3m多参数波浪浮标的研制
海洋浮标介绍
海洋浮标介绍This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.上海泽铭公司曹兵：系列海洋资料浮标介绍中国海洋大学唐原广（电话：3，）一、SZF型波浪浮标二、3m多参数海洋监测浮标三、10m大型海洋资料浮标一、SZF型波浪浮标中国海洋大学生产的SZF型波浪浮标是国家863计划海洋监测技术成果标准化定型产品，先后得到了国家“九五”863计划、国家“十五”863计划的支持，并在“十五”期间国家863计划海洋监测技术成果标准化定型项目中得到定型（如右图）。
是国家海洋行业标准《波浪浮标》的编写制订单位，并于2005年10月正式发布施行。
制定了波浪浮标的企业标准，建立了波高、周期、波向的检测设备。
SZF型波浪浮标已在全国范围内推广使用，并已部分销往国外。
目前主要用户有国家海洋局各海洋环境监测站、总参、海军、中国海监、海上石油、中交集团、相关的各大院所及海洋工程部门，用户已达100余家。
右图为：非洲苏丹港波浪观测一、SZF型波浪浮标的主要特点SZF型波浪浮标是一种无人值守的能自动、定点、定时（或连续）地对海面波浪的高度、波浪周期及波浪传播方向等要素进行遥测的小型浮标测量系统。
SZF型波浪浮标既可在离岸海区锚泊布放使用，也可随船系泊使用。
可单独使用，也可作为海岸基/平台基海洋环境自动监测系统的基本设备。
该系统主要用于波浪观测工作和近海环境工程的监测工作。
随着波浪浮标的应用，替代了我国已经使用了几十年的岸用光学测波浮标，结束了我国人工观测波浪的历史，解决了夜间不能观测波浪的缺陷。
同时也替代了进口同类产品，打破了国外进口海洋仪器设备一统国内市场的格局。
该浮标的成功研制使我国成为国际上少数几个具有研发、生产波浪方向浮标能力的国家之一。
二、SZF型波浪浮标主要技术指标和功能SZF型波浪浮标在海上可以连续工作3-12个月,目前新增加了带有嵌入式太阳能充电功能的波浪浮标，可满足波浪浮标在海上长期工作的需求。
多功能波浪浮标研制
学术动态・DEVELOPMENT多功能波浪浮标研制*THE MULTIFUNCTION WAVE BUOY 唐原广(中国科学院海洋研究所青岛266071) 多功能波浪浮标是一种可在海洋台站和近海进行波浪(含波向)、表层水温、表层海水盐度三项水文要素自动测量和信息处理的观测装置。
该浮标的研制目的是解决水温和盐度传感器现场安装和连续长期使用所遇到的问题,把我国目前海浪观测技术提高到世界先进水平,并且替代至今赖以进口的同类仪器。
目前,国际上较实用的波向浮标主要有两大类:表面波向测量浮标和水下波向测量浮标。
前者有美国的956型(改进型为1156型)波浪跟踪浮标、荷兰的波浪骑士方向浮标,这两种浮标都是遥测型浮标,可获得实时测量信息,956型波浪跟踪浮标只能测量波浪要素。
80年代,国内不少单位都曾引进过,多用于近海海洋工程中的波浪测量。
荷兰的方向浮标可测量波浪和表层水温两种水文要素。
美国S 4(电磁海流和波浪方向)浮标是目前最具代表性的水下波向测量浮标,测量信息是内存式的,不能提供实时资料,近几年国内不少单位已有引进,多用于在近海或海洋石油平台上的观测。
上述种种都不能满足在海洋台站的使用要求。
多功能波浪浮标作为台站进行波浪(含波向)、表层水温、表层海水盐度三项水文要素测量的基本设备,不仅实现观测工作的自动化、智能化,而且由于观测环境条件的规一化,从而使各海洋观测站的测量数据,具有更强的代表性和可比性。
1 性能指标1.1 用途多功能波浪浮标作为国家863计划海洋领域818-01专题“海洋环境立体监测技术和示范试验”中的子系统,按照《海滨观测规范》的技术规定,对海洋台站所处海域的波浪、表层海水温度、表层海水盐度三项水文要素进行自动观测。
1.2 测量指标见表1。
表1 系统测量指标测量参数测量范围系统测量准确度波浪高度0～20m ±(0.3+5%×测量值)/m波浪方向0～360°±10°波浪周期3～25s ±0.5s 表层海水温度-5～+40℃±0.1℃表层海水盐度8～36±0.52 系统组成和工作原理2.1 系统组成多功能波浪浮标由(岸站)数据接受处理机和(海上)测量浮标两部分组成。
一种多参数表层漂流浮标的结构优化与性能分析
一种多参数表层漂流浮标的结构优化与性能分析张继明;赵强;刘世萱;万晓正;王楷【摘要】多参数表层漂流浮标可用于海洋水文要素和海面气象要素的实时观测,但存在体积和重量过大、在海浪中摇摆剧烈的问题.针对以上问题,提出了一种结构优化方案,并从稳性和耐波性两个方面进行性能分析,分别用回复力臂和摇摆固有周期两个关键参数衡量优化方案的优劣.结果显示:倾角在0°～85°范围内,优化方案的回复力臂曲线在零点处的斜率比原漂流浮标增加96％,优化方案的回复力臂最大值比原漂流浮标增加41％;优化方案的摇摆固有周期减小到3.21 s,远小于原漂流浮标7.30 s的摇摆固有周期,且避开了波浪主能量周期范围.优化方案的稳性和耐波性比原漂流浮标明显改善,为多参数表层漂流浮标的结构设计提供参考.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】6页(P13-18)【关键词】漂流浮标;结构优化;稳性;耐波性;回复力臂;固有周期【作者】张继明;赵强;刘世萱;万晓正;王楷【作者单位】齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东省海洋环境监测技术重点实验室,国家海洋监测设备工程技术研究中心,山东青岛266001;齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东省海洋环境监测技术重点实验室,国家海洋监测设备工程技术研究中心,山东青岛266001;齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东省海洋环境监测技术重点实验室,国家海洋监测设备工程技术研究中心,山东青岛266001;齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东省海洋环境监测技术重点实验室,国家海洋监测设备工程技术研究中心,山东青岛266001;齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东省海洋环境监测技术重点实验室,国家海洋监测设备工程技术研究中心,山东青岛266001【正文语种】中文【中图分类】P715.2表层漂流浮标随着卫星定位及通讯技术的不断发展逐渐成为海洋观测中的一种重要工具。
