波浪能直接驱动机动浮标的推进机构设计

移动观测平台是海洋环境立体观测系统的重要组成部分。遥控水下机器人(ROV)、自治水下机器人(AUV)等移动平台由于需要支持船只和能源供给的限制,影响了它们长时间和大范围使用。本文利用波浪垂荡运动设计一种新型波浪能驱动的机动浮标,该系统由水上浮体和水下推进机构两部分组成,利用波浪垂荡运动,推动水下推进机构叶片的摆动,引起水下推进机构在水平方向向前的升力,使水下推进机构以及水上浮体实现无外在能源供给的自主运动。本文设计制造了波浪驱动机动浮标的实验样机,并进行了海试。实验表明,在中等海况条件下可以实现机动浮标的无动力前进。该设计为海洋环境调查、海洋生态监测和溢油跟踪等提供了一种有效的移动监测平台。     

水下滑翔机器人研究进展及应用

水下滑翔机器人（AUG）是一种将浮标技术与传统水下机器人技术相结合的新型水下机器人,可用于长时间、大范围的海洋环境测量和监测,具有较高的可控性和机动性。在欧洲地区海洋环境安全（MERSEA）中水下滑翔机器人扮演了重要的角色,未来其应用领域将更加广泛,性能更加先进。     

水下滑翔机器人系统研究

水下滑翔机器人是一种新型的水下机器人,可以作为水下监测平台用于大范围、长时间的大尺度海洋环境监测作业。文中调查了水下滑翔机器人的国内外发展现状,分析了其可能的应用领域。详细介绍了中国科学院沈阳自动化研究所开发的水下滑翔机器人系统,包括载体外形优化设计、载体结构设计和控制系统设计。分析了水下滑翔机器人定常滑翔运动和空间螺旋会转运动的运动性能。     

水下信息感知系统及其关键技术

水下信息感知是指水下系统通过声、光、磁、电等传感器接收海洋环境和目标信号，经过信号处理，获得海洋环境和目标特征信息的过程。由于声波能在海洋中远距离传播，水下声场信息感知受到格外重视。水下信息感知的最终目的是发展大范围海洋水下监测系统，通过信息感知，掌握海洋环境变化的规律， 建设透明海洋，为人类开发利用海洋服务。     

基于北斗系统的海洋环境监测数据传输系统设计

适应复杂海洋环境条件的数据通信传输技术是获取海洋监测数据、确保海洋环境立体监测系统业务化运行的关键技术.对卫星通信设备通信稳定性和可靠性提出了很高的要求.基于北斗卫星系统开发适应海洋环境条件的通用通信控制终端.并通过将控制终端安装在浮标上,将浮标采集的监测数据按规定的传输协议传输到地面数据接收站,构建从海上监测设备到地面接收站的数据链路,实现离岸监测数据利用我国自主卫星系统的可靠传输.     

深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望

深海自主/遥控式水下机器人（ARV）作为新兴的复合型水下机器人,融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势,开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式,独立采集周边区域近海底地形地貌、地质结构以及环境参数等数据,也能下潜至目标区域后切换为ROV遥控模式进行局部观察和采样操作,其探测作业一体化技术代表了具备复杂使命执行力的第三代深海水下机器人的发展方向。通过分析国内外深海混合型水下机器人的发展现状,结合ARV在中国深海矿产资源调查中的主要应用案例和取得的成果,以6 000米级“问海一号”ARV系统的研发为例,给出其关键技术集成以及面对的技术挑战,并对未来深海ARV的应用场景、功能集成和发展方向提出了一些设想和建议。     

锚泊式海洋剖面观测浮标系统

<正>观测技术是促进海洋科学逐渐走向成熟的关键因素之一,海洋科学从物理、生物到地质,从海气交换到大洋剖面水体,观测尺度和范围跨越时间和空间几十个数量级[1]。目前随着观测技术的发展,海洋科学发展所依赖的海洋数据获取方式正在从"考察"向"观测"转变[2],而且海洋环境监测已进入从空间、沿岸、水面及水下对海洋环境进行全方位、全天候立体监测的时代。然而,目前我国大部分的海洋环境监测技术仍然依     

基于水下三维传感器网络的海洋环境立体监测系统关键技术研究

深入分析了我国海洋环境监测技术的不足与现实需求,提出一种基于水下三维传感器网络的海洋环境立体监测系统,探讨了系统的组成、架构及其涉及的关键技术。设计了可自主沉浮的水下传感器节点,探讨了水下传感器节点间、系统与控制中心间的通信方式,对网络拓扑结构进行了三维仿真,最后对水下三维传感器网络的应用前景进行了展望。     

