CN116729599B - 基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置及方法，所述装置包括轻型潜器和组网电学探杆，轻型潜器上设置有磁吸贯入设备、探测扩孔装置和组网电学探杆存储篮等，磁吸贯入设备包括磁吸盘、旋转电机等，通过磁吸盘实现组网电学探杆主体与轻型潜器的连接，通过旋转电机实现机械扭转，结合高强度扩孔杆和组网电学探杆的螺纹设计，利用潜器自身的重力和动力实现组网电学探杆的贯入和回放；本方案结合轻型载人潜器自身优点，通过对轻型载人潜器地质取样设备的设计优化，实现海底沉积物多参数电学监测设备的组网布设和海底三维空间数据的获得，具有较高的实际应用的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于海洋观测装备技术领域，具体涉及一种基于轻型载人潜器的底质三维电学观测组网布设装置及方法。
背景技术
海洋蕴藏着丰富的矿产资源，近海海洋沉积物的特性也影响着近海海洋开发，如油气管道、海底隧道安全等，因此，近年来各国在海洋调查上投入巨大，不断研发水下作业装备，以实现水下资源，环境的调查。然而对于海底沉积物的观测分析，目前大多还是通过采用抓斗、重力活塞取样器等取样分析或者通过吊载CPT，海床基三脚架等大型设备及其搭载的相应的传感器，其对于近海环境或者高频次高精度的海洋调查并不适用。对如组网电学探杆的贯入大多需要液压贯入，设备笨重，布设困难，耗资较大。
载人潜水器是由人员驾驶操作，配置生命支持和辅助系统，具备水下机动和作业能力的装备。该装备可运载科学家、工程技术人员和各种电子装置、机械设备，快速、精确地到达各种深海复杂环境，进行高效的勘探、科学考察和开发作业，是人类能实现开发深海、利用海洋的一项重要技术手段。轻型潜器由于重量轻，成本低，操作维护和布放回收简单，被广泛应用在近海海洋环境监测、海洋生态保护、海底考古、海底观光和电影拍摄等领域。通过其搭载的观测设备来实现不同的用途。
但是目前轻型潜器搭载的传感器多为固定在潜器上或由机械手抓取开展测量，并不能实现原位数据的连续测量，因此极大的限制了轻型潜器在地质环境调查。另外。目前海底沉积物物性监测设备的布放和安装需要液压动力，贯入难度大，布设步骤复杂，轻型潜器搭载的地质调查设备仅能握持开展单点或多点测量，面对海底资源勘探，海洋工程监测等越来越多的应用型市场，损时耗力，并不能很好的应用在海洋开发领域，而且由于海底灾害，或者海底底质结构失稳（如浅层气泄漏）的发生往往具有随机性，单点的监测很难捕捉到所需监测数据，也未能满足目前海工项目的大数据需求，亟需一种能依托潜器的便携性开展海底观测组网的设备及其三维立体空间连续监测的方法，以更好的捕捉海底底质变化的动态过程。
发明内容
本发明为解决现有技术中多为机械抓手握持探测，只能实现单点单次测量，缺乏组网三维空间数据等所存在的缺陷，提出一种基于轻型载人潜器的底质三维电学观测组网布设装置及方法，以解决海底沉积物原位观测设备的组网布设，实现海底沉积物电学参数的原位连续测量及三维数据获取。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置，包括轻型潜器和组网电学探杆，轻型潜器为载有全向悬停、前进动力的潜器，轻型潜器上设置有磁吸贯入设备、探测扩孔装置和上位机；所述探测扩孔装置用于安装组网电学探杆的提前扩孔，同时获取布设点沉积物的原始物理参数，在上位机控制下在海底扩孔形成预留孔，所述磁吸贯入设备在上位机控制下吸附抓取组网电学探杆，并通过转向控制使组网电学探杆在轻型潜器自身动力作用下竖直插入预留孔中实现组网布设。
探测扩孔装置通过万向器折放在轻型潜器的底部，包括高强度锥头和扩孔杆体，锥头和扩孔杆体之间通过金属透水石连接，通过上位机操控指令实现探测扩孔装置的多角度旋转；扩孔杆体的内部设置温度传感器、位移传感器、孔隙水压力传感器和摩擦阻力传感器，锥头底部的设置有锥尖压力传感器，所有传感器均为光纤传感器，通过通讯光缆与上位机相连；
所述磁吸贯入设备包括磁吸盘、伸缩杆和万向轴，伸缩杆的一端连接磁吸盘，另一端通过万向轴安装在轻型潜器的一侧，磁吸盘与一旋转电机的输出轴相连，上位机控制旋转电机转动以控制磁吸盘旋转，磁吸盘上还设置有卡扣，磁吸盘用以吸附组网电学探杆，另外在伸缩杆内部设置有通讯线缆，磁吸盘通过通讯线缆与上位机相连。
