阅读说明：本技术 基于海底观测网的实时传输潜标系统 (Real-time transmission subsurface buoy system based on seabed observation network ) 是由 韩广辉 尚晓东 周生启 梁元卜 李园园 沈德飞 郭双喜 谢晓辉 于 2019-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于海底观测网的实时传输潜标系统,其包括配重锚桩、接驳移动车、定位装置、视频引导摄像头、湿拔插接头、水文检测器、承重线、电源线、电信号线、控制系统、引导浮球、备用电池、无线电收发器以及主浮球。本系统在释放过程中,避免了接驳移动车与承重线、电源线以及电信号线搅缠在一起；接驳站可以为整个系统提供信号传输和电源供应服务,整个对接过程中,自动化程度高,而且水文检测器可以通过接驳站实时传输数据,另外可以通过接驳站提供电源,无需再使用额外的电池；具备长期服役易于维护的特点。(The invention discloses a real-time transmission submerged buoy system based on a submarine observation network, which comprises a balance weight anchor pile, a connection moving vehicle, a positioning device, a video guide camera, a wet-pull plug connector, a hydrological detector, a bearing line, a power line, an electric signal line, a control system, a guide floating ball, a standby battery, a radio transceiver and a main floating ball. In the releasing process of the system, the connecting moving vehicle is prevented from being entangled with the bearing line, the power line and the electric signal line; the docking station can provide signal transmission and power supply services for the whole system, the automation degree is high in the whole docking process, the hydrological detector can transmit data in real time through the docking station, and in addition, the power supply can be provided through the docking station without using an additional battery; the device has the characteristic of long-term service and easy maintenance.)

基于海底观测网的实时传输潜标系统

技术领域

本发明涉及一种基于海底观测网的实时传输潜标系统。

背景技术

海洋对全球环境和气候变化影响巨大，研究深洋的演化规律是人类文明发展的关键。研究的基础是观测，要从现象描述发展到机理探索和环境预测，就需要有目的地针对复杂的海洋过程开展长期观测，才能更好地理解已运行数十亿年的深海大洋。传统的海洋观测方式主要是船基考察，但受制于船时和天气等因素，船基考察只能是断断续续或者零零散散的。卫星遥测遥感对地观测系统实现了对地面和海面观测的长期性与连续性，但无法穿透巨厚的海水直接观测深海海底。通过船只布放的自容式或锚系式的着底器只能支持少量海底设备的短期供电，无法实时传输数据，还需要较为频繁的定期维护。各类水下运载器是深海环境探测的有力工具，能够揭示深海大洋的多样性和复杂性，但由于仍然是依靠自带的电池供电，无法长期连续观测。针对长期、原位、实时和高分辨率观测的科学需求，海底科学观测网(以下简称“观测网”)将成为海洋学研究的一个基础工具。观测网是能够长期持续提供电力和通信服务的海底科学基础设施，通过光电复合通信海缆将电力系统和通信系统直接从陆地延伸到海底，从而解决大量原位观测设备在海底长期运行面临的持续电能供给和海量数据传输两大难题，可实现从海底直接对深海大洋特定区域的物理、化学、生物和地质等过程进行高分辨率的原位实时观测。目前国外有一些规模大小不等的观测网已在运行或建设中。中国的“国家海底长期科学观测系统”大科学工程也已经启动建设。

传统的观测方法有潜标观测平台、浮标观测系统、海床基观测系统；而浮标观测系统容易被渔民发现打捞，容易被船只破坏，由于浮标的主体部分暴露在海面，不可避免的会遭到海面风浪或人为的破坏，只有部分数据能被传回；海床基观测系统，只能用于观测海床的数据，或者使用声学多普勒测流，可探测的数据信息类别不够全面；而潜标观测平台是是海洋最主要的观测设备，能观测海洋动力及海洋水文等要素。潜标主浮体布设在水下一定深度，可以在恶劣海况条件下长期、隐蔽地对海洋动力要素进行立体综合监测。潜标观测平台通常布放于水下几百米、几千米甚至上万米的深度，用于观测不同深度的海洋科学水文数据。传统的海洋观测潜标数据获取主要通过回收潜标后读取观测设备记录的数据获得，无法实时读取水文数据，出海回收潜标成本高、工作量大，数据获取周期长、延迟高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于海底观测网的实时传输潜标系统，解决上述现有技术问题中的一个或多个。

