一种子母型水下环境观测系统及操作方法与流程

本发明涉及海洋环境综合观测，尤其是一种面向有限水深应用场景子母型水下环境观测系统及操作方法。

背景技术：

1、海洋中蕴含着丰富的矿产、生物等资源，同时其复杂的环境条件也为人类的探索带来了极大的挑战。水下环境观测站可灵活应用于港口、湖泊等近岸区域，也可应用于船舶、海洋平台等诸多远洋工程装备，为其提供水下海洋环境在线观测服务，促进对所处环境周围的态势感知能力提升，提高装备海上独立生存能力。所处海洋环境条件是影响海洋工程装备生存能力和作业计划的关键外部因素，其中起主要影响作用的因素包括海水剖面流速、波浪条件、温度、盐度、深度、电导率、溶解氧、叶绿素、ph值、蓝绿藻、浊度等。由于海上作业条件复杂多变，因此通常采用水下观测站的方式对上述环境因素的测量装置进行集成，以便统一收放运维。然而，现有技术中的水下环境观测站产品在环境测量的完整度上具有不同程度的欠缺，同时由于波流测量装置的声学测量属性，其受中大型海洋工程结构物遮挡影响的敏感程度较高，需竖直安装在离主体结构一定距离外的海底，这给水下环境观测站的集成化设计和生存支持带来了一定的挑战。

2、设计一型可抵御复杂海底地形和波流环境、能充分在线感知海洋环境变化、易于收放运维的新型水下观测站，将是未来海洋工程装备建设中的重要一环。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种子母型水下环境观测系统及操作方法，从而可以有效的解决现有技术中水下环境观测站产品在环境测量的完整度和在线度上具有不同程度的欠缺，同时由于波流测量装置的声学测量属性，其受中大型海洋工程结构物遮挡影响的敏感程度较高，需竖直安装在离主体结构一定距离外的海底，这给水下环境观测站的集成化设计和可行的收放过程设计带来了一定的挑战，然而利用本观测系统和操作方法，可抵御复杂海底地形和波流环境、能充分在线感知海洋环境变化、易于收放运维的新型水下环境观测站。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种子母型水下环境观测系统，包括海洋装备主体结构，所述海洋装备主体结构上配备有绞车，绞车分别连接有互相独立的母站和子站，母站的顶面通过缆绳与绞车连接，母站布放在海洋装备主体结构的缘边位置，并在海面下方，母站的外侧面通过缆线串联有浮球和子站，工作时，浮球漂浮在海面上，子站被布放到海底；

4、母站的结构为：包括框架，框架的顶部设置有顶板，顶板的上表面通过法兰连接缆绳，框架的底部设置有底板，底板上通过卡箍安装有电子舱，电子舱的一旁安装有多参数水质仪，多参数水质仪固定在框架的内侧位置，框架的顶部还安装有水下摄像机；

5、子站的结构为：包括支撑架，支撑架的顶面安装有工作台，工作台上开有槽口，槽口内配合安装声学多普勒流速剖面仪，声学多普勒流速剖面仪的外部通过万向连接环与槽口连接，槽口一旁的工作台上表面还设置有法兰，法兰连接缆线。

6、其进一步技术方案在于：

7、所述框架为槽钢焊接的一体式结构。

8、所述框架的外侧面中间位置还固定有侧板，侧板的中间安装有与缆线连接的法兰。

9、所述支撑架为槽钢焊接的框架型结构。

10、所述工作台的截面呈“凸”字型结构。

11、所述万向连接环的内侧设置有对称的内旋转轴，万向连接环的外侧设置有对称的外旋转轴。

12、所述内旋转轴与声学多普勒流速剖面仪连接，外旋转轴与槽口连接。

13、所述外旋转轴与内旋转轴互相垂直。

14、浮球的两端接口处安装加厚胶皮结构，降低缆线在波浪作用下摇摆运动对线缆的破坏。

15、一种子母型水下环境观测系统的操作方法，包括如下操作步骤：

16、s1：准备工作；

17、在海洋装备主体结构上准备好绞车、母站、子站、缆线和浮球；

18、s2：布放工作；

19、布放观测站时，先从海洋装备主体结构通过绞车或人工释放母站，待母站平稳着底后，携带子站乘坐海洋装备主体结构自带小艇前往远端，到达目的释放点后人工释放子站，同时浮球会漂浮在海面并作为子站所在位置的标识；

