專利名稱：走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水體測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)
查系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，人類對(duì)水體(包括海洋、江河、湖泊)資源的 開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)也突飛猛進(jìn)的發(fā)展。要開(kāi)發(fā)和利用水體資源必須先了解水體，對(duì)水體進(jìn)行 水文和環(huán)境測(cè)量就是了解水體的一種方式。 例如，在物理海洋學(xué)中，隨著不同深度的水層溫度和含鹽量的變化，聲速也隨之改 變，獲得特定海域的上述水體參數(shù)可以用于聲納測(cè)速、測(cè)距等海洋測(cè)繪；又如，測(cè)量海水的 溫度、鹽度(含鹽量)等水體參數(shù)可以用于海底暗流、大洋環(huán)流以及潮汐的研究。在環(huán)境海 洋學(xué)里，測(cè)量水體的化學(xué)成分含量，可以用于監(jiān)測(cè)和防控藍(lán)藻、赤潮等災(zāi)害。
總之，獲取水體中各種物理和化學(xué)參數(shù)比如溫度、鹽度、深度、溶解氧濃度、ra值、
濁度、營(yíng)養(yǎng)鹽含量、葉綠素含量、BOD、COD、氮磷含量、C(^含量等隨著深度變化的垂直剖面圖 是水體水文和環(huán)境測(cè)量的重要測(cè)量方法。 溫鹽深垂直剖面測(cè)量為一種重要的水體測(cè)量技術(shù)，適用于海洋、江河湖面等水 體的測(cè)量。由于鹽度可以通過(guò)測(cè)量海水的導(dǎo)電性(Conductivity)而獲得，因此溫度 (Temperature)、鹽度隨著深度(D印th)變化的垂直剖面圖通常簡(jiǎn)稱為CTD垂直剖面圖。
CTD垂直剖面圖在軍事和民用方面都具有很重要的意義。例如，溫度、鹽度會(huì)影 響海水的密度，進(jìn)而導(dǎo)致聲音在不同的溫度和/或鹽度的海水中的傳播速度產(chǎn)生差異。通 常將海水密度躍變的水層叫做密躍層，聲音在密躍層中傳播就像聲音在管道中(又稱作聲 道)傳播一樣，能量損耗最小，在同樣的聲能情況下聲音可以傳播得更遠(yuǎn)；當(dāng)聲音穿透密躍 層時(shí)，就好像光線從空氣傳入玻璃兩種不同介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象一樣。海水這樣 的特性在軍事上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，潛艇的聲納可以利用密躍層發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)處的目標(biāo)，也可以 利用聲道與遙遠(yuǎn)處的我方潛艇進(jìn)行通訊，還可以利用密躍層對(duì)聲波的折射和反射來(lái)躲避敵 方的搜索。而通過(guò)CTD垂直剖面圖就能探測(cè)到海水中密躍層的分布情況，類似于為潛艇繪 制了一張海水地形圖。 又例如，通過(guò)海洋CTD垂直剖面圖可以發(fā)現(xiàn)不同海區(qū)、不同深度的暖水團(tuán)和冷水 團(tuán)，這些都是探尋漁業(yè)資源的重要信息，也可以通過(guò)CTD垂直剖面圖了解海底熱量、湍流和 電荷等的輸運(yùn)情況，用于海洋氣候?qū)W的研究。 由于季節(jié)變化及二十四小時(shí)內(nèi)日照的變化，CTD垂直剖面圖隨著時(shí)間和海域的不 同也相應(yīng)變化的。但是在一定的海區(qū)，CTD垂直剖面圖的變化具有一定的規(guī)律。為了摸清 CTD垂直剖面圖的變化規(guī)律，測(cè)量人員需要經(jīng)常出海進(jìn)行水文測(cè)量。以往的測(cè)量方法是船舶 在海上定點(diǎn)拋錨，停船狀態(tài)下投放CTD測(cè)量?jī)x進(jìn)行垂直剖面測(cè)量。如果要進(jìn)行某一海區(qū)測(cè) 量，先在航海圖上設(shè)定若干個(gè)測(cè)量點(diǎn)，船舶航行到上述測(cè)量點(diǎn)時(shí)停船拋錨，向海底投放CTD 測(cè)量?jī)x進(jìn)行垂直剖面測(cè)量，下墜到海底特定深度并測(cè)量完畢后回收CTD測(cè)量?jī)x，然后，船舶繼續(xù)航行到下一測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行下一次測(cè)量，最后由多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果綜合獲得整個(gè)海區(qū) 的CTD垂直剖面圖。船舶不斷的航航停停，測(cè)量一片海區(qū)往往要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，測(cè)量的 工作量也相當(dāng)大，例如，測(cè)量深度為3-4km，需要5-6小時(shí)，這種定點(diǎn)測(cè)量的方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)工。 為了提高測(cè)量效率，人們提出了一種走航式CTD垂直剖面測(cè)量方法，也就是在船 舶行進(jìn)過(guò)程中重復(fù)拋投、回收探測(cè)墜體，進(jìn)行連續(xù)的CTD垂直剖面測(cè)量，不需要停航拋投， 而且全部作業(yè)都是自動(dòng)進(jìn)行。 以下結(jié)合圖1說(shuō)明上述測(cè)量方法的工作原理。如圖1所示，裝有CTD測(cè)量?jī)x的墜 體1通過(guò)絞車2吊桿上的掛輪投放入水中，而絞車2固定于船舶3的甲板上。具體說(shuō)來(lái)，絞 車2處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，拖拽纜4盤(pán)繞在絞車2的巻筒上，其末端與墜體1連接，絞車2可 以在墜體1的自重和水流阻力的拉力作用下，或者在帶有動(dòng)力的掛輪助力下將拖拽纜4釋 放，進(jìn)而將墜體1沉放到水下預(yù)定的深度。 墜體1在下墜的過(guò)程中，裝在其內(nèi)部的CTD測(cè)量?jī)x不斷地進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量，這些 數(shù)據(jù)通過(guò)連接在墜體1尾部的拖拽纜4傳回到船上的檢測(cè)儀(圖中未示出)，檢測(cè)儀用于記 錄和儲(chǔ)存墜體1每次下墜的測(cè)試結(jié)果。