进一步的，所述组网电学探杆采用螺旋式结构的电阻率组网电学探杆，包括多组拼接模块组装而成，组网电学探杆的外侧壁上设置有螺纹以方便旋入海底，螺纹间距内设置有等间距分布的点电极，可实现单杆的三维空间数据的获取，组网电学探杆的顶端设置有带有磁吸吸盘的采集仓，组网电学探杆的测量采集系统位于组网电学探杆顶端的采集仓内，采集仓上设置有卡槽，以与磁吸盘上的卡扣扣合。
进一步的，所述轻型潜器上还设置有组网电学探杆存储篮，组网电学探杆存储篮通过旋转盘固定设置在轻型潜器的侧面，组网电学探杆存储篮上设置有多个组网电学探杆容纳槽以容纳组网电学探杆，组网电学探杆容纳槽内侧设有电磁吸式限位卡扣。
本发明另外还提出一种基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设方法，包括以下步骤：
步骤A、布设准备：轻型潜器下水前对组网电学探杆的测量系统进行检查，并设置组网电学探杆测量模式，然后将需要布设的组网电学探杆并排插入存储篮中；
步骤B、电学探杆组网布设：首先对近底地形地貌进行测量，确定组网电学探杆布设位置，利用磁吸贯入设备抓取组网电学探杆；然后利用探测扩孔装置在选定的布设点位进行扩孔，扩孔完毕后，开启磁吸贯入设备并控制磁吸盘扭转，并通过轻型潜器动力对组网电学探杆施加贯入压力，利用螺旋结构将组网电学探杆贯入到预留孔中，当组网电学探杆达到贯入深度后，反向扭转磁吸贯入设备，实现磁吸贯入设备和组网电学探杆的分离，完成一个组网电学探杆的贯入，其它组网电学探杆的贯入采用同样的方式；
步骤C、当所有组网电学探杆布设完毕后，时间到达预设开启时间时，组网电学探杆开启测试；
步骤D、待所有监测完成时，通过磁吸贯入设备统一将所有监测组网电学探杆取出，实现组网电学探杆回收。
进一步的，所述步骤B中进行组网布设时，相邻组网电学探杆之间的距离为组网电学探杆长度的1 /3 至 2 /3。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案通过磁吸盘实现组网电学探杆主体与载人轻型潜器的连接，避免了抓手操作的复杂性，通过电机实现机械扭转，结合高强度扩孔杆和组网电学探杆的螺纹设计，并利用轻型潜器自身的重力和动力实现组网电学探杆的贯入和回放，降低了海底设备的安装难度，有效解决了海底贯入设备所需单独的液压动力的缺陷。
另外通过电极的布设优化，及不同供电时间的测量，实现激发极化的测量，获得标准化荷电率等参数，通过多组网电学探杆的组网布设，将二维监测升级为三维监测，同时监测到海底沉积物电阻率横向和纵向变化。结合轻型载人轻型潜器自身优点，通过对轻型载人潜水器地质取样设备的设计优化，实现海底沉积物多参数电学监测设备的组网布设和海底三维空间数据的获得，具有较高的实际应用的推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例所述组网布设装置的整体结构示意图。
图2为磁盘吸附组网电学探杆的结构示意图。
图3为图1中的磁力贯入设备的结构示意图。
图4为组网电学探杆的结构示意图。
图5为组网电学探杆组装模块示意图。
图6为本发明实施例所述探测扩孔装置的结构示意图。
图7为本发明实施例所述具有电磁吸式限位卡扣的容纳槽示意图。
图8为本发明实施例组网电学探杆间测量原理示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。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，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。
本发明通过设计基于轻型载人潜器的近海底质三维观测组网布设装置及方法，结合轻型载人潜器自身优点，通过对轻型载人潜水器地质取样设备的设计优化，实现三维组网布设和三维空间数据的获得，相对于单点测量能够获取一定范围内的高空间分辨率的监测数据，可有效应对未来海洋大规模开发的高空间分辨率数据的需求。