20、s3：回收工作；

21、回收观测站时，乘坐海洋装备主体结构自带小艇前往浮球位置，人工沿浮球一端线缆将子站从海底拉起，回收子站后，返回海洋装备主体结构，并通过绞车或人工将母站拉起完成回收。

22、本发明的有益效果如下：

23、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过海洋装备主体结构、浮球、母站和子站之间的互相配合工作，可以方便的完成水下环境观测站的测试工作，可抵御复杂海底地形和波流环境，又能充分在线感知海洋环境变化，也易于收放运维。

24、本发明实现水下海洋环境的多参数在线测量，近端母站所搭载的各类水质传感器、水下摄像机以及远端子站所搭载的声学多普勒流速剖面仪的信号将实时传输至主体结构，供使用人员实时查看并进行后处理分析，同时能够在主体结构上远程在线地查看母站、子站上的设备运行状态；

25、本发明子母型设计使得水下测量系统具有整体性和灵活性，子站和母站可灵活搭配各种传感器，尽管子站远离主体结构，但依旧与母站、主体结构关联，保障远程供电需求和通信需求，使得有防遮挡需求的设备(如声学多普勒流速剖面仪)能够完成在线测量、不至于成为“哑设备”的同时，又能保证测量数据精度。

26、本发明子母型设计除保证水下观测站整体性和灵活性之外，在布放和回收作业方面具有明显优势。在吊放近端母站和远端子站的过程中不需要人员潜水操作，全程通过脐带缆完成起吊和下放，母站的海底布放状态可通过水下相机来在线检查确认，子站因搭载万向环，所以能独立适应非平整海底地形。

技术特征：

1.一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：包括海洋装备主体结构(1)，所述海洋装备主体结构(1)上配备有绞车，绞车分别连接有互相独立的母站(4)和子站(6)，母站(4)的顶面通过缆绳与绞车连接，母站(4)布放在海洋装备主体结构(1)的缘边位置，并在海面(2)下方，母站(4)的外侧面通过缆线(5)串联有浮球(3)和子站(6)，工作时，浮球(3)漂浮在海面(2)上，子站(6)被布放到海底；

2.如权利要求1所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：所述框架(403)为槽钢焊接的一体式结构。

3.如权利要求1所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：所述框架(403)的外侧面中间位置还固定有侧板(405)，侧板(405)的中间安装有与缆线(5)连接的法兰。

4.如权利要求1所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：所述支撑架(604)为槽钢焊接的框架型结构。

5.如权利要求1所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：所述工作台(602)的截面呈“凸”字型结构。

6.如权利要求1所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：所述万向连接环(605)的内侧设置有对称的内旋转轴(606)，万向连接环(605)的外侧设置有对称的外旋转轴(607)。

7.如权利要求6所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：所述内旋转轴(606)与声学多普勒流速剖面仪(601)连接，外旋转轴(607)与槽口(603)连接。

8.如权利要求6所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：所述外旋转轴(607)与内旋转轴(606)互相垂直。

9.如权利要求1所述的一种子母型水下环境观测系统，其特征在于：浮球(3)的两端接口处安装加厚胶皮结构，降低缆线(4)在波浪作用下摇摆运动对线缆的破坏。

10.一种如权利要求1所述的子母型水下环境观测系统的操作方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

技术总结
一种子母型水下环境观测系统及操作方法，包括海洋装备主体结构，所述海洋装备主体结构上配备有绞车，绞车分别连接有互相独立的母站和子站，母站的顶面通过缆绳与绞车连接，母站布放在海洋装备主体结构的缘边位置，并在海面下方，母站的外侧面通过缆线串联有浮球和子站，工作时，浮球漂浮在海面上，子站被布放到海底；可以有效的解决现有技术中水下环境观测站产品在环境测量的完整度和在线度上具有不同程度的欠缺，并可抵御复杂海底地形和波流环境、能充分在线感知海洋环境变化、易于收放运维。

技术研发人员：张家乐,刘家瑞,丁军,孙泽,董俊伟
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23