CN116080843A - 基于组合式浮体结构的海洋环境监测站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，属于海洋环境监测设备技术领域，包括组合式浮体结构及设于组合式浮体结构上的监测站房；组合式浮体结构包括骨架结构，骨架结构内设置有多个浮块单体，使海洋环境监测站能够漂浮在水面；骨架结构由矩阵排列的多个浮块支撑柱连接而成，浮块单体上设有与浮块支撑柱匹配的凹槽，通过凹槽与浮块支撑柱进行嵌合，使浮块单体嵌设在多个浮块支撑柱间。本发明可根据监测需求对浮块单体的数量进行增减，不同数量的浮块单体组合或拆卸，实现组合式浮体结构整体体积的调整，以搭载不同的监测设备，实现了监测功能的扩展，环境适应性好，解决了传统浮标不能根据监测需求进行大小调整导致监测局限性的问题。

Description

基于组合式浮体结构的海洋环境监测站

技术领域

本发明涉及海洋环境监测设备技术领域，具体涉及一种基于组合式浮体结构的海洋环境监测站。

背景技术

随着人们对海域的使用和不断的拓展，以及陆地污染源的入海排放，海洋环境直接受到人类活动的影响，并产生海洋环境问题，随着人们环境保护意识的不断提高，海洋环境问题越来越受到人们的重视，海洋环境监测是认识海洋、探索发展海洋和保护海洋的必要措施，海洋环境监测任务包括海洋环境监测、海洋环境风险监测、海洋环境监管监测、公益服务监测等方面。目前，海洋环境监测常用的监测方式是通过在海洋内放置浮标体搭载传感器的方式进行监测，现有的浮标体不能满足在不同海洋位置区域环境下的监测需求，如，在浅水海洋区域内的监测，小型的浮标体受平台空间及能源供应限制，可搭载设备有限，监测参数不够全面；大型的浮标体重量大、体积大、成本高，施工复杂，一般应用于远海海域的海洋环境监测，不适用于对浅水海洋区域内的海洋环境监测。同时传统浮标体的大小结构不能根据监测的需要进行实时的结构大小调整，具有局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，包括组合式浮体结构及设于所述组合式浮体结构上的监测站房；所述组合式浮体结构包括骨架结构，所述骨架结构内可拆卸的设置有多个浮块单体，使所述海洋环境监测站能够漂浮在水面；所述骨架结构由矩阵排列的多个浮块支撑柱连接而成；其中，所述浮块单体上设有与所述浮块支撑柱匹配的凹槽，通过凹槽与浮块支撑柱进行嵌合，使所述浮块单体嵌设在多个所述浮块支撑柱间。

优选的，所述浮块支撑柱包括柱体，所述柱体的上端设有上压板，所述柱体的下端设有下压板；所述浮块单体与所述浮块支撑柱嵌合后，所述浮块单体位于所述上压板和所述下压板之间。

优选的，相邻的两个所述浮块支撑柱的上压板之间连接有上连接板，相邻的两个所述浮块支撑柱的下压板之间连接有下连接板。

优选的，所述上压板上表面设有多个上连接耳板，所述下压板的边缘设有多个下连接耳板；所述上连接板的两端以及所述下连接板的两端均设有端板。

优选的，所述上连接耳板、所述下连接耳板以及所述端板上均设有连接通孔。

优选的，所述上压板上表面设有吊耳，所述监测站房与吊耳连接。

优选的，所述下连接耳板和所述柱体之间连接有加强筋板。

优选的，所述浮块单体包括外壳，所述外壳内填充有聚氨酯PU发泡；所述外壳上设有所述凹槽。

优选的，所述外壳上连接有围栏固定架，所述围栏固定架上连接有围栏。

优选的，所述外壳上设有防滑螺纹槽。

本发明有益效果：本监测站的组合式浮体结构的浮块单体结构可进行拆卸，可根据监测需求对浮块单体的数量进行增减，不同数量的浮块单体组合或拆卸，进而实现组合式浮体结构整体体积的调整，进而搭载不同的监测设备，实现了监测功能的扩展，环境适应性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站立体结构图。