墜體1被投放到預(yù)定深度后，絞車2開(kāi)始回收拖拽 纜4，從而將墜體1由水下回收；當(dāng)墜體l回收到距離水面的設(shè)定深度時(shí)即停止回收，絞車 2再次開(kāi)始自動(dòng)釋放拖拽纜4，墜體1再次被投向海底深處，船舶3沿方向D航行，圖1中曲 線A示出了墜體1在水中的運(yùn)動(dòng)軌跡。如此周而復(fù)始進(jìn)行投放和回收作業(yè)，船舶始終在以 一定的速度航行，于是節(jié)省了船舶停航、再啟動(dòng)的大量時(shí)間，提高了測(cè)量效率，大大節(jié)省了 在某一海區(qū)測(cè)量的作業(yè)時(shí)間，提高了費(fèi)效比。而且，由于作業(yè)速度快，測(cè)量點(diǎn)更密集，提高了 水文測(cè)量精度，而且有可能捕捉到瞬間即逝的一些水文變化。 現(xiàn)有的CTD測(cè)量系統(tǒng)中，墜體內(nèi)部的CTD測(cè)量?jī)x在下墜過(guò)程不斷地進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 測(cè)量，分別將采集的導(dǎo)電率、溫度和深度原始數(shù)據(jù)直接通過(guò)拖拽纜傳回到船上，在船上對(duì)原 始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得CTD垂直剖面圖。 然而，隨著人類對(duì)水體的認(rèn)識(shí)和利用水平的提高，現(xiàn)有的CTD垂直剖面測(cè)量系統(tǒng) 已經(jīng)不能滿足需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是如何提供一種多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)和方法，提 供更多的水體信息，滿足對(duì)水體調(diào)查的日益增長(zhǎng)的需求。 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)，設(shè)
置于測(cè)量船，所述調(diào)查系統(tǒng)包括墜體、絞車、電纜、后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制裝置，其中， 所述絞車固定于甲板上，用于放纜或者收纜以釋放或者回收所述墜體； 所述電纜巻繞在絞車的巻筒上，電纜一端與后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)耦接，另一端與所
述墜體連接； 所述墜體內(nèi)部裝有多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x和前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，所述多參數(shù)綜合 測(cè)量?jī)x將測(cè)量到各個(gè)參數(shù)的原始數(shù)據(jù)發(fā)送給前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，所述前置綜合數(shù)據(jù)采 集單元將所述原始數(shù)據(jù)壓縮、調(diào)制后生成遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)，并將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)經(jīng)由所述電纜發(fā)送 給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；
所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)解壓、解調(diào)為原始數(shù)據(jù)后，發(fā)送給所述控 制裝置； 所述控制裝置命令絞車放纜或者收纜，并由所述原始數(shù)據(jù)獲得拋投點(diǎn)的多參數(shù)綜 合水體垂直剖面圖。 所述的調(diào)查系統(tǒng)還包括便攜式GPS裝置，用于獲得測(cè)量船的經(jīng)緯度并發(fā)送給后
端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述經(jīng)緯度轉(zhuǎn)發(fā)給控制裝置； 所述控制裝置還用于根據(jù)各個(gè)拋投點(diǎn)的經(jīng)緯度結(jié)合所述原始數(shù)據(jù)獲得連續(xù)的多
參數(shù)綜合水體垂直剖面圖。 所述便攜式GPS裝置，還用于獲得測(cè)量船的實(shí)時(shí)航速并發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述實(shí)時(shí)航速轉(zhuǎn)發(fā)給控制裝置； 所述控制裝置預(yù)先設(shè)定投放深度，根據(jù)所述實(shí)時(shí)航速計(jì)算出到達(dá)所述預(yù)先設(shè)定的 投放深度所需的預(yù)定纜長(zhǎng)并發(fā)送給絞車，絞車根據(jù)預(yù)定纜長(zhǎng)進(jìn)行放纜；當(dāng)所述墜體的實(shí)際 到達(dá)深度等于預(yù)先設(shè)定的投放深度時(shí)，控制裝置命令絞車制動(dòng)。 所述的調(diào)查系統(tǒng)還包括測(cè)深儀，用于獲得所述測(cè)量船所在位置對(duì)應(yīng)的實(shí)際海底 深度數(shù)據(jù)并發(fā)送給所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述實(shí)際海底深度數(shù) 據(jù)發(fā)送給所述控制裝置； 所述控制裝置，比較墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度與所述實(shí)際海底深度，當(dāng)實(shí)際海底深度與 墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度之差小于或等于預(yù)設(shè)的安全值時(shí)，則命令絞車制動(dòng)。 所述絞車還具有計(jì)米器，用于監(jiān)測(cè)實(shí)際放纜或收纜的長(zhǎng)度并發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理