本发明提供一种基于海底观测网的实时传输潜标系统，从海底观测网获得主要的电力供应，并分配给各测量仪器，各测量仪器的数据还可以通过海底观测网实时回传,使得潜标系统的所有设备都同时连接电源或信号源，扩展了海底观测网的测量范围，实现了从海底到近海表的长期连续实时观测。相比于已有的技术，本发明解决了如何将潜标系统与海底观测网精准接驳的技术问题，避免了使用大型水下机器人布放时，遇到的缆绳缠绕问题，使用具有动力的一般船只即可以完成布放，操作简单，使用和维护成本低。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于海底观测网的实时传输潜标系统，其包括配重锚桩、接驳移动车、定位装置、视频引导摄像头、湿拔插接头、水文检测器、承重线、电源线、电信号线、控制系统、引导浮球、备用电池、无线电收发器以及主浮球；其中，电源线和电信号线均沿着承重线排布；配重锚桩设置在承重线的第一端，主浮球设置在承重线的第二端，至少一个水文检测器设置在承重线上主浮球和配重锚桩之间部位上，水文检测器与电源线电连接，水文检测器与电信号线电信号连接；电信号线与控制系统数据传输连接；接驳移动车设置在承重线的第一端上，接驳移动车与电源线电连接，接驳移动车与电信号线电信号连接，定位装置和视频引导摄像头均设置在接驳移动车上，且定位装置和视频引导摄像头均通过电信号线与控制系统电信号连接；湿拔插接头设置在接驳移动车上，且湿拔插接头与电源线和电信号线电连接；所述承重线的所述第二端延伸设置在所述引导浮球上；无线电收发器与控制系统无线传输连接配对，无线电收发器安装在引导浮球上，电信号线与无线电收发器电信号连接，备用电池设置成为无线电收发器和电源线供电。

这样，在使用时，将本系统放置在探测船上，控制系统放置在探测船上，然后先将引导浮球放下，在承重线绷直后，然后再将主浮球、承重线、电源线、电信号线、配重锚桩和接驳移动车依次下沉到海水中，配重锚桩带着接驳移动车和承重线下沉，直到沉入海底，这个过程中，承重线被依次绷直落下，避免了承重线缠绕在一起，或者被搅入到探测船的螺旋桨上，同时在主浮球的牵扯下，承重线被拉扯伸直，即承重线沿着重力方向伸直设置，水文检测器沿着不同的海层深度依次排布在承重线上，那么水文检测器可以探测不同深度的海洋信息；然后探测船找到引导浮球，由于引导浮球是漂浮在海面上的，容易识别和找寻，捞起引导浮球后也就意味着找到了承重线，探测船上的起重设备通过承重线将本系统提升拉起，使得配重锚桩脱离海底，然后在定位装置的引导下朝着靠近接驳站的方向移动，在本实施例中，接驳站上设有声学定位反馈装置，而定位装置具体为与之配套的声学定位仪器；优选地，将配重锚桩移动到距离接驳站100～200m范围内，以免过于靠近将接驳站碰坏；然后再人工操控接驳移动车在视频引导摄像头的引导下，将湿拔插接头***到接驳站的对应接口上，然后将承重线、电源线、电信号线与探测船脱开，探测船离开进行下一位置的放置工作，这样接驳站可以为整个系统提供信号传输和电源供应服务，整个对接过程中，自动化程度高，而且水文检测器可以通过接驳站实时传输数据，另外可以通过接驳站提供电源，无需再使用额外的电池进行供电。此外，还可以使用备用电池为无线电收发器和电源线供电，探测船上控制系统可以和接驳移动车实现无线传输连接，实现了探测船和本系统无实体线连接；在将本系统释放后，可以通过捞起引导浮球，来将承重线拉起，方便寻找承重线。

在一些实施方式中，还包括保护支架筐，引导浮球设置在保护支架筐内。

这样，通过将引导浮球设置在保护支架筐内，使得保护支架筐可以保护引导浮球免受碰撞。

在一些实施方式中，还包括第一辅助浮球和弹性绳缆，承重线通过弹性绳缆和配重锚桩连接，第一辅助浮球设置在弹性绳缆上与承重线连接的端上。

由于海底洋流扰动幅度很大，在现有技术中，常常采用铁链来将配重锚桩和承重线，而铁链处于非绷直状态，有一部分铁链会跌落在海底面上，但是在海底洋流扰动下，由于铁链没有弹性收缩的特点，铁链会时而拉直，时而缩回到海底面上，这样来回搅动会将电源线和电信号线逐渐磨损，日积月累，电源线和电信号线会被铁链磨穿；那么在本发明中，提出改进方案：使用弹性绳缆将承重线和配重锚桩连接来，并且在弹性绳缆上与承重线连接的端上设置第一辅助浮球，在第一辅助浮球的浮力作用下，使得弹性绳缆始终处于绷直状态，那么当洋流扰动时，弹性绳缆会进行适应性地伸长或收缩，弹性绳缆不会发生弯曲，那么避免了触碰到电源线和电信号线，也就避免了磨损电源线和电信号线。