实施例1，如图1和图2所示，基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置，包括轻型潜器1和组网电学探杆3，轻型潜器1为载有全向悬停、前进动力的潜器，轻型潜器1上设置有磁吸贯入设备2、探测扩孔装置4、组网电学探杆存储篮5和控制单元上位机，探测扩孔装置4在上位机控制下实现在海底扩孔，形成预留孔，磁吸贯入设备2在上位机控制下吸附组网电学探杆3，并通过转向控制使组网电学探杆3在轻型潜器1重力作用下竖直插入组网电学探杆限位预留孔中实现组网布设。
如图6所示，所述探测扩孔装置4通过万向器折放在轻型潜器1的底部，通过上位机操控指令实现探测扩孔装置4的多角度旋转，到达指定位置后根据现场布孔的需求选择扩孔杆弯折角度，探测扩孔装置4采用高强度防腐蚀金属材质，包括高强度锥头41和扩孔杆体42，锥头41和扩孔杆体42之间通过金属透水石43连接，扩孔杆体42的内部设置温度传感器45、位移传感器46、孔隙水压力传感器47和摩擦阻力传感器48，锥头41底部的设置有锥尖压力传感器44，所有传感器均为光纤传感器，通过通讯光缆49与上位机相连，主要用于安装螺旋状监测组网电学探杆的提前扩孔，同时获取布设点沉积物的原始物理参数，如孔隙水匈牙利，温度，摩擦阻力，锥尖压力等，并可根据扩孔杆钻入深度获得不同深度沉积物的参数，其钻孔的动力和角度由轻型潜器自身的动力和多组螺旋桨来控制。
通过利用扩孔杆进行组网电学探杆布设前的扩孔和探测，一方面能够大大提高组网电学探杆布设的效率，使得组网组网电学探杆在不扰动沉积物的基础上实现组网电学探杆的布设（避免挖掘过程），二是可以减少传感器的损耗，通过高强度扩孔杆的扩孔，可以有效避免异常难钻取区域贯入组网电学探杆造成的传感器损坏；三是可以同步获得初始沉积物垂直剖面一定深度的原位物理参数，对于监测该区域后期的动态变化具有重要意义。
如图3所示，所述磁吸贯入设备2包括磁吸盘21、伸缩杆23和万向轴24，伸缩杆23的一端链接磁吸盘21，另一端通过万向轴24安装在轻型潜器1的一侧，磁吸盘21上还设置有卡扣22，磁吸盘21用以吸附组网电学探杆3，另外在伸缩杆23内部设置有通讯线缆，通过通讯线缆与上位机相连，伸缩杆23一端连接磁吸盘21，通过上位机控制通断电实现磁吸盘21的磁吸功能，并可通过控制命令驱动磁吸盘21旋转，使卡扣22与组网电学探杆采集舱的卡槽32扣合，然后通过轻型潜器1的全向悬停、前进动力对组网电学探杆3施加贯入力，使之利用组网电学探杆3螺纹贯入扩孔杆在海底钻取的孔中。
所述组网电学探杆3采用螺旋式结构的组网电学探杆，如图4所示，组网电学探杆3由组拼接模块34组装而成，组网电学探杆3的组装模块34外侧壁上设置有螺纹33以方便旋入海底，螺纹间距内设置有点电极35，组网电学探杆3的顶端设置有带有磁吸吸盘的采集仓31，组网电学探杆的测量采集系统位于组网电学探杆顶端的采集仓31内，采集仓31上设置有卡槽32，以与磁吸盘21上的卡扣22配合，通过磁吸及卡扣实现磁吸盘21对组网电学探杆3的吸取，并移动到指定位置进行布放，组网电学探杆底部为高强度的金属锥体，组网电学探杆采用高强度材料，电极均等距分布在扩孔杆体上，采集仓上部有轻型潜器连接的磁吸式贯入动力部件（磁吸装置），可通过机械扭转及轻型潜器的自重实现组网电学探杆的螺旋下压。
继续参考图2和图7，所述组网电学探杆3通过存储篮5设置在轻型潜器的一侧，组网电学探杆存储蓝5通过旋转盘51固定设置在轻型潜器1的侧面，组网电学探杆存储篮5上设置有多个组网电学探杆容纳槽52，容纳槽52内侧具有电磁吸式限位卡扣53。工作时，轻型潜器1通过上位机控制旋转组网电学探杆存储篮5的旋转盘51实现90°旋转和组网电学探杆存储篮5上单个组网电学探杆容纳槽52的电磁吸式限位卡扣53的释放功能，此时 磁吸贯入设备2的磁吸盘21通过上位机控制调整至与已释放的限位卡扣组网电学探杆平行的位置，开启电磁吸功能，吸附组网电学探杆3的磁吸式采集舱31，然后通过伸缩杆23和万向轴24实现组网电学探杆从组网电学探杆存储篮5的抽离，然后组网电学探杆存储篮5通过旋转盘51实现反向90°旋转回归原位，回收时再通过此种方法磁吸组网电学探杆放回放置架上。通过组网电学探杆存储篮5收放存储组网电学探杆，可以解决传统传感器固定在轻型潜器本体，承载量有限且不能更换的问题，相比于存放在样品篮，每个组网电学探杆存贮在卡扣式存储篮，其位置固定，不易滑动，且磁吸贯入设备更易准确定位抓取。
