CN112595294A - 一种筒内轨道式水体剖面观测浮标及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筒内轨道式水体剖面观测浮标，包括浮标体、位于所述浮标体中部的中心观测井、剖面观测设备，还包括安全筒、轨道、升降装置和限位器；所述安全筒安装于所述中心观测井的下方，安全筒壁上开设有透水孔；所述轨道安装于中心观测井与安全筒的内壁；所述剖面观测设备通过所述限位器安装于所述轨道上，并通过所述升降装置驱动其沿轨道升降。本发明在中心观测井的正下方安装带有透水孔的安全筒，减小了海流对安全筒乃至整个浮标稳性的影响，并且很好的阻隔了海水中漂流的渔网、杂物等对水下剖面观测设备的破坏和影响。

Description

一种筒内轨道式水体剖面观测浮标及方法

技术领域

本发明涉及海洋科学观测技术领域，具体涉及一种筒内轨道式水体剖面观测浮标及方法。

背景技术

海洋科学的发展依赖于海洋观测技术的进步，海洋水体剖面观测技术作为海洋观测技术的一种重要分支在认知海洋方面具有不可替代性。海表观测和海底观测由于其特有的海表浮标和海底床基的天然基础优势均得到了持续关注和长足发展，技术手段较为成熟，已形成的观测系统较为完备，但是处于海表层和海底之间的大面积海洋水体剖面领域的实时观测技术并不多见，尤其是针对近海海域水体剖面的观测技术发展相对滞后，主要原因就是复杂的近海环境特点限制了很多技术手段的实现，比如近海频繁的渔业捕捞作业、生活垃圾和废弃渔网的随意丢弃等。

目前在近海海域实现水体剖面观测的技术主要集中在滑翔机技术、座底式水下绞车技术以及基于浮标绞车的钢丝绳搭载水体剖面单元的技术等。但是面对频繁的渔业捕捞和渔场肆意横行的大量流网和生活杂物，其安全性得不到很好的保障，极易发生缠绕、损坏甚至丢失，严重影响了对数据的连续、稳定获取。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种筒内轨道式水体剖面观测浮标及方法，它是基于圆盘形海洋资料浮标，通过设计安全筒和运行轨道，将剖面观测设备与外界分离，并保持水体的连通性，能够避免水下剖面观测系统与流网发生缠绕的危险，可以安全有效的实现对近海水体的多项海洋参数进行长期、连续、定点、实时剖面观测，满足科研需求，同时又成功避免了与锚系发生碰撞的危险，具有安全、稳定和可推广性强的优点。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种筒内轨道式水体剖面观测浮标，包括浮标体、位于所述浮标体中部的中心观测井、剖面观测设备，还包括安全筒、轨道、升降装置和限位器；所述安全筒安装于所述中心观测井的下方，安全筒壁上开设有透水孔；所述轨道安装于中心观测井与安全筒的内壁；所述剖面观测设备通过所述限位器安装于所述轨道上，并通过所述升降装置驱动其沿轨道升降。

上述方案中，所述安全筒由若干单节安全筒通过可拆卸的方式上下拼装而成，单节安全筒的数量根据浮标布放海域水深和所需观测的水体深度来确定，原则是所述安全筒长度不超过布放位置低潮时的水深。

上述方案中，所述轨道由若干单节轨道上下拼接而成，所述中心观测井内壁从上至下安装一节轨道，每单节安全筒内安装一节与单节安全筒相同长度的单节轨道；当多节安全筒相互拼装为更长的安全筒后，多节轨道则紧密连接成更长的光滑轨道。

上述方案中，所述升降装置包括绞车、定滑轮和传输缆，所述绞车安装于浮标体的甲板上，所述定滑轮安装于中心观测井上方，所述传输缆一端缠绕于绞车上，另一端绕过所述定滑轮与所述剖面观测设备连接。

上述方案中，所述传输缆具有供电、数据传输和承重能力。

上述方案中，所述限位器包括夹具、套筒和连接板，所述夹具与套筒之间通过连接板进行连接，所述夹具用于夹持所述剖面观测设备，所述套筒一侧设有开口以便卡置于所述轨道上。

上述方案中，所述轨道关于安全筒的中心轴对称设置两根，所述限位器的夹具两侧对称设置两个套筒分别与两根导轨适配，保证所述剖面观测设备位于中心观测井或安全筒的水平中心位置。