系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述放纜或收纜的長(zhǎng)度發(fā)送給控制裝置； 所述控制裝置還用于當(dāng)實(shí)際放纜長(zhǎng)度等于所述預(yù)定纜長(zhǎng)時(shí)命令絞車制動(dòng)。 所述前置綜合數(shù)據(jù)采集單元還包括電源，用于給前置綜合數(shù)據(jù)采集單元供電并對(duì)
所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行放大。 相應(yīng)的，還提供走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查方法，包括以下步驟
在拋投點(diǎn)釋放電纜以使墜體下墜； 墜體在下墜過(guò)程中采集多參數(shù)綜合水體垂直剖面原始數(shù)據(jù)，并將所述原始數(shù)據(jù)壓 縮、調(diào)制后生成的遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)經(jīng)由所述電纜發(fā)送回測(cè)量船； 將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)解壓、解調(diào)為原始數(shù)據(jù)后，由所述原始數(shù)據(jù)獲得拋投點(diǎn)的多參數(shù) 綜合水體垂直剖面圖。 所述多參數(shù)綜合水體垂直剖面原始數(shù)據(jù)至少包括溫度、鹽度、深度、溶解氧濃度、 ra值、濁度營(yíng)養(yǎng)鹽含量、葉綠素含量、B0D、C0D、氮磷含量、C02含量中的一種或幾種的組合。
所述的調(diào)查方法在拋投點(diǎn)釋放電纜以使墜體下墜時(shí)還包括
獲得測(cè)量船的經(jīng)緯度和航速； 根據(jù)各個(gè)拋投點(diǎn)的經(jīng)緯度結(jié)合所述原始數(shù)據(jù)獲得連續(xù)的多參數(shù)綜合水體垂直剖 面圖。 在拋投點(diǎn)釋放電纜以使墜體下墜之前還包括預(yù)先設(shè)定墜體的投放深度，并獲得 實(shí)際海底深度； 則在墜體在下墜過(guò)程中還包括比較墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度與所述實(shí)際海底深度，當(dāng) 實(shí)際海底深度與墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度之差小于或等于預(yù)設(shè)的安全值時(shí)，停止釋放電纜；或者，
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比較所述墜體的實(shí)際到達(dá)深度與預(yù)先設(shè)定的投放深度，當(dāng)實(shí)際到達(dá)深度等于預(yù)先 設(shè)定的投放深度時(shí)，停止釋放電纜。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn) 所述多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)和方法，在墜體下墜過(guò)程中由集合多種傳
感器的測(cè)量?jī)x直接測(cè)量得到多種類型參數(shù)的原始數(shù)據(jù)，并利用前置綜合數(shù)據(jù)采集單元將原
始數(shù)據(jù)壓縮、調(diào)制后傳回后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，再由后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解壓、調(diào)解后發(fā)送給控
制裝置獲得多參數(shù)綜合水體垂直剖面圖。通過(guò)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、調(diào)制解調(diào)的方式實(shí)現(xiàn)了墜體向甲
板的多參數(shù)大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸，能夠在一個(gè)走航式水體垂直剖面調(diào)查行為中得到多種類
型的數(shù)據(jù)，例如物理水體學(xué)中CTD、溶解氧、PH、濁度等參數(shù)，水體生物學(xué)中營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素等
參數(shù)，水體環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中生物耗氧量(B0D)、 COD、氮磷含量等參數(shù)，水體化學(xué)中氨氮、C02
等含量參數(shù)，能夠提供更全面的水體信息，從而具有更為廣泛的應(yīng)用范圍。 此外，所述多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)中，采用便攜式GPS裝置還獲取經(jīng)
緯度等測(cè)量船的位置信息，不必利用船載GPS，避免了船載GPS與垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)不匹配
或不兼容導(dǎo)致的數(shù)據(jù)失真和延時(shí)，因而可以提高測(cè)量的效率和可靠性。


通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中 相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示 出本發(fā)明的主旨。 圖1為目前走航式CTD測(cè)量方法的工作原理示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)的示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)的信令圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限 制。 其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表 示裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸，以 下結(jié)合附圖進(jìn)行說(shuō)明。 正如背景技術(shù)所述，隨著人類對(duì)水體資源的開(kāi)發(fā)，傳統(tǒng)的CTD垂直剖面測(cè)量系統(tǒng) 已經(jīng)不能滿足對(duì)水體調(diào)查的日益增長(zhǎng)的需求。例如，物理海洋學(xué)中需要獲取海水溶解氧、PH 值、濁度等參數(shù)，海洋生物學(xué)中需要獲取營(yíng)養(yǎng)鹽含量、葉綠素含量等參數(shù)，另外，近年來(lái)新興 的水體(包括海洋、江河、湖泊)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中，需要獲取水體生物耗氧量(BOD)、COD、氮
