一种波浪浮标及波浪监测方法与流程

本发明涉及海洋波浪监测，更具体的说是涉及一种波浪浮标及波浪监测方法。

背景技术：

1、在众多的海洋观测要素中，波浪是最重要且最复杂的一种海洋水文要素，也是物理海洋学研究的重要内容之一，是海洋预报、海洋工程、防灾减灾、海洋权益维护和航海安全等领域重要的输入参数之一。

2、台风、风暴潮等自然灾害的出现势必会引起海上波浪参数的变化，海浪包含着巨大的能量,它能使船舶摇摆甚至造成沉船事故,它对海上作业危害很大,对海岸防护、港口码头等有很大的破坏作用,开展海洋波浪测量的研究与应用,可以有效监测海上的波浪信息,进行海况预报,从而有利于提高港口的灾害防范能力,有助于减少极端灾害条件下沿海港口的损失,为沿海港口、码头生产作业和人民生命财产的安全提供保障,为国家经济快速稳定增长创造条件,具有十分重要的意义。

3、现有波浪测量方法有：加速度测量法、压力法、波面测量法、波面粗糙度反演法等，其中除波面测量法之外其它均为间接测量。基于加速度测量和水压测量的设备均需布放在水中，布放难度大、易丢失、维护成本高。波面测量法是利用测量波面高度变化的方法来测量波浪参数的，即利用固定高度的探头测量探头至水面的距离变化来实现波浪测量，多数采用非接触式(遥测)如激光、微波或超声等测量方式；波面测量设备可以安装在水面以上的海洋构筑物如海洋石油平台上，在水位测量的基础上，通过加速采样来实现对波面高度变化的跟踪，因此具有安全性好，维护简便的特点。但现有的应用于波面测量法的设备只能实现波高和波周期的测量，而不能测量波向、波长和波速等重要波浪参数，从而限制了这些仪器的应用。

4、因此，如何提供一种测量精度高，体积小，重量轻，布放和维护简单方便的波浪浮标及波浪监测方法，利用重力加速度的原理来对波浪变化情况进行监测，是本领域技术人家亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种波浪浮标及波浪监测方法，旨在解决上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种波浪浮标，包括：

4、密封桶，所述密封桶顶部固定有上法兰，所述密封桶底部固定有下法兰；

5、浮球，所述浮球(1)上开设有对称的第一通孔并套设在所述密封桶的外壁且置于所述上法兰与所述下法兰之间；所述浮球的环壁上开设有多个与所述上法兰和所述下法兰的法兰孔对应的第二通孔；

6、螺栓柱，多个所述螺栓柱的一端依次贯穿所述上法兰、多个所述第二通孔和所述下法兰，并通过螺母将所述浮球与所述密封桶紧固；

7、上挡圈，所述上挡圈设在所述密封桶顶部并通过多个所述螺栓柱紧固；所述上挡圈内固定有天线、防水连接器、波浪仪和航标障碍灯，其中，所述天线用于接收卫星信号，所述防水连接器用于信号连接，所述波浪仪用于感应波浪变化情况，所述航标障碍灯用于导航和警示。

8、上述技术方案的有益效果是，通过螺栓柱连接密封桶、浮球和上挡圈形成浮标的整体结构，安装拆卸更加方便快捷，提高了波浪监测装置的安装效率，通过当波浪监测装置故障时便于维修更换。

9、优选的，在上述一种波浪浮标中，所述密封桶顶部可拆卸连接有顶盖，所述顶盖上开设有多个固定孔，所述天线、防水连接器、波浪仪及航标障碍灯嵌入多个所述固定孔内。通过密封桶顶部的顶盖紧固天线、防水连接器、波浪仪和航标故障灯，顶盖上的固定孔能够将波浪监测装置与波浪浮标嵌合成整体，在使用过程中，波浪监测装置不会由于波浪力的作用而发生移动，有效的对波浪变化情况进行检测。

10、优选的，在上述一种波浪浮标中，所述上挡圈包括环形座、立杆和环形圈；所述环形座一侧环面螺纹连接在所述密封桶的顶部环面上，多根所述立杆的一端垂直固定在所述环形座的另一侧环面上，所述环形圈固定在多根所述立杆的另一端，所述顶盖设在所述环形座的内圈中并与所述密封桶的顶部环面螺纹连接。上挡圈能够起到阻挡和缓冲作用，当波浪较大时，保护波浪监测装置不被波浪力的冲击而损毁。

11、优选的，在上述一种波浪浮标中，所述浮球的直径为40cm～60cm。

12、优选的，在上述一种波浪浮标中，所述波浪仪的数量不少于两个。通过多个波浪仪的设置，能够分别采集波浪变化特征信息，提高了波浪监测的准确性。

13、本发明还提供了一种波浪监测方法，采用上述技术方案中的波浪浮标进行波浪变化情况监测，还包括底护圈和电池组，所述底护圈可拆卸连接在所述下法兰的法兰面上，用于固定锚链，所述锚链远离所述底护圈的一端固定有地锚，所述地锚可锚入海底泥沙内；所述电池组固定在所述密封桶内，并与所述天线、防水连接器、波浪仪和航标障碍灯电性连接。