多功能波浪浮标的研制_唐原广
用 测 量 摆 轴 转 角 计 算 出 来 的这 个 方 经方 位
,
在
z Y一
型 遥 测 波 浪仪 中 为 波 浪 传 感器 设 计 了
。
,
向 是 相对 测 量 传 感 器 自身 的测 量基 线 的 的地 磁方 向
“
。 ,
一 个 万 向节 式 的垂 摆 系 统
70 7
对 该传 感 器 在 国 家 海
工作
, 。
2 5 km
利用 上 海 交通 大学海 洋工 程 实验室 的 基金 支
。
持 在船模 水 池 完成 了 浮 标模 型 试验 工 作
始 了 多 功能 波浪 浮 标 的 工 作
, , 。 ,
随后 开
天线
,
*
0 当通 讯距离 〕 1
km
时 岸 站接 收 机 应采 用 高增 益 V
,
H F 接收
可 以 说 波浪 表 观 方
,
用 的 能力 以保 持浮 标 的正 浮 姿态 减少 倾 角 的测量 误差
。
机
4
.
。
薄 圆 饼 形 浮 标 的 随 波性 能 较 好 但 是 在 浮 标 尺
,
技术 指标
测 且 参数 指标
测量 参数 波浪 高 度
.
度较小 时 浮 标 容易 发 生 倾覆
较好 而 随波 面 倾斜 的 性 能 差
, ,
,
。
波 浪方 向
波 浪 周期 波浪 温 度
海 水盐 度
一
~
36 ) (
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单
士
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形环 系 留结构
。
总 体 结构 如 图
, ,
1
基于OS071X测波雷达的波浪探测分析
基于OS071X测波雷达的波浪探测分析李卫丁;姚建波;徐灵燕【摘要】文章利用舟山海洋环境监测站2014年第16号台风“凤凰”过境影响期间，对 OS071X 测波雷达和3 m 波浪浮标在同一海域内的波浪探测资料进行了对比验证。
通过分析，OS071X 测波雷达探测反演的有效波高、周期与3 m 波浪浮标探测结果对比，二者按先后顺序的均方根误差分别为0．27 m 和0．29 m，相关系数分别为0．93和0．90。
结果表明，OS071X 测波雷达系统的探测精度得到了验证，能够满足实时探测近岸海域波浪的需求。
%In this paper,radar measurements of OS071X and 3m wave buoy in the waves soundings within the same area were compared by using the data obtained during the period of Typhoon No. 16 of 2014 “Phoenix”transit influence peri od of Zhoushan Marine Environmental Monitoring Sta-tion.By analyzing the OS071X measured radar detection inversion significant wave height,period and 3 m wave buoy detection results,both RMSE by the order of 0.27 m and 0.29 m respectively, correlation coefficients were 0.93 and 0.90.The results showed that OS071X radar detection ac-curacy measurement system had been verified,and was able to meet the needs of real-time detec-tion of waves in coastal waters.【期刊名称】《海洋开发与管理》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】3页(P69-71)【关键词】测波雷达;3m浮标;波浪探测;对比验证【作者】李卫丁;姚建波;徐灵燕【作者单位】国家海洋局东海分局舟山海洋工作站舟山 316021;国家海洋局东海分局舟山海洋工作站舟山 316021;国家海洋局东海分局舟山海洋工作站舟山316021【正文语种】中文【中图分类】P717X测波雷达以其性能稳定、体积小巧、机动便捷的特点成为近海、海上平台和船舶对海况探测的重要手段。
3m多参数波浪浮标的研制
3m多参数波浪浮标的研制
唐原广;周金元;李思维
【期刊名称】《气象水文海洋仪器》
【年(卷),期】2013(30)2
【摘要】波浪浮标的标体直径一般为1m以下,这类浮标已在我国海洋监测台站使用了20余年.由于标体体积太小,在海上容易被过往的船只碰坏,且电池容量太小,需要经常出海维护.为了尽快解决浮标的海上安全问题以及浮标的长期供电问题,提出了开发新型3m多参数波浪浮标系统.该系统主要解决2个问题:第一,通过增大浮标体体积,以提高浮标在海上的安全性；第二,解决浮标电源的长期供电以及减少用户到海上的维护次数.解决的关键技术是如何在标体增大的情况下浮标的随波性要满足测波要求以及在不影响浮标随波性的前提下,实现水文、气象多要素参数的同步观测.