磷含量等參數(shù)。 傳統(tǒng)的CTD垂直剖面測(cè)量系統(tǒng)不僅不能夠滿足上述需要，而且其數(shù)據(jù)傳輸方式也存在以下問(wèn)題在探測(cè)深度不大時(shí)，僅傳輸CTD三種原始數(shù)據(jù)尚不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的失真和延 時(shí)，然而，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)種類較多、數(shù)據(jù)量過(guò)大的情況下，船上收到的原始數(shù)據(jù)可能出現(xiàn) 失真和延時(shí)等問(wèn)題，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。 基于此，本發(fā)明提供一種走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)和方法，其采
用前置綜合數(shù)據(jù)采集的方式，在墜體內(nèi)部先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后再傳回船上，而且能夠
在垂直剖面調(diào)查行為中同時(shí)得到多種類型數(shù)據(jù)信息，從而大大地拓寬了應(yīng)用范圍。 以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明所述走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)和方法的
一個(gè)具體實(shí)施例。為突出本發(fā)明的特點(diǎn)，附圖中沒(méi)有給出與本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)必然直接相關(guān)
的部分，例如，測(cè)量船及其甲板。本文中所述的水體包括海洋、江河、湖泊。 圖2為本實(shí)施例中走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)的示意圖，圖3為本
實(shí)施例中所述調(diào)查系統(tǒng)的信令圖。 走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)，設(shè)置于測(cè)量船，包括墜體21、絞車 29、電纜20、后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28和控制裝置27，其中， 所述絞車29固定于測(cè)量船的甲板上，用于放纜或者收纜以釋放或者回收所述墜 體；該絞車29例如為電動(dòng)絞車，包括巻筒，所述巻筒表面纏繞有電纜；吊桿，所述吊桿的 頂端設(shè)有帶助力電機(jī)的導(dǎo)輪、張力儀、微動(dòng)開(kāi)關(guān)；如果是液壓驅(qū)動(dòng)絞車，包括巻筒、液壓馬 達(dá)、小型液壓站、吊桿，所述吊桿的頂端設(shè)有導(dǎo)輪。所述電纜的一端固定于所述巻筒上，另一 端為自由端，該自由端從所述巻筒上放出直接穿過(guò)所述導(dǎo)輪，以實(shí)現(xiàn)收放墜體。
絞車巻筒上纏繞的纜繩，也即拖拽纜，不僅用于連接、拖拽墜體裝置，并且用于傳 輸數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)際上也是電纜，可見(jiàn)，拖拽纜既要有良好的機(jī)械特性，又要具有可靠的電氣 特性。 所述電纜20巻繞在絞車29的巻筒上，電纜20 —端與后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28耦接， 另一端與所述墜體21連接；本實(shí)施例中所述電纜20為鎧裝鋼絲同軸電纜或愷芙拉同軸電 纜，其中心為銅芯線，最外層為鋼絲鎧裝層或愷芙拉增強(qiáng)纖維。所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以 設(shè)置在測(cè)量船的甲板上。 所述墜體21內(nèi)部裝有多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x和前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，所述多參數(shù) 綜合測(cè)量?jī)x將測(cè)量到各個(gè)參數(shù)的原始數(shù)據(jù)發(fā)送給前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，所述前置綜合數(shù) 據(jù)采集單元將所述原始數(shù)據(jù)壓縮、調(diào)制后生成遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)，并將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)經(jīng)由所述電纜 20發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28。 所述墜體21包括殼體；所述殼體內(nèi)形成的空腔；前開(kāi)口 ，位于所述殼體的頭部； 后開(kāi)口，位于所述殼體的尾部；多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x，位于所述空腔內(nèi)并且測(cè)量傳感器朝向所 述前開(kāi)口 ，前置綜合數(shù)據(jù)采集單元也固定于所述空腔內(nèi)。其中，所述殼體的表面流線型由頭 部到尾部逐漸收縮。在墜體裝置拋投下墜過(guò)程中，所述殼體的頭部基本朝向水底，尾部基本 朝向水面。也就是說(shuō)，頭部在下墜時(shí)處于墜體裝置的最前端。 