USV-LIF遥测系统的控制系统设计与实现

无人船作为一种新型平台,在海洋环境监测中具有布放灵活、自动测量等优势。对于近岸港口等溢油事故发生频繁区域的环境监测,相比于传统的机载和船载溢油激光荧光遥感技术,采用无人船平台搭载激光荧光传感器进行探测更为方便有效。本文对基于无人船的激光荧光(USV-LIF)遥测系统进行总体方案设计,并详细设计了其控制系统,该系统包括岸基远程控制模块和USV-LIF现场机控制模块两部分。利用无线网络通信链路实现从岸基终端对USV-LIF现场机的远程控制与通信,并通过现场机的控制模块实现对USV-LIF现场机的仪器状态控制、数据采集以及时序控制等功能。在实验室条件下,对USV-LIF遥测系统的整体运行、远程控制数据传输以及系统长时间连续工作进行了模拟联调测试,结果表明,所研发的控制系统的功能基本达到了现场探测需求。     

基于无人机紫外与SAR的溢油遥感监测方法研究

溢油污染不仅会造成巨大的经济损失,而且给生态环境带来难以修复的破坏。准确、高效地监测海面溢油仍是当前亟需解决的问题。紫外传感器对油膜非常敏感,可快速发现,但存在误判;而SAR(SyntheticApertureRadar)溢油探测的精度较高,两者相结合可准确探测溢油。无人机平台可低成本地实现溢油快速应急响应,无人机载SAR和紫外传感器的载荷重量小,可同时集成于无人机上开展联合溢油探测,以满足业务化监测需求,此方面的研究尚未见有相关报道。本文拟研究溢油不同种类、厚度、在不同海洋环境条件下的紫外图像特征和SAR纹理特征、形状特征、散射特征,构建溢油特征数据库,并建立一种基于特征组合的溢油SAR与紫外联合探测方法;在此基础上研究对无人机数据获取模式和控制单元等的改造方案,进而实现溢油SAR和紫外图像的高效获取。     

渤海溢油数值预报研究

以溢油漂移扩散模式为核心,采用"油粒子"方法来模拟溢油在海洋环境中的漂移扩散行为,与业务化渤海三维海洋数值预报模式、中尺度海洋风场数值预报模式相衔接,获得海流、海面风场等海洋环境预报产品作为溢油模式的外强迫,建立了渤海溢油数值预报系统.本文简要介绍了该系统的组成、运行机制和模拟试验情况,并讨论了建立我国全海域溢油预报系统的有关问题.     

基于空气介质的光学溶解氧传感器便捷校准方法研究

基于荧光猝灭原理的光学溶解氧传感器可获得海水溶解氧时空数据,被广泛应用于海洋环境长期监测,但因其在贮存期间和布放期间会发生"贮存漂移"和"测量漂移",需要进行校准.现有的实验室校准方法周期长、操作复杂.本文研究了光学溶解氧传感器在空气和水体两种不同介质中的响应特性,提出一种利用空气介质的光学溶解氧传感器现场校准方法,并...     

激光悬沙测量传感器研究

激光悬沙测量传感器是一种直接测量现场水体的激光粒度仪.激光悬沙测量传感器由水下机和分析软件组成.针对粒径测量范围和浓度适用范围提出了环形光电探测器、激光器、准直光路、信号存储电路的设计原则.同时采用改进的R-R分布法.利用多线程技术,对现场激光悬沙测量传感器采集的光能数据处理问题进行了研究.文中还介绍了实验室比测和现场试验结果.     

一种面向港口溢油监测的小型激光荧光遥测系统

目前,针对港口溢油巡航监测缺乏行之有效的技术手段。为探索激光诱导荧光光谱技术应用于港口溢油监测的可行性,以微型光纤光谱仪搭建小型激光荧光遥测实验系统,并对其性能进行测试分析。结果发现,在光谱仪曝光时间设为最小(1.11 ms)的情况下,环境光对荧光测量仍会产生影响,利用减背景法可以有效去除溢油荧光信号中环境光的影响;在相同条件下,系统测得不同油质溢油样品的荧光光谱表现出不同的光谱特征,轻质油较重质油的荧光峰蓝移、荧光更强;在上述环境光背景影响和光谱测量分析的基础上,进一步测试了系统的信号探测稳定性,结果显示,系统重复测量的相对标准偏差RSD=2.54%,表明该系统具有较好的信号探测稳定性。综上,基于微型光纤光谱仪的小型溢油激光荧光遥测系统可望在近岸港口溢油巡航监测中发挥重要作用。     

