可抛弃式水动力监测微型浮标设计

本文设计了一种新型基于窄带物联网LoRa通信机制、自组无线网的可抛弃式微型浮标,能解决目前浮标存在的通信传输不稳定、采集精度低、体积大、成本高等普遍性问题。该浮标可大量放置,不回收,随海流漂移,可按设定周期向云端服务器发送海流位置、流速和浪高等参数。文中首先介绍了带减摇鳍和舵叶的微型浮标的结构设计和通信网络设计,然后通过ANSYS Workbench对微型浮标优化前后的结构进行流固耦合仿真;最后对浮标进行了水槽试验,通过流固耦合仿真和水槽试验证明带减摇鳍和舵叶的微型浮标稳定性强,能较好地反映水动力学参数,对监测海洋表层流水动力参数有一定应用价值。     

浙江海洋浮标监测数据质量控制体系设计

准确有效的数据是开展各项海洋科学研究的基础和前提。与传统采样监测流程不同,海洋浮标在线监测从样品采集到数据结果完全实现自动化,数据质量控制的重点也不再聚焦于样品采集和分析测试阶段。文章选用浙江近年的浮标监测数据,结合浮标监测特点,从浮体稳定性、仪器设备校准、系统运行维护、数据传输接收、比对监测和异常值判定等关键环节,对浙江近岸海洋浮标监测数据质量控制体系进行设计,重点聚焦异常值判定和比对监测;建立质量控制方法库,提出浮标数据质量控制的有效、可信和相对准确3个层级的异常值判定规则,具有首创性,其中第一层为去除明显的故障值、异常值和离群值等无效数据后得到的有效数据集,第二层是经方法库选取合适的质控方法处理后得到的可信数据集,第三层是根据现场比对监测结果验证后的相对准确数据集。以浙江海洋浮标监测数据为基础提出的浮标监测数据质量控制体系的设计思路和方法,将有助于整体提升浙江近岸海域浮标在线监测数据质量,可为全国海洋浮标监测数据质量控制以及相关数据质量控制提供参考。     

SZF型波浪浮标上U盘存储器的设计与实现

SZF型波浪浮标系统通过无线电台将采集的波浪数据实时地传输到岸站数据接收处理机上,同时将波浪原始数据保存到浮标上的存储器内。为解决浮标大容量海浪原始数据的存储问题,利用USB总线技术设计了一款U盘存储板卡。该U盘存储板卡采用基于Cortex-M3内核的ARM芯片,根据STM32F105 USB OTG接口特点,通过移植μC/OS-II实时操作系统技术进行任务调度,采用邮箱机制进行任务之间的通信,创新性地将通用U盘技术应用到基于单片机采集处理系统的海洋浮标上,实现了波浪浮标大容量、长时间的数据存储。实验测试结果表明,该U盘存储板卡具有存储速度快、准确性高、低功耗、高稳定性、便携性、通用性等特点,可用于多种需要数据存储的仪器设备中,其综合性能显著。     

一种精细化的海洋浮标数据质量控制方法

针对海洋浮标数据获取特点及常见数据错情,本文提出了一种精细化的海洋浮标温盐数据质量控制方法。通过范围检验、尖峰检验、莱因达准则等六个步骤实现浮标数据质量控制,其创新性在于有效集成了多种质量检验法,并且研究了一种融合传统尖峰检验与莱因达准则的质量检验新方法;并以中国近海观测研究网络黄、东海站浮标温盐观测数据为例,验证了本方法的有效性和适用性。该方法可广泛用于海洋浮标温盐观测数据的质量控制,识别出长时间序列数据的异常值。经过本方法质控后的浮标观测数据对于海洋科学研究、海洋气象预报、海洋灾害预警以及渔业发展等具有重要意义。     

一种实用海洋浮标数据异常值质控方法

针对海洋浮标的波高观测数据,通过结合格拉布斯准则(Grubbs)、局地异常值检验方法和波高观测误差控制建立了一种实用的数据异常值质控方法并对波高观测异常值进行了质控效果检验。结果表明,该质控方法由于加入了波高观测误差控制,从而避免了将大量正常数据误判为异常数据,异常数据判断的准确率达到了较高水准。另外该方法也可以作为一种实用质控方法推广使用于其他海洋浮标观测要素。     

一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式集成系统

为了优化海洋综合观测浮标的通信系统,设计了一种通信方式集成系统,将多种通信模块进行集成管理,并在每个数据发送周期进行通信信号检测,经过比较选择最优的通信方式进行数据传输。该系统具有采集数据完整、数据冗余小、运行功耗低等优点,有效增强了浮标的通信能力,完善了原有通信系统的功能,并且后期还具备较强的可扩展性功能,如浮标舱内环境监测和独立定位等,进一步增强浮标的安全性。该系统已经完成12个月的海上试运行,系统运行稳定,功能达到预期,可满足海洋综合观测浮标对多种通信方式进行优化管理的需求。     

