一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备及方法与流程

本发明属于水文监测，特别涉及一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备及方法。

背景技术：

1、海洋流场是一种由风切应力作用而引发的大规模水体流动，其表层流场是藻华运移输集和污染物迁移扩散的重要载体，在海洋环境污染和赤潮爆发规律等研究中具有重要意义。

2、由于海洋深度较大且海底环境复杂，现有的底座式声学多普勒流速剖面仪是基于欧拉参考系下的监测方法，仪器设备在海底安装困难，并且向上发射的信号易受海底复杂环境的影响，不能有效观测海洋表层流场的变化特征。因此，亟需从方法和技术上突破海洋表层流场的观测瓶颈，为科学有效的治理海洋生态环境提供技术支撑。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备及方法，该漂浮设备通过信号发射器向数据处理平台发送的实时位置信息，并通过数据处理平台的地理信息系统计算漂浮设备的移动速度和方向，进而准确感知海洋表层流场的时空变化特征，提高了表层海流监测的准确性，为海洋表层流场监测提供了新手段。

2、本发明的技术方案在于：一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，包括密封连接的上半椭球壳体和下半椭球壳体，所述上半椭球壳体为空心壳体结构，所述上半椭球壳体的空心壳体内侧上部设有隔板，所述隔板上设有信号发射器和蓄电池，所述信号发射器与所述蓄电池电连接，所述信号发射器通过无线连接有数据处理平台，所述下半椭球壳体为空心壳体结构，所述下半椭球壳体的空心壳体内侧底部中央设有螺纹轴，所述螺纹轴上设有配重块，所述所述下半椭球壳体的空心壳体外侧设有随流控制模块。

3、所述上半椭球壳体与下半椭球壳体相连接的接触面上设有上半椭球凹槽，所述上半椭球凹槽外侧均布有多个上螺孔，所述下半椭球壳体与上半椭球壳体相连接的接触面上设有下半椭球凹槽，所述下半椭球凹槽外侧均布有多个下螺孔，所述上半椭球凹槽与下半椭球凹槽、所述上螺孔与下螺孔分别对应设置，所述上半椭球凹槽与下半椭球凹槽内设有橡胶圈，所述上螺孔与下螺孔内设有螺栓。

4、所述上半椭球凹槽与下半椭球凹槽沿所述上半椭球壳体与下半椭球壳体相连接的接触面成连续s型分布。

5、所述上半椭球壳体与下半椭球壳体的椭球体长半轴为10厘米，短半轴为5厘米，厚度5毫米，隔板厚度5毫米，所述配重块采用直径5厘米的圆柱形铅块，所述蓄电池为锂聚合物电池，额定容量1200ma，额定电压3.7v。

6、所述信号发射器采用北斗卫星导航系统，可接收北斗b1c、b2a、b2b、b1i、b3i信号，所述信号发射器支持厘米级网络实时动态差分技术，通信的发射频率1615.68mhz±4.08mhz，以5分钟更新率输出漂浮设备的位置信息。

7、所述上半椭球壳体的空心壳体内侧顶部设有顶托卡槽，用于固定安装信号发射器和蓄电池。

8、所述随流控制模块包括四组l形支架，四组l形支架两两呈90度固定在所述下半椭球壳体的空心壳体外侧。

9、一种用于海洋表层流场监测的方法，使用如上所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，包括以下步骤：

10、s1：将用于海洋表层流场监测的漂浮设备投放在待监测区域，漂浮设备放入进水体前打开信号发射器，并调整配重块使信号发射器所在上半椭球壳体位置处于水面之上；

11、s2：漂浮设备放入进水体后，信号发射器每5分钟向数据处理平台发射一次实时位置信息，并通过数据处理平台的地理信息系统计算漂浮设备的移动速度和方向，进而准确感知海洋表层流场的时空变化特征。

12、所述步骤s2中，通过数据处理平台的地理信息系统计算漂浮设备的移动速度和方向，具体过程为：数据处理平台通过信号发射器获取漂浮设备的经纬度坐标和时间，将漂浮设备轨迹点的经纬度坐标加载进地理信息系统gis，坐标系采用wgs坐标系，并生成点要素，在点要素属性表中添加两列字段，字段属性为浮点型，分别命名为流速和流向，在属性表流速列中，采用式计算字段，即可得到漂浮设备在点（，）和点（，）的平均速度；

13、 （1）

14、在属性表流向列中，流向计算采用北方位角进行计算，即以北为0度，按顺时针计算流向由于信号输出频率为5分钟，所以相邻位置距离较近，流向采用式（2）计算；

15、 （2）

16、最终得到待监测海洋表层流场的速度和方向变化特征。

17、所述步骤s2中，当蓄电池电量剩余15%时，通过数据处理平台查看漂浮设备位置信息，并进行打捞和充电。

18、本发明的技术效果在于：1.本发明通过在上半椭球壳体与下半椭球壳体相连接的接触面上设置凹槽，凹槽内设置橡胶圈将两个空心半椭球体进行密封，密封方式简单可靠；2.本发明随流控制模块四组l形支架两两呈90度固定在所述下半椭球壳体的空心壳体外侧，增强了漂浮设备与水体的跟随性，保证设备稳定；3.本发明通过信号发射器向数据处理平台发送的实时位置信息，并通过数据处理平台的地理信息系统计算漂浮设备的移动速度和方向，进而准确感知海洋表层流场的时空变化特征，提高了表层海流监测的准确性，为海洋表层流场监测提供了新手段。