在一些实施方式中，还包括第二辅助浮球，第二辅助浮球设置在弹性绳缆上与配重锚桩连接的端上。

这样，当弹性绳缆发生断裂，且与配重锚桩脱开时，第二辅助浮球也能带着弹性绳缆的分解段上浮到海面，方便科研人员打捞。

在一些实施方式中，还包括至少一个第三辅助浮球，第三辅助浮球均匀分布地设置在弹性绳缆上。

这样，当弹性绳缆发生断裂，分解成多段时，第三辅助浮球也能带着弹性绳缆的分解段上浮到海面，方便科研人员打捞。

在一些实施方式中，还包括电控释放装置，电控释放装置通过电信号线与控制系统电信号连接,配重锚桩和弹性绳缆之间通过电控释放装置连接。

这样，当需要将本系统回收时，控制系统先指令接驳移动车带动湿拔插接头与接驳站脱开，然后控制系统指令电控释放装置脱开，使得配重锚桩和弹性绳缆之间脱离，然后本系统在主浮球、第一辅助浮球和第二辅助浮球的浮力作用下，带着本系统以及接驳移动车完成上浮，并且在定位信号发射器的辅助下，完成回收再利用。

在一些实施方式中，还包括电控脱钩器，电控脱钩器通过电信号线与控制系统电信号连接，承重线和引导浮球之间通过电控脱钩器连接。

这样，将本系统放置安装好后，控制系统指令电控脱钩器，将引导浮球和承重线脱开，那么引导浮球和整个系统脱离开，整个系统潜入在海平面以下，其他人或船只无法通过引导浮球来寻获打捞本系统。

在一些实施方式中，配重锚桩设有容纳腔，配重锚桩开设有与容纳腔相通的出口，接驳移动车容纳在容纳腔内。

这样，初始时，接驳移动车容纳在配重锚桩的容纳腔内，以免磕碰损坏接驳移动车，然后当将配重锚桩移动到距离接驳站100～200m范围内后，控制系统再遥控接驳移动车从容纳腔内驶出进行下一步对接工作，具有结构紧凑、合理利用空间的特点。

在本发明中还提供一种基于海底观测网的实时传输潜标系统的使用方法，包括：

依次布放引导浮球、主浮球、承重线；

布放配重锚桩；

回收引导浮球，然后通过承重线提升配重锚桩；

在定位装置的引导下，将配重锚桩朝接驳站移动靠近；

通过控制系统遥控接驳移动车，并在视频引导摄像头的视频引导下，人工遥控接驳移动车将湿拔插接头与接驳站对接。

使用本方法时，可以先将引导浮球放下，在承重线绷直后，然后再将主浮球、配重锚桩和接驳移动车依次放下，在这个过程中，承重线被依次绷直落下，避免了承重线缠绕在一起，或者被搅入到探测船的螺旋桨上，并且避免了接驳移动车与承重线、电源线以及电信号线搅缠在一起；另外，接驳站可以为整个系统提供信号传输和电源供应服务，整个对接过程中，自动化程度高，而且水文检测器可以通过接驳站实时传输数据，另外可以通过接驳站提供电源，无需再使用额外的电池；具备长期服役易于维护的特点。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的基于海底观测网的实时传输潜标系统的结构示意图；

图2为图1所示的一种实施方式的基于海底观测网的实时传输潜标系统的另一视角的结构示意图；

图3为图1所示的一种实施方式的基于海底观测网的实时传输潜标系统从海面释放过程的示意图；

图4为图3所示释放过程中配重锚桩沉入海底后的示意图；

图5为图4所示释放过程中探测船将配重锚桩提升后移动到靠近接驳站的示意图；

图6为图5中的接驳移动车在控制系统的指令下将湿拔插接头***到接驳站的示意图；

图7为图6中控制系统指令电控脱钩器将引导浮球和承重线脱开后的示意图；

图8为图7中接驳移动车在控制系统的指令下将湿拔插接头从接驳站脱开的示意图；

图9为图8中控制系统指令电控释放装置脱开，使得配重锚桩和弹性绳缆之间脱离后的示意图。

附图标号：1-配重锚桩、2-接驳移动车、21-定位装置、22-视频引导摄像头、23-湿拔插接头、3-水文检测器、4-承重线、5-引导浮球、51-无线电收发器、6-主浮球、7-探测船、8-接驳站、52-保护支架筐、9-第一辅助浮球、10-弹性绳缆、11-第二辅助浮球、12-第三辅助浮球、13-电控释放装置、14-电控脱钩器、15-出口