渤海海上溢油漂移扩散数值模拟研究

近几年渤海海上溢油突发事件频发,对海洋环境造成严重的污染。本文将业务化气象数值模型(Weather Research and Forecast model,WRF)、海流数值模型(Regional Ocean Model System,ROMS)的数值预报结果作为海洋环境驱动场,采用"油粒子"的海上溢油漂移扩散数值模拟方法,对在渤海发生的溢油扩散行为进行模拟预测。本文针对渤海溢油事件,设计敏感试验,研究不同风、流系数和网格分辨率对溢油扩散模拟结果的影响,获得适合于渤海的溢油数值模型参数,提高溢油漂移扩散预报的准确度,为海洋溢油应急处置和防灾减灾提供技术支持。     

基于BRDF可见光偏振成像技术的海面溢油油种识别研究

海上溢油事件发生后需要及时判断溢油种类,为溢油事故处置提供及时有效的应对措施。本文利用BRDF多角度测量装置和可见光偏振相机对不同油种和清洁海水进行观测,基于可见光偏振特征筛选出最佳观测Stokes参量和对应观测几何,构建了清洁海水和不同油种数据集,并建立了基于BRDF偏振特征的DBN溢油油种识别模型。研究发现,在实验室可控条件下,相对方位角–60°、0°、–30°组合时油种识别效果较好,光源天顶角和相机观测角二者在接近±50°时识别效果较好;多次重复实验显示,海水、原油、重油、汽油、柴油、棕榈油的最优识别率分别为90%、86.27%、84%、80.44%、82.08%和82%;基于可见光偏振特征所建立的油种识别模型,对于海面溢油种类区分具有较好的效果。     

使用干体炉对HMP155型温湿度传感器温度进行现场校准实验存在问题的解决方法研究

文章结合海洋环境监测站和海洋资料浮标的海洋环境自动观测系统现场校准工作,使用功能先进且便于携带的干体炉计量设备,针对HMP155型温湿度传感器的温度项目进行现场校准。通过实验发现,现场校准结果与实验室校准结果存在较大差异,通过设计实验形式,研究总结存在问题的解决方法,并在实际工作中得到验证。     

海洋溢油污染的应急处理

随着航运经济的发展,溢油污染对海洋环境及经济社会的威胁越来越大。一旦溢油事故发生,正确的应急处理措施非常重要,若不能及时将油污从海洋中清除,溢油破坏的范围会很快扩大,且所造成的破坏在短期内很难恢复。介绍常用的溢油应急处理方法及其适用条件,探讨如何能抓住时机,及时有效地清除溢油,将溢油对海洋环境的破坏降到最低。     

海面水包油乳化液溢油量等效估算方法研究

激光诱导荧光(LIF)是一种主动光学探测技术,该技术已在海面未乳化溢油油种鉴别及油膜厚度评估方面取得了一定的研究成果,但乳化溢油的监测理论基础和探测方法尚未成熟。溢油乳化物的量化会直接影响溢油污染的应急处理和灾害评估,但目前对溢油乳化液溢油量的计算尚未有研究报道。本文以水包油乳化液为研究对象,基于等效思想,根据油量相等建立了水包油乳化液与油膜的荧光检测等效模型,并依据光的辐射传输机理推导出等效油膜厚度的估算公式,最后采用仿真实例对估算方法的适用性和有效性进行了验证。实验结果表明,当水包油乳化液含油率小于12×10^-6,厚度小于5.98 cm时,利用所提出的等效方法能有效计算出水包油实际溢油厚度。该方法可为海面乳化溢油量的估算提供一种创新性的方法,具有良好的借鉴意义和实际应用价值。     

机载海洋激光荧光雷达叶绿素a测量性能模拟和初步机载实验

发展机载激光荧光雷达系统测量叶绿素a的浓度,模拟了采用三倍频355 nm波长激光作为激发光,机载海洋激光荧光雷达在不同飞行高度和测量不同深度水层的情况下,测量海表叶绿素a浓度的相对误差。依据模拟的参数建立机载激光荧光雷达系统并进行初步机载实验,获得了同经验数据较为一致的测量结果。     

海洋环境化学述评

本文从污染及污染源、污染物的转移与界面交换、实验室模拟及受控海洋现场实验、海洋环境化学分析四个方面展开述评。认为海洋的环境容量几乎是无限的,明显的污染只限于污染源附近;目前对污染物的转移与界面交换的研究较多,但多数机理尚不清楚;实验室模拟及受控海洋现场实验是环境化学研究中极有用的方法;海洋环境化学分析的可靠性很大程度上取决于环境的洁净度。建议采用集装箱式洁净实验室及调查船,发展水下传感器,浓集器,以进行现场分析。     

海洋环境无线传感器网络监测体系与应用技术研究

针对目前海洋环境监测中急需解决的主要技术问题.对海洋环境无线传感器网络监测的体系结构进行了研究,通过对Crossbow无线传感器网络的拓扑结构和软件架构进行分析与试验.提出其技术优势和有待解决的应 用问题.     