【总页数】5页(P1-5)
【作者】唐原广;周金元;李思维
【作者单位】中国海洋大学,青岛266100;国家海洋局东海标准计量中心,上海201308;江苏乾维海洋工程科技发展有限公司,常熟215522
【正文语种】中文
【中图分类】P716
【相关文献】
1.SZF2-1A型多参数波浪试验浮标波浪要素海上比测试验与初步分析 [J], 刘建国;周辉云;王晓亮;齐安翔;徐晶晶;
2.SZF2-1A型多参数波浪试验浮标波浪要素海上比测试验与初步分析 [J], 刘建国;周辉云;王晓亮;齐安翔;徐晶晶
3.多功能波浪浮标研制 [J], 唐原广
4.多功能波浪浮标的研制 [J], 唐原广;李琛
5.多功能波浪浮标的研制 [J], 唐原广;李琛
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FZF2_3型海洋资料浮标系统研制
( 14) 复位电路, 主控程序走入死循环; 控制系统外部供电都是 8. 4V, 其多种工作电压由自身稳压电路提供。
控制系统硬件设计保留传感器切换功能。( 待条件成熟时遥控实现) 。
采集、传输机柜面板布置见图 2 所示。
2. 2. 2 通信部分
改型通信部分以 INM ARSAT - C 卫星收发信机系统替代原短波数字通信系统, 将大大 提高浮标系统数据实时接收率, 也是这次浮标改型最关键技术环节。
收稿日期: 1997- 02- 13
18 海 洋 技 术 第 17 卷
内容而制定的。基本指导思想是研制实用、可靠、提高性能、采用卫星传输、达到 90 年代国际水 平的资料浮标。 2. 1 主要技术指标和要求 2. 1. 1 极限环境条件
再需要, 见图 3。 每帧至少包含一个数据包, 最多包含 5 包, 浮标每次发送数据约为 120 字节, 所以打一个
包即可。 打包发射之前的信息要经过信道编码处理( 三次) 即: 第一、加密编码。用一列伪随机码对发送数据进行加密处理; 当相应的伪随机码为“0”时,
数据的每个位不变; 为“1”时则反相。处理之后码元串行输出。 第二、卷积编码。将串行数据流通过 1/ 2 比率的卷积编码器, 形成新的串行数据流。 第三、交错编码。把卷积编码数据流码元接在 2 个完全相同的“独特码”之后, 形成交错矩
帧内设包的固定格式传输。
数据包的大小固定为 128 字节, 其中实际包含的信息 127 字节, 最后一个是认为加上的整
平字节。
第 2 期 FZF 2- 3 型海洋资料浮标系统研 制 2 1 每次通信的第一个数据包需要专门分配若干字节传送必要的控制信息, 其后数据包则不
采集控制部分的硬件设备仍以美国国家半导
浮标研制1
多功能波浪浮标的研制1概述在进行波浪自动测量时波浪的传播方向是一个重要和难以测量的参数。
八十年代后期国家海洋局曾投资支持研制波向测量浮标但是未见该仪器推广应用。
在国外具有波向测量功能的浮标可分为两大类：表面测量浮标和水下测量浮标。
前者有美国的1156型波浪跟踪浮标、荷兰的方向浮标等，它们是遥测型波浪浮标，可获得实时测量信息。
美国的弘电磁海流和波浪方向浮标是目前最具代表性的一种水下多功能测量浮标。
它用浮标内的存贮器记存测量信息，但不能提供实时测量信息。
在我国沿海分布着近60个海洋站。
其海洋环境监测的总体技术水平不高其中尤以测波技术最为落后。
光学测波仪仍是“当家”的主要仪器设备。
在近海进行波浪测量特别是由外商委托的工程项目必定要使用从国外进口的测量设备。
海洋监测技术主题（818）为提高我国海洋环境自动监测技术水平改变测试设备的落后局面，创造了极好的机会。
作为海洋环境自动监测技术课题（3180101）的一个组成部分，多功能波浪浮标将为洋站及近海波、表层海水温度、盐度等水文要素的自动化测量提供一种实用的测量设备。
2制工作基础YZ-3型遥测波浪仪在1985年研制成功，1998年获中国科学院技术进步三等奖。
该仪器是利用重力原理测量波高。
其技术特点是在垂直加速度计的平衡系统中采用了万向节式的结构设计和浮标的系留结构设计。
1987年在中国船舶工业总公司第七研究院第707研究所（具备环境试验资格单位）对波浪传感器进行了碰撞试验、摇摆试验、倾斜试验及高低温存贮试验并出具试验证书。
在YZ-3型遥测波浪仪结构设计的基础上，1991年研制SZF-1型数字式波温仪。
1993年由国家海洋局在北海分局组织鉴定。
1994年该仪器被编人《海滨台站观测仪器手册》。
波温仪可测量波浪和表层海水温度两项水文要素。
其技术特点是采用了单片机技术、数字电路及通讯技术。
实现了仪器的智能化和自动化设计。
但上述两种仪器都不具备波向参数测量功能。
1995年开始波浪表观方向测量浮标系统的预研工作。
SZF2-1A型多参数波浪试验浮标波浪要素海上比测试验与初步分析