本方案选择搭载在近底运行的轻型潜器，利用轻型潜器近底扫描地形的特点，同时利用轻型潜器的重力和动力，实现监测组网电学探杆的贯入，有效保证监测设备布放的姿态，保证测量精度。
实施例2，本实施例提出一种基于轻型潜器实现底质三维电学观测组网布设方法，以满足海洋观测的原位、长周期、高分辨率的需求，包括以下步骤：
步骤A、布设准备工作：于轻型潜器下水前进行组网电学探杆3的测量系统的检查，同时设置各个组网电学探杆自容式数据采集舱的测量模式，所述的测量模式包括采集开始时间、采集频率和采集周期；为实现电学探杆的组网布设，将组网电学探杆并排插入存储篮中。
步骤B、电学探杆组网布设：
（1）当轻型潜器到达预计位置时，通过轻型潜器自身的超短基线及旁扫声呐设备，实现近底地形地貌的测量，选择平坦的布放位置，选择完毕后，开启贯入设备的磁吸功能与磁吸式顶盘相连接，并通过控制使贯入结构设备的卡扣结构与组网电学探杆数据采集舱顶部的卡扣结构相连接，完成组网电学探杆从探存储篮中的抓取和脱离；
（2）当贯入设备抓取组网电学探杆成功后，首先将折叠在轻型潜器底部的扩孔装置（扩孔杆采用高强度耐腐蚀金属材料，底部为锥体，扩孔杆长度近似为待布设组网电学探杆的贯入深度，扩孔杆直径小于组网电学探杆，这样可以使分布在组网电学探杆外壁的点电极与沉积物充分紧密接触）展开，使之垂直于轻型潜器1，利用定位系统找到布设点后，调整轻型潜器的动力模式，利用轻型潜器自身重力和轻型潜器的下压动力将扩孔杆推进沉积物，形成符合组网电学探杆埋设深度的预留孔，然后将扩孔杆拔出后，折叠放置在轻型潜器底部（因为底质强度未知，且沉积物厚度未知，为保障组网电学探杆的顺利贯入，需选择强度更高的扩孔杆首先将底质钻孔，方便后续组网电学探杆的贯入，如遇高强度底质或基岩类底质，需重新选点）；
（3）当扩孔完毕后，将贯入设备及其抓取的组网电学探杆弯折至与轻型潜器垂直，同时折叠扩孔杆使之与轻型潜器平行，不影响后续组网电学探杆贯入，通过轻型潜器的定位系统将轻型潜器进行偏移运行，使贯入设备的定位到达扩孔处，利用轻型潜器的动力和重力将组网电学探杆对准预留孔，同时开启贯入设备启动磁吸盘扭转，并通过轻型潜器动力对组网电学探杆施加贯入压力，利用螺旋结构将组网电学探杆贯入到指定位置，使组网电学探杆在螺旋结构和扭转力的加持下，迅速实现贯入，当组网电学探杆达到贯入深度后，反向扭转贯入设备，使之卡扣结构与数据采集舱顶盘的卡扣结构相脱离，同时断电磁吸结构，使之磁力消失，实现贯入设备和组网电学探杆的分离，完成一个组网电学探杆的贯入；
（4）按照如上完成其余组网电学探杆的布设，根据作业需求，完成三维组网设计，其中组网布设原则为相邻探针距离为探针长度的 1 /3 至 2 /3。
步骤C、组网电学探杆参数测量：当所有组网电学探杆布设完毕后，当时间到达预设开启时间时，组网电学探杆开启测试。
本实施例中，在对组网电学探杆参数测量时，可以单杆测量或杆与杆之间两两组合测量，单杆测量时，单根组网电学探杆单列电极的测定采用如下方式：
高空间分辨率的数据采集通过水平环列点电极切面探测、垂向线列点电极滚动探测、多层复合式点电极延伸探测、空间点电极定向探测，实现单杆的高空间分辨率数据采集，为比较成熟的技术，在此不做过多限定；
组网电学探杆之间的测量，如图5所示，两两组合进行测量（选择测量的2组组网电学探杆注意间距的限制），如组网电学探杆1的a列电极与组网电学探杆2的a’列电极组合，开展组网电学探杆间的测量，具体分析如下：
设组网电学探杆1的任意一点为A级，组网电学探杆2的电极依次作为测量电极M，然后选择组网电学探杆1的另外一个电极作为A’极，组网电学探杆2的电极再依次作为测量电极，直至组网电学探杆1的所有电极测量完毕：
其中，ρs为测量点的电阻率值，dAM为电极A和M之间的距离，Um为电
极AM之间的电位差，I为测量电流，依次，组网电学探杆1的b列电极和组网电学探杆2的a’列
电极，组网电学探杆1的b列电极和组网电学探杆2的b’列电极，可以采用此方法进行测量，
这样每2个杆之间可以进行测量，以实现三维组网，探测更大的区域范。
对于获取的数据，本实施例选择进行空间插值以获得更高空间分辨率，以单杆单列电极测量为例：
