度数据进行滑动平均滤波如下：

得到滤波后的电导数据集合[(t₀，x₀)，(t₁，x₁)，…，(t_n-m，x_n-m)]和温度数据集合[(t₀，y₀)，(t₁，y₁)，…，(t_n-m，y_n-m)]，其中采样频率、n、m、Δt等参数根据实验数据进行优化决定。

b、电导判定入水状态：

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(x₀，x₁，…，x_n-m)，计算信号幅值：

A₁＝Max([x₀，x₁，…，x_n-m])-Min([x₀，x₁，…，x_n-m])；

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(x₀，x₁，…，x_n-m)，计算信号序列的波动特征值：

最终判定特征值计算：

A_t2＝a₃·Max([x₀，x₁，…，x_n-m])；

其中A₁₀，A₂₀，是传感器在静水状态的盐度计算特征值；a₁，a₂是响应的权重系数，根据试验优化确定。

判定方法：

c、温度波动判定稳定状态

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算信号幅值：

B₁＝Max([y₀，y₁，…，y_n-m])-Min([y₀，y₁，…，y_n-m])；

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算信号序列的波动特征值：

最终判定特征值计算：

其中A₁₀，A₂₀，是传感器在静水状态的温度计算特征值；b₁，b₂是响应的权重系数，根据试验优化确定。

判定方法：

即最终判定海水表温计算完成的标志是(A_t1＜R)&(A_t2＞R)&(B_t1＜R)。

d、温度最终值计算：

针对温度波动判定稳定状态步骤确定表温稳定后，通过采集信号的预处理步骤中最后时刻的滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算最终表温值：

待到温度计算完成并得到最终海水表温后，系统向指示灯4发出完成信号，指示灯4闪烁。

实施例2：

在实施例1的基础之上，所述控制舱2、电池舱3、水层深度调节模块11均呈椭圆柱型，流线型的设计满足走航式要求，各个模块之间可以很方便地进行组合固定，同时，相邻模块的连接处套装有O型密封圈12，用于保证装置整体的防水性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种自浮式海洋表层温度观测装置，包括顶盖(1)、控制舱(2)、电池舱(3)和水层深度调节模块(11)，其特征在于，顶盖(1)、水层深度调节模块(11)、控制舱(2)和电池舱(3)从上至下依次设置且两两之间通过螺栓固定点(10)及螺栓固定连接，在电池舱(3)内设有由温度探头(8)和电导探头(9)组成的探头模块，所述顶盖(1)上设有指示灯(4)和缆绳拖拽模块(5)；所述电池舱(3)内还设有电池(13)，所述控制舱(2)内设有控制模块，控制模块包括主控板(14)，所述水层深度调节模块(11)内底面开设有穿线孔(15)，所述温度探头(8)和电导探头(9)通过线缆依次连接电池(13)和主控板(14)，且线缆通从穿线孔(15)内穿过，所述指示灯(4)同样连接主控板(14)。

2.根据权利要求1所述的一种自浮式海洋表层温度观测装置，其特征在于，在电池舱(3)底部设有传感器探头保护支架(6)，所述温度探头(8)和电导探头(9)位于传感器探头保护支架(6)内侧；所述传感器探头保护支架(6)底部还贴合设置有重块(7)。

3.根据权利要求1所述的一种自浮式海洋表层温度观测装置，其特征在于，所述控制舱(2)、电池舱(3)、水层深度调节模块(11)均呈椭圆柱型，相邻模块的连接处套装有O型密封圈(12)，用于保证装置整体的防水性能。

4.一种自浮式海洋表层温度观测装置的观测方法，采用权利要求1-3中任意一条权利要求所述的装置，其特征在于，包括采集信号的预处理、判定入水状态、判定温度稳定状态和最终表层水温计算。

5.根据权利要求4所述的一种自浮式海洋表层温度观测装置的观测方法，其特征在于，采集信号的预处理：滑动平均滤波，具体为温度模块上电工作后Δt之后开始计时，针对温度测量模块和电导测量在固定时间点t(3s的整数倍)收集(t-Δt，t)时间段的采样点集合：时间序列为(T₀，T₁，…，T_n)，对应的电导数据序列为(X₀，X₁，…，X_n)，对应的温度测量模块为(Y₀，Y₁，…，Y_n)。并对电导和温度数据进行滑动平均滤波如下：

得到滤波后的电导数据集合[(t₀，x₀)，(t₁，x₁)，…，(t_n-m，x_n-m)]和温度数据集合[(t₀，y₀)，(t₁，y₁)，…，(t_n-m，y_n-m)]，其中采样频率、n、m、Δt等参数根据实验数据进行优化决定。

6.根据权利要求5所述的一种自浮式海洋表层温度观测装置的观测方法，其特征在于，电导判定入水状态：

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(x₀，x₁，…，x_n-m)，计算信号幅值：

A₁＝Max([x₀，x₁，…，x_n-m])-Min([x₀，x₁，…，x_n-m])；

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(x₀，x₁，…，x_n-m)，计算信号序列的波动特征值：

最终判定特征值计算：

A_t2＝a₃·Max([x₀，x₁，…，x_n-m])；

其中A₁₀，A₂₀，是传感器在静水状态的盐度计算特征值；a₁，a₂是响应的权重系数，根据试验优化确定。

判定方法：

7.根据权利要求1所述的一种自浮式海洋表层温度观测装置的观测方法，其特征在于，温度波动判定稳定状态

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算信号幅值：

B₁＝Max([y₀，y₁，…，y_n-m])-Min([y₀，y₁，…，y_n-m])；

针对采集信号的预处理步骤中滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算信号序列的波动特征值：

最终判定特征值计算：

其中A₁₀，A₂₀，是传感器在静水状态的温度计算特征值；b₁，b₂是响应的权重系数，根据试验优化确定。

判定方法：

即最终判定海水表温计算完成的标志是(A_t1＜R)&(A_t2＞R)&(B_t1＜R)。

8.根据权利要求1所述的一种自浮式海洋表层温度观测装置的观测方法，其特征在于，温度最终值计算：

针对温度波动判定稳定状态步骤确定表温稳定后，通过采集信号的预处理步骤中最后时刻的滤波之后的数据集(y₀，y₁，…，y_n-m)，计算最终表温值：

待到温度计算完成并得到最终海水表温后，系统向指示灯发出完成信号，指示灯闪烁。

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