SZF2-1A型多参数波浪试验浮标波浪要素海上比测试验与初步分析刘建国;周辉云;王晓亮;齐安翔;徐晶晶【摘要】通过海上比测试验,对新研制的SZF2-1A型多参数波浪试验浮标系统的工作稳定性、波浪传感器测量准确性进行全面客观评价.采用MARKⅡ波浪骑士的测量数据作为参比,结果表明,试验浮标与波浪骑士所测数据具有良好的一致性:两种仪器间最大波高相关系数为0.96,均方根误差为0.33 m,有效波高相关系数为0.99,均方根误差为0.13 m,相对误差为6.0％,平均波高相关系数为0.98,均方根误差为0.088 m,相对误差为6.2％;两种仪器所测有效波高、平均波高对应周期的一致性比较好,相关系数分别达到0.86和0.87;两种仪器所测波向相关系数为0.77.总体上得出结论:试验浮标运行状态稳定,波浪传感器测量准确可靠.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】4页(P74-77)【关键词】SZF浮标;比测试验;相关性【作者】刘建国;周辉云;王晓亮;齐安翔;徐晶晶【作者单位】国家海洋局东海预报中心,上海200081;国家海洋局东海预报中心,上海200081;国家海洋局东海预报中心,上海200081;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;国家海洋局东海预报中心,上海200081;国家海洋局东海预报中心,上海200081【正文语种】中文【中图分类】P715.2海浪是发生在海洋表面的一种波动现象，也是海洋监测要素中最重要且最复杂的一种自然现象之一，在航海运输、渔业捕捞、矿物勘探、海洋能源、海洋工程和国防等诸多领域对于安全生产都产生重要影响。
因此，准确地对海洋波浪进行观测和预报具有重要的现实意义和实际需求。
而长期以来，我国近岸海域波浪观测站位偏少，获取手段单一，特别是在高海况情况下，数据获取困难，实测波浪数据远不能满足上述各应用领域的工作需求，而海洋浮标则可以很好地解决这个问题。
一种波浪浮标弹性系留系统
一种波浪浮标弹性系留系统王亚洲;杨永春;李忠君;张琳琳【摘要】橡胶缆弹性系留是国际上近年来使用的较新的系留方式。
设计了一种波浪浮标弹性系留系统，并对端部接头装置进行了改进。
经过海上试验验证，使用此系留方式的浮标系统测量的数据更接近真实值。
%Elastic mooring of a rubber rope is an international novel mooring system. We devised an elastic mooring system for a wave buoy and improved its attachment device. Marine experiments show that the detected data from such elastic mooring buoy system is more approximate to the authentic value【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2011(024)004【总页数】4页(P78-81)【关键词】橡胶缆;弹性系留;波浪浮标;端部接头【作者】王亚洲;杨永春;李忠君;张琳琳【作者单位】中国海洋大学,山东青岛266071;中国海洋大学,山东青岛266071;山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001;山东省海洋环境监测技术重点实验室,山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001【正文语种】中文【中图分类】P715.2海洋浮标技术是伴随着海洋科学的发展，在传统技术的基础上发展起来的海洋监测新技术［1］。
波浪浮标遥测系统由海上浮标系统及岸站接收处理分系统两部分组成，是一种无人值守的，可用于近海波高、波向和水温监测的小型浮标测量系统，主要用于沿岸海洋环境监测台站对常规波浪的观测工作和近海海洋环境工程的监测工作，同时也可在海洋调查船上随船使用。
一种波浪观测浮标的制作方法
一种波浪观测浮标的制作方法引言波浪是海洋中不可避免的自然现象之一，但在很多领域中，例如海洋能源、海洋油气、水文气象学、航海与港口、海洋环境保护等领域，波浪也是十分重要的一个因素，因此浪高、波浪频谱和波浪形态等波浪参数的测量与分析就变得尤为重要。
而波浪观测浮标则是一种常见的用于测量海洋波浪参数的工具。
在本文中，我们将会介绍一种波浪观测浮标的制作方法，让读者们能够了解该浮标的制作原理与流程，以及所需的材料、工具和成本等方面的信息。