（1）组网电学探杆使用温纳法进行电阻率测量，最小测量电极间距为a，组网电学
探杆每一列共m个电极点，则采集层位，第i层的电阻率点位数为，
设第i层第j个电阻率点位的测量值为，此点位至组网电学探杆的水平距离为，垂直距离为，其中，。
（2）根据已有采集数据，对数据进行网格化并绘制散点图并进行插值处理；插值选
择反距离加权进行，计算公式为其中，为待计算电阻率点位的预测值，为第个电阻率点位的测量值，
为参与插值点计算的周围样点个数，为预测点距各已知点的距离，为权重，本次计算中取值为3。
（4）对插值处理完成后的数据进行重新创建三维散点图，呈现海底沉积物电阻率的可视化视图。
步骤D、组网电学探杆回收：待所有监测完成时，统一将所有监测组网电学探杆取出，取出埋藏的组网电学探杆时，只需磁吸对准采集仓，反向电机旋转，脱离海底沉积物，再通过磁吸盘弯转搭放至回收栏携带出水面进行回收。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置，包括轻型潜器(1)和组网电学探杆(3)，轻型潜器(1)为具有全向悬停、前进动力的潜器，其特征在于，轻型潜器(1)上设置有磁吸贯入设备(2)、探测扩孔装置(4)和上位机；
所述轻型潜器(1)上还设置有组网探杆存储篮(5)，组网探杆存储篮(5)通过旋转盘(51)固定设置在轻型潜器(1)的侧面，组网探杆存储篮(5)上设置有多个组网探杆容纳槽(52)以容纳组网电学探杆(3)，组网探杆容纳槽(52)内侧设有电磁吸式限位卡扣(53)；
所述探测扩孔装置(4)用于安装组网电学探杆(3)的提前扩孔，同时获取布设点沉积物的原始物理参数，在上位机控制下在海底扩孔形成预留孔；所述磁吸贯入设备(2)在上位机控制下吸附抓取组网电学探杆(3)，并通过转向控制使组网电学探杆(3)在潜器(1)自身重力和动力作用下竖直插入预留孔中实现组网布设；
所述探测扩孔装置(4)通过万向器折放在轻型潜器(1)的底部，包括高强度锥头(41)和扩孔杆体(42)，锥头(41)和扩孔杆体(42)之间通过金属透水石(43)连接，通过上位机操控指令实现探测扩孔装置(4)的多角度旋转；扩孔杆体(42)的内部设置温度传感器(45)、位移传感器(46)、孔隙水压力传感器(47)和摩擦阻力传感器(48)，锥头(41)底部的设置有锥尖压力传感器(44)，所有传感器均为光纤传感器，通过通讯光缆(49)与上位机相连；
所述磁吸贯入设备(2)包括磁吸盘(21)、伸缩杆(23)和万向轴(24)，伸缩杆(23)的一端连接磁吸盘(21)，另一端通过万向轴(24)安装在轻型潜器(1)的一侧，磁吸盘(21)与一旋转电机的输出轴相连，上位机控制旋转电机转动以控制磁吸盘(21)旋转，磁吸盘(21)上还设置有卡扣(22)，磁吸盘(21)用以吸附组网电学探杆(3)，另外在伸缩杆(23)内部设置有通讯线缆，磁吸盘(21)通过通讯线缆与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置，其特征在于：所述扩孔杆体(42)的长度为待布设组网电学探杆的贯入深度，扩孔杆体(42)的直径小于组网电学探杆的直径，以使分布在组网电学探杆外壁的点电极与沉积物充分紧密接触。
3.根据权利要求1所述的基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置，其特征在于：所述组网电学探杆(3)采用螺旋式结构的电阻率探杆，由多组拼接模块(34)组装而成，组网电学探杆(3)的外侧壁上设置有螺纹(33)以方便旋入海底，螺纹间距内设置有等间距分布的点电极(35)，组网电学探杆(3)的顶端设置有带有磁吸吸盘的采集仓(31)，组网电学探杆的测量采集系统位于组网电学探杆顶端的采集仓(31)内，采集仓(31)上设置有卡槽(32)，以与磁吸盘(21)上的卡扣(22)扣合。
4.根据权利要求1所述的基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置的布设方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、布设准备：轻型潜器下水前对组网电学探杆的测量系统进行检查，并设置探杆测量模式，然后将需要布设的组网电学探杆并排插入存储篮中，并开启磁吸装置夹紧探杆；