所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28用于將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)解壓、解調(diào)為原始數(shù)據(jù)后，發(fā)送給 所述控制裝置。此外，后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28還用于控制裝置27的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給絞車控 制器等，并匯集系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)發(fā)送給控制裝置27。 所述控制裝置27用于命令絞車29放纜或者收纜，并由所述原始數(shù)據(jù)獲得拋投點(diǎn) 的多參數(shù)綜合水體垂直剖面圖?？刂蒲b置27例如為主控計(jì)算機(jī)。
8
本實(shí)施例中所述調(diào)查系統(tǒng)還包括便攜式GPS裝置25，用于獲得測(cè)量船的經(jīng)緯度 并發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28 ;所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28將所述經(jīng)緯度轉(zhuǎn)發(fā)給控制裝置 27 ;所述控制裝置27還用于根據(jù)各個(gè)拋投點(diǎn)的經(jīng)緯度結(jié)合所述原始數(shù)據(jù)獲得連續(xù)的多參 數(shù)綜合水體垂直剖面圖。 此外，所述便攜式GPS裝置25還用于獲得測(cè)量船的實(shí)時(shí)航速并發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)28 ;所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28將所述實(shí)時(shí)航速轉(zhuǎn)發(fā)給控制裝置27 ;所述控制裝置 27預(yù)先設(shè)定投放深度，根據(jù)所述實(shí)時(shí)航速計(jì)算出到達(dá)所述預(yù)先設(shè)定的投放深度所需的預(yù)定 纜長(zhǎng)并發(fā)送給絞車29，絞車29根據(jù)預(yù)定纜長(zhǎng)進(jìn)行放纜；當(dāng)所述墜體21的實(shí)際到達(dá)深度等 于預(yù)先設(shè)定的投放深度時(shí)，控制裝置27命令絞車制動(dòng)。 由于絞車29功率的限制，測(cè)量船不同的航速，墜體21的工作深度也是不一樣的。 低航速時(shí)，墜體21的投放深度可以到達(dá)較大的深度；而高航速時(shí)，水阻力增大以及受到回 收功率的限制，墜體21投放深度也相應(yīng)減小。因此預(yù)置不同航速下的相應(yīng)投放深度值，絞 車29控制器根據(jù)便攜式GPS裝置的船速來(lái)修正墜體29的投放深度。 本實(shí)施例中所述調(diào)查系統(tǒng)還包括測(cè)深儀26，用于獲得測(cè)量船所在位置對(duì)應(yīng)的實(shí) 際海底深度數(shù)據(jù)并發(fā)送給所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28 ;所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28將所述實(shí) 際海底深度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制裝置27 ;所述控制裝置27則用于比較墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度 與所述實(shí)際海底深度，當(dāng)實(shí)際海底深度與墜體21實(shí)時(shí)到達(dá)深度之差小于或等于預(yù)設(shè)的安 全值，則命令絞車29制動(dòng)。其中，墜體的實(shí)時(shí)深度值傳回船上后從后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28中 采集，利用這一實(shí)時(shí)深度值可以決定絞車停止放纜或停止回收。測(cè)深儀26測(cè)量實(shí)際海底深 度數(shù)據(jù)是用來(lái)防止墜體撞擊海底而損毀?？刂蒲b置27的微處理器把實(shí)時(shí)海底深度數(shù)據(jù)和 墜體的實(shí)時(shí)深度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果前者數(shù)據(jù)小于后者，或者小于預(yù)設(shè)的深度安全值，立即 啟動(dòng)絞車回收，使墜體提升到安全深度處。 所述絞車29還具有計(jì)米器，用于監(jiān)測(cè)實(shí)際放纜或收纜的長(zhǎng)度并發(fā)送給后端數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)28 ;所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)28將所述放纜或收纜的長(zhǎng)度發(fā)送給控制裝置27 ;則 所述控制裝置27還用于當(dāng)實(shí)際放纜長(zhǎng)度等于所述預(yù)定纜長(zhǎng)時(shí)命令絞車29制動(dòng)。通過(guò)控制 裝置27上的顯示器可以讀到上述計(jì)米器測(cè)量的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)其工作是否正常?？刂蒲b置27 上也設(shè)有報(bào)警裝置到位報(bào)警、超速報(bào)警等?？刂蒲b置27也會(huì)用這一信號(hào)控制絞車停車、回 收、投放等操作。 絞車吊桿具有微動(dòng)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，用于墜體回收到預(yù)定深度時(shí)，突出點(diǎn)觸動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)， 切斷電源，絞車停止回收。 