前置知识在本文中，我们假设读者们对以下内容有一定的了解和掌握： - 基本的机械制图和技术绘图知识 - 基础的电工知识和电子元器件的使用方法 - 基本的手工制作和装配技能浮标制作流程设计制图首先，我们需要根据波浪观测的需求来进行整体设计和制图。
我们建议采用计算机辅助设计（CAD）来进行机械结构和电路板的绘制。
在设计制图的过程中，需要注意以下几个方面：1.浮标内部结构的设计，包括浮体、固定装置和测量仪器的摆放和安装方式。
2.浮标外观的设计，需要满足抗风浪、抵抗海水腐蚀等条件。
另外，还需要加入功能性元素，如充电散热孔、数据接口等。
3.浮标电路板的设计，包括传感器、信号处理器、MCU（微控制器单元）和通讯模块等。
材料采购在制作前，需要先购买所需的各种材料和配件。
下面是一些常见的材料和器件的清单：•浮体：通常采用聚氨酯泡沫材料，有封闭式和开放式两种设计。
•表面涂层用材料：防腐涂层、抗紫外线涂层等。
•传感器：通常选择测量加速度的三轴MEMS加速度计、压电传压或压电流量计进行测量。
•处理电路：通常采用模拟或数字化信号处理电路。
•宽带数据采集卡或DSP芯片：用于采集、处理传感器信号。
•通讯模块：集成WiFi和GPRS的通讯模块。
•电池：可充电电池。
•其它标准配件：固定件、电缆、端子和插座等。
制作浮体和固定装置浮体和固定装置是浮标内部最为重要的组成部分。
制作前需要精确的测量和计算，以确定浮体的大小和形状等参数。
波浪浮标系统设计与测波方法研究
波浪浮标系统设计与测波方法研究刘国栋【摘要】The general design of wave buoy system and the operating principle of each functional module was introduced. Highlights of the wave buoy acquisition system circuit design, realization method and working principle, including the microprocessor module, GPS module, and the acceleration sensor module are studied. Multi-sensor design made the wave buoy collected data more accurate is creatively proposed. The measurements of wave parameters of algorithms, including wave height, wave period, wave direction, power spectrum and direction map are introduced. Finally the software is introduced, through the actual measurement of the wave proved reasonable of the algorithm and effectiveness of the entire system.%介绍了波浪浮标系统的总体设计方案和各功能模块的主要工作原理,重点介绍了波浪浮标采集系统的电路设计,实现方法和工作原理,包括微处理器模块、GPS模块、加速度传感器模块.创造性地提出了多传感器的设计方案,使波浪浮标采集的数据更加的精确.介绍了波浪浮标对波浪参数的测量算法,包括波高、波周期、波向、功率谱和方向图等.最后介绍了波浪反演软件,通过实际对波浪的测量证明了测波算法的合理性和整个系统的有效性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)035【总页数】5页(P8805-8809)【关键词】海洋监测;测波方法;波浪浮标;功率谱【作者】刘国栋【作者单位】天津大学电子信息工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】U644.433海洋开发是一个具有战略意义的领域。
美国沿海浮标的研制
美国沿海浮标的研制
瓦伦考尔波尼;毛祖松
【期刊名称】《气象水文海洋仪器》
【年(卷),期】1998(000)001
【摘要】美国国家资料浮标中心(NDBC)制作了两个直径2.3m的沿海浮标样机.尽管这两个浮标水上部分功能相同,但水下部分有实质的区别.第一个浮标使用一个自下支承的配重环圈构造,用一个限制移动摆吊杆系留固定,允许无限制的俯仰角和40°的转动.第二个浮标使用传统的中心导管配重平衡设计.稳定度试验表明,这两个浮标都超过了稳定性要求.目前已正在进行投放试验,以便估算这两种设计对选择的业务环境带来的经济效益.本文介绍其稳定性及早期现场试验的结果.