步骤B、电学探杆组网布设：对近底地形地貌进行测量，确定组网电学探杆布设位置，首先利用探测扩孔装置在选定的布设点位进行扩孔和原位物理性质测量，扩孔完毕后利用磁吸贯入设备抓取组网电学探杆；开启磁吸贯入设备并控制磁吸盘扭转，并通过轻型潜器动力和自身重力通过磁吸盘对组网电学探杆的磁吸式采集舱施加贯入压力，利用螺旋结构将组网电学探杆贯入到预留孔中，当组网电学探杆达到贯入深度后，反向扭转磁吸贯入设备，实现磁吸贯入设备和组网电学探杆的分离，完成一个组网电学探杆的贯入，其它组网电学探杆的贯入采用同样的方式；
步骤C、当所有组网电学探杆布设完毕后，时间到达预设开启时间时，组网电学探杆开启测试；
步骤D、待所有监测完成时，通过磁吸贯入设备统一将所有监测组网电学探杆取出，实现组网电学探杆回收。
5.根据权利要求4所述的基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置的布设方法，其特征在于：所述步骤C中，采用单杆测量或杆与杆之间两两组合测量的方式，杆与杆之间两两组合测量原理如下：
设某组网电学探杆的任意一点为A级，其相邻组网电学探杆的电极依次作为测量电极M，然后选择该组网电学探杆的另外一个电极作为A’极，相邻组网电学探杆的电极再依次作为测量电极，直至该组网电学探杆的所有电极测量完毕：
其中，ρs为测量点的电阻率值，dAM为电极A和M之间的距离，Um为电极AM之间的电位差，I为测量电流，依此原理实现每2个杆之间的测量，以实现三维组网，探测更大的区域范。
6.根据权利要求4所述的基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置的布设方法，其特征在于：所述步骤C中，对组网电学探杆参数测量后，需要进行以下数据处理过程：
(1)设最小测量电极间距为a，组网电学探杆每一列共m个电极点，则采集层位第i层的电阻率点位数为q＝(m-3*i)，设第i层第j个电阻率点位的测量值为ρ(i,j)，此点位至组网电学探杆的水平距离为1.5*i*a，垂直距离为(1.5*i+j-1)*a，其中，1≤i≤n,1≤j≤q；
(2)根据已有采集数据，对数据进行网格化并绘制散点图，对电阻率进行插值处理：插值方法选择反距离加权，计算公式为
其中，f(x0,y0,z0)为待计算电阻率点位的预测值，ρ(xj,yj,zj)为第j个电阻率点位的测量值，n为参与插值点计算的周围样点个数，di为预测点距各已知点的距离，k为权重；
(4)对插值处理完成后的数据进行重新创建三维散点图，呈现海底沉积物电阻率的可视化视图。
7.根据权利要求4所述的基于轻型潜器的底质三维电学观测组网布设装置的布设方法，其特征在于：所述步骤B中进行组网布设时，相邻组网电学探杆之间的距离为组网电学探杆长度的1/3至2/3。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014072521A2 (en) * | 2012-11-12 | 2014-05-15 | Fmc Kongsberg Subsea As | Subsea actuating device and system for actuating hydraulically operated well tools |
| KR101460255B1 (ko) * | 2014-06-10 | 2014-11-10 | 한국지질자원연구원 | 심해저 광물탐사용 전기비저항 케이블 모듈 및 이를 구비한 전기비저항 탐사 시스템 |
| EP3351973A1 (en) * | 2017-01-18 | 2018-07-25 | Qingdao Institute Of Marine Geology | Long-term seabed-based multi-point in-situ observation system |
| CN109186559A (zh) * | 2018-06-14 | 2019-01-11 | 中国海洋大学 | 深海座底式工程地质环境原位长期观测装置及方法 |
