CN116513372B - 一种海底沉降及倾斜原位监测网及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海底沉降及倾斜原位监测网及其工作方法,通过单个监测单元的组网，能够对一片海域的海底沉降及倾斜情况进行长期监测。通过本发明的技术方案，保证测量单元中压力传感器以及姿态传感器所测海床海床沉降及倾斜数据始终为目标位置的数据。根据底质的承载能力调整监测单元在水下的重量，使得监测单元释放到海底后都附着在海底底质的上表面，不会因为底质的类型监测单元本身发生沉降，保证数据的准确性。通过柔性弹簧连接保证下半部分始终贴合海底表面，保证姿态传感器测量海底倾斜的准确性。监测单元的回收方式采用浮力调节和熔断装置触发两种方式，使得监测单元上浮到海面。

Description

一种海底沉降及倾斜原位监测网及其工作方法

技术领域

本发明涉及海底监测技术领域，具体而言，特别涉及一种海底沉降及倾斜原位监测网及其工作方法。

背景技术

海洋蕴含着丰富的矿物资源，发展潜力巨大，海底的天然气水合物和海底矿物开采一直是热议的话题，但是，由于海洋资源的开发，对海底的环境也产生了一定的影响，海底地质会产生沉降、滑移等一系列的变化，这些变化都需要手段去精准地监测，评估对海洋环境的影响。海底沉降及倾斜的监测是反映海底底质变化最直观的指标，对海底的地震灾害等的预警也有重要的意义，因此需要采取技术手段精准地进行海底沉降及倾斜的原位观测。

目前的海底沉降及倾斜的监测装置都是将监测装置放到海底，监测装置本身会在长时间的浪、流等的作用下发生沉降、位移以及倾斜，会严重影响测量结果的准确性，不能实现原位观测，并且不能实现自主回收。

发明内容

为了解决了目前海底沉降及倾斜的监测中监测设备本身容易受海底变化本身产生沉降及位移等变化，不能实现长时间原位监测的问题，并且能够实现组网监测以及设备的自动回收，本发明提供了一种海底沉降及倾斜原位监测网及其工作方法，通过单个监测单元的组网，能够对一片海域的海底沉降及倾斜情况进行长期监测。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种海底沉降及倾斜原位监测网，包括垂直插入海床中固定柱和海面上的监测母船，其特征在于,所述固定柱上连接有监测单元，监测单元包括上固定板和下固定板，下固定板的右部长于上固定板，上固定板和下固定板之间通过若干个柔性连接弹簧连接，上固定板的上表面固定安装有浮力调节驱动舱和可拆卸式安装的两个上部浮体材料，浮力调节驱动舱的右端连接有浮力调节油嚢，两个上部浮体材料位于浮力调节驱动舱的前、后两侧，下固定板的上表面左部固定安装有主控舱和可拆卸式安装的两个下部浮体材料，下固定板的上表面右部固定安装有水声通信模块，主控舱位于上固定板的正下方，两个下部浮体材料位于主控舱的左、右两侧；

上固定板的左端固定连接有T型把手，T型把手的左端通过连接臂连接有连接环，连接臂上设置有熔断装置，连接环套到固定柱上。

作为优选方案，上固定板和下固定板之间的柔性连接弹簧为4个。

作为优选方案，主控舱内部装有姿态传感器、电池、数据处理器和数据储存器，主控舱的舱盖上安装有压力传感器，数据处理器通讯连接压力传感器、姿态传感器和数据储存器。

作为优选方案，水声通信模块通讯连接至主控舱内部的数据处理器。

一种海底沉降及倾斜原位监测网的工作方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、在监测位置通过包括海底钻探方式将固定柱插入海床中；

步骤S2、下放安装监测单元前通过更换上部浮体材料和下部浮体材料的体积，调整监测单元1在水中的重量；

步骤S3、调整完监测单元在水中的重量后使用水下机器人通过机械臂握住T型把手，将监测单元的连接环套到固定柱上；监测单元在自身重力的作用下下沉到海底，柔性连接弹簧使监测单元下表面紧贴海底，开始进行监测工作；

步骤S4、通过主控舱上的压力传感器测量当前深度，通过深度数据的变化反映海床的沉降，通过主控舱内的姿态传感器测量海底的倾斜，由主控舱内的电池供电，测量得到的数据一方面自容存储在主控舱的数据储存器中，另一方面监测母船会按时到监测海域获取监测数据；