【总页数】13页(P44-56)
【作者】瓦伦考尔波尼;毛祖松
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】P4
【相关文献】
1.宁波航标处辖区沿海灯浮标志失常原因分析及应对措施 [J], 施利民
2.美国资料浮标中心浮标和锚系技术的最新进展 [J], 马力
3.山东沿海海洋监测浮标网的构建 [J], 杜立彬;吴承璇;贺海靖;曲君乐
4.青岛沿海ASCAT卫星反演风场与浮标海岛实测风场的对比分析 [J], 宫明晓; 马
艳; 付业理; 李华
5.一种与沿海灯浮标配套使用的弹性系留系统的研究设计 [J], 李磊; 杨庆勇; 伍鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第!期 气象水文海洋仪器"#$!!%&'年(月)*+*#,#-#./01- 234,#-#./01-154)1,/5*657+,89*5+7 :85$!%&'收稿日期 !%&!;&&;!&$基金项目 海洋公益性行业科研专项经费项目 !%&%%<%%& $作者简介 唐原广 &=('男 大学 研究生导师$从事海洋仪器的研发工作$'9多参数波浪浮标的研制唐原广& 周金元! 李思维'&$中国海洋大学 青岛!((&%% !$国家海洋局东海标准计量中心 上海!%&'%> '$江苏乾维海洋工程科技发展有限公司 常熟!&<<!!摘 要 波浪浮标的标体直径一般为&9以下 这类浮标已在我国海洋监测台站使用了!%余年 由于标体体积太小 在海上容易被过往的船只碰坏 且电池容量太小 需要经常出海维护 为了尽快解决浮标的海上安全问题以及浮标的长期供电问题 提出了开发新型'9多参数波浪浮标系统 该系统主要解决!个问题第一 通过增大浮标体体积 以提高浮标在海上的安全性 第二 解决浮标电源的长期供电以及减少用户到海上的维护次数 解决的关键技术是如何在标体增大的情况下浮标的随波性要满足测波要求以及在不影响浮标随波性的前提下 实现水文 气象多要素参数的同步观测 关键词 海洋科学 '9聚脲浮标体 波浪浮标中图分类号 ?@&( 文献标识码 A 文章编号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引言波浪浮标是海洋环境监测的主要手段之一是海洋环境立体监测的重要组成部分 具有全天候 长期连续 定点监测的特点 是其他海洋监测手段无法替代的气象水文海洋仪器:85$!%&'我国波浪测量技术的发展起始于上世纪(%@%年代 经历了船用波浪自记仪 重力测波仪 近海遥测波浪浮标等发展阶段 =%年代中期至今 在国家>('计划以及其它重要科研计划和专项任务的推动下 我国基于重力加速度原理的波浪浮标得到深入发展 在国家>('计划海洋监测技术标准化成果项目中得到了产品定型目前我国海洋台站使用的波浪观测设备大部分是直径为%$=9的遥测波浪浮标 该类浮标具有体积小 易于布放等特点 目前已在我国海洋台站 海洋工程 海洋调查等领域使用了!%余年 完全替代了采用人工观测方式的岸用光学测波浮筒通过这些年的使用 逐渐的暴露了该测波浮标的一些缺点 主要表现在 体积太小 在海上不易被发现 容易被渔船撞坏 电池容量太小 需经常租船出海更换电池目前我国海洋台站的观测项目 除了观测波浪外 还需要观测海上的风 气压 气温 表层水温等参数 由于条件限制 目前海上气象部分受条件制约只能在陆上观测 而海水水温的观测一般是安置在岸边验潮井里来测量 不具有代表性经过大量的调研 并征求广大的浮标设备管理及使用人员意见 提出了研制直径为'9的近岸小型多参数波浪浮标图9 +'多参数波浪浮标'9多参数波浪浮标系统 是一种无人值守的能自动 定点 定时地对海面波浪的高度 波浪周期及波浪传播方向 表层水温 风速 风向 气压 气温等多种水文及气象参数进行遥测的小型浮标测量系统 见图&浮标除可测量波浪 水温等参数外 还预留有多个接口 浮标在其底部开有'个水下传感器仪器井 可同时加挂剖面海流 表层温盐 多参数水质传感器等& 技术指标9$9 测量技术指标& 波浪高度范围 %$' !%9准确度 S %$'T测量值U<V 9! 波浪方向范围 %W '(%W准确度 S&%W' 波浪周期范围 ! !%7准确度 S%$<7X 风速范围 % &%%9 7准确度 S%$'9 7< 风向范围 %W '<<W准确度 S'W( 气压范围 (%% &&%%F?1准确度 !%Y时为S%$'F?1 在整个工作段温度范围Z<% (%Y时为S&F?1@ 气温范围 Z&< (%Y准确度 S%$<Y> 水温范围 Z' X%Y准确度S%$!Y9:; +'浮标体主要技术参数浮体直径 '%%%99标体总高 (><%99 含灯器 顶标浮体干舷 <%%99 水深!