图2为本发明实施例所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站主视结构图。

图3为本发明实施例所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站俯视结构图。

图4为本发明实施例所述的组合式浮体结构的骨架结构的立体结构图。

图5为本发明实施例所述的组合式浮体结构的浮块单体的立体结构图。

图6为本发明实施例所述的组合式浮体结构的浮块单体上连接围栏的结构图。

图7为本发明实施例所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站的控制流程示意图。

图8为本发明实施例所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站的取样单元工作流程示意图。

其中：1-监测站房；2-浮块单体；3-浮块支撑柱；4-凹槽；5-柱体；6-上压板；7-下压板；8-上连接板；9-下连接板；10-上连接耳板；11-下连接耳板；12-端板；13-连接通孔；14-吊耳；15-加强筋板；16-外壳；17-围栏固定架；18-围栏；19-防滑螺纹槽；20-竖板；21-T型板；22-底板；23-连接柱；24-连接杆；25-连接法兰。

具体实施方式

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

在一个具体实施例中，提供了一种可用于承载海洋环境监测站漂浮在水面上的组合式浮体结构。本实施例中，所述组合式浮体结构包括骨架结构，所述骨架结构内设置有多个浮块单体2，浮块单体具有浮力，能够漂浮在水面上，使所述组合式浮体结构能够漂浮在水面上；所述骨架结构由矩阵排列的多个浮块支撑柱3连接而成；其中，所述浮块单体2上设有与所述浮块支撑柱3匹配的凹槽4，凹槽4的直径与浮块支撑柱3的直径相匹配，通过凹槽4与浮块支撑柱3进行嵌合，使所述浮块单体嵌设在多个所述浮块支撑柱3间。其中，矩阵排列的多个浮块支撑柱连接而成，具体为：多个浮块支撑柱3按照n行m列进行阵列排布，其中每行、每列中的浮块支撑柱3的个数相等，如，第1行、第2行、.....、第n行中均有m个浮块支撑柱3，每一行中的m个浮块支撑柱3两两距离相等，第1列、第2列、.....、第m列中同样均有n个浮块支撑柱3，每一列中的n个浮块支撑柱3两两间距离相等，且与每一行中的相邻两浮块支撑柱3间的距离相等，如此，相邻两行中的相邻的两个浮块支撑柱3以及相邻的两列中的两个相邻的浮块支撑柱3共同围成一个正方形空间，浮块单体2即嵌入该正方形空间中。当n=m时，组成的骨架结构整体形状为正方形，当n≠m时，组成的骨架结构整体形状为长方形。

在本实施例中，如图4所示，浮块支撑柱3的个数为9个，9个浮块支撑柱矩阵排列成为正方形，即每行每列中浮块支撑柱3的个数均为3根，且每一行、每一列中浮块支撑柱3的距离均相等。9个浮块支撑柱3围成了4个正方形空间，每一个正方形空间中可嵌合1个浮块单体。

如图4所示，本实施例中，所述浮块支撑柱3的具体结构为：所述浮块支撑柱3包括柱体5，所述柱体5的上端设有上压板6，所述柱体5的下端设有下压板7；所述浮块单体2与所述浮块支撑柱3嵌合后，所述浮块单体2位于所述上压板6和所述下压板7之间。具体的，为了减轻平台整体的重量，柱体5可采用不锈钢材料制成中空结构管，上压板6、下压板7同样采用不锈钢材料制成，使用不锈钢材料可减少海洋对平台腐蚀，保证较长的使用寿命。

具体应用中，所述柱体5、上压板6、下压板7的制作材料并不受上述不锈钢材料的限制，本领域技术人员可根据具体情况选择合适的制作材料，制作柱体5、上压板6和下压板7。

上压板6、下压板7可通过焊接的方式连接在柱体5上，其中，上压板6可直接焊接在柱体5的顶部，下压板7可首先切割出一个直径大于柱体5的直径的通孔，柱体5穿过通孔，将压板7通过通孔套在柱体5上再进行焊接。浮块单体2嵌入在正方形空间后，位于上压板6和下压板7之间，该浮块单体靠上压板6和下压板7之间的压紧作用压紧，从而保证浮块单体不会与浮块支撑柱3发生相对滑动，以保证组合式浮体结构整体结构的稳定性和可靠性。

另外，本实施例中，在最外侧的行和列中相邻的两个浮块支撑柱3的外侧还可设置一个浮块单体，以及在最角上的浮块支撑柱3的上再设置一个浮块单体，如此，可构成一个每一行每一列均包括4个浮块单体的组合式浮体结构。

