海床基的系統(tǒng)組成、應(yīng)用及安全工作和布放回收技術(shù)

　　海床基是以布放在海底的坐底式平臺為依托，集成多種海洋環(huán)境觀測設(shè)備或傳感器，獲取多類海洋環(huán)境要素的觀測系統(tǒng)，是布放在海底對海洋環(huán)境進(jìn)行定點(diǎn)、長期、連續(xù)測量的綜合監(jiān)測裝置，實(shí)物如圖所示。與傳統(tǒng)監(jiān)測方式相比，海床基的布放通常依托于坐底式平臺，這種平臺可以穩(wěn)定地放置在海底，并能夠承受海洋環(huán)境的影響和侵蝕，具有原位、長期連續(xù)、不受海況和天氣影響、數(shù)據(jù)質(zhì)量高、可多要素同步監(jiān)測的技術(shù)優(yōu)勢。

　　海床基的觀測設(shè)備或傳感器通常包括聲學(xué)多普勒流速剖面儀、溫鹽深剖面儀、水下攝像頭、水聽器等，可以實(shí)現(xiàn)對海洋環(huán)境的全方位觀測，實(shí)時收集海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，包括水溫、鹽度、流速、水質(zhì)等參數(shù)，從不同角度揭示海洋環(huán)境的真實(shí)狀況，同時，海床基還可以配備化學(xué)分析儀器等設(shè)備，對海水中的化學(xué)成分進(jìn)行分析和監(jiān)測。水下監(jiān)測傳感器對海洋底層水體進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，水聲通信機(jī)在獲取海底傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)后，通過聲學(xué)換能器將聲信號發(fā)射到海面接收設(shè)備，通過轉(zhuǎn)碼后，最終將數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星或其他方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)應(yīng)用平臺。

　　海床基平臺可搭載如下傳感器：

　?、傥锢砗Ｑ笥^測傳感器：水溫、鹽度、深度、濁度、海流、波浪等。

　　②物探觀測儀器傳感器：海底重力儀、磁力儀、地震儀、海嘯傳感器等。

　?、凵锘瘜W(xué)海洋觀測傳感器：葉綠素、pH值、CO?、甲烷、營養(yǎng)鹽等。

　　④其他傳感器：視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

　　目前海床基多搭載物理海洋觀測傳感器，主要由于物理海洋傳感器技術(shù)相對成熟、觀測數(shù)據(jù)較穩(wěn)定。由于搭載傳感器、采集器種類和數(shù)量的不同，平臺的尺寸、形狀和重量也不盡相同。通常搭載少量傳感器的海床基多用于淺海，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、尺寸較小、重量較輕。而搭載十幾種甚至上百種傳感器的海床基，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、尺寸較大、重量較重。

　　海床基監(jiān)測系統(tǒng)組成包括聲學(xué)應(yīng)答釋放器水上機(jī)、聲通信機(jī)接收機(jī)、出水報警裝置、水下集成安裝平臺、測量儀器、系統(tǒng)設(shè)備等。

　　海床基平臺集聲光機(jī)電于一體，可放置在近岸數(shù)百米水下，工作時間較長。為使該平臺不受某一部分的故障而影響整體的工作性能、便于檢測和維護(hù)，其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是貫徹模塊化設(shè)計(jì)思想，各單機(jī)均為自容式/受控式兼容的儀器設(shè)備，可以單獨(dú)工作也可以集成方式工作。數(shù)據(jù)的采集以各單機(jī)按預(yù)置采樣程序獨(dú)立工作和控制工作相結(jié)合，便于采集儲存需要的信息數(shù)據(jù)。

　?、彼陆M合式測量平臺集成技術(shù)

