CN116834933A - 一种自动避障的极地沉底观测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动避障的极地沉底平台平台，属于海洋测量技术领域，包括上下设置的平台台和底座，所述平台台固定有用于连接与释放所述底座的声学释放器，所述平台连接有可电控释放的数据班车以及数据采集系统，所述数据采集系统采集多种数据并发送至所述数据班车，所述平台台还设有推进系统，所述推进系统包括推进器以及控制所述推进器的传感组件，所述平台台上设有用于发送定位信息的铱星通讯系统，所述底座设有降低沉底冲击的缓冲组件。本发明能对海底数据进行自动平台和定时回收，且能自动避障和对沉底冲击缓冲的能力，提高了使用的便捷性和稳定性。

Description

一种自动避障的极地沉底观测平台

技术领域

本发明属于海洋测量技术领域，具体涉及一种自动避障的极地沉底观测平台。

背景技术

在现代海洋化学调查研究、海底极端环境探测和各种矿产资源的勘探开发过程中，常常需要对海水全剖面的多环境参数进行连续监测和水体样品的定点、定时采集。

深海研究，对海底矿物调查、海洋生态环境保护、深海过程演变研究具有很重要的作用，是深海开发的重要依据，尤其在海洋资源开发争夺比较剧烈的地区，对海洋底部数据的调研更为重要。现有的海底观测平台，多为半弃式或线缆组装式，现有的上述两种类型的观测平台通常包含复杂冗长的架构，容易在海流的作用下被海底岩石、沟壑缠带；装置投放入水后，只有上浮回收后才能获得数据，时效性较低；另外，现有设备大多都在海洋中应用，面对极低温的极地区域，海水中浮冰对设备投放和回收都形成极大阻碍。

申请号为US16608632的美国专利公开了深海底部支持的工程地质环境的长期原位观测装置，包括：沉积物声探头、沉积物孔隙水压探头，、三维电阻率探头、水观察仪，电源系统，水压探测系统，数据传输系统，声学释放器，水下声学通信装置和仪器平台。该发明通过海底电阻率三维测量和声波测量，综合确定了海底沉积物的工程性质和物理力学指标。但该发明仅适用于定点布设常规海域中较平整海底面，无法对不同区域沉底测量，另一方面，对于温度极低的极地，该发明难以在极端的低温水环境下安装在水底，且极地浮冰与水中悬浮冰块均阻碍信号对外发射和设备回收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能稳定沉底，可自动控制释放和上浮以实现数据收集与对外发送的一种自动避障的极地沉底观测平台。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种自动避障的极地沉底观测平台，包括：平台，平台下方设有底座，平台为架体，平台固定有用于连接和分离底座的声学释放器，平台连接有用于上浮发送数据的数据班车、用于避障的推进系统、唤醒推进系统的传感组件和用于定位的铱星通讯系统。声学释放器用于在平台沉底后接收信号并释放底座，实现平台与底座分离并上浮，上浮的平台可通过传感组件控制推进系统，实现平台上浮过程的避障，使平台漂浮至水面通过铱星通讯系统发行定位信号，便于人员定位回收，同时储存了测量数据的数据班车能上浮至水面，将收集数据发送至岸上人员。

优选地，平台上方固定有浮体，浮体用于带动分离后的平台上浮。浮体具有正浮力，平台与底座分离后，浮体通过自身浮力作用实现平台缓慢上浮，同时浮体也提供声学释放器、推进系统以及铱星通讯系统的外部防护，降低受损可能，提高数据观测的准确度。

优选地，数据班车外部由玻璃浮球构成，其内部设有电池、无线数据接收模块以及铱星模块，平台还连接有数据传输系统，数据传输系统包括多个测量海水的仪器，数据传输系统将测量数据发送至无线数据接收模块。

优选地，平台固定有与数据班车数量对应的定时释放器，定时释放器与数据班车通过磁力吸附连接，定时释放器用于在预设时间到达后释放数据班车。根据预设时间，定时释放器会释放一次数据班车，使数据班车上浮至水面，便于数据通过铱星模块发送给岸上人员，定时释放器在到达指定时间后通过通电消除与数据班车的磁力吸附，进而释放数据班车上浮，使数据班车能定时将数据发送至岸上人员，缩短了获得数据的周期，提高了数据观测的工作效率。