14、上述技术方案的有益效果是，通过底护圈连接锚链和地锚，波浪浮标在使用时，锚链一端连接地锚，另一端连接底护圈，地锚可以深入海底的泥沙中进行锚固，锚链具有足够的长度，能够保证浮标对同一地域波浪变化情况监测的准确性和可靠性；电池组作为波浪浮标的动力源，能够给天线、波浪仪和航标障碍灯提供动力支持。

15、优选的，在上述一种波浪监测方法中，所述密封桶顶部设有密封充电接口以对所述电池组进行充电。

16、优选的，在上述一种波浪监测方法中，包括以下步骤：

17、s1、基于重力加速度原理，将波浪的变化情况转变为波浪浮标的往复运动；波浪浮标投掷于海面上时，波浪浮标会随着波浪的变化而进行漂浮；

18、s2、波浪仪获取波浪的变化特征参数；波浪浮标在漂浮过程中，其轨迹与波浪轨迹相同，通过天线和波浪仪可以获取波浪的波高、波周期、波向、一维能量密度谱、二维方向谱和表层水温等海洋环境信息；

19、s3、天线将波浪的变化特征参数传递到pc端进行存储或输出海面变化序列。通过卫星联控，能够将波浪的特征变化参数传递到pc端进行存储或输出。

20、优选的，在上述一种波浪观测方法中，所述天线的通讯方式为北斗卫星通讯、铱星通讯或数传电台通讯。

21、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种波浪浮标及波浪监测方法，通过小型浮标测量系统，能够实时获取波浪的波高、波周期、波向、一维能量密度谱、二维方向谱和表层水温等海洋环境信息。测量精度高，体积小，重量轻，布放和维护简单方便，适用于近岸固定点锚泊观测使用、随船观测使用和实验室教学使用。

技术特征：

1.一种波浪浮标，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种波浪浮标，其特征在于，所述密封桶(2)顶部可拆卸连接有顶盖(23)，所述顶盖(23)上开设有多个固定孔，所述天线(5)、防水连接器(7)、波浪仪(8)及航标障碍灯(6)嵌入多个所述固定孔内。

3.根据权利要求2所述的一种波浪浮标，其特征在于，所述上挡圈(4)包括环形座(41)、立杆(42)和环形圈(43)；所述环形座(41)一侧环面螺纹连接在所述密封桶(2)的顶部环面上，多根所述立杆(42)的一端垂直固定在所述环形座(41)的另一侧环面上，所述环形圈(43)固定在多根所述立杆(42)的另一端，所述顶盖(23)设在所述环形座(41)的内圈中并与所述密封桶(2)的顶部环面螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种波浪浮标，其特征在于，所述浮球(1)的直径为40cm～60cm。

5.根据权利要求1所述的一种波浪浮标，其特征在于，所述波浪仪(8)的数量不少于两个。

6.一种波浪观测方法，采用权利要求1至5中任一项所述的波浪浮标进行波浪变化情况监测，其特征在于，还包括底护圈(9)和电池组，所述底护圈(9)可拆卸连接在所述下法兰(22)的法兰面上，用于固定锚链，所述锚链远离所述底护圈(9)的一端固定有地锚，所述地锚可锚入海底泥沙内；所述电池组固定在所述密封桶(2)内，并与所述天线(5)、防水连接器(7)、波浪仪(8)和航标障碍灯(6)电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种波浪观测方法，其特征在于，所述密封桶(2)顶部设有密封充电接口以对所述电池组进行充电。

8.根据权利要求6或7所述的一种波浪观测方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种波浪观测方法，其特征在于，所述天线(5)的通讯方式为北斗卫星通讯、铱星通讯或数传电台通讯。

技术总结
本发明公开了一种波浪浮标及波浪监测方法，包括密封桶、浮球、螺栓柱及上挡圈；密封桶顶部固定有上法兰，底部固定有下法兰；浮球套设在密封桶的外壁上；浮球的环壁上开设有多个与上法兰和下法兰的法兰孔对应的通孔；多个螺栓柱的一端依次贯穿上法兰、多个通孔和下法兰，并通过螺母将浮球与所述密封桶紧固；上挡圈设在密封桶顶部并通过多个螺栓柱紧固；上挡圈内固定有天线、防水连接器、波浪仪和航标障碍灯，其中，天线用于接收卫星信号，防水连接器用于信号连接，波浪仪用于感应波浪变化情况，航标障碍灯用于导航和警示。本发明通过小型浮标测量系统，能够实时获取波浪的特征变化参数，测量精度高，体积小，重量轻，布放和维护简单方便。

技术研发人员：葛亮,李攀,李程昱,张晓磊
受保护的技术使用者：烟台科勘海洋科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15