在具体应用中，浮块支撑柱的个数并不受上述个数的限制，本领域技术人员可根据具体情况设置浮块支撑柱的个数，以得到合适大小的组合式浮体结构，以能够承载不同的环境监测系统或装置。

其中，在骨架结构中，每行中相邻两个浮块支撑柱连接，每列中相邻的两个浮块支撑柱连接，行中的浮块支撑柱和列中的浮块支撑柱是不连接的。如，本实施例中，每行、每列中的相邻的两个所述浮块支撑柱3的上压板6之间连接有上连接板8，每行、每列中相邻的两个所述浮块支撑柱3的下压板7之间连接有下连接板9，通过上连接板8和下连接板9实现每行及每列中相邻的两个浮块支撑柱3之间的连接。

具体的，为了实现两个浮块支撑柱3之间的连接，在所述上压板6上表面设有多个上连接耳板10，本实施例中，上连接耳板10的个数为4个，所述下压板7的边缘设有多个下连接耳板11，本实施例中，下连接耳板11的个数同样为4个；在所述上连接板8的两端以及所述下连接板9的两端均设有端板12。所述上连接耳板10、所述下连接耳板11以及所述端板12上均设有连接通孔13，利用螺栓穿过通孔将上连接板8与上连接耳板10连接，将下连接板9与下连接耳板11连接。

为了实现环境监测系统或装置能够在组合式浮体结构上安装，中间浮块支撑柱3的顶部的上压板6上安装连接法兰25，在其余的浮块支撑柱3的所述上压板6的上表面设置吊耳14，吊耳14位于四个上连接耳板10的中间位置，如，待安装的环境监测系统为集成式监测站房，在监测站房的底部可设置与连接法兰25相匹配的底座，监测站房底部四周设置与吊耳配合的安装板，两个安装板配合一个吊耳，吊耳和安装板上均设置对应的通孔，配合螺栓将监测站房安装在组合式浮体结构上。

在另一些实施例中，也可以在吊耳上设置连接法兰25，通过连接法兰将环境监测系统或装置蓝装在组合式浮体结构上。如，环境监测塔，环境监测塔的底部为与连接法兰相匹配的底座，通过螺栓配合连接环境监测塔的底座与连接法兰25，从而将环境监测塔连接在组合式浮体结构上。

所述下连接耳板11和所述柱体5之间连接有加强筋板15。加强筋板15的设置使下连接耳板的连接更加牢靠，从而使下连接板与两个浮块支撑柱之间的连接更加牢固稳定。

如图5、图6所示，所述浮块单体2包括有一个外壳16，该外壳内部为中空空间，内部填充有可漂浮在水上的材料，如聚氨酯PU发泡；所述外壳由聚乙烯材料制成。所述外壳16上连接有围栏固定架17，所述围栏固定架17上连接有围栏18。其中，所述围栏固定架17包括两个竖板20，两个竖板20的顶部连接T型板21，两个竖板20上设有通孔，T型板上也设有通孔，对应的外壳16上同样设置对应的通孔，通过螺栓配合通孔将围栏固定架17连接在外壳16上。围栏18包括与T型板21的上表面连接的底板22，底板22的两端分别连接一个连接柱23，两个连接柱23之间连接多个连接杆24。具体的，底板22上以及T型板上均设有通孔，通过螺栓配合通孔将底板22连接在T型板21上。围栏18的设置可保证维修运行人员在组合式浮体结构上的安全，防止跌落水中。同时，在所述外壳16上设有防滑螺纹槽19，防滑螺纹槽19可加大组合式浮体结构表面的摩擦力。

本实施例中，外壳16的侧壁和围栏固定架17上均设置4个通孔，通过M20螺栓将围栏固定架17连接在外壳16上，底板22以及T型板21上均设置2个通孔，可使用M16螺栓将底板22连接在T型板21上。

具体的，本实施例中，为了使浮块单体能够嵌合在浮块支撑柱上，所述外壳的形状为正方形，四个角上分别竖向的设置一个所述凹槽4，该凹槽4的直径与浮块支撑柱的柱体5的直径相匹配，以使外壳能够通过凹槽卡合在柱体上，被上压板6和下压板7夹住，避免与柱体发生相对滑动，保持浮块单体的稳定性。