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1至图2示意性的显示了本发明一种实施方式的基于海底观测网的实时传输潜标系统的结构。

如图1至图6所示，该基于海底观测网的实时传输潜标系统包括配重锚桩1、接驳移动车2、定位装置21、视频引导摄像头22、湿拔插接头23、水文检测器3、承重线4、电源线、电信号线、控制系统、引导浮球5、备用电池、无线电收发器51以及主浮球6；其中，电源线和电信号线均沿着承重线4排布；配重锚桩1设置在承重线4的第一端，主浮球6设置在承重线4的第二端，至少一个水文检测器3设置在承重线4上主浮球6和配重锚桩1之间部位上，水文检测器3与电源线电连接，水文检测器3与电信号线电信号连接；电信号线与控制系统数据传输连接；接驳移动车2设置在承重线4的第一端上，接驳移动车2与电源线电连接，接驳移动车2与电信号线电信号连接，定位装置21和视频引导摄像头22均设置在接驳移动车2上，且定位装置21和视频引导摄像头22均通过电信号线与控制系统电信号连接；湿拔插接头23设置在接驳移动车2上，且湿拔插接头23与电源线和电信号线电连接；所述承重线4的所述第二端延伸设置在所述引导浮球5上；无线电收发器51与控制系统无线传输连接配对，无线电收发器51安装在引导浮球5上，电信号线与无线电收发器51电信号连接，备用电池设置成为无线电收发器51和电源线供电。详细地，在水文检测器3包括温度探头、深度探头、盐度探头，多个水文检测器3按预设深度排布安装在承重线4上。主浮球6包括固定框和多个浮球体，多个浮球体安装在固定框内部。

这样，在使用时，将本系统放置在探测船7上，控制系统放置在探测船7上，然后先将引导浮球5放下，在承重线4绷直后，然后再将主浮球6、承重线4、电源线、电信号线、配重锚桩1和接驳移动车2依次下沉到海水中，配重锚桩1带着接驳移动车2和承重线4下沉，直到沉入海底，这个过程中，承重线4被依次绷直落下，避免了承重线4缠绕在一起，或者被搅入到探测船7的螺旋桨上，同时在主浮球6的牵扯下，承重线4被拉扯伸直，即承重线4沿着重力方向伸直设置，水文检测器3沿着不同的海层深度依次排布在承重线4上，那么水文检测器3可以探测不同深度的海洋信息；然后探测船7找到引导浮球5，由于引导浮球5是漂浮在海面上的，容易识别和找寻，捞起引导浮球5后也就意味着找到了承重线4，探测船7上的起重设备通过承重线4将本系统提升拉起，使得配重锚桩1脱离海底，然后在定位装置21的引导下朝着靠近接驳站8的方向移动，在本实施例中，接驳站8上设有声学定位反馈装置，而定位装置21具体为与之配套的声学定位仪器；优选地，将配重锚桩1移动到距离接驳站8100～200m范围内，以免过于靠近将接驳站8碰坏；然后再人工操控接驳移动车2在视频引导摄像头22的引导下，将湿拔插接头23***到接驳站8的对应接口上，然后将承重线4、电源线、电信号线与探测船7脱开，探测船7离开进行下一位置的放置工作，这样接驳站8可以为整个系统提供信号传输和电源供应服务，整个对接过程中，自动化程度高，而且水文检测器3可以通过接驳站8实时传输数据，另外可以通过接驳站8提供电源，无需再使用额外的电池进行供电。此外，还可以使用备用电池为无线电收发器51和电源线供电，探测船7上控制系统可以和接驳移动车2实现无线传输连接，实现了探测船7和本系统无实体线连接；在将本系统释放后，可以通过捞起引导浮球5，来将承重线4拉起，方便寻找承重线4。