　　海床基平臺作為多參數(shù)海洋測量設(shè)備和傳感器的載體，將海洋環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)布放海底，任務(wù)完成后回收平臺。為了使測量平臺適用于單一參數(shù)和多參數(shù)測量的需要，水下組合式測量平臺集成技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)，要求具有多樣化和靈活性。按照模塊化和系列化的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的水下組合式測量平臺使用戶可以根據(jù)需要組合成滿意的平臺。針對海底不同的地質(zhì)和海床基通常工作于海底流速較大的河口等特殊環(huán)境，平臺設(shè)計(jì)抗傾斜、抗顛覆和防下沉技術(shù)是系統(tǒng)水下長期可靠工作的關(guān)鍵技術(shù)。測量平臺設(shè)計(jì)為輕便型組合式，可以根據(jù)搭載體的大小、多少進(jìn)行隨意組合。如為了在大流速下系統(tǒng)不傾斜和顛覆，平臺儀器艙和系統(tǒng)配重支撐架設(shè)計(jì)為敞開式的，對海流的阻擋進(jìn)行了化解;此外，在平臺配重支撐架和儀器艙之間需設(shè)有海流通道。

　　⒉安全工作和布放回收技術(shù)

　　海床基平臺是由敞開式大型儀器艙、聲學(xué)應(yīng)答釋放器、坐底式配重支撐架、各種儀器和傳感器組成。安全保障可靠工作是系統(tǒng)的關(guān)鍵，海床基平臺是否能安全投放、可靠工作與順利回收關(guān)系到海床基平臺工作的成敗，因此，安全工作與回收技術(shù)是海床平臺的關(guān)鍵技術(shù)之一。其中聲學(xué)應(yīng)答釋放器技術(shù)是系統(tǒng)安全可靠回收的保證，它必須有極高的可靠性。耐風(fēng)暴海洋過程和抗淺海工作環(huán)境干擾是釋放器的關(guān)鍵，高抗干擾性聲學(xué)釋放器電路是釋放器的有效保證，擴(kuò)大了海床基系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

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　　海床基布放時通過脫鉤裝置與布放船只的吊桿連接并吊放至水面以下，然后脫鉤使其自由下落海底。這種布放方式簡化了海上布放的作業(yè)程序，降低了對作業(yè)船只和配套設(shè)備的要求，有助于提高系統(tǒng)布放的可操作性。系統(tǒng)在布放下落過程中受到重力、浮力以及水阻力的作用。通過仿真計(jì)算和試驗(yàn)測試可知，在系統(tǒng)自由下落過程中，下落速度在很短的時間內(nèi)(t<2s)收斂于一個穩(wěn)定值，約為0.6m/s。在系統(tǒng)下落過程中受到側(cè)向海流的干擾而發(fā)生姿態(tài)傾斜時，系統(tǒng)的重浮力會產(chǎn)生一個將其扶正的回復(fù)力矩，保障其姿態(tài)不會失控。根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物理特性和水阻力特性分析，在側(cè)向海流速度為0.5m/s時，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傾斜角度可控制在15°以內(nèi)，完全可以安全坐底。

　　⑵海床基的回收

　　系統(tǒng)回收時，在水面船只上通過聲學(xué)應(yīng)答釋放器水上機(jī)發(fā)出水聲遙控釋放指令，聲學(xué)應(yīng)答釋放器水下機(jī)收到指令后控制釋放機(jī)構(gòu)執(zhí)行脫鉤動作，使儀器艙在浮體帶動下上浮水面。系統(tǒng)內(nèi)預(yù)存高強(qiáng)度繩索，其兩端分別連接到儀器艙和配重基座。當(dāng)儀器艙浮出水面時，配重支撐架作為一個重錨將上浮部分錨定，使其不會隨海流飄走而丟失。在將儀器艙回收后，可通過連接繩索將配重支撐架一并回收。在意外情況下，若聲學(xué)釋放器不能正常工作而使得水下系統(tǒng)無法收到水面釋放指令，可依靠定時釋放器在設(shè)定的最后時刻控制釋放機(jī)構(gòu)脫開，使系統(tǒng)上浮并回收。采用兩種控制手段對釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行并聯(lián)控制，有效地提高了系統(tǒng)回收的可靠性。

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