CN211504121U - 一种海洋剖面风场观测浮标系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海洋观测领域，具体地说是一种海洋剖面风场观测浮标系统。本实用新型包括主浮体、观测塔架、桅筒、综合平台、剖面风观测单元、海流传感器及数据采集控制模块；主浮体上设有数据采集控制模块；主浮体上设有观测塔架，主浮体底部设有仪器观测井；海流传感器固定于仪器观测井内，并与数据采集控制模块连接；观测塔架顶端设有桅筒，桅筒上安装有综合平台；观测塔架上设有多个剖面风观测单元，剖面风观测单元与数据采集控制模块连接。本实用新型的优点在于观测塔架的结构设计减小了桅筒对风场走势遮挡的影响，提高了浮标在位运行的稳定性；且剖面风观测单元采用轴向对称结构，确保始终处于迎风面，避免了浮标结构对观测数据的影响。

Description

一种海洋剖面风场观测浮标系统

技术领域

本实用新型涉及海洋观测领域，具体地说是一种海洋剖面风场观测浮标系统。

背景技术

海气界面的动量通量,也称为风应力,是海洋与大气相互作用研究的核心内容之一,是海洋与大气耦合数值模式的一个重要参数，强烈地影响上层海洋及大气底边界层的结构,在海气相互作用、海洋-大气耦合模式、表面波与流的预报中起着重要的作用。目前在风应力观测中,大部分研究采用自上而下的方法进行测量。

基于测风塔的剖面风场观测，由于水面随波浪的上下波动，使得观测仪器和水面的距离是一直变化的，实际所观测剖面风场高度准确性受影响，且测风塔无法同时提供波浪和海流数据与风场的相互作用数据。

浮标作为海上的定点漂浮式观测平台，可集成风传感器、波浪传感器和剖面海流传感器，理论上可为风应力研究提供更加合理可靠的综合观测数据。但目前基于浮标对风场的常规观测，由于受限于浮标体结构限制，仅仅可以实现浮标顶部的单层风场观测，基于浮标观测系统进行剖面风场观测的技术尚处于空白。

本实用新型是基于浮标进行近海面剖面风场观测，所述浮标的桁架结构减弱了桅筒结构对剖面风场走势的影响，而以桁架结构为中心轴对称加装剖面风观测单元的技术方案，更是彻底避免了浮标结构对剖面风场观测数据的影响，同时浮标配备了波浪传感器和剖面海流传感器，可同时利用风场、波浪和海流数据对将同一时间所测风场的有效高度进行修正，是用于通量观测研究中获取近海剖面风场数据的可靠方案。

实用新型内容

为了实时、连续地获取海气通量研究中的近海面剖面风场资料，本实用新型提供了一种海洋剖面风场观测浮标系统，用于解决海气通量研究中无法依靠浮标进行剖面风场观测的现状。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案来实现：

一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，包括主浮体、观测塔架、桅筒、综合平台、剖面风观测单元、海流传感器及数据采集控制模块；

所述主浮体上设有数据采集控制模块；

主浮体上设有观测塔架，主浮体底部设有仪器观测井；海流传感器固定于仪器观测井内，并与数据采集控制模块连接；

所述观测塔架顶端设有桅筒，所述桅筒上安装有综合平台；所述观测塔架上设有多个风观测单元，所述剖面风观测单元与数据采集控制模块连接。

所述剖面风观测单元每两个为一组，对称设置在观测塔两侧。

所述剖面风观测单元通过限位喉箍固定在观测塔架的不同高度的桅杆上。

所述综合平台向上的延展部顶部设有剖面风观测单元。

所述观测塔架设于主浮体中心位置。

所述观测塔架下方还设有波浪传感器，所述波浪传感器与数据采集控制模块连接。

所述海流传感器固定于仪器观测井内，所述海流传感器探出主浮体底部平面。

所述观测塔架为桁架结构。

所述桅筒顶端设有与综合平台相连通的安全门。

所述通信模块与数据采集控制模块连接。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1、本实用新型的桁架结构设计减小了桅筒结构对风场走势遮挡的影响，同时提高了浮标在位运行的稳定性；

2、本实用新型采用轴向对称结构布设风传感器，确保始终有一组剖面风传感器处于迎风面，完全避免了浮标结构对观测数据的影响；

3、本实用新型基于浮标同时进行波浪、海流观测和剖面风场观测，即使是台风、寒潮等极端海况天气下水面波动剧烈情况下所测剖面风场的数据也能准确矫正。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中，1为主浮体，2为桁架结构，3为桅筒结构，4为综合平台，5为通信天线；6为剖面风观测单元，10为波浪传感器，11为海流传感器，12为数据采集控制模块，13为陆基站数据接收处理模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，一种海洋剖面风场观测浮标系统包括主浮体1、桁架结构2、桅筒结构3、综合平台4、通信模块5、剖面风观测单元6、波浪传感器10、海流传感器11、数据采集控制模块12和陆基支撑数据接收处理模块13；

主浮体1是整套系统的一个载体，主浮体1甲板之上为观测塔架2，观测塔架2顶端设有桅筒3，所述桅筒3上安装有综合平台4；所述观测塔架2上设有多个剖面风观测单元6；

剖面风观测单元6自上而下分别安装在综合平台4、观测塔架2和主浮体1的甲板上，剖面风观测单元6与数据采集控制模块12连接。综合平台4还安装通信模块，以及常规浮标观测所需的安全保障系统和太阳能充电板；

各剖面风观测单元6和通信模块均通过线缆与主浮体1舱内的数据采集控制模块12相连，数据采集控制模块12对剖面风速风向数据进行采集，并通过所述通信模块实时传输至陆基接收支撑站13，由陆基接收支撑站13进行数据的接收显示和存储，实现剖面风场长期、定点、实时、连续观测。