在本实施例中，还包括保护支架筐52，引导浮球5设置在保护支架筐52内。

这样，通过将引导浮球5设置在保护支架筐52内，使得保护支架筐52可以保护引导浮球5免受碰撞。

在本实施例中，还包括第一辅助浮球9和弹性绳缆10，承重线4通过弹性绳缆10和配重锚桩1连接，第一辅助浮球9设置在弹性绳缆10上与承重线4连接的端上。

由于海底洋流扰动幅度很大，在现有技术中，常常采用铁链来将配重锚桩1和承重线4，而铁链处于非绷直状态，有一部分铁链会跌落在海底面上，但是在海底洋流扰动下，由于铁链没有弹性收缩的特点，铁链会时而拉直，时而缩回到海底面上，这样来回搅动会将电源线和电信号线逐渐磨损，日积月累，电源线和电信号线会被铁链磨穿；那么在本发明中，提出改进方案：使用弹性绳缆10将承重线4和配重锚桩1连接来，并且在弹性绳缆10上与承重线4连接的端上设置第一辅助浮球9，在第一辅助浮球9的浮力作用下，使得弹性绳缆10始终处于绷直状态，那么当洋流扰动时，弹性绳缆10会进行适应性地伸长或收缩，弹性绳缆10不会发生弯曲，那么避免了触碰到电源线和电信号线，也就避免了磨损电源线和电信号线。

在本实施例中，还包括第二辅助浮球11，第二辅助浮球11设置在弹性绳缆10上与配重锚桩1连接的端上。

这样，当弹性绳缆10发生断裂，且与配重锚桩1脱开时，第二辅助浮球11也能带着弹性绳缆10的分解段上浮到海面，方便科研人员打捞。

在本实施例中，还包括至少一个第三辅助浮球12，第三辅助浮球12均匀分布地设置在弹性绳缆10上。

这样，当弹性绳缆10发生断裂，分解成多段时，第三辅助浮球12也能带着弹性绳缆10的分解段上浮到海面，方便科研人员打捞。

如图7至图9所示，在本实施例中，还包括电控释放装置13，电控释放装置13通过电信号线与控制系统电信号连接,配重锚桩1和弹性绳缆10之间通过电控释放装置13连接。

这样，当需要将本系统回收时，控制系统先指令接驳移动车2带动湿拔插接头23与接驳站8脱开，然后控制系统指令电控释放装置13脱开，使得配重锚桩1和弹性绳缆10之间脱离，然后本系统在主浮球6、第一辅助浮球9和第二辅助浮球11的浮力作用下，带着本系统以及接驳移动车2完成上浮，并且在定位信号发射器的辅助下，完成回收再利用。

如图7所示，在本实施例中，还包括电控脱钩器14，电控脱钩器14通过电信号线与控制系统电信号连接，承重线4和引导浮球5之间通过电控脱钩器14连接。

这样，将本系统放置安装好后，控制系统指令电控脱钩器14，将引导浮球5和承重线4脱开，那么引导浮球5和整个系统脱离开，整个系统潜入在海平面以下，其他人或船只无法通过引导浮球5来寻获打捞本系统。

如图1和图2所示，在本实施例中，配重锚桩1设有容纳腔，配重锚桩1开设有与容纳腔相通的出口15，接驳移动车2容纳在容纳腔内。

这样，初始时，接驳移动车2容纳在配重锚桩1的容纳腔内，以免磕碰损坏接驳移动车2，然后当将配重锚桩1移动到距离接驳站8100～200m范围内后，控制系统再遥控接驳移动车2从容纳腔内驶出进行下一步对接工作，具有结构紧凑、合理利用空间的特点。

在本实施例中，还包括卷线盘，卷线盘安装在电控释放装置13上，多余长度的承重线4、电源线以及电信号线卷缩在卷线盘上，当接驳移动车2移动驶向接驳站8时，多余的承重线4、电源线以及电信号线从卷线盘伸出，避免了多余的承重线4、电源线以及电信号线发生搅缠。

在本发明中还提供一种基于海底观测网的实时传输潜标系统的使用方法，包括：

依次布放引导浮球5、主浮球6、承重线4；

布放配重锚桩1；

回收引导浮球5，然后通过承重线4提升配重锚桩1；

在定位装置21的引导下，将配重锚桩1朝接驳站8移动靠近；

通过控制系统遥控接驳移动车2，并在视频引导摄像头22的视频引导下，人工遥控接驳移动车2将湿拔插接头23与接驳站8对接。

使用本方法时，可以先将引导浮球5放下，在承重线4绷直后，然后再将主浮球6、配重锚桩1和接驳移动车2依次放下，在这个过程中，承重线4被依次绷直落下，避免了承重线4缠绕在一起，或者被搅入到探测船7的螺旋桨上，并且避免了接驳移动车2与承重线4、电源线以及电信号线搅缠在一起；另外，接驳站8可以为整个系统提供信号传输和电源供应服务，整个对接过程中，自动化程度高，而且水文检测器3可以通过接驳站8实时传输数据，另外可以通过接驳站8提供电源，无需再使用额外的电池；具备长期服役免维护的特点。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。