步骤S5、当监测母船到达监测海域时，监测单元通过水声通信模块将数据发送给监测母船；

步骤S6、监测完成后，监测母船通过水声通信发送指令给监测单元，当水声通信模块收到回收指令后，调整浮力使监测单元为正浮力，此时监测单元上浮脱开固定柱到海面。

作为优选方案，步骤S6若监测单元在脱开固定柱过程中卡住，连接环未能脱开固定柱，此时，触发熔断装置工作，将监测单元与固定柱之间的连接臂熔断，监测单元上浮到海面。

本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：

第一、为了实现绝对的原位监测，首先在监测位置通过海底钻探等方式将固定柱插入海床中，保证测量位置不变。然后将监测单元安装到固定柱上，保证测量单元中压力传感器以及姿态传感器所测海床海床沉降及倾斜数据始终为目标位置的数据。

第二、为了满足海底淤泥、岩石、泥沙等多种应用场景的需求，根据底质的承载能力调整监测单元在水下的重量，使得监测单元释放到海底后都附着在海底底质的上表面，不会因为底质的类型监测单元本身发生沉降，保证数据的准确性。

第三、为了最准确地测量出海底的倾斜角度，监测单元的上半部分与下半部分之间通过柔性弹簧连接，通过柔性连接保证下半部分始终贴合海底表面，保证姿态传感器测量海底倾斜的准确性。

第四、监测单元的回收方式采用两种方式，第一种为浮力调节的方式，当水声通信模块收到回收指令后，调整浮力使监测单元为正浮力，此时监测单元上浮脱开固定柱到海面。若在脱开固定柱过程中因意外情况卡住，未能脱开固定柱，此时触发熔断装置工作，将监测单元与固定柱之间的连接臂熔断，监测单元上浮到海面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为监测单元的结构示意图，

其中，图1至图2中附图标记与部件之间的对应关系为：

1监测单元,2监测母船,3固定柱,4连接环,5熔断装置,6T型把手,7上固定板,8浮力调节驱动舱,9浮力调节油嚢,10上部浮体材料,11柔性连接弹簧,12水声通信模块,13下固定板,14下部浮体材料,15主控舱,16连接臂，17压力传感器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图1至图2对本发明的实施例的海底沉降及倾斜原位监测网及其工作方法进行具体说明。

如图1、图2所示，本发明提出了一种海底沉降及倾斜原位监测网，包括垂直插入海床中固定柱3和海面上的监测母船2，其中，固定柱3上连接有监测单元1，监测单元1包括上固定板7和下固定板13，上固定板7和下固定板13之间的柔性连接弹簧11为4个。下固定板13的右部长于上固定板7，上固定板7和下固定板13之间通过若干个柔性连接弹簧11连接，上固定板7的上表面固定安装有浮力调节驱动舱8和可拆卸式安装的两个上部浮体材料10，浮力调节驱动舱8的右端连接有浮力调节油嚢9，两个上部浮体材料10位于浮力调节驱动舱8的前、后两侧，下固定板13的上表面左部固定安装有主控舱15和可拆卸式安装的两个下部浮体材料14，下固定板13的上表面右部固定安装有水声通信模块12，主控舱15位于上固定板7的正下方，两个下部浮体材料14位于主控舱15的左、右两侧；主控舱15内部装有姿态传感器、电池、数据处理器和数据储存器，主控舱15的舱盖上安装有压力传感器17，数据处理器通讯连接压力传感器、姿态传感器和数据储存器。水声通信模块12通讯连接至主控舱15内部的数据处理器。上固定板7的左端固定连接有T型把手6，T型把手6的左端通过连接臂16连接有连接环4，连接臂16上设置有熔断装置5，连接环4套到固定柱3上。

一种海底沉降及倾斜原位监测网的工作方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、在监测位置通过海底钻探等的方式将固定柱3插入海床中，保证测量位置不变；

步骤S2、不同的海底底质如淤泥、岩石、泥沙等有不同的承载能力，为了使监测单元的重量适应不同的海底底质，在下放安装监测单元1前通过更换上部浮体材料10和下部浮体材料14的体积，调整监测单元1的在水中重量，使监测单元上部分为零浮力，下部分的重量能够适应不同底质海底的承载力，无论是淤泥底质、泥沙底质或者岩石底质的海底在监测单元下放后都能实现监测单元的下固定板紧贴海底而不发生沉降；

步骤S3、调整完监测单元1在水中的重量后使用水下机器人通过机械臂握住T型把手6，将监测单元的连接环4套到固定柱3上；监测单元1在自身重力的作用下下沉到海底，柔性连接弹簧11使监测单元1下表面紧贴海底，开始进行监测工作；

