波浪能供电观测浮标防腐方案设计及仿真

针对波浪能供电观测浮标的结构组成,分析其工作原理、运动特性、各系统处的海洋腐蚀环境,将浮标划分成多个海洋污损区域。基于目前的防腐方法和浮标复杂的海洋腐蚀环境,综合考虑成本及施工时效性,提出一种防腐油漆涂层加阴极保护双组合的防腐方法,并进行外加电流阴极保护防腐系统及关键参数的设计。通过数值模拟,确定该系统布置在浮标主浮体侧面可实现较好的防腐效果。最后,提出两种防腐系统位置布置方案。

三锚式浮标综合观测平台不同系泊参数的响应分析

文中基于建立的三锚式浮标数值计算模型进行频域分析,通过改变投锚距离、三锚式浮标特有的两类锚链长度,计算主浮标在不同风浪流作用下的运动响应以及锚链张力.结果表明:投锚距离对锚链张力有显著影响,但对纵荡、横荡以及垂荡影响不大;增加链接锚链和固定锚链长度,会显著增加横荡、纵荡和垂荡的响应幅值,并显著减小系泊系统的张力;随着入射方向从0°增加到60°,链接锚链张力略微增大,固定锚链张力略微减小;最后根据不同的工程需求给出了三锚式浮标的布放建议,确保其安全和服役寿命.

我国深海Argo区域观测网成功完成“深海玄武”浮标首次批量布放

2023年12月,由中国海洋大学牵头,崂山实验室、自然资源部第二海洋研究所、中国科学院海洋研究所共同参与的“深海Argo区域观测网建设”在西太平洋菲律宾海盆顺利完成首批6000 m级国产“深海玄武”浮标的布放。自12月9日起,经质量控制的深海温度和盐度剖面观测数据实时提交至全球Argo资料中心(GDAC),参与国际共享与交换。这是我国首次批量布放国产深海Argo浮标,标志着我国在深海Argo区域观测网建设上迈出了重要的一步。

GNSS浮标高程坐标时间序列噪声特性分析

本文对四种不同尺寸的全球卫星导航系统(GNSS)浮标(波浪骑士浮标、5 m浮标、2 m浮标、1 m浮标)进行了海面高观测数据分析,以揭示海洋环境下GNSS坐标时间序列的噪声特性。通过数据解算,确定了各类型浮标在观测精度方面的不确定性,并且标准差分析表明5 m浮标具有最高的观测稳定性,而波浪骑士浮标表现出最大的不确定性。进一步的噪声模型分析发现,5 m、2 m和1 m浮标的坐标时间序列最佳噪声模型为“白噪声+幂律噪声”,而波浪骑士浮标的最佳噪声模型为“白噪声+闪烁噪声”。为了提升数据质量,本研究还采用奇异谱分析算法对坐标时间序列进行了降噪处理。结果表明,虽然降噪后各浮标的最佳噪声模型没有发生变化,但噪声量级明显降低,5 m浮标、波浪骑士浮标、2 m浮标和1 m浮标的噪声量级分别下降了16.75%、39.2%、27.5%和33.35%。综合来看,大尺寸浮标由于其较高的稳定性,能够提供更高精度的海面高观测数据。同时,通过奇异谱分析降噪处理,可有效降低噪声量级,从而提高观测数据的质量。本研究结果为海洋GNSS观测提供了重要的技术参考。

基于飞行智能浮标测流系统设计与实现

为了提高浮标法流量测验的精度,针对传统GPS浮标法难以回收、精度、自动化程度低等问题,提出采用无人机飞行技术和浮标法相结合的方式。首先,设计防水无人机为浮标载体,利用其机动灵活(水上起降)和高精度定位(RTK差分定位)将飞行至水面上任意点位,无人机载体即为浮标载体,随水漂流速度(即无人机移动速度,也即水体表层水速)实时发送至无人机地面站。其次载体底部携带测深仪和可见光通过无人机的数图传系统将水位和现场画面也实时传送至地面站,其地面站能够查看载体漂浮的轨迹路线。测验结束后飞行浮标载体飞回起点处,该方式方便回收,并具有低成本、循环使用,便捷性等优点,洪水期借助大断面数据实现流量自动化、高效化以及实时化测报。

冬季防流凌撞击的锚浮标装置设计

我国北方地区冬季在结冰期之前的封河期和之后的开河期都会形成凌汛,凌汛对河面上的锚浮标及相关设施的安全造成严重威胁。针对拥有凌汛现象的河流布置锚浮标装置时存在的弊端,设计了一种自动防流凌撞击的锚浮标装置,来实现锚浮标装置在河流中的安全布置。该装置由牵引钢丝绳、水下地滑轮、卷扬机控制柜、位移传感器等组成,通过自动调整锚浮标水中的安全位置和防撞击外罩等,有效避免了常见布置方式出现的问题,提高了锚浮标的安全性。