上述方案中，所述安全筒的下方安装有Y字形马鞍链，所述马鞍链的上端两头分别系于安全筒下端的对称两侧，马鞍链的下端连接锚。

上述方案中，还包括若干常规观测井，所述常规观测井位于浮标体中部靠外侧，从甲板至贯穿浮标体，呈现透水功能，常规观测井内安装有常规观测设备。

相应的，本发明还提出上述筒内轨道式水体剖面观测浮标的方法，包括：

绞车根据设定程序按照一定时序运行，当到达运行时间节点绞车启动首先正转，传输缆放松，剖面观测设备在重力的作用下沿着轨道下降，下降过程中剖面观测设备实时进行连续观测；当到达预设深度后，绞车刹车，然后启动进行反转，拉紧传输缆，从而将剖面观测设备拉升，剖面观测设备在上升过程中也进行实时连续观测，当剖面观测设备上升至中心观测井后，绞车刹车，剖面观测完成一个周期的运行；在此期间，剖面观测数据经过浮标体及通讯设备实时传输至陆地上的数据接收系统。

本发明的有益效果在于：

1、本发明在中心观测井的正下方安装带有透水孔的安全筒，一方面，设置透水孔减小了海流对安全筒乃至整个浮标稳性的影响；另一方面，安全筒很好的阻隔了海水中漂流的渔网、杂物等对水下剖面观测设备的破坏和影响。

2、安全筒和轨道采用模块化设计，可以根据浮标布放海域水深和所需获取的水体深度来选择合适的安全筒和轨道的具体规格和数量，实现在不同布放海域进行水体剖面数据的实时获取。

3、本发明可以安全有效的实现对近海水体的多项海洋参数进行长期、连续、定点、实时剖面观测，满足科研需求，同时又成功避免了与锚系发生碰撞的危险，具有安全、稳定和可推广性强的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明筒内轨道式水体剖面观测浮标的整体结构图；

图2是本发明筒内轨道式水体剖面观测浮标的剖视图；

图3是本发明筒内轨道式水体剖面观测浮标的单节安全筒及筒内结构示意图；

图4是本发明筒内轨道式水体剖面观测浮标的剖面观测设备与轨道结构的局部结构示意图；

图5是本发明筒内轨道式水体剖面观测浮标的限位器结构示意图。

图中：10、浮标体；11、气象平台；12、太阳能电池板；20、中心观测井；30、安全筒；31、透水孔；32、拼接器；40、轨道；51、绞车；52、定滑轮；53、传输缆；60、剖面观测设备；70、限位器；71、夹具；72、套筒；73、连接板；81、马鞍链；82、锚；90、常规观测井；91、常规观测设备。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-2所示，为本发明实施例提供的一种筒内轨道式水体剖面观测浮标，包括浮标体10、中心观测井20、安全筒30、轨道40、升降装置、剖面观测设备60和限位器70。浮标体10呈圆盘形，直径可根据实际布放海域海洋环境特点而定，直径一米至直径十数米均可使用，材料可选用钢制材料和浮体材料打造，负责为整体观测系统提供浮力和搭载平台。中心观测井20位于浮标体10正中心，为透水结构。安全筒30同轴安装于中心观测井20的正下方，安全筒30壁上开设有透水孔31，中心观测井20和安全筒30为水体剖面观测的实施提供安全的场所。安全筒30的设计具备两个作用：(1)设置透水孔31减小了海流对安全筒30乃至整个浮标稳性的影响；(2)安全筒30很好的阻隔了海水中漂流的渔网、杂物等对水下剖面观测设备60的破坏和影响。轨道40安装于中心观测井20与安全筒30的内壁；剖面观测设备60安装于限位器70上，限位器70安装于轨道40上，通过升降装置驱动剖面观测设备60沿轨道40升降。

进一步优化，安全筒30采用模块化设计，由若干单节安全筒通过可拆卸的方式上下拼装而成，实现不同长度的设定。单节安全筒结构如图3所示，其上端面和下端面对应设置有拼接器32，拼接器32上开设安装孔，通过螺栓将相邻两节安全筒拼接在一起。本实施例中，每个端面各设两个拼接器32，呈左右对称分布。单节安全筒长1-2米，单节安全筒的数量根据浮标布放海域水深和所需观测的水体深度来确定，原则是安全筒30长度不超过布放位置低潮时的水深。