上述調(diào)查系統(tǒng)中所述多參數(shù)綜合水體垂直剖面原始數(shù)據(jù)至少包括溫度、鹽度、深 度、溶解氧濃度、ra值、濁度營(yíng)養(yǎng)鹽含量、葉綠素含量、B0D、 C0D、氮磷含量、C02含量中的一 種或幾種的組合。 以下給出一個(gè)所述走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查方法的優(yōu)選實(shí)施例，如圖 3所示，所述調(diào)查方法具體包括以下步驟 首先進(jìn)行絞車自檢程序控制裝置向絞車發(fā)出自檢命令，所述絞車根據(jù)自檢命令 進(jìn)行自檢，檢測(cè)纜長(zhǎng)、纜速和纜繩張力等設(shè)備參數(shù)。 如果設(shè)備參數(shù)正常，則控制裝置要求后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)自檢，后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 啟動(dòng)自檢程序向墜體內(nèi)多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x和前置綜合數(shù)據(jù)采集單元等設(shè)備發(fā)送自檢命
9令，墜體內(nèi)設(shè)備通過(guò)電纜收到自檢命令后，啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送測(cè)試信號(hào)(包括水深、鹽度和溫度 等多種參數(shù))，如果后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)收到的測(cè)試信號(hào)，表明墜體與后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間 的通訊正常。 然后，后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)要求便攜式GPS裝置發(fā)送船舶經(jīng)緯度和航速等測(cè)試信 號(hào)，如果后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)收到測(cè)試信號(hào)，表明便攜式GPS裝置與后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間 的通訊正常。接著，后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)要求測(cè)深儀發(fā)送墜體深度的測(cè)試信號(hào)，如果后端數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)收到測(cè)試信號(hào)，表明測(cè)深儀與后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間的通訊正常。最后，后端數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)匯集上述所有的測(cè)試信號(hào)后發(fā)送給控制裝置，如果控制裝置收到的測(cè)試信號(hào)正 常，則自檢過(guò)程結(jié)束。 接下來(lái)開(kāi)始正式多參數(shù)綜合水體垂直剖面的測(cè)量。根據(jù)要獲得數(shù)據(jù)的海域范圍預(yù) 先設(shè)定多個(gè)連續(xù)的拋投點(diǎn)；控制器設(shè)定投放深度，所述投放深度小于實(shí)測(cè)海底深度，并根據(jù) 當(dāng)前的航速計(jì)算出墜體到達(dá)所述投放深度所需的纜長(zhǎng)，其中，所述投放纜長(zhǎng)小于電纜的實(shí) 際總長(zhǎng)度。設(shè)定完畢之后，控制器命令絞車啟動(dòng)投放。 絞車根據(jù)控制器的命令執(zhí)行投放程序，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)纜速和放纜長(zhǎng)度，電纜以自由
下落方式將墜體向水下投放。墜體中的多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x測(cè)量海水的各種參數(shù)并將原始數(shù)
據(jù)發(fā)送給前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，而前置綜合數(shù)據(jù)采集單元將原始數(shù)據(jù)壓縮調(diào)制后形成遠(yuǎn)
傳數(shù)據(jù)向甲板發(fā)送，與墜體連接的電纜將上述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊装鍞?shù)據(jù)單元。 后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)解壓、解調(diào)后還原為原始數(shù)據(jù)，同時(shí)，便攜式GPS裝
置發(fā)送實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度、航速數(shù)據(jù)到后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，測(cè)深儀發(fā)送實(shí)時(shí)海底深度到甲板數(shù)
據(jù)單元，控制裝置記錄上述收到的各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)繪出多參數(shù)垂直剖面圖。 控制裝置比較實(shí)時(shí)海底深度、到達(dá)深度和設(shè)定深度，并比較實(shí)時(shí)纜長(zhǎng)和設(shè)定纜長(zhǎng)；
當(dāng)墜體實(shí)際到達(dá)深度等于設(shè)定深度，或，實(shí)際纜長(zhǎng)到達(dá)設(shè)定纜長(zhǎng)，或，實(shí)際到達(dá)深度接近實(shí)
時(shí)海底深度時(shí)，則控制裝置命令絞車開(kāi)始制動(dòng)，停止放纜。絞車立即執(zhí)行制動(dòng)程序。絞車完
全制動(dòng)后，作用在纜繩上的水阻力向上分力會(huì)將墜體拖升至某一深度附近。 控制裝置監(jiān)視墜體的實(shí)際深度是否基本穩(wěn)定在某一深度位置，并比較纜繩實(shí)時(shí)拉
力是否小于絞車最大牽引力。當(dāng)墜體實(shí)際深度基本穩(wěn)定并且實(shí)時(shí)纜繩拉力小于絞車最大牽