Argo剖面浮标的检测及其施放探讨

Argo剖面浮标是一种新颖的海洋观测设备 ,它的抛弃式测量特性决定了对其检测和正确施放的重要性。为了确保 Argo剖面浮标在海上长期 (4～ 5 a)工作 ,并能获得可靠的观测资料 ,本文对 Argo浮标的检测和海上(调查船 )施放步骤作了详尽介绍 ,以供借鉴。

基于5G通信与北斗短报文的近海小型浮标通信系统设计方法

针对近海小型浮标仅采用单模方式与岸基进行通信的问题,提出一种北斗短报文与5G通信相结合的近海小型浮标通信系统设计方法。搭建浮标与岸基指挥所的通信链路,实现岸基指挥所与浮标之间的远程信息交互功能,其中浮标采集的水文气象等信息通过当前锚定区域的最优通信链路上传至岸基指挥所,岸基指挥所远程控制浮标完成相应任务。实验室模拟结果表明:在5G通信与北斗三号全球卫星导航系统技术支持下,本系统能够增强小型浮标在恶劣海况下的鲁棒性、提升数据传输的安全性以及提高通信质量。

基于多种通信方式的海洋浮标站海洋气象灾害预警系统设计与开发

为了进一步加强海洋气象监测预警服务能力建设,文中设计了一种基于多种通信方式的海洋浮标站海洋气象灾害预警系统,系统由数据的采集、传输、处理、分析和发布5部分组成。数据的采集和传输部分主要负责收集和传输各类气象数据和信息,包括浮标和探测器实时数据、各类气象站点数据等,同时保障数据的质量和准确性,确保数据源可靠;数据的处理和分析部分主要负责对收集到的数据进行处理和分析,包括数据校正、整合、挖掘和模型建立等,形成各类气象灾害预测模型和预警指标,有效监测海洋气象灾害的发生并及时决策部署,为决策者和公众提供重要的参考和保障。

粒子群优化的门控循环单元网络漂流浮标轨迹预测

该文针对漂流浮标的轨迹预测问题,提出一种基于深度学习框架的端对端预测模型。由于不同海域的水动力模型存在较大差异,针对海面漂流浮标的流体载荷计算也较为复杂。因此,该文根据漂流浮标历史轨迹形成的多维时间序列,提出更具有普适性的基于数据驱动的轨迹预测模型。该模型将粒子群优化算法(PSO)与门控循环单元(GRU)结合,使用PSO算法对GRU神经网络的超参数进行初始化,经过多次迁移迭代训练后获得最优漂流浮标轨迹预测模型。最后使用多个北大西洋真实漂流浮标轨迹数据进行验证,结果表明PSOGRU算法能够实现准确的漂流浮标轨迹预测。

面向海浪遥感卫星标定的漂流波浪浮标关键技术研究

在精细化海洋观测领域,遥感卫星海浪方向谱的获取存在精度低、累积误差大等问题,设计了一种基于Transformer神经网络的海浪方向谱估计方法,通过引入稀疏自注意力机制以及物理引导模块等,实现海浪方向谱的高精度表达;海上试验测试结果表明,新提出的海浪方向谱估计方法与传统海浪方向谱估计方法相比,文章提出的模型估计方向谱更符合理论谱形,伪峰较少,平滑性和一致性方面表现较好,并且对数据噪声的容忍度更高。同时,设计了一种基于人工智能芯片的漂流波浪浮标系统,通过AI软硬件系统对不同任务进行动态调度分配,实现浮标低功耗运行,有效提升了波浪测量性能及海上工作时间,是遥感卫星高精度获取大范围、长时序全球性海洋观测数据的一种有效补充。

基于RGCN-SA算法的海上浮标观测数据插补

针对海洋观测数据的缺失问题,提出一种基于图卷积(GCN)和自注意力机制(SA)的残差网络插补模型(RGCN-SA),该模型由自注意力机制与图卷积构建,利用自注意力机制提取观测数据的时间依赖特征,通过图卷积获取不同位置浮标的空间依赖特征,并添加残差结构提高模型学习能力,结合自监督训练方式对模型进行训练,得到最终的海洋浮标数据插补模型。通过对比实验,证明该模型通过训练后能够有效获取浮标观测数据的时间与空间的关联特征,取得了比其他方法更好的插补效果。通过消融实验,证明模型的各个模块的有效性。

关于发展我国漂流浮标和锚泊浮标技术的建议

本文综述了 90年代国外漂流浮标和锚泊浮标技术的发展动态 ,从战略发展的高度提出了研制多参数表层漂流浮标、多次往返式剖面仪、绷紧式锚泊浮标和水质监测浮标的建议 。