其中主浮体1为圆盘型钢质结构，从内至外由多层密封结构舱组成，主浮体1同时配备浮标系统运行所需的电源电系统和安全报警系统；主浮体1的甲板表面有多个设备安装井，而且舱内集成了海上运行所需电源和安全报警灯系统；

观测塔架2是进行剖面风场观测的核心，为减小传统浮标全部使用桅筒3结构对风场走势的遮挡，所述观测塔架2采用桁架式结构，在桁架式结构桅杆的不同高度的对称面同时设有剖面风观测单元6的安装支架，剖面风观测单元6安装在桁架式桅杆所连接的安装支架上。桁架结构对称式安装剖面风观测单元6，可确保永远有一侧剖面风观测单元6处于迎风面。桁架式结构上端连接一段桅筒3，桅筒3上端安装综合平台4，由桅筒3至综合平台4之间设有安全门，仅有专用钥匙工具才能打开。

本实用新型针对剖面风场观测设计的观测塔架2可有效减少普通浮标全部采用桅筒3对风观测单元6所测风场走势的影响，同时又减少了浮标的受风面积，提高了浮标的稳性。

本实用新型观测塔架由下端的桁架结构2和上端桅筒结构3组成，其中桅筒结构3属于浮标常用的结构体，但本实用新型中将桅筒结构3的长度进行了改造，在整个观测塔架中仅占很小比例，主体为桁架结构2，尽可能使剖面风场观测走势不受浮标本体影响。

桅筒结构3的上端为综合平台4，而通信模块5和剖面风观测单元6均安装在综合平台4上，这样保证了通信信号和剖面风观测单元6不受任何构筑物的遮挡，同时综合观测平台还可安装太阳能电池板和安全保障常用设备，所安装的安全保障设备可根据实际应用需求进行配置，此处不详细展开。

剖面风观测单元6均为螺旋桨结构，通过限位喉箍固定在观测塔架2不同高度的桅杆上，通过通信线缆与数据采集控制模块12相连接。

波浪传感器10安装于主浮体1的中心位置，即桁架结构的正下方，用于采集浮标布放海域的波高、波向等数据。

海流传感器11安装在浮标体的仪器井中，用于采集浮标布放海域剖面流速、流向等数据，为避免浮标体的钢质结构对海流数据的影响，安装时需将海流传感10探出主浮体1下端界面。

数据采集控制模块12安装于主浮体1的控制舱中，定时通过命令控制剖面风观测单元6和波浪传感器10的加、断电进行风速风向数据和波浪数据的采集，并将采集到的剖面风速风向数据和波浪、海流数据转发至通信模块。

数据采集控制模块12安装于主浮体1内，通过专用线缆与海流传感器11、波浪传感器10以及剖面风观测单元6连接，定期进行数据的采集、预处理，通信模块一端通过线缆直接与数据采集控制模块12相连，一端与安装在小平台顶端的通信天线5相连接，然后通过通信模块5传输至陆基支撑数据接收处理模块13，通信方式可根据布放海域的信号强度选择CDMA/GPRS或北斗卫星中的任意一种或任意几种，通信模块将风速风向数据和波浪数据发送给陆基支撑13数据接收处理模块。

陆基支撑数据接收处理模块13可完成数据接收、显示、存储和后期管理。

本实用新型的工作原理：

本实用新型采用以观测塔的桁架结构2为中心轴，左右两侧均对称安装剖面风观测单元6，即剖面风A面风场和剖面风B面风场，当风场从A面吹来，由于B面的风剖面观测单元6所测数据受观测塔桁架结构遮挡，数据准确性受影响，因此后期数据处理过程中该时段选用A面一侧观测模块的数据；反之，选取B面一侧观测模块数据；这样可保障观测的风场数据未受任何障碍物影响。

与此同时，波浪传感器10采集海域的波高，波向数据，海流传感器11采集布放海域剖面流苏、流向数据，数据采集控制模块12定期进行数据的采集、预处理，然后通过通信模块5传输至陆基支撑数据接收处理模块13，由陆基支撑数据接收处理模块13完成数据接收、显示、存储和后期管理。

Claims (10)

1.一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，包括主浮体(1)、观测塔架(2)、桅筒(3)、综合平台(4)、剖面风观测单元(6)、海流传感器(11)及数据采集控制模块(12)；

所述主浮体(1)上设有数据采集控制模块(12)；

主浮体(1)上设有观测塔架(2)，主浮体(1)底部设有仪器观测井；海流传感器(11)固定于仪器观测井内，并与数据采集控制模块(12)连接；

所述观测塔架(2)顶端设有桅筒(3)，所述桅筒(3)上安装有综合平台(4)；所述观测塔架(2)上设有多个剖面风观测单元(6)，所述剖面风观测单元(6)与数据采集控制模块(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述剖面风观测单元(6)每两个为一组，对称设置在观测塔架(2)两侧。

3.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述剖面风观测单元(6)通过限位喉箍固定在观测塔架(2)的不同高度的桅杆上。

4.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述综合平台(4)向上的延展部顶部设有剖面风观测单元(6)。

5.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述观测塔架(2)设于主浮体(1)中心位置。

6.根据权利要求1或5所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述观测塔架(2)下方还设有波浪传感器(10)，所述波浪传感器(10)与数据采集控制模块(12)连接。

7.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述海流传感器(11)固定于仪器观测井内，所述海流传感器(11)探出主浮体(1)底部。

8.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述观测塔架(2)为桁架结构。

9.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，所述桅筒(3)顶端设有与综合平台(4)相连通的安全门。

10.根据权利要求1所述的一种海洋剖面风场观测浮标系统，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块与数据采集控制模块(12)连接。

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