%9时灯焦面高 '!<%99 水深!%9时标体重量 !@%%N. 含配重稳心高 &$=9 水深!%9时储备浮力 <%%%N. 水深!%9时双人登标静倾角 小于>W !%9 7风速 '节!第!期唐原广 等 '9多参数波浪浮标的研制流速&水深&%9时$%标准配置太阳能板X块!单块电池板(%[' 9$+ 浮标适用环境适用水深"< <%9%最大风速"@%9(7%最大流速">节%最大浪高"!%9'! 技术路线系统由海上测量浮标&岸站数据接收处理系统&锚系'个部分组成'海上浮标部分包含"浮标体&太阳能电源&太阳能电源充电器&电池&雷达反射器%数据采集处理器&波浪传感器&水温传感器&多参数气象测量仪&\?H定位&北斗卫星或\H)(M])A通讯等部分!数据传输系统采用北斗卫星无线数据传输可同时兼容M])A( \?^H=';$9 浮标体的设计!$&$& 总体设计要求浮标主要由浮体&尾架&配重&灯标灯座&太阳能板座&雷达反射器&航标灯&太阳能电池板&太阳能控制器&蓄电池&各种仪器安装支架&内外仪器舱&水下仪器井&锚系环等部分组成'标体的整体设计要求全部采用无磁性材料制作!以满足浪向&风向及流向的测量'具体设计要求如下"#&$为充分保证浮标的安全性及密封性!浮标仪器舱设计成内外!个仪器舱%#!$标体表面带有!个系缆桩!!个吊环!系缆桩与吊环底部应生根%#'$气象平台上带有一水密插座转接箱!转接箱具有密封功能%#X$浮标底部锚系支架为'&(G不锈钢!锚环板为'&(G不锈钢支架%#<$太阳能板支架应为X个%#($水下仪器井为'个%#@$带有!个风传感器安装支架%#>$带有&个能见度仪安装支架%#=$带有!个温度百叶窗固定架%#&%$带有有&个高频天线固定支架%#&&$标体龙骨及钢制部分应全部采用无磁性的不锈钢材料制作'!$&$! 主要特点'9多参数波浪浮标系统需要解决的关键问题是'9标体的设计!即浮标体的随波性设计!以满足波浪的测量'同时标体在设计时要兼顾一标多能'浮标体采用海洋公益性行业科研专项*海洋维权执法目标探测识别与信息传输技术+项目中的成果新型弹性体材料聚脲制作!聚脲材料的断裂延伸率达X%%V!拉伸强度大于&()?1!浮体由聚脲层&复合不吸水弹性泡沫材料以及不锈钢等多种材料加工而成!浮体具有良好的抗挤压&抗撞击能力!强度高&结构可靠&重量轻!便于安装维护及运输&布设'浮标浮体呈圆柱形和圆台形!为模具成型!外型尺寸精确!表面光滑!水流阻力和风阻都较小'浮体内预埋安装各种部件和仪器的连接结构件!浮体上表面设置凹槽和预埋螺栓安装仪器舱!图!为聚脲浮标体'图; 聚脲浮标体浮标体上设计了'个水下仪器井!可兼顾测量海流&水质监测仪器&水温等传感器'浮标全部采用无磁性材料制作!方位传感器可直接安装在浮标仪器舱内';$; 浮标体水槽模型试验为了满足标体的随波性设计!在浮标体的设计过程中!首先按&<"&实体浮标及锚系的缩小模型制作'9浮标体的缩小模型!在山东省海洋工程重点实验室流浪潮水槽内!测试在浪&流的作用下浮标体的随波性和稳定性等多种组合试验'设定不同的波高及波周期!改变流的大小与方向!采用摄像与拍照相结合的方法!观察模型的运动状态!通过调整模型的配重及锚系结构!以达到试验目的';$+ 浮标上数据采集系统及传感器浮标数据采集器采用H E Q型波浪浮标用的数据采集器!分为波浪主板和气象主板!部分,&-')')气象水文海洋仪器:85$!%&'数据采集系统设置在波浪主板上 是浮标系统中数据采集处理的核心部分 主要完成各路传感器数据的采集 处理 数据发送通讯 按照低功耗高可靠的设计思想 结合总体技术要求 浮标数据采集控制系统采用低功耗单片机为系统工作核心系统自带&个!\的数据存贮器 可满足!年以上的数据存贮该采集器已在目前台站上所用的波浪观测设备H E Q 型波浪浮标上使用多年 技术已十分成熟 !$'$& 数据采集系统特点& 系统设定为定时工作方式 &次 时 达到最大程度的节电浮标系统可根据岸站数据接收处理系统每次正点发送的控制命令 在&F 和%$<F 工作方式之间转换 浮标系统也可根据浮标设计的阈值自动转化为%$<F 工作&次 !到达规定的测量时间时 系统给各路传感器加电开始一个观测点的测量 数据采集 处理完毕各传感器断电'采集器实时处理所采集的数据 将数据发送到发射单元 置下次开机时间为节约电能 除值班电路外 系统断电 准备测量下一时次数据 X 数据发送北斗卫星 M ])A\?^H 两种方式!$'$! 传感器组成&波浪传感器采用中国海洋大学生产的H E Q 型波浪传感器 波浪传感器应安装在浮标体的中心部位!风传感器采用美国D _`"\公司的%<&%'风传感器 '气压传感器采用美国D _`"\公司的(&!%!