进一步优化，轨道40同样采用模块化设计，由若干单节轨道上下拼接而成。中心观测井20内壁从上至下安装一节轨道；每单节安全筒内安装一节与单节安全筒相同长度的单节轨道，如图3所示。当多节安全筒相互拼装为更长的安全筒30后，多节轨道则紧密连接成更长的光滑轨道40。本实施例中，轨道40关于安全筒30的中心轴对称设置两根。

进一步优化，升降装置包括绞车51、定滑轮52和传输缆53。绞车51安装于浮标体10的甲板上，负责为剖面观测设备60的运行提供动力，按照一定的时序实现剖面观测设备60的下放和上升，剖面观测设备60下放时靠自身重力下降，绞车51不提供动力，只负责放缆，当剖面观测设备60到达预先设定的深度后，绞车51受力并反向收绞，将剖面观测设备60提升收回至中心观测井20内。定滑轮52安装于浮标体10的甲板上方，位于中心观测井20正上方，用于传输缆53的导向。传输缆53一端缠绕于绞车51上，另一端绕过定滑轮52后与剖面观测设备60连接。传输缆53具有供电、数据传输和承重能力，负责实时为剖面观测设备60提供电能，并控制其在上升和下降的过程中实时进行水体剖面数据采集，传输缆53还具有承重能力，通过绞车51的释放和收绞，实现对剖面观测设备60的上升下降的控制。

进一步优化，如图4-5所示，限位器70包括夹具71和对称设置于夹具71两侧的两个套筒72，夹具71与套筒72之间通过两块平行的连接板73进行连接。夹具71用于将剖面观测设备60夹持住并保持在安全筒30水平正中心，通过螺栓固定。两个套筒72分别对应安装于安全筒30两侧的轨道40上，套筒72一侧设有开口形成限位槽，以便卡于轨道40的大头，套筒72与轨道40之间留有一定的空隙，保证在上升和下降过程中保持顺畅，且不易偏出轨道40。两块平行的连接板73之间形成压载槽，用于搭载压载铁和牺牲阳极，为剖面观测设备60下放过程中提供一定重量，更为顺利的下降。牺牲阳极即为了防止所有与其接触的金属材质腐蚀或降低腐蚀速度而牺牲自身的金属材料，在海洋钢制浮标观测领域和钢制船舶制造领域通常将锌块作为牺牲阳极的主要材料。

剖面观测设备60搭载于限位器70中，并经过限位器70的夹持保持在安全筒30的水平正中心位置，平时收绞至中心观测井20内，工作时与绞车51配合一同按照预定时序进行下放、下放同时数据采集、上升、上升同时数据采集的工作，剖面观测设备60采集的实时剖面观测数据经过传输缆53传递至浮标并经浮标固有的通讯系统实时发送至陆地上的岸站数据接收系统，实现观测数据实时提供给科研工作者使用。

进一步优化，安全筒30的正下方安装有Y字形马鞍链81，马鞍链81的上端两头分别系于浮标最下端一节安全筒的对称两侧，马鞍链81的下端连接锚82，锚82用于固定整套浮标系统，防止浮标系统在海上随意跑锚。

进一步优化，筒内轨道式水体剖面观测浮标还包括常规观测井90，常规观测井90位于浮标体10中部靠外侧，从甲板至贯穿浮标体10，呈现透水功能，可根据实际观测试验需求确定数量为1-3个均可。常规观测井90内设有常规观测设备91，常规观测设备91通过支架结构固定于常规观测井90内，可拆卸更换，可根据具体布放需求选择搭载的观测设备，如水文、水质观测设备，实现对布放海域实现水文、水质等参数的数据获取。

进一步优化，筒内轨道式水体剖面观测浮标还包括气象平台11，气象平台11位于浮标顶部，安装有获取气象数据的各种传感器和通讯天线等，如能见度传感器、风速风向仪、温湿仪、气压仪，为浮标获取海表面能见度、实时风速、实时风向、气温、湿度、气压等参数数据。

获取的常规观测数据、气象观测数据同样由浮标体10搭载的通讯系统实时传递至陆地上的陆基数据接收系统，并及时提供给科研工作者。

进一步优化，筒内轨道式水体剖面观测浮标还包括太阳能电池板12，太阳能电池板12位于浮标体10上方、气象平台11下方，配合蓄电池共同负责为整套浮标系统的运行提供能量来源。