引力時(shí)，控制裝置命令絞車開(kāi)始回收墜體。絞車立即執(zhí)行回收程序，將墜體拖至預(yù)設(shè)的近水
面位置，至此，完成一次水體垂直剖面測(cè)量。 然后，在測(cè)量船舶的航行過(guò)程中，按設(shè)定的投放周期或按電子海圖上預(yù)先設(shè)定拋
投點(diǎn)啟動(dòng)下輪測(cè)量。控制裝置根據(jù)每次拋投點(diǎn)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)將每次獲得的垂直剖面圖合成
為實(shí)時(shí)的連續(xù)垂直剖面圖，從而得到所測(cè)量海域的多參數(shù)綜合水體垂直剖面圖。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。需
要說(shuō)明的是，本發(fā)明提供的走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)和方法，不限于CTD
測(cè)量，還可在各種水體水文垂直剖面調(diào)查行為中用于投放或回收探測(cè)墜體而得到多種類型
數(shù)據(jù)，例如物理海洋學(xué)中CTD、溶解氧、PH、濁度等參數(shù)，水體生物學(xué)中營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素等參
數(shù)，水體環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中生物耗氧量(B0D) 、 COD、氮磷含量等參數(shù)，海洋化學(xué)中氨氮、C02等
含量參數(shù)，因此具有廣闊的應(yīng)用范圍。在物理海洋學(xué)中，隨著不同深度的水層溫度和含鹽量
的變化，聲速也隨之改變，獲得特定水域的上述水體參數(shù)可以用于聲納測(cè)速、測(cè)距等海洋測(cè)
繪；又如，測(cè)量海水的溫度、鹽度(含鹽量)等水體參數(shù)可以用于海底暗流、大洋環(huán)流以及潮汐的研究。在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，測(cè)量水體的化學(xué)成分含量，可以用于監(jiān)測(cè)和防控江河湖泊的藍(lán) 藻、赤潮等災(zāi)害。 本發(fā)明提供的走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)具有體積小、安裝方便的 優(yōu)點(diǎn)，可以設(shè)置在遠(yuǎn)洋測(cè)量船上，可以設(shè)置在快艇等小型船舶上，具有良好的通用性和便攜 性。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi) 容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單 修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)，設(shè)置于測(cè)量船，其特征在于，所述調(diào)查系統(tǒng)包括墜體、絞車、電纜、甲板數(shù)據(jù)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中所述絞車固定于甲板上，用于放纜或者收纜以釋放或者回收所述墜體；所述電纜卷繞在絞車的卷筒上，電纜一端與后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)耦接，另一端與所述墜體連接；所述墜體內(nèi)部裝有多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x和前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，所述多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x將測(cè)量到各個(gè)參數(shù)的原始數(shù)據(jù)發(fā)送給前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，所述前置綜合數(shù)據(jù)采集單元將所述原始數(shù)據(jù)壓縮、調(diào)制后生成遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)，并將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)經(jīng)由所述電纜發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)解壓、解調(diào)為原始數(shù)據(jù)后，發(fā)送給所述控制裝置；所述控制裝置命令絞車放纜或者收纜，并由所述原始數(shù)據(jù)獲得拋投點(diǎn)的多參數(shù)綜合水體垂直剖面圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，還包括便攜式GPS裝置，用于獲得 測(cè)量船的經(jīng)緯度并發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述經(jīng)緯度轉(zhuǎn)發(fā)給 控制裝置；所述控制裝置還用于根據(jù)各個(gè)拋投點(diǎn)的經(jīng)緯度結(jié)合所述原始數(shù)據(jù)獲得連續(xù)的多參數(shù) 綜合水體垂直剖面圖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，所述便攜式GPS裝置，還用于獲得測(cè) 量船的實(shí)時(shí)航速并發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述實(shí)時(shí)航速轉(zhuǎn)發(fā) 給控制裝置；所述控制裝置預(yù)先設(shè)定投放深度，根據(jù)所述實(shí)時(shí)航速計(jì)算出到達(dá)所述預(yù)先設(shè)定的投放 深度所需的預(yù)定纜長(zhǎng)并發(fā)送給絞車，絞車根據(jù)預(yù)定纜長(zhǎng)進(jìn)行放纜；當(dāng)所述墜體的實(shí)際到達(dá) 深度等于預(yù)先設(shè)定的投放深度時(shí)，控制裝置命令絞車制動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，還包括測(cè)深儀，用于獲得所述測(cè)量 