优选地，推进系统包括布设于平台侧方的多个推进器，多个推进器连接有推进控制舱，平台在顶部连接有避障声呐，避障声呐位于浮体上端面且与推进控制舱连接，避障声呐通过推进控制舱控制推进器。推进系统被传感组件唤醒后启动避障声呐，避障声呐通过向上方发出声呐探测是否存在冰层或浮冰，根据探测结果控制推进器控制舱，通过推进器的启动组合实现平台在水中的移动，直至平台上方无遮挡障碍物，防止上浮过程被浮冰阻挡无法回收，也便于平台定位回收以及数据的有效发送，加速装置找回。

优选地，传感组件包括固定于底座上的夹具，夹具为尼龙材质且配合设置有姿态传感器，姿态传感器与推进控制舱连接有绳体，姿态传感器通过推进控制舱控制推进器。推进系统在平台沉底与底座断开前处于休眠状态，此过程中不消耗电能，平台与底座断开后带动推进器控制舱上浮，推进器控制舱通过绳体拉动姿态传感器脱离夹具，姿态传感器由在底座上水平姿态转变为脱离后的竖直悬浮姿态，从而发送信号唤醒控制系统，此时内部电源对推进控制舱以及推进器供电实现加速上升和避障功能，有效降低了电能损耗，提高数据测量系统对数据采集的时长，进一步提高了一次投放的工作效率。

优选地，底座包括上下间隔且平行设置的顶板和底板，顶板与底板之间活动连接有多个支脚，顶板与底板之间连接有多个弹簧。支脚连接顶板与顶板，形成底座的双层结构，且支脚相对顶板与顶板活动连接，配合弹簧的伸缩能缓冲沉底时的部分冲击，降低对上方平台及其连接部件的干涉效果。

优选地，底座设有缓冲组件，底板中心开有锥孔，缓冲组件包括穿过锥孔并固定于顶板底端中心的插杆，顶板底端固定有多个第一球体，底板上端固定有多个第二球体，且第二球体位于第一球体外侧，插杆侧方固定有多个金属板，第一球体、第二球体以及金属板以相同数量环绕插杆布设。底座沉底时，底板与海底面接触，顶板与平台在惯性作用下持续下移，带动插杆相对锥孔下移并插入海底面，实现底板与海底面的紧固，避免平台上浮拉拽姿态传感器时与夹具发生干涉，带动底座一起移动干扰平台持续上浮，插杆同步带动多个金属板下移直至与第二球体抵接，此时金属板在第一球体与第二球体交汇处形变，使金属板外端向上弯曲抵接顶板，一方面通过金属板消耗顶板与底板中心处震动，进一步降低平台及其连接的部件受到的干涉，提高观测稳定性，另一方面当装置整体以倾斜姿态沉底时，顶板相对底板在单侧倾斜并挤压该侧的金属板，金属板通过形变缓冲该侧顶板的下压力，并通过回弹形变加速顶板以及平台释放前的姿态调整，有助于防止装置沉底时倾覆与海底撞击，造成数据观测系统、推进系统以及数据班车的损坏，第一球体与第二球体在插杆下移时也能通过金属板传递压力，提供中心支撑的同时防止金属板过分弯曲断裂。

优选地，浮体对外连通设有多个过流通道，过流通道的两个端口位于同侧且上下布设，过流通道内固定有连接环，连接环转动连接有旋转架，过流通道上方端口与旋转架之间设有浮球，浮球环绕固定有多个叶板，浮球与旋转架之间连接有弹性绳，浮球与叶板均收纳于过流通道内。平台带动浮体快速下沉时，水体从过流通道下方端口进入并从对应的上方端口流出，期间水体通过旋转架冲击浮球，使浮球带动多个叶板离开过流通道的上方端口并位于浮体外侧，增大了与水体的接触面而有效对下沉速度缓冲，降低沉底冲击对平台的干涉，水流冲击叶板，浮球通过弹性绳和旋转架相对连接环转动，有利于形成对外扩散的旋流，一方面旋流通过干扰水体进一步缓冲下降速度，防止平台沉底受损，另一方面能在下沉过程中驱赶水生植物或动物远离平台，防止动物附着或植物缠绕在平台上影响上浮和数据观测，浮体上浮时，水体从过流通道上方端口进入并从对应的下方端口流出，带动浮球和叶板收纳在过流通道内，使浮体的重力向中心集中，有利于保持平台垂直于水平面的姿态以提高上浮稳定性和速度，提高回收效率。