气压传感器X水温 气温传感器采用中国海洋大学生产的水温气温传感器 ;$< 岸站数据接收系统岸站数据接收处理机由多个功能模块组成 软件基于[/54#I 7操作系统 采用a M 开发 岸站除了定时接收并显示实时数据外还可以查询历史数据 形成数据曲线 能够对操作人员分级管理确保了软件运行的可靠性 具有异常数据报警功能和报表生成功能!$X $& 系统组成岸站数据接收系统主要由通讯机 数据接收处理终端及相关配套设备及软件组成 主要完成接收处理浮标实时发送回的数据 并进行显示 归档 存储等功能!$X $! 主要功能 & 数据接收 能接收浮标发来的数据并进行显示 见图' 和存储! 支持多种接收方式 北斗卫星 移动通信 \H ) M ])A \?^H短波通信 ' 历史查询 可以按照 浮标号 日期 采集要素进行查询X报表 可以根据要求生成报表 <系统设置 可以对浮标的基本参数 如通信参数 基准位置参数 传感器参数等进行设置图+ 数据接收界面X第!期唐原广 等 '9多参数波浪浮标的研制#($远程设置"可以远程对于浮标工作模式&运行参数等进行设置'#@$浮标安全报警"根据每次浮标发送回来的数据!实时监测浮标的安全状态!如舱门报警&内舱&外舱进水报警&移位报警等'#>$数据显示"数据显示功能用于动态显示当前时次的浮标测量参数!按照水文&气象等功能显示!如图'所示'' 考机测试'9多参数波浪浮标完成实验室安装&调试工作后!即进入浮标的整机测试阶段'由于所采用的传感器均是成熟产品!在对各个传感器进行定标工作完成后!即进入考机测试阶段!考机测试分'部分"一是测试系统是否能连续无故障的工作'个月以上%二是太阳能电池是否能满足在阴雨天下满足浮标的长期供电%三是浮标的存贮器是否能满足&年以上的存贮要求'通过半年以上的考机测试!浮标系统整机均达到了测试要求'X 海上对比试验为客观评价系统的性能!由国家海洋局东海预报中心先后开展了气象和波浪要素的海上比测试验,!-'利用芦潮港海洋站自动化观测系统的数据!对!%&&;%> !%&!;%&的水温和气象要素进行了比测%通过在象山海域布放波浪骑士!于'月&'日 &@日进行了波浪要素的比测试验'在对比试验过程中!正好观测到!%&&年=号台风*梅花+!测得了台风过境的全部资料'波浪对比是与波浪骑士进行对比''9浮标历经不同海区的试验!工作时间达&&个月!期间供电电源稳定!数据传输通畅!工作状态正常!数据获取率也达到了=<V以上'在比测期间测到最大风速为&($@9(7!最大波高为<$%@9''9浮标与波浪骑士波浪比测情况"最大波高相关性为%$=(%有效波高相关系数为%$==!均方根误差为%$&'9!相对误差为($%V%平均波高相关系数为%$=>!均方根误差为%$%>>9!相对误差为($!V'由此表明'9浮标和波浪骑士有效波高测量值之间具有非常高的一致性,';<-'有效波高和平均波高对应的周期一致性比较好!相关系数分别达到%$>(和%$>@!波向相关性相关系数为%$@@'水温和气象比测情况"'9浮标水温&气压&气温的测量值与与芦潮港海洋站相比相关性极高!相关系数均在%$==以上'风速相关系数为%$><!选择对比<9(7以上风速数据!风速相对误差减小!风向相关系数增加到%$><!表现出较好的一致性'< 结束语'9多参数波浪浮标是由中国海洋大学与国家海洋局东海分局合作共同研发的!目的是提高我国海洋台站上的波浪观测技术!通过&年多的研发&测试&考机&海上试验及产品定型!目前研发成果已通过了国家海洋局东海分局组成的专家验收!为了更好的尽快将成果转化为产品!国家海洋局东海分局还组织召开了*H E Q!;&A型多参数波浪浮标定型产品鉴定会+!通过了产品定型的专家验收,(-!产品定型为H E Q!;&A型多参数波浪浮标!目前该定型成果已有定型生产厂家定型推广&%余套'通过本项目的具体实施!可实现海洋台站水文&气象的连续监测!从而为海洋预报提供准确&连续&可靠的数据'同时!也为国家整体的海洋监测系统提供地区海域的更加全面&可靠的海洋环境监测数据'参考文献,&-唐原广!王金平$H E Q型波浪浮标系统,:-$海洋技术!!%%>!!@#!$"'&;''$,!-赵进平$海洋监测仪器设备成果标准化,)-$北京"海洋出版社!!%%X$,'-毛祖松$我国近海波浪浮标的历史&现状与发展,:-$海洋技术!!%%@!!(#!$"!';!@$,X-唐原广!李宝成!王朋朋$基于M])A无线网络的浮标数据通信系统,:-$计算机技术与发展!!%&!#&&$"&>@;&>=$,<-王军成$国内外海洋资料浮标技术现状与发展,:-$海洋技术!&==>#&$"=;&<$,(-唐原广!邵淑平$H E Q波浪浮标接收机与上位机串行通信实现,:-$微计算机信息!!%%>#>$"@X;@($)<)。