云环境下海洋环境监测大数据处理平台的研究

目前,Hadoop已成为大数据技术的实施标准,不少企业纷纷采用Hadoop技术处理自己业务中遇到的问题。Hadoop被认为是解决数据密集型科学问题的第四范式,其影响也越来越广。论述了海洋环境监测的数据特征和大数据技术相互适应,进一步探讨了大数据技术在海洋环境监测中可能的应用场景,最后对云环境下海洋环境监测大数据处理平台架构进行了讨论。     

海洋环境立体监测系统的设计方法

“九五”和“十五”期间,在国家海洋863计划的支持下,我国分别在上海和台湾海峡及毗邻海域建立了两个区域性海洋环境立体监测示范系统。在这两个示范系统的技术研究成果的基础上,通过分析国际海洋立体监测系统的设计模型,提出了区域性海洋环境立体监测系统的设计原则和设计方法,包括:系统结构、数据与信息服务通信网络、数据处理中心、数据流程以及系统功能等方面的设计方法。     

近海海洋信息实时采集传输系统设计与实现

近海海洋环境是最易受污染的区域，实时对海洋信息进行监测对近海养殖业、渔业有重要的作用。传统信息采集方法效率低下、传输距离近、能耗高、数据采集不准确，针对上述问题，设计了一种实时海洋信息采集传输系统，采集终端能够自动采集近海海洋环境的温度、溶解氧、pH值并通过无线网络将信息传给岸基协调器，岸基协调器可通过提出的二次卡尔曼滤波方法对信息进行滤波处理并由4G网络将信息上传至云平台。实验结果表明：系统能够对近海海洋环境进行信息实时采集，采集数据误差小，具有较高的一致性，功耗低，用户可随时随地查看信息。     

自治式海洋环境监测系统的低功耗设计

针对海洋环境监测系统中供电电池组有限储能与仪器长期工作之间的矛盾,进行了自治式海洋环境监测系统的低功耗研究.从节能降耗、充分利用水体能源出发,将定点锚泊潜标和浮标技术相结合,采用双浮体技术,基于能量守恒,研制了一种储能型的传动装置;在分析了影响系统功耗的各种因素的基础上,对单片机数据采集控制存储系统进行了低功耗设计,为海洋环境监测系统长期在位作业提供了有力的能源保证,很好地解决了海洋环境监测系统的能源供应问题,使得该系统可以依靠单一的传感器组完成深达55 m以上的水体次表层海洋要素的长期连续垂直剖面观测.     

Ray Theory Application in Long Baseline System

The long baseline (LBL) system is widely used to locate and track autonomous underwater vehicles (AUV) through acoustic communication.Three important issues are presented here in LBL system application with AUV.Those issues which regard the normal acoustic communication between LBL system and AUV are the depth of towed array,the length of beacon cable,and the effective area of the AUV.The first issue is the key of the LBL system,which ensures the normal communication between towed array and beacons.The second issue which impacts the normal communication from the AUV to beacons in available range should be considered after the first one has been settled.Then the last issue determines the safe work area of the AUV.The ordinary differential equations (ODE) algorithm of ray is deduced from Snell′s law.The ODE algorithm is applied to obtain sound rays from sound source to receiver.These problems are solved by the judgment that whether rays pinging from a sound source arrives at a receiver.The sea trial shows that these methods have much validity and practicality.     

Dynamic modeling and motion simulation for a winged hybrid-driven underwater glider

PETREL,a winged hybrid-driven underwater glider is a novel and practical marine survey platform which combines the features of legacy underwater glider and conventional AUV (autonomous underwater vehicle).It can be treated as a multi-rigid-body system with a floating base and a particular hydrodynamic profile.In this paper,theorems on linear and angular momentum are used to establish the dynamic equations of motion of each rigid body and the effect of translational and rotational motion of internal masses on the attitude control are taken into consideration.In addition,due to the unique external shape with fixed wings and deflectable rudders and the dual-drive operation in thrust and glide modes,the approaches of building dynamic model of conventional AUV and hydrodynamic model of submarine are introduced,and the tailored dynamic equations of the hybrid glider are formulated.Moreover,the behaviors of motion in glide and thrust operation are analyzed based on the simulation and the feasibility of the dynamic model is validated by data from lake field trials.     