本发明由于采用了可自动释放的平台和数据班车以及自动分控的推进系统，因而具有如下有益效果：平台与底座沉底后通过声学释放器自动分离，实现平台数据采集完成后的自动上浮和回收；数据班车嫩通过定时释放器定时释放上浮，实现多次、定时的数据回收，提高作业效率；推进系统通过避障声呐控制各个推进器，实现平台在水中的移动，便于避开浮冰等障碍物上浮至水面，加速人员找回和数据对岸发送；推进系统在沉底观测时处于不耗电的休眠状态，待平台上浮时通过姿态传感器与夹具的分离环形推进系统，达到了节省电耗的效果，有利于延长数据仓采集工作，提高观测效率和稳定性；缓冲组件通过插杆固定底座在海底，防止姿态传感器受拉上浮时携带夹具移动，干扰平台上浮回收；金属板通过第一球体和第二球体形变，吸收沉底冲击的同时，对倾斜的顶板修正姿态，防止平台倾覆引起部件撞击海底导致损坏；过流通道在平台下沉时释放可旋转的浮球和叶板，形成旋流，缓冲下落速度降低冲击的同时，驱赶生物植物防止附着影响后续上浮；过流通道在平台上浮时还可使浮球与叶板收纳，有利于提高上浮稳定性和速度。上浮因此，本发明是一种能稳定沉底，可自动控制释放和上浮以实现数据收集与对外发送的一种自动避障的极地沉底观测平台。

附图说明

图1为数据采集系统在平台上的布设示意图；

图2为平台与底座连接正向示意图；

图3为不锈钢链与声学释放器连接示意图；

图4为夹具与姿态传感器连接示意图；

图5为缓冲组件结构示意图；

图6为过流通道示意图；

图7为浮球与叶板连接示意图。

附图标号：平台1；浮体材料10；底座2；顶板20；底板21；支脚22；弹簧23；声学释放器3；不锈钢链30；数据班车4；定时释放器40；多参数传感41；海流计42；电池舱43；数据舱44；无线数据发送舱45；推进系统5；推进器50；推进控制舱51；避障声呐52；传感器组件6；夹具60；姿态传感器61；铱星通讯系统7；缓冲组件8；插杆80；第一球体81；第二球体82；金属板83；过流通道9；连接环90；旋转架91；浮球92；叶板93；弹性绳94。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

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。

参见附图1-附图3，一种自动避障的极地沉底观测平台，包括：平台1，平台1下方设有底座2，平台1为架体，平台1固定有用于连接和分离底座2的声学释放器3，平台1连接有用于上浮发送数据的数据班车4、用于避障的推进系统5、唤醒推进系统5的传感组件6和用于定位的铱星通讯系统7。

使用前，底座2在顶部两端固定有不锈钢链30，不锈钢链30与声学释放器3的释放端连接，底座2能依靠重力带动平台1下沉。

声学释放器3用于在平台1沉底后接收信号并释放底座2，实现平台1与底座2分离并上浮，上浮的平台1可通过传感组件6控制推进系统5，实现平台1上浮过程的避障，使平台1漂浮至水面通过铱星通讯系统7发行定位信号，便于人员定位回收，同时储存了测量数据的数据班车4能上浮至水面，将收集数据发送至岸上人员。

需要说明的是，铱星通讯系统7在水下观测极地海洋数据时自动进入休眠状态，待平台1上浮至水面上后，铱星通讯系统7具有的警报灯间断闪烁，并向岸上人员不间断地发送定位信息，相关人员可依靠信号快速定位设备进行打捞回收。

平台1上方固定有浮体10，浮体10用于带动分离后的平台1上浮。

浮体10具有正浮力，平台1与底座2分离后，浮体10通过自身浮力作用实现平台1缓慢上浮，同时浮体10也提供声学释放器3、推进系统5以及铱星通讯系统7的外部防护，降低受损可能，提高数据观测的准确度。

数据班车4外部由玻璃浮球92构成，其内部设有电池、无线数据接收模块以及铱星模块，平台1还连接有数据传输系统，数据传输系统包括固定于平台1的多参数传感器41、海流计42、电池舱43、数据仓44以及无线数据发送舱45，电池舱43对多参数传感器41以及海流计42供电，数据仓44收集多参数传感器41和海流计42采集的数据，并将采集数据通过无线数据发送舱45发送至无线接收模块，实现数据在数据班车的集中。

玻璃浮球92具有正浮力，玻璃浮球92能实现数据班车4独立上浮至水面。

平台1固定有与数据班车4数量对应的定时释放器40，定时释放器40与数据班车4通过磁力吸附连接，定时释放器40用于在预设时间到达后释放数据班车4。

定时释放器40是有通电消磁的电磁铁防水处理后制成，数据班车4底部装有铁块，铁块与电磁铁通过磁力吸附，当定时释放器40内预设时间到达，电磁铁被通电，电磁铁磁性消失失去对铁块的吸附能力，数据班车4与定时释放器40分离。