在实际使用中，所述外壳的制作材料并不受上述聚乙烯材料的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择合适的制作材料来制作外壳。所述外壳中的填充材料也并不受上述聚氨酯PU发泡的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体选择填充材料，保证浮块单体能够漂浮在水面上即可，可选择上述聚氨酯PU发泡。

如图1至图3所示，本实施例中，提供一种基于上述的组合式浮体结构的海洋环境监测站，其包括设于所述组合式浮体结构上的监测站房1。为了实现监测站房能够在组合式浮体结构上安装，在监测站房的底部可设置与吊耳配合的安装板，两个安装板配合一个吊耳，吊耳和安装板上均设置对应的通孔，配合螺栓将监测站房安装在组合式浮体结构上。

本实施例所述的海洋环境监测站在使用时，首先通过锚索将其定位在所要监测的海洋区域位置，对该海洋区域环境进行监测，可监测指标包括：气温、气压、相对湿度、降雨量、太阳辐照度、风速、风向、能见度、水深、流速、流向、流量、波高、波周期、波向、水温、pH、盐度、溶解氧、浊度、叶绿素-a、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、氨氮、总磷、总氮、重金属、石油类、核辐射等。具体的，如：使用多参数气象监测仪监测气温、气压、相对湿度、降雨量、风速、风向等环境参数，使用太阳辐照度传感器监测太阳辐照度，使用能见度传感器监测能见度，使用多普勒流量计监测流量，使用剖面海流计监测洋流流速、流向，使用波浪传感器监测波高、波周期、波向，使用水质多参数分析仪监测水温、pH、电导率、盐度、溶解氧、浊度、叶绿素等海水环境参数，使用营养盐在线分析仪监测硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、氨氮、总磷、总氮，使用重金属检测仪监测重金属含量，使用水中油分析仪监测水中油含量，使用核辐射传感器监测水中核辐射。

本实施例中，组合式浮体结构整体由16块浮块单体，由9个浮块支撑柱3构成的骨架结构，组合式浮体结构的整体设计形状为正方形，浮块单体的外壳由聚乙烯材料制成，外壳内部填充聚氨酯PU发泡，组合式浮体结构长为 3.6m，宽为3.6m，单个浮块尺寸为0.9m×0.9m，平台总重约为1T，单个或多个块破损不会导致平台沉没；单个浮块单体的浮力为460kg，平台总浮力7.36T，吃水150mm；浮块单体的聚乙烯外壳的壁厚大于12mm，以增强强度及安全性。

结合图7、图8所示，本实施例中，海洋环境监测站的监测站房1为集成式站房，包括有太阳能供电模块、控制单元模块、取样单元模块、检测单元模块等组成。太阳能供电模块由多块太阳能板与蓄电池及电源控制器等组成，太阳能板可设置在监测站房的顶部，电源控制器及蓄电池设置在监测站房内，与太阳能板电连接，太阳能板吸收太阳能将太阳能转换为电能存储在蓄电池内。控制单元模块包括数据采集器（如使用CR1000X数据采集器/数据记录仪）、继电器控制单元、电力控制单元、GPS控制单元等部分组成，负责控制传感器的运行、数据的采集与传输，以及监测站工作状态的监测，如，通过监测工作站中系统电压及电流、监测传感器数据情况、报警情况（如漏水报警、开门报警、定位报警、姿态报警等）以及视频监控系统实现对监测站的工作状态进行监测。

取样单元模块由控制器、继电器、取样泵、电磁阀、管道等部件组成，控制器、继电器、泵等均可设置于监测站房1内，管道上设置阀门，如电磁阀，管道一端连通取样泵，一端伸出监测站房浸入海水中，由控制器控制取样泵的启停以及电磁阀的开关状态，控制器控制取样泵运行，由取样泵将海水样品通过管道取到样品杯中供检测设备检测，如水质多参数分析仪、营养盐在线分析仪、水中油分析仪、重金属检测仪、核辐射传感器等进行水样检测。检测单元模块主要包括气象传感器、水文传感器、水质传感器以及其他的检测设备（其他检测设备，如上文所述重金属检测仪、水中油分析仪、核辐射传感器等）。