基于水下自主航行器(AUV)的神狐峡谷谷底块体搬运沉积特征及其对深水峡谷物质输运过程的指示

海底峡谷是陆源物质向深海运移的重要通道。对于远离陆地的海底峡谷,通常认为浊流是物质搬运的主要营力。受限于探测精度和复杂作业环境影响,使用常规地球物理资料对深水海底峡谷尤其是对谷底沉积体的形态和结构特征的刻画不够精细。基于水下自主航行器(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)采集的高分辨率多波束、旁扫声呐和浅地层剖面资料,对神狐峡谷群中的一条峡谷的谷底表面及部分浅部地层的沉积特征进行了分析。结果表明,峡谷谷底浅部地层并不像它平滑的表面那么简单,而是由大量内部杂乱弱反射、厚度在8.4 m及以下的块体搬运沉积体组成。峡谷中下游块体搬运沉积体大都沿峡谷走向整体呈条带状展布,不是直接来源于相邻的峡谷脊部。研究认为在特定沉积环境下(例如高海平面时期),陆坡限定性峡谷谷底的块体搬运沉积过程的重复进行是峡谷谷底物质输运的重要途径,与浊流共同雕刻了峡谷的地形地貌。基于AUV的地球物理探测技术将是研究海底浅表层沉积过程和保障海底工程施工的重要手段。     

浙江省海洋水质监测浮标设计与实现

作为一种高技术监测手段,海洋浮标可实现现场自动监测而不受恶劣海况的影响,近年来得到了广泛的重视和快速发展。文中介绍了浙江近岸海域海洋水质监测浮标的结构设计和自动监测实现。浮标设计为生态浮标、海滨浮标和专项浮标3种类型,由浮体、标架、供电设备、防护设备、锚系、传感器、数据采集传输、电子/电池舱、岸站接收系统等9个部分组成。浮体设计为圆饼形,浮体下方正中安装稳定锤以保证具备足够的稳定性。供电设备由太阳能电池板、大容量蓄电池组成,可保障海上30 d连续阴雨天气、恶劣海况下的不间断供电。浮标经喷防污漆、牺牲阳极保护、裹铜皮、加过滤网和人工清除等5种方法防腐、防污处理后投放入海,采用常规维护、应急维护和年度维护等3种方式保障浮标系统运行稳定。投放后可实现对标浮所在海域水质、气象、生态等参数的连续、实时、自动监测。最后对浮体直径设计和浮标投放点选址提出了建议和要求。该设计可为其它类似区域的水质监控提供良好的参考。     

一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法

自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。     

河北智能型警戒潮位监测点建设探究及应用

河北是遭受各种海洋灾害影响最严重的省份之一,其中风暴潮是造成河北直接经济损失的主要灾害类型。现有的海洋监测设施布放间距较大,不能满足当前防灾减灾需求。为提升全社会海洋灾害防御意识,做好风暴潮的防灾减灾工作,依据河北公布的风暴潮4色警戒潮位值,设计了一种集实时潮汐监测和相关气象信息为一体的警戒潮位智能监测系统。该系统由支撑基础、供电模块、气象及液位传感器、数据采集与转发模块、终端管理系统组成,在沿海地带建设的智能潮位监测点建设成本低、建设速度快且占地面积小。智能潮位监测点的设立,有效提升了河北海洋灾害预警监测能力,同时可为河北海洋灾害预警预报、海洋防灾减灾等提供重要数据支撑和决策依据。     

Low-bit-rate coding of underwater video using wavelet-basedcompression algorithms

Recent advances in autonomous underwater vehicle (AUV) and underwater communication technology have promoted a surge of research activity within the area of signal and information processing. A new application is proposed herein for capturing and processing underwater video onboard an untethered AUV, then transmitting it to a remote platform using acoustic telemetry. Since video communication requires a considerably larger bandwidth than that provided by an underwater acoustic channel, the data must be massively compressed prior to transmission from the AUV. Past research has shown that the low contrast and low-detailed nature of underwater imagery allows for low-bit-rate coding of the data by wavelet-based image-coding algorithms. In this work, these findings have been extended to the design of a wavelet-based hybrid video encoder which employs entropy-constrained vector quantization (ECVQ) with overlapped block-based motion compensation. The ECVQ codebooks were designed from a statistical source model which describes the distribution of high subband wavelet coefficients in both intraframe and prediction error images. Results indicate that good visual quality can be achieved for very low bit-rate coding of underwater video with our algorithm