船所在位置對(duì)應(yīng)的實(shí)際海底深度數(shù)據(jù)并發(fā)送給所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)將所述實(shí)際海底深度數(shù)據(jù)發(fā)送給所述控制裝置；所述控制裝置，比較墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度與所述實(shí)際海底深度，當(dāng)實(shí)際海底深度與墜體 實(shí)時(shí)到達(dá)深度之差小于或等于預(yù)設(shè)的安全值時(shí)，則命令絞車制動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，所述絞車還具有計(jì)米器，用于監(jiān)測(cè)實(shí) 際放纜或收纜的長(zhǎng)度并發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將所述放纜或收 纜的長(zhǎng)度發(fā)送給控制裝置；所述控制裝置還用于當(dāng)實(shí)際放纜長(zhǎng)度等于所述預(yù)定纜長(zhǎng)時(shí)命令絞車制動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，所述前置綜合數(shù)據(jù)采集單元還包括 電源，用于給前置綜合數(shù)據(jù)采集單元供電并對(duì)所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行放大。
7. —種走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查方法，其特征在于，包括以下步驟 在拋投點(diǎn)釋放電纜以使墜體下墜；墜體在下墜過(guò)程中采集多參數(shù)綜合水體垂直剖面原始數(shù)據(jù)，并將所述原始數(shù)據(jù)壓縮、 調(diào)制后生成的遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)經(jīng)由所述電纜發(fā)送回測(cè)量船；將所述遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)解壓、解調(diào)為原始數(shù)據(jù)后，由所述原始數(shù)據(jù)獲得拋投點(diǎn)的多參數(shù)綜合 水體垂直剖面圖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)查方法，其特征在于，所述多參數(shù)綜合水體垂直剖面原始數(shù)據(jù)至少包括溫度、鹽度、深度、溶解氧濃度、ra值、濁度、營(yíng)養(yǎng)鹽含量、葉綠素含量、B0D、C0D、氮磷含量、C02含量中的一種或幾種的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)查方法，其特征在于，在拋投點(diǎn)釋放電纜以使墜體下墜時(shí) 還包括獲得測(cè)量船的經(jīng)緯度和航速；根據(jù)各個(gè)拋投點(diǎn)的經(jīng)緯度結(jié)合所述原始數(shù)據(jù)獲得連續(xù)的多參數(shù)綜合水體垂直剖面圖。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)查方法，其特征在于，在拋投點(diǎn)釋放電纜以使墜體下墜之前還包括預(yù)先設(shè)定墜體的投放深度，并獲得實(shí)際 海底深度；則在墜體下墜過(guò)程中還包括比較墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度與所述實(shí)際海底深度，當(dāng)實(shí)際海 底深度與墜體實(shí)時(shí)到達(dá)深度之差小于或等于預(yù)設(shè)的安全值時(shí)，停止釋放電纜；或者，比較所述墜體的實(shí)際到達(dá)深度與預(yù)先設(shè)定的投放深度，當(dāng)實(shí)際到達(dá)深度等于預(yù)先設(shè)定 的投放深度時(shí)，停止釋放電纜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種走航式多參數(shù)綜合水體垂直剖面調(diào)查系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)包括墜體、絞車、電纜、前置數(shù)據(jù)采集單元及后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。絞車用于放纜或者收纜以釋放或者回收墜體；電纜卷繞在絞車的卷筒上；墜體內(nèi)部裝有多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x和前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，多參數(shù)綜合測(cè)量?jī)x將測(cè)量到各個(gè)參數(shù)的原始數(shù)據(jù)發(fā)送給前置綜合數(shù)據(jù)采集單元，前置綜合數(shù)據(jù)采集單元將原始數(shù)據(jù)壓縮、調(diào)制后生成遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)，并將遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)經(jīng)由所述電纜發(fā)送給后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)解壓、解調(diào)為原始數(shù)據(jù)后，發(fā)送給控制系統(tǒng)及后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；控制系統(tǒng)命令絞車以可控的速度放纜或者收纜，并由原始數(shù)據(jù)獲得拋投點(diǎn)的多參數(shù)綜合水體垂直剖面圖。
文檔編號(hào)G01K7/00GK101793518SQ201010127508
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
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