| CN109443322A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-08 | 中国海洋大学 | 海底自动接杆方法及自动回收分离探杆方法 |
| CN111595611A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-28 | 中国科学院海洋研究所 | 基于rov的深海沉积物声学参数原位探测系统及方法 |
| CN111964941A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-20 | 中国海洋大学 | 一种新型立体式沉积物捕获器及其工作方法 |
| CN114906299A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-16 | 郑州大学 | 磁吸式水下作业机器人及凝汽器冷凝管多孔检测方法 |
-
2023
- 2023-07-24 CN CN202310906780.5A patent/CN116729599B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014072521A2 (en) * | 2012-11-12 | 2014-05-15 | Fmc Kongsberg Subsea As | Subsea actuating device and system for actuating hydraulically operated well tools |
| KR101460255B1 (ko) * | 2014-06-10 | 2014-11-10 | 한국지질자원연구원 | 심해저 광물탐사용 전기비저항 케이블 모듈 및 이를 구비한 전기비저항 탐사 시스템 |
| EP3351973A1 (en) * | 2017-01-18 | 2018-07-25 | Qingdao Institute Of Marine Geology | Long-term seabed-based multi-point in-situ observation system |
| CN109186559A (zh) * | 2018-06-14 | 2019-01-11 | 中国海洋大学 | 深海座底式工程地质环境原位长期观测装置及方法 |
| CN109443322A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-08 | 中国海洋大学 | 海底自动接杆方法及自动回收分离探杆方法 |
| CN111595611A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-28 | 中国科学院海洋研究所 | 基于rov的深海沉积物声学参数原位探测系统及方法 |
| WO2021227605A1 (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | 中国科学院海洋研究所 | 基于rov的深海沉积物声学参数原位探测系统及方法 |
| CN111964941A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-20 | 中国海洋大学 | 一种新型立体式沉积物捕获器及其工作方法 |
| CN114906299A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-16 | 郑州大学 | 磁吸式水下作业机器人及凝汽器冷凝管多孔检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 深水工程勘察技术研究现状与展望;周杨锐;吴秋云;董明明;冯湘子;;中国海上油气(第06期);全文 * |
| 深海浅层沉积物强度贯入式原位测试装置研制;朱超祁;张民生;贾永刚;王振豪;魏志明;文明征;;中国海洋大学学报(自然科学版)(第10期);全文 * |
Also Published As
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