基于后处理载波相位差分GPS技术的验潮浮标

GPS验潮原理已经发展成熟。按照潮汐测量工作的自动化、高精度的要求,根据海洋浮标的实际工作环境和海洋浮标设计经验,利用嵌入式技术和系统集成技术研制了浮标数据采集器,利用机械设计技术设计了浮标体,并进行了精度验证试验和应用试验,采用GAMIT软件处理浮标数据。试验结果表明,该GPS浮标的瞬时海面高测量精度和潮汐测量精度均满足精度要求,可以应用于海洋潮汐测量工作。     

我国在南沙海域布放海洋气象浮标

1999年下半年 ,我国在南沙预定海域成功地布放了两只海洋气象浮标。该两只浮标是我国自行设计的首批船型海洋气象浮标 ,浮标具有对海洋气象、水文数据的自动遥测和传输功能。该浮标的成功布放 ,标志着我国海洋浮标的发展向前迈进了一步 ,对获取海洋资料 ,从而促进我国经济建设、海洋开发事业和维护海洋权益具有重要意义我国在南沙海域布放海洋气象浮标@毛祖松     

自持式浮标地磁日变站的系统设计

自持式浮标地磁日变站的研究,是以陆用地磁日变站为基础,结合DGPS系统和浮标技术,自行设计开发数据实时采集与传输系统,形成一套可以自动在远海和大洋记录地磁场变化的浮标日变站,从而大大提高海洋地磁调查的精度。     

美国数据浮标处简介

1966年3月,美国海洋学委员会海洋工程分会根据当时美国许多单位在单独研究数据浮标的情况,建议由海岸警卫队负责研究一下能否建立全国统一的数据浮标系统。该研究工作进行了一年半,1967年10月结束。同年11月,国家海洋资源与工程发展委员会根据研究结果,要求海岸警卫队负责浮标研究工作,因而成立了国家数据浮标规划处。1970年10月海洋大气局成立。浮标规划处转归海洋大气局领导。1971年改名为数据浮标处。隶属于大气局的海洋技术局。     

海洋观测数据管理系统的设计与实现

针对我国目前海洋环境监测工作对海洋观测数据从人工到计算机智能化管理的实际需求,设计开发了一套切实可行的海洋观测数据管理系统。系统利用先进的计算机软件技术和数据库管理技术,整合了现有的观测设备数据,实现了海洋观测数据的智能化管理,有效降低了海洋观测系统的管理成本,同时系统为海洋信息动态发布网站提供了更多的数据信息和资源。系统在国家海洋局闽东海洋环境监测中心站试运行半年,稳定可靠,综合效益明显。现场应用表明,该系统较好的完成了预期任务,具有较大的推广价值和应用前景。     

Experimental Study and System Identification of Hydrodynamic Force Acting on Heave Damping Plate

Although Morison equation is often applied for simulating hydrodynamic force of marine structure, it may give poor results when non-linear behavior is severe or random wave is encountered. This leads to some modifications of Morison equation or other methods for predicting hydrodynamic force. One of them is the system identification technique. In this paper, NARMAX model theory is firstly used to identify the hydrodynamic system of heave damping plates, which are commonly installed on spar platform. Both linear and non-linear models are obtained. The comparisons between the predieted results and measured data indicate that NARMAX model can predict hydrodynamic force of a heave damping plate very well. The measured data for identification originate from forced oscillation tests, which are random records with given spectrum. The forced oscillation forms in experiment also contain simple harmonic, multi-frequency ones.     

海洋监测设备实验水槽的环境动力参数I.典型海域

为海洋监测设备实验水槽的设计和模型实验的开展提供动力环境方面的依据,分析了中国近海和各大洋典型海域浪、流、风等环境要素的特征,对中国近海给出环境要素特征量的平均值和最大观测值,对大洋给出统计的最大概率对应的要素值和1%概率大值;模拟能力评估显示,实验水槽对浪、流、风均具有很好的模拟能力,可满足今后对海洋监测设备开展的各类模型实验需要。     

Origin of rippled scour depressions associated with cohesive sediments in a shoreface setting (eastern Bay of Seine, France)

Side-scan sonar investigations in the eastern part of the macrotidal Bay of Seine have revealed the presence of numerous rippled scour depressions (RSDs) at water depths of 5–9 m. The sediments in these depressions consist essentially of coarse-grained shell hash derived from underlying Holocene sediments dated at roughly 6,500 years BP, and arranged in large wave-generated ripples. The shallow marine area where these features occur consists of a wave-generated ravinement surface produced during the marine flooding of the late Holocene transgression. It can be shown that, during the last 20 years at least, erosion of the muddy sand and sandy seabed has exposed underlying relict sediments. These consist of stiff clays, silts and a layer of shell debris which, when exposed, cover the bottom of large scour depressions which appear to be in equilibrium with the local hydrodynamic regime. Morphological and hydrodynamic data suggest that the RSDs are generated by strong cross-shore bottom currents flowing parallel to the features in the direction of the prevailing waves, and probably associated with storm-induced downwelling events.     