19、以下将结合附图进行进一步的说明。

技术特征：

1.一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：包括密封连接的上半椭球壳体（1）和下半椭球壳体（2），所述上半椭球壳体（1）为空心壳体结构，所述上半椭球壳体（1）的空心壳体内侧上部设有隔板（6），所述隔板（6）上设有信号发射器（4）和蓄电池（5），所述信号发射器（4）与所述蓄电池（5）电连接，所述信号发射器（4）通过无线连接有数据处理平台，所述下半椭球壳体（2）为空心壳体结构，所述下半椭球壳体（2）的空心壳体内侧底部中央设有螺纹轴（8），所述螺纹轴（8）上设有配重块（7），所述所述下半椭球壳体（2）的空心壳体外侧设有随流控制模块（3）。

2.根据权利要求1所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：所述上半椭球壳体（1）与下半椭球壳体（2）相连接的接触面上设有上半椭球凹槽（103），所述上半椭球凹槽（103）外侧均布有多个上螺孔（101），所述下半椭球壳体（2）与上半椭球壳体（1）相连接的接触面上设有下半椭球凹槽（201），所述下半椭球凹槽（201）外侧均布有多个下螺孔（203），所述上半椭球凹槽（103）与下半椭球凹槽（201）、所述上螺孔（101）与下螺孔（203）分别对应设置，所述上半椭球凹槽（103）与下半椭球凹槽（201）内设有橡胶圈（202），所述上螺孔（101）与下螺孔（203）内设有螺栓（102）。

3.根据权利要求2所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：所述上半椭球凹槽（103）与下半椭球凹槽（201）沿所述上半椭球壳体（1）与下半椭球壳体（2）相连接的接触面成连续s型分布。

4.根据权利要求1所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：所述上半椭球壳体（1）与下半椭球壳体（2）的椭球体长半轴为10厘米，短半轴为5厘米，厚度5毫米，隔板（6）厚度5毫米，所述配重块（7）采用直径5厘米的圆柱形铅块，所述蓄电池（5）为锂聚合物电池，额定容量1200ma，额定电压3.7v。

5.根据权利要求1所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：所述信号发射器（4）采用北斗卫星导航系统，可接收北斗b1c、b2a、b2b、b1i、b3i信号，所述信号发射器（4）支持厘米级网络实时动态差分技术，通信的发射频率1615.68mhz±4.08mhz，以5分钟更新率输出漂浮设备的位置信息。

6.根据权利要求1所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：所述上半椭球壳体（1）的空心壳体内侧顶部设有顶托卡槽，用于固定安装信号发射器（4）和蓄电池（5）。

7.根据权利要求1所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：所述随流控制模块（3）包括四组l形支架，四组l形支架两两呈90度固定在所述下半椭球壳体（2）的空心壳体外侧。

8.一种用于海洋表层流场监测的方法，使用如权利要求1~7所述一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述一种用于海洋表层流场监测的方法，其特征在于：所述步骤s2中，通过数据处理平台的地理信息系统计算漂浮设备的移动速度和方向，具体过程为：数据处理平台通过信号发射器（4）获取漂浮设备的经纬度坐标和时间，将漂浮设备轨迹点的经纬度坐标加载进地理信息系统gis，坐标系采用wgs84坐标系，并生成点要素，在点要素属性表中添加两列字段，字段属性为浮点型，分别命名为流速和流向，在属性表流速列中，采用式（1）计算字段，即可得到漂浮设备在点（，）和点（，）的平均速度；

10.根据权利要求8所述一种用于海洋表层流场监测的方法，其特征在于：所述步骤s2中，当蓄电池（5）电量剩余15%时，通过数据处理平台查看漂浮设备位置信息，并进行打捞和充电。

技术总结
本发明属于水文监测技术领域，特别涉及一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备及方法。一种用于海洋表层流场监测的漂浮设备，包括密封连接的上半椭球壳体和下半椭球壳体，上半椭球壳体的空心壳体内侧上部设有隔板，隔板上设有信号发射器和蓄电池，信号发射器与蓄电池电连接，信号发射器通过无线连接有数据处理平台，下半椭球壳体的空心壳体内侧底部中央设有螺纹轴，螺纹轴上设有配重块，下半椭球壳体的空心壳体外侧设有随流控制模块。本发明通过信号发射器向数据处理平台发送的实时位置信息，并通过数据处理平台的地理信息系统计算漂浮设备的移动速度和方向，进而准确感知海洋表层流场的时空变化特征，提高了表层海流监测的准确性。

技术研发人员：高徐军,高士林,黄鹏,田伟辉,邢瑞蛟,于京涛
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22