荧光技术在溢油鉴别中的应用

荧光光谱具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等特点被广泛应用于溢油鉴别。通过结合同步荧光光谱法、导数荧光光谱法和三维荧光光谱法对某码头一次溢油事故的溢油样进行分析鉴别,快速准确地鉴别出溢油源,进一步说明了荧光光谱法是溢油鉴别中一种有效的技术方法。研究结果表明:(1)同步荧光光谱对油源较为相近的油样区分能力较差,但可初步判断其相似性;(2)三维荧光光谱图油样荧光强度会受风化等因素的影响,但谱图的整体轮廓受干扰因素影响较小,芳烃的测定结果能比较准确地反映出溢油源的特征信息;(3)一阶导数荧光光谱中峰的比值能增强光谱特征,提高溢油鉴别的分辨能力。     

针对事件链的溢油监测需求分析及组网观测方案初探

本文针对普遍关注的溢油事件,分析了重大溢油事件应急监测中迫切需要解决的七个问题:溢油源确认核查、溢油面积准确估算、水下溢油探查、针对溢油应急过程的海洋环境监测、针对重点海域的溢油凝视监测、服务于溢油事件过程的次生事件风险观测;总结了溢油监测传感器的技术特点,分析了卫星、航空、固定式观测平台、移动式观测平台、水下固定和移动观测平台等5类溢油观测平台的技术现状与不足,提出了溢油跨学科组网观测构想,并初步设计了观测网络的组成及运行模式,以期对溢油组网观测系统的建设有所推动。     

渤海溢油三维漂移数值模拟研究

国家海洋局北海预报中心于2011年开发了渤海三维溢油模型,该模型在分析国内外溢油模型现状的基础上,借鉴当今流行的数值模拟方法,使用油粒子模型与油膜扩展模型相结合的方式,用拉格朗日方法追踪每个带有一定油量的油粒子的轨迹,针对每一个油粒子则使用油膜扩展理论计算其油膜扩展过程。该模型可实现对溢油油污上升及水平输运过程、海表面油污浓度的预报,通过三组理想试验和2012年的海上溢油实验数据,对模型的各项功能、稳定性及模型精度进行了对比验证,结果较好,模型可实现对渤海海域海底或水下发生溢油的数值模拟。该模型解决了以往二维溢油模型在模拟钻井平台及海底输油管道泄漏等溢油事故方面的不足,可更好地为溢油灾害对海洋环境影响的估计提供有效参考信息。     

分散剂与其他溢油处理技术协同作用的综述

溢油分散剂作为处理溢油的重要手段,主要通过降低油水界面张力,促进溢油分散于水体,而被广泛使用。文章详细介绍了国内外关于分散剂与其他溢油处理技术(包括机械处理法与矿物粉末聚合和生物修复法)协同作用的研究现状和研究成果。主要从作用机理、实验室模拟研究和溢油现场采集数据等方面阐述以分散剂为主要处理措施,并辅以其他技术手段的溢油处理成果。旨在为溢油处理人员全面构建分散剂与其他溢油处理技术准确、有效的协同作用体系提供思路和借鉴。     

激光扫描共聚焦显微镜在海洋生物学中的应用

激光扫描共聚焦显微镜是以激光为光源,以照明点和探测点共轭光路为探测系统对自发荧光样品或可被荧光标记的样品进行共焦、实时、真彩色扫描的一种新型光学显微镜,目前在生物学各领域已得到广泛应用。在海洋生物学领域主要用于海洋动物发育生物学、胚胎学、受精细胞学及细胞分化的研究。本文对其原理、操作、优越性及在海洋生物学中的应用等内容进行了综述。1　激光扫描共聚焦显微镜的原理激光扫描共聚焦显微镜是以激光作为光源,通过激光孔及物镜的聚焦作用形成一个光点照射到样品上激发出荧光的一种光学显微镜。物镜的质量决定了共聚焦光学…     

机载激光测深精度外部检核方法

给出了单波束测深的原理,分析了单波束观测数据预处理模型,提出了采用单波束测深成果检核机载激光数据质量的技术方法,并以我国自行研制的机载激光测深系统为例,给出了该系统在某海区试验数据的外部检核结果.针对两种测深手段之间明显存在系统性偏差的问题,提出了以单波束测深成果为控制,对机载激光测深数据系统偏差进行校正和补偿的处理方...