SAR卫星组网观测技术与海洋应用研究进展

SAR卫星的组网观测,较之于单卫星工作方式,不仅能够提高观测频率,还能挖掘SAR的多模式探测能力。本文介绍了SAR卫星组网的遥感观测技术发展现状,并总结了基于卫星组网的海洋动力环境监测和海上目标监测研究进展。在海洋动力环境遥感监测方面,多SAR卫星联合获得的同步数据能够互为补充,提高海洋动力环境信息的探测精度;在海上目标遥感监测方面,多卫星联合能够实现从传统的单星目标检测到跟踪的跨越,提高海上动态目标的跟踪监测能力。     

一种智能水下机器人进行大范围海洋环境监测的方案与实验

采用智能水下机器人进行海洋环境的立体监测具有监测范围广,自主性强的特点。本文在探讨世界各国采用智能水下机器人进行海洋环境监测的情况的基础上,介绍了自主研发的智能水下机器人海洋大范围环境数据的自主采集系统,其主要优点是：相对于其他机器人,可实现“大范围” 海洋环境数据的采集;相对于固定式浮标,可实现海洋环境数据的“自主”采集。并给出了自主采集流程和软件分层递阶体系结构。在真实海域中,采用智能水下机器人,进行了国内首次大范围环境数据采集实航实验。实验结果表明采用智能水下机器人进行海洋环境的立体监测是切实可行的。     

东海赤潮遥感自动监测系统开发与应用

赤潮是最严重的海洋灾害之一,它不仅破坏海洋渔业生产、恶化海洋环境、影响滨海旅游业,而且还会影响人类健康。卫星遥感技术具有覆盖范围广、重复率高、成本低廉等优势,近年来已成为赤潮监测不可或缺的重要手段。本研究利用C++语言建立了一套赤潮遥感监测系统。该系统能自动接收和处理遥感数据,并利用赤潮水体的光谱和固有光学量特征自动提取赤潮信息。在实际业务化应用中,该系统被国家监测部门采用,在2013年4月至9月东海赤潮高发期间,该系统制作了55期赤潮遥感监测产品,用于指导船舶现场监测工作,取得了良好的应用效果。利用本系统对近年来东海发生的27次大型赤潮事件进行了发生位置和面积的提取,并与现场观测结果进行比较。结果显示,系统对大部分赤潮范围的识别有较好的效果,对赤潮识别准确度大概在80%左右。     

基于无人机MiniSAR和正射影像的海岸带开发利用信息提取对比研究

近年来,海洋在沿海国家的战略地位空前提升,海洋遥感技术也被广泛应用。海洋遥感利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理,从卫星平台观测和研究海洋海岸带的各种现象,从而获取海岸带信息,分析海岸带变化。文章基于GIS和遥感技术,利用无人机搭载微型合成孔径雷达(MiniSAR)获取高分辨率SAR影像并与无人机光学正射影像进行对比研究,获取了海岸带开发利用信息分布状况,分析了两种手段获取结果的差异性原因,为深入开展无人机遥感监测在海洋管理中的应用奠定了基础。利用无人机机动灵活的特点,宏观、快速、高效地获取海岸带信息,并实时监测海岸带动态变化,将为海洋综合管理、海洋经济发展、海洋环境保护提供基础数据和技术支撑。     

基于大浮标的海洋放射性原位监测系统研究

海洋放射性原位监测相比于传统采样回实验室分析可以实现连续、实时、自动化监测。文中研究了基于大浮标的海洋放射性原位监测系统,使用放射性测量传感器测量周围环境的放射性数据,使用GPS确定所测环境坐标,通过北斗通讯的方式将所测得放射性数据、位置信息等发送给岸站,岸站收到数据后计算并显示放射性测量传感器所测周围环境放射性数据能谱;研究设计了一种分包发送数据,数据丢包补发机制,解决海洋放射性数据量大、传输时间长、数据不全会造成解谱不准确的问题。最后通过实验室长期实验验证,长期数据平均接收率达到98%以上,能够利用海洋放射性原位监测系统实现准确可靠的监测。     

我国海洋监测浮标技术及监测网现状及发展

海洋资料浮标可以在各种复杂的海洋环境中提供长期、连续、实时、可靠的海洋观测数据,是海洋监测技术中最可靠、最有效、最重要的手段之一。本文概述了海洋资料浮标的分类、主要理论及技术体系;总结了近年来国内海洋资料浮标发展的典型技术突破;介绍了我国目前海洋监测网的构成、应用情况,并对比了我国海洋资料浮标与国际先进国家的技术水平差距,在此基础上,结合我国当前面临的形势及需求,展望了海洋资料浮标及监测网技术的发展趋势。