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(tái)為依托，集成多種海洋環(huán)境觀測(cè)設(shè)備或傳感器，獲取多類海洋環(huán)境要素的觀測(cè)系統(tǒng)，是布放在海底對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行定點(diǎn)、長期、連續(xù)測(cè)量的綜合監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)物如圖所示。與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式相比，海床基的布放通常依托于坐底式平臺(tái)，這種平臺(tái)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(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

　　海床基的觀測(cè)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(duì)海洋環(huán)境的全方位觀測(cè)，實(shí)時(shí)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(shí)，海床基還可以配備化學(xué)分析儀器等設(shè)備，對(duì)海水中的化學(xué)成分進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)。水下監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)海洋底層水體進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，水聲通信機(jī)在獲取海底傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，通過聲學(xué)換能器將聲信號(hào)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(tái)。

　　海床基平臺(tái)可搭載如下傳感器：

　　①物理海洋觀測(cè)傳感器：水溫、鹽度、深度、濁度、海流、波浪等。

　　②物探觀測(cè)儀器傳感器：海底重力儀、磁力儀、地震儀、海嘯傳感器等。

　　③生物化學(xué)海洋觀測(cè)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(cè)傳感器，主要由于物理海洋傳感器技術(shù)相對(duì)成熟、觀測(cè)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(tái)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(cè)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(bào)警裝置、水下集成安裝平臺(tái)、測(cè)量儀器、系統(tǒng)設(shè)備等。

　　海床基平臺(tái)集聲光機(jī)電于一體，可放置在近岸數(shù)百米水下，工作時(shí)間較長。為使該平臺(tái)不受某一部分的故障而影響整體的工作性能、便于檢測(cè)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(chǔ)存需要的信息數(shù)據(jù)。

　　⒈水下組合式測(cè)量平臺(tái)集成技術(shù)

　　海床基平臺(tái)作為多參數(shù)海洋測(cè)量設(shè)備和傳感器的載體，將海洋環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布放海底，任務(wù)完成后回收平臺(tái)。為了使測(cè)量平臺(tái)適用于單一參數(shù)和多參數(shù)測(cè)量的需要，水下組合式測(cè)量平臺(tái)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(cè)量平臺(tái)使用戶可以根據(jù)需要組合成滿意的平臺(tái)。針對(duì)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(tái)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(cè)量平臺(tái)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(tái)儀器艙和系統(tǒng)配重支撐架設(shè)計(jì)為敞開式的，對(duì)海流的阻擋進(jìn)行了化解;此外，在平臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)工作的成敗，因此，安全工作與回收技術(shù)是海床平臺(tái)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。

　　⑴海床基的布放

　　海床基布放時(shí)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(duì)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(cè)試可知，在系統(tǒng)自由下落過程中，下落速度在很短的時(shí)間內(nèi)(t<2s)收斂于一個(gè)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(shí)，系統(tǒng)的重浮力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)將其扶正的回復(fù)力矩，保障其姿態(tài)不會(huì)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(shí)，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(shí)，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(dòng)作，使儀器艙在浮體帶動(dòng)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(shí)，配重支撐架作為一個(gè)重錨將上浮部分錨定，使其不會(huì)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(shí)釋放器在設(shè)定的最后時(shí)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(duì)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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