步骤S4、通过主控舱15上的压力传感器测量当前深度，通过深度数据的变化反映海床的沉降，通过主控舱15内的姿态传感器测量海底的倾斜，由主控舱15内的电池供电，测量得到的数据一方面自容存储在主控舱15的数据储存器中，另一方面监测母船2会按时到监测海域获取监测数据；

步骤S5、当监测母船2到达监测海域时，监测单元1通过水声通信模块12将数据发送给监测母船2；

步骤S6、监测完成后，监测母船2通过水声通信发送指令给监测单元1，当水声通信模块12收到回收指令后，调整浮力使监测单元为正浮力，此时监测单元1上浮脱开固定柱1到海面。若监测单元1在脱开固定柱1过程中因意外情况卡住，连接环4未能脱开固定柱，此时，触发熔断装置5工作，将监测单元1与固定柱3之间的连接臂16熔断，监测单元1上浮到海面。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”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；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种海底沉降及倾斜原位监测网，包括垂直插入海床中固定柱（3）和海面上的监测母船（2），其特征在于,所述固定柱（3）上连接有监测单元（1），监测单元（1）包括上固定板（7）和下固定板（13），下固定板（13）的右部长于上固定板（7），上固定板（7）和下固定板（13）之间通过若干个柔性连接弹簧（11）连接，上固定板（7）和下固定板（13）之间的柔性连接弹簧（11）为4个，上固定板（7）的上表面固定安装有浮力调节驱动舱（8）和可拆卸式安装的两个上部浮体材料（10），浮力调节驱动舱（8）的右端连接有浮力调节油嚢（9），两个上部浮体材料（10）位于浮力调节驱动舱（8）的前、后两侧，下固定板（13）的上表面左部固定安装有主控舱（15）和可拆卸式安装的两个下部浮体材料（14），主控舱（15）内部装有姿态传感器、电池、数据处理器和数据储存器，主控舱（15）的舱盖上安装有压力传感器（17），数据处理器通讯连接压力传感器、姿态传感器和数据储存器，下固定板（13）的上表面右部固定安装有水声通信模块（12），水声通信模块（12）通讯连接至主控舱（15）内部的数据处理器；主控舱（15）位于上固定板（7）的正下方，两个下部浮体材料（14）位于主控舱（15）的左、右两侧；

所述上固定板（7）的左端固定连接有T型把手（6），T型把手（6）的左端通过连接臂（16）连接有连接环（4），连接臂（16）上设置有熔断装置（5），连接环（4）套到固定柱（3）上。

2.如权利要求1所述的一种海底沉降及倾斜原位监测网的工作方法，其特征在于,具体包括以下步骤：

步骤S1、在监测位置通过包括海底钻探的方式将固定柱（3）插入海床中；

步骤S2、下放安装监测单元（1）前通过更换上部浮体材料（10）和下部浮体材料（14）的体积，调整监测单元1的重量；

步骤S3、调整完监测单元（1）在水中的重量后使用水下机器人通过机械臂握住T型把手（6），将监测单元的连接环（4）套到固定柱（3）上；监测单元（1）在自身重力的作用下下沉到海底，柔性连接弹簧（11）使监测单元（1）下表面紧贴海底，开始进行监测工作；

步骤S4、通过主控舱（15）上的压力传感器测量当前深度，通过深度数据的变化反映海床的沉降，通过主控舱（15）内的姿态传感器测量海底的倾斜，由主控舱（15）内的电池供电，测量得到的数据一方面自容存储在主控舱（15）的数据储存器中，另一方面监测母船（2）会按时到监测海域获取监测数据；

步骤S5、当监测母船（2）到达监测海域时，监测单元（1）通过水声通信模块（12）将数据发送给监测母船（2）；

步骤S6、监测完成后，监测母船（2）通过水声通信发送指令给监测单元（1），当水声通信模块（12）收到回收指令后，调整浮力使监测单元为正浮力，此时监测单元（1）上浮脱开固定柱（3）到海面。

3.根据权利要求2所述的一种海底沉降及倾斜原位监测网的工作方法,其特征在于,所述步骤S6若监测单元（1）在脱开固定柱（3）过程中卡住，连接环（4）未能脱开固定柱，此时，触发熔断装置（5）工作，将监测单元（1）与固定柱（3）之间的连接臂（16）熔断，监测单元（1）上浮到海面。