基于ASNLS算法的智能浮标浮潜模型参数辨识

[目的]针对智能浮标大深度浮潜模型难以精确量化的问题,提出一种抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法(ASNLS),以实现浮潜多参数识别及深度预测。[方法]首先,在智能浮标浮潜运动灰箱模型中引入其执行机构的非线性动作特性以契合实际模型,并将连续型浮潜运动方程转化为离散模式以匹配实际离散的数据采样方式;然后,将离散型运动方程构造为基于相关函数的表达形式,以减弱噪声对参数辨识的影响;最后,通过调整协方差矩阵的取值,实现该浮潜参数辨识算法的抗数据饱和功能。[结果]基于2021年智能浮标在南海的大深度试验数据,开展了浮潜运动模型参数辨识及深度预测,验证结果表明:相较于传统的最小二乘算法及支持向量机算法,ASNLS算法的收敛速度更快(较最小二乘算法提高了31.8%)、深度预测误差更小(不同深度下的平均绝对百分比误差均小于9%)。[结论]ASNLS算法可为智能浮标的深度控制和预报提供有效的浮潜模型支撑。

BDS锚碇浮标监测海洋大气水汽初步探究

精细化、动态化监测海洋大气水汽含量对全球海洋气候相关研究具有重要意义。为探究基于北斗卫星导航系统(BDS)的锚碇浮标平台在海洋水汽探测应用中的潜力,本研究利用白龙浮标搭载的测量型接收机,分别在岸基静态模式和海面动态模式下,对获取的BDS和全球定位系统(GPS)观测数据进行精密单点定位处理,并进行大气可降水量(PWV)反演,同时以欧洲中期天气预报中心第五代全球气候再分析数据集(ERA5)获取的PWV为参考值进行精度评估。结果表明:岸基静态模式下利用BDS观测值反演的PWV精度为0.7 mm,GPS反演的PWV精度为0.6 mm。海面动态模式下利用BDS观测值反演的PWV精度为1.2 mm,GPS反演的PWV精度为2.0 mm,与岸基静态模式探测的水汽产品精度基本相符。初步证明了利用BDS锚碇浮标在海洋动态观测条件下进行水汽含量监测的可行性,但仍需更长期更充分的观测以进一步验证。

基于最优通信链路选择的跨域通信浮标系统

现有海洋浮标通信方式单一、可靠性低、丢包率高且实时性差,无法满足海洋数据大量采集与跨域通信的需求。为了进一步加强海洋全域互联互通建设,以多源通信为核心,文中设计并制作了一种跨域通信浮标系统,该系统可完成多种通信方式的切换、多源信息采集与多链路实时跨域通信。针对该系统设计了一种最优通信链路选择算法,根据各通信模块实时信号质量进行最优通信链路的选择,以提高通信的可靠性,同时关闭信号质量较差的通信模块,减少同时使用多种通信手段可能出现的系统通信大量冗余与功耗增加的问题。试验结果表明,该系统实现了水上与水下数据的跨域传输,多源通信设计切实可行,各通信链路稳定可靠,综合通信成功率达99%以上,为海洋全域观测网和通信网的建设提供了参考。

基于物联网的浮标数据采集与控制系统设计

数据采集与控制技术是浮标观测系统的核心。结合无线通信技术提出了基于物联网的浮标数据采集与控制系统方法,并研制了基于Socket协议的通信控制器和数据融合采集系统,实现了浮标观测系统通过软件配置的方式进行传感器的接入与管理,解决了总线式数据采集与控制技术在传感器可扩展性、即插即用性方面的不足。组网测试结果表明,该系统网络内部数据发送与接收准确率达100%,远程数据中心数据平均接收率大于等于98.3%,且系统接入传感器无须软硬件设计编码,具有数据接收稳定、观测系统扩展复杂度低和新增硬件功耗低等优点,在海洋浮标观测系统应用方面具有良好前景。

基于物联网的浮标锚链闭环全生命周期管理辅助决策系统

为提高浮标锚链全链条信息协作能力,设计一种基于消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)的浮标锚链闭环全生命周期管理辅助决策系统。该系统采用前后端分离技术(Nginx消息代理、Redis会话缓存)实现了系统Web应用框架,大幅提升系统的敏捷性、复用性和可维护性。通过在北海航海保障中心营口航标处部署实施,可实时识别记录新型锚链全生命周期信息,实现锚链堆场分布、航道分布、制造商分布等辅助决策支持,提高浮标锚链的智能监管能力与使用效率。

基于参数自适应DBSCAN算法的浮标位置数据异常检测

针对遥测遥控系统采集浮标位置数据时易受外在因素的干扰,提出了一种K近邻优化的参数自适应DBSCAN算法,来检测浮标位置数据中的异常点。通过分析数据集的分布特性生成最优邻域距离值ε和邻域内样本点数量MinPts列表,引入卡林斯基-哈拉巴斯指数对列表中的参数进行评分,将最高评分对应的参数作为最优参数,实现DBSCAN算法的自适应聚类。实验结果表明,新算法能够自适应选择最优参数,对浮标遥测位置数据的异常点进行有效检测。