相应的，本发明还提出了上述筒内轨道式水体剖面观测浮标的方法，包括：绞车51根据设定程序按照一定时序运行，当到达运行时间节点绞车51启动首先正转，传输缆53放松，剖面观测设备60在重力的作用下沿着轨道40下降，下降过程中剖面观测设备60实时进行连续观测；当到达预设深度后，绞车51刹车，然后启动进行反转，拉紧传输缆53，从而将剖面观测设备60拉升，剖面观测设备60在上升过程中也进行实时连续观测，当剖面观测设备60上升至中心观测井20后，绞车51刹车，剖面观测完成一个周期的运行；在此期间，剖面观测数据经过浮标体及通讯设备实时传输至陆地上的数据接收系统供科学研究使用。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，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，而不是限制性的，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，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种筒内轨道式水体剖面观测浮标，包括浮标体(10)、位于所述浮标体(10)中部的中心观测井(20)、剖面观测设备(60)，其特征在于，还包括安全筒(30)、轨道(40)、升降装置和限位器(70)；所述安全筒(30)安装于所述中心观测井(20)的下方，安全筒(30)壁上开设有透水孔(31)；所述轨道(40)安装于中心观测井(20)与安全筒(30)的内壁；所述剖面观测设备(60)通过所述限位器(70)安装于所述轨道(40)上，并通过所述升降装置驱动其沿轨道(40)升降。

2.根据权利要求1所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，所述安全筒(30)由若干单节安全筒通过可拆卸的方式上下拼装而成，单节安全筒的数量根据浮标布放海域水深和所需观测的水体深度来确定，原则是所述安全筒(30)长度不超过布放位置低潮时的水深。

3.根据权利要求2所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，所述轨道(40)由若干单节轨道上下拼接而成，所述中心观测井(20)内壁从上至下安装一节轨道，每单节安全筒内安装一节与单节安全筒相同长度的单节轨道；当多节安全筒相互拼装为更长的安全筒(30)后，多节轨道则紧密连接成更长的光滑轨道(40)。

4.根据权利要求1所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，所述升降装置包括绞车(51)、定滑轮(52)和传输缆(53)，所述绞车(51)安装于浮标体(10)的甲板上，所述定滑轮(52)安装于中心观测井(20)上方，所述传输缆(53)一端缠绕于绞车(51)上，另一端绕过所述定滑轮(52)与所述剖面观测设备(60)连接。

5.根据权利要求4所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，所述传输缆(53)具有供电、数据传输和承重能力。

6.根据权利要求1所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，所述限位器(70)包括夹具(71)、套筒(72)和连接板(73)，所述夹具(71)与套筒(72)之间通过连接板(73)进行连接，所述夹具(71)用于夹持所述剖面观测设备(60)，所述套筒(72)一侧设有开口以便卡置于所述轨道(40)上。

7.根据权利要求6所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，所述轨道(40)关于安全筒(30)的中心轴对称设置两根，所述限位器(70)的夹具(71)两侧对称设置两个套筒(72)分别与两根导轨(40)适配，保证所述剖面观测设备(60)位于中心观测井(20)或安全筒(30)的水平中心位置。

8.根据权利要求1所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，所述安全筒(30)的下方安装有Y字形马鞍链(81)，所述马鞍链(81)的上端两头分别系于安全筒(30)下端的对称两侧，马鞍链(81)的下端连接锚(82)。

9.根据权利要求1所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标，其特征在于，还包括若干常规观测井(90)，所述常规观测井(90)位于浮标体(10)中部靠外侧，从甲板至贯穿浮标体(10)，呈现透水功能，常规观测井(90)内安装有常规观测设备(91)。

10.一种筒内轨道式水体剖面观测方法，其特征在于，采用权利要求19任一项所述的筒内轨道式水体剖面观测浮标进行，包括：

绞车(51)根据设定程序按照一定时序运行，当到达运行时间节点绞车(51)启动首先正转，传输缆(53)放松，剖面观测设备(60)在重力的作用下沿着轨道(40)下降，下降过程中剖面观测设备(60)实时进行连续观测；

当到达预设深度后，绞车(51)刹车，然后启动进行反转，拉紧传输缆(53)，从而将剖面观测设备(60)拉升，剖面观测设备(60)在上升过程中也进行实时连续观测，当剖面观测设备(60)上升至中心观测井(20)后，绞车(51)刹车，剖面观测完成一个周期的运行；在此期间，剖面观测数据经过浮标体及通讯设备实时传输至陆地上的数据接收系统。

Images