[發(fā)明專利]深海工程地質(zhì)環(huán)境原位長期實(shí)時觀測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810614523.3
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108955764B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈永剛;朱超祁
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 青島海昊知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司 37201
• 代理人: 張中南;邱岳

1.深海工程地質(zhì)環(huán)境原位長期實(shí)時觀測系統(tǒng)，其特征在于包括搭載有多種觀測儀器的座底式搭載平臺（1）、位于海面的觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2）、遠(yuǎn)程觀測數(shù)據(jù)管理服務(wù)器與客戶端（3）；

所述搭載于座底式搭載平臺（1）的觀測儀器包括：聲學(xué)探桿（4）——包含海底沉積物波速測量探頭及其采集控制器、孔隙水壓力探桿（5）——包含孔隙水壓力傳感器及其采集控制器、電學(xué)探桿（6）——包含海底沉積物三維電阻率傳感器及其采集控制器、多參數(shù)集成傳感器系統(tǒng)（11）——包含溫度、鹽度、甲烷濃度、二氧化碳濃度、溶解氧濃度、海流、姿態(tài)傳感器；

所述座底式搭載平臺（1）還搭載有與觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2）進(jìn)行通訊的水聲通訊機(jī)（10）、提供觀測用電的海水電池（7）、將以上三種觀測探桿壓入沉積物的液壓貫入機(jī)構(gòu)（8）、保持坐底穩(wěn)定性的配重式底座（9）；其中在硬底質(zhì)海區(qū)，液壓貫入機(jī)構(gòu)（8）將聲學(xué)探桿（4）、孔隙水壓力探桿（5）、電學(xué)探桿（6）分別貫入到沉積物中，在軟底質(zhì)海區(qū)，液壓貫入機(jī)構(gòu)（8）將各觀測探桿統(tǒng)一一次性貫入；

所述觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2）包括位于海面的中繼浮標(biāo)（12），該中繼浮標(biāo)（12）通過固定纜繩（13）與海底錨定系統(tǒng)（14）連接；

所述中繼浮標(biāo)（12）頂部設(shè)有通訊天線（15）、攝像機(jī)（16）、太陽能電池板（17），內(nèi)部設(shè)有浮體材料（18）、浮標(biāo)搭載平臺（19）、浮標(biāo)控制艙（20）、浮標(biāo)水聲通訊機(jī)（21）和蓄電池；

所述的海水電池（7）是海水溶解氧電池，即利用鎂與海水電解質(zhì)中溶解氧之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能對座底式搭載平臺（1）及其搭載的設(shè)備進(jìn)行供電；

所述的海水溶解氧電池由四個發(fā)電單元與兩個電能儲存單元組成；所述的四個發(fā)電單元以中心對稱方式布置均勻布置于儀器搭載平臺外側(cè)；儀器搭載平臺的框架結(jié)構(gòu)呈開放式，內(nèi)部海水可自由穿過；最大程度保證發(fā)電單元附近海流速度，以保障供電系統(tǒng)的溶解氧供應(yīng)；兩個電能儲存單元交替進(jìn)行充放電過程，即一個儲存電能時，另一個對觀測系統(tǒng)供電。

2.如權(quán)利要求1所述的深海工程地質(zhì)環(huán)境原位長期實(shí)時觀測系統(tǒng)，其特征在于所述觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2）中，固定纜繩（13）選用凱夫拉材質(zhì)纜繩，以保證纜繩有足夠強(qiáng)度，并且降低纜繩重力。

3.權(quán)利要求1所述的深海工程地質(zhì)環(huán)境原位長期實(shí)時觀測系統(tǒng)的布放和觀測的方法，其特征在于包括以下步驟：

將安裝于座底式搭載平臺（1）上的觀測儀器設(shè)定工作參數(shù)；

利用調(diào)查船（22）將本系統(tǒng)的座底式搭載平臺（1）及其上的觀測儀器、觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2）運(yùn)至布放水域中的指定觀測站位；

先釋放觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2），后釋放座底式搭載平臺（1），兩者的水平距離應(yīng)保持在1 km范圍之內(nèi)；

釋放觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2）時，調(diào)查船以1-3節(jié)的速度緩慢前行，隨調(diào)查船的前行，依次將中繼浮標(biāo)（12）、固定纜繩（13）釋放入水，最后將海底錨定系統(tǒng)（14）拋擲入水，完成整個數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)系統(tǒng)釋放；

釋放座底式搭載平臺（1）時，動力錨定停船，船載絞車鋼纜（24）通過聲學(xué)釋放器與座底式搭載平臺（1）連接，將座底式搭載平臺（1）通過絞車釋放，釋放速度為≤1m/s；

根據(jù)站位水深與已釋放鋼纜的長度確定座底式搭載平臺（1）觸底時間；在距離海底100m-200m時，降低釋放速度，以防止觸底時的沖擊對觀測儀器與座底式搭載平臺（1）造成破壞；

觸底后，通過座底式搭載平臺（1）的液壓貫入機(jī)構(gòu)（8）將聲學(xué)探桿（4）、孔隙水壓力探桿（5）、電學(xué)探桿（6）緩慢貫入到沉積物中；

貫入結(jié)束，利用水聲通訊方式激發(fā)座底式搭載平臺（1）頂端的聲學(xué)釋放器；聲學(xué)釋放器接收指令后，完成釋放，進(jìn)而船載絞車鋼纜（24）脫鉤；回收鋼纜，完成座底式搭載平臺（1）及其觀測儀器的釋放；

座底式搭載平臺（1）上的觀測儀器按照設(shè)定參數(shù)進(jìn)行工作。

4.權(quán)利要求1所述的深海工程地質(zhì)環(huán)境原位長期實(shí)時觀測系統(tǒng)觀測結(jié)束之后的回收方法，其特征在于包括以下步驟：

完成觀測后，根據(jù)座底式搭載平臺（1）釋放站位的經(jīng)緯度信息，將調(diào)查船（22）駛至釋放站位；

船動力錨定后，釋放ROV水下機(jī)器人（23）與船載絞車鋼纜（24）；利用ROV水下機(jī)器人（23）將船載絞車鋼纜（24）固定到座底式搭載平臺（1）頂端位置；

先回收ROV水下機(jī)器人（23）成功后，再通過回收船載絞車鋼纜（24）將座底式搭載平臺（1）及其搭載的設(shè)備回收，速度為≤1m/s；

回收座底式搭載平臺（1）后，再回收觀測數(shù)據(jù)中繼傳輸浮標(biāo)（2）。