根据预设时间，定时释放器40会释放一次数据班车4，使数据班车4上浮至水面，便于数据通过铱星模块发送给岸上人员，定时释放器40在到达指定时间后通过通电消除与数据班车4的磁力吸附，进而释放数据班车4上浮，使数据班车4能定时将数据发送至岸上人员，缩短了获得数据的周期，提高了数据观测的工作效率。

推进系统5包括布设于平台1侧方的多个推进器50，多个推进器50连接有推进控制舱51，平台1在顶部连接有避障声呐52，避障声呐52位于浮体10上端面且与推进控制舱51连接，避障声呐52通过推进控制舱51控制推进器50。

推进系统5被传感组件6唤醒后启动避障声呐52，避障声呐52通过向上方发出声呐探测是否存在冰层或浮冰，根据探测结果控制推进器50控制舱，通过推进器50的启动组合实现平台1在水中的移动，直至平台1上方无遮挡障碍物，防止上浮过程被浮冰阻挡无法回收，也便于平台1定位回收以及数据的有效发送，加速装置找回。

参见附图4，传感组件6包括固定于底座2上的夹具60，夹具60为尼龙材质且配合设置有姿态传感器61，姿态传感器61与推进控制舱51连接有绳体，姿态传感器61通过推进控制舱51控制推进器50。

姿态传感器61卡接于夹具60上且初始保持水平姿态，通过绳体轻轻拉拽姿态传感器61能使其脱离夹具60。

推进系统5在平台1沉底与底座2断开前处于休眠状态，此过程中不消耗电能，平台1与底座2断开后带动推进器50控制舱上浮，推进器50控制舱通过绳体拉动姿态传感器61脱离夹具60，姿态传感器61由在底座2上水平姿态转变为脱离后的竖直悬浮姿态，从而发送信号唤醒控制系统，此时内部电源对推进控制舱51以及推进器50供电实现加速上升和避障功能，有效降低了电能损耗，提高数据测量系统对数据采集的时长，进一步提高了一次投放的工作效率。

底座2包括上下间隔且平行设置的顶板20和底板21，顶板20与底板21之间活动连接有多个支脚22，顶板20与底板21之间连接有多个弹簧23。支脚22连接顶板20与顶板20，形成底座2的双层结构，且支脚22相对顶板20与顶板20活动连接，配合弹簧23的伸缩能缓冲沉底时的部分冲击，降低对上方平台1及其连接部件的干涉效果。

参见附图5，底座2设有缓冲组件8，底板21中心开有锥孔，缓冲组件8包括穿过锥孔并固定于顶板20底端中心的插杆80，顶板20底端固定有多个第一球体81，底板21上端固定有多个第二球体82，且第二球体82位于第一球体81外侧，插杆80侧方固定有多个金属板83，第一球体81、第二球体82以及金属板83以相同数量环绕插杆80布设。

底座2沉底时，底板21与海底面接触，顶板20与平台1在惯性作用下持续下移，带动插杆80相对锥孔下移并插入海底面，实现底板21与海底面的紧固，避免平台1上浮拉拽姿态传感器61时与夹具60发生干涉，带动底座2一起移动干扰平台1持续上浮，插杆80同步带动多个金属板83下移直至与第二球体82抵接，此时金属板83在第一球体81与第二球体82交汇处形变，使金属板83外端向上弯曲抵接顶板20，一方面通过金属板83消耗顶板20与底板21中心处震动，进一步降低平台1及其连接的部件受到的干涉，提高观测稳定性，另一方面当装置整体以倾斜姿态沉底时，顶板20相对底板21在单侧倾斜并挤压该侧的金属板83，金属板83通过形变缓冲该侧顶板20的下压力，并通过回弹形变加速顶板20以及平台1释放前的姿态调整，有助于防止装置沉底时倾覆与海底撞击，造成数据观测系统、推进系统5以及数据班车4的损坏，第一球体81与第二球体82在插杆80下移时也能通过金属板83传递压力，提供中心支撑的同时防止金属板83过分弯曲断裂。

参见附图6-附图7，浮体10对外连通设有多个过流通道9，过流通道9的两个端口位于同侧且上下布设，过流通道9内固定有连接环90，连接环90转动连接有旋转架91，过流通道9上方端口与旋转架91之间设有浮球92，浮球92环绕固定有多个叶板93，浮球92与旋转架91之间连接有弹性绳94，浮球92与叶板93均收纳于过流通道9内。