如图7所示，监测站通过监测电力控制系统的工作电压、电流情况对系统的整体供电模块进行预警监测，当运行电压或电流超过或低于阈值进行预警或做出保护措施对设备进行保护，电力控制系统负责对各系统用电模块进行电力供应，每一模块进行单独供电并进行保护，任何一路模块发生故障不会对其他模块产生影响。GPS模块实时发送监测站位置信息，并采用单端的供电模块，防止因系统故障断电后无法获取位置信息，并增加继电器模块实现对电力控制系统的远程重启控制。数据采集单元对继电器模块根据程序设置进行时序控制，并对传感器进行指令下发和数据采集，收集到的各传感器信息通过数据传输模块进行数据的上传。

如图8所示，取样流程：到达预设时间节点，取样程序启动，控制器控制取样泵工作，进行抽水，同时压力传感器对管道压力进行监测，当压力值判断正常，启动检测设备进行检测，若盐度数据在正常区间范围内，结束本次取样流程，若盐度数据异常，打开三通阀切换至备用取水管路，启动取样泵工作进行抽水，若盐度数据在正常范围区间内，结束本次取样流程，若盐度数据异常，进行设备故障报警；当压力传感器数值异常，控制器内的控制程序修改泵的运行时长后进行启动检测设备进行测量，若盐度数据正常结束取样流程，若盐度数据异常，打开三通阀切换至备用取水管路，启动取样泵工作进行抽水，若盐度数据在正常范围区间内，结束本次取样流程，若盐度数据异常，进行设备故障报警。

综上，本实施例中，基于上述组合式浮体结构的海洋环境监测站，在组合式浮体结构上搭载了集成式监测站房，设置了供电模块，为监测站整体供电，监测站房内设置多个检测仪或传感器，用以监测海洋环境的多个参数，供电模块为监测站整体供电，承载海洋环境监测设备的组合式浮体结构，其由多个浮块单体组合构成，浮块单体可进行拆卸，从而实现了组合式浮体结构整体体积的调整，可搭载多个不同的海洋环境监测设备，如，在其中一个浮块支撑柱的顶部的上压板设置连接法兰25，环境监测塔的底部为与连接法兰25匹配的连接底座，通过连接法兰和连接底座的配合将环境监测塔搭载在组合式浮体结构上，进而扩展了监测功能，对海洋环境进行更加全面的监测。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，包括组合式浮体结构及设于所述组合式浮体结构上的监测站房（1）；其特征在于：

所述组合式浮体结构包括骨架结构，所述骨架结构内可拆卸的设置有多个浮块单体（2），使所述海洋环境监测站能够漂浮在水面；

所述骨架结构由矩阵排列的多个浮块支撑柱（3）连接而成；

其中，所述浮块单体（2）上设有与所述浮块支撑柱（3）匹配的凹槽（4），通过凹槽（4）与浮块支撑柱（3）进行嵌合，使所述浮块单体（2）嵌设在多个所述浮块支撑柱（3）间。

2.根据权利要求1所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述浮块支撑柱（3）包括柱体（5），所述柱体（5）的上端设有上压板（6），所述柱体（5）的下端设有下压板（7）；所述浮块单体（2）与所述浮块支撑柱（3）嵌合后，所述浮块单体（2）位于所述上压板（6）和所述下压板（7）之间。

3.根据权利要求2所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，相邻的两个所述浮块支撑柱（3）的上压板（6）之间连接有上连接板（8），相邻的两个所述浮块支撑柱（3）的下压板（7）之间连接有下连接板（9）。

4.根据权利要求3所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述上压板（6）上表面设有多个上连接耳板（10），所述下压板（7）的边缘设有多个下连接耳板（11）；所述上连接板（8）的两端以及所述下连接板（9）的两端均设有端板（12）。

5.根据权利要求4所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述上连接耳板（10）、所述下连接耳板（11）以及所述端板（12）上均设有连接通孔（13）。

6.根据权利要求4所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述上压板（6）上表面设有吊耳（14），所述监测站房（1）与吊耳（14）连接。

7.根据权利要求4所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述下连接耳板（11）和所述柱体（5）之间连接有加强筋板（15）。

8.根据权利要求1所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述浮块单体（2）包括外壳（16），所述外壳（16）内填充有聚氨酯PU发泡；所述外壳（16）上设有所述凹槽（4）。

9.根据权利要求8所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述外壳（16）上连接有围栏固定架（17），所述围栏固定架（17）上连接有围栏（18）。

10.根据权利要求8或9所述的基于组合式浮体结构的海洋环境监测站，其特征在于，所述外壳（16）上设有防滑螺纹槽（19）。

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