平台1带动浮体10快速下沉时，水体从过流通道9下方端口进入并从对应的上方端口流出，期间水体通过旋转架91冲击浮球92，使浮球92带动多个叶板93离开过流通道9的上方端口并位于浮体10外侧，增大了与水体的接触面而有效对下沉速度缓冲，降低沉底冲击对平台1的干涉，水流冲击叶板93，浮球92通过弹性绳94和旋转架91相对连接环90转动，有利于形成对外扩散的旋流，一方面旋流通过干扰水体进一步缓冲下降速度，防止平台1沉底受损，另一方面能在下沉过程中驱赶水生植物或动物远离平台1，防止动物附着或植物缠绕在平台1上影响上浮和数据观测。

浮体10上浮时，水体从过流通道9上方端口进入并从对应的下方端口流出，带动浮球92和叶板93收纳在过流通道9内，使浮体10的重力向中心集中，有利于保持平台1垂直于水平面的姿态以提高上浮稳定性和速度，提高回收效率。

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。

Claims (9)

1.一种自动避障的极地沉底观测平台，包括：平台（1），所述平台（1）下方设有底座（2），

其特征是：所述平台（1）为架体，所述平台（1）固定有用于连接和分离所述底座（2）的声学释放器（3），所述平台（1）连接有用于集中发射数据的数据班车（4）、用于避障的推进系统（5）、唤醒所述推进系统（5）的传感组件（6）和用于定位的铱星通讯系统（7）。

2.根据权利要求1所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述平台（1）上方固定有浮体（10），所述浮体（10）用于带动分离后的所述平台（1）上浮。

3.根据权利要求1所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述数据班车（4）外部由玻璃浮球构成，其内部设有电池、无线数据接收模块以及铱星模块，所述平台（1）还连接有数据传输系统，所述数据传输系统包括多个测量海水的仪器，所述数据传输系统将数据发送至所述无线数据接收模块。

4.根据权利要求1所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述平台（1）固定有与所述数据班车（4）数量对应的定时释放器（40），所述定时释放器（40）与所述数据班车（4）通过磁力吸附连接，所述定时释放器（40）用于在预设时间到达后释放所述数据班车（4）。

5.根据权利要求2所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述推进系统（5）包括布设与所述平台（1）侧方的多个推进器（50），多个推进器（50）连接有推进控制舱（51），所述平台（1）在顶部连接有避障声呐（52），所述避障声呐（52）位于所述浮体（10）上端面且与所述推进控制舱（51）连接，所述避障声呐（52）通过所述推进控制舱（51）控制所述推进器（50）。

6.根据权利要求2所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述传感组件（6）包括固定于底座（2）上的夹具（60），所述夹具（60）为尼龙材质且配合设置有姿态传感器（61），所述姿态传感器（61）与所述推进控制舱（51）连接有绳体，所述姿态传感器（51）通过所述推进控制舱（51）控制所述推进器（50）。

7.根据权利要求1所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述底座（2）包括上下间隔且平行设置的顶板（20）和底板（21），所述顶板（20）与底板（21）之间活动连接有多个支脚（22），所述顶板（20）与所述底板（21）之间连接有多个弹簧（23）。

8.根据权利要求7所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述底座（1）设有缓冲组件（8），所述底板（21）中心开有锥孔，所述缓冲组件（8）包括穿过所述锥孔并固定于所述顶板（20）底端中心的插杆（80），所述顶板（20）底端固定有多个第一球体（81），所述底板（21）上端固定有多个第二球体（82），且所述第二球体（82）位于所述第一球体（81）外侧，所述插杆（80）侧方固定有多个金属板（83），所述第一球体（81）、所述第二球体（82）以及所述金属板（83）以相同数量环绕所述插杆（80）布设。

9.根据权利要求2所述的一种自动避障的极地沉底观测平台，其特征是：所述浮体（10）对外连通设有多个过流通道（9），所述过流通道（9）的两个端口位于同侧且上下布设，所述过流通道（9）内固定有连接环（90），所述连接环（90）转动连接有旋转架（91），所述过流通道（9）上方端口与所述旋转架（91）之间设有浮球（92），所述浮球（92）环绕固定有多个叶板（93），所述浮球（92）与所述旋转架（91）之间连接有弹性绳（94），所述浮球（92）与所述叶板（93）均收纳于所述过流通道（9）内。