北欧海海气浮标观测数据质量评估和特征分析

中国于2012年在北欧海的罗弗敦海盆布放了一套海气耦合浮标,断断续续地工作了三年。本文对数据质量进行了全面评估,并以2014年6月—2015年1月的数据为例,给出了该海域各参数的变化特点。经与ERA5数据对比,气压、气温、湿度、风速、水温、辐射、热通量、波浪的参数可靠,与ERA5差别较大的是风向,本文的分析认为,浮标的风向是可靠的。由此得出,除了数据明显异常的时段之外,浮标的数据质量可靠,可以直接用于研究使用。有些参数未见明显异常,但仍可存在数据漂移和数据偏差等问题,需要在使用时精心分析和判断。罗弗敦海盆夏季海表面气压高,风速小,气温高,湿度大,感热和潜热都很小;冬季气压降低,气旋数目增多,强度变大,风速增大,降温过程频繁,降温幅度和持续时间都更大,感热和潜热增大,高热通量事件出现的次数增多,持续时间更长,对大气过程产生不可低估的影响。

微型波浪浮标监测系统

针对现有波浪浮标监测系统体积大、重量大,布放和维护费用高等不足,提出一种微型实时波浪浮标监测系统。该系统主要由直径0.25 m的微型浮标体、波浪传感器、供电系统、通讯系统及锚泊系统组成,具有波高、波向等多参数实时测量、传输功能,并且体积小、重量轻,便于快速运输、布放与回收,还可用于抛弃式测量及特殊隐蔽性测量中。文中对其关键技术进行了研究,海上实验结果表明,系统波高测量范围0.1~10 m,准确度优于±3%,波向测量范围0～360°,准确度优于±10°。

新型波浪采集系统平台设计

主要介绍了新型波浪采集系统的设计思想与主要参数 ,采集、存储、运算和电源控制部分的结构与组成 ,以及各部分的特点和关键技术。

基于能量熵VMD最优分解与GRU循环神经网络的潮汐预测精度提升方法研究

为进一步提升潮汐预测精度,提高预测模型的多适应性,针对低频潮汐分潮智能化自适应提取困难、动态化处理分潮信息能力弱、单一预测模型对潮汐整体预测的局限性等问题,提出了一种基于能量熵的自适应最优变分模态分解VMD与门控循环单元神经网络GRU相结合的潮汐预测提升方法。首先,将潮汐数据归一化预处理,通过VMD对潮汐数据完成自适应变分模态分解,并根据不同分解层模态分量的能量熵判定最优分解层数,最后将最优分量标准化后经GRU单独预测合成,通过反归一化形成最终预测数据。经验证分析,在潮汐预测方面,GRU模型比LSTM、BiLSTM模型性能更优,均方根误差分别提升了53%和96.8%,而本文方法与单一GRU模型相比,均方根误差再次提升了81.3%,预测精度提升效果更加明显,对于潮汐分析与预测具有较高的推广应用价值。

海洋资料浮标观测技术应用现状及发展趋势

海洋资料浮标是一个涉及电子、通信、控制等多个领域的复杂系统,可以在各种复杂的海洋环境中提供长期、连续、实时、可靠的海洋观测数据,是海洋观测技术中最可靠、最有效、最重要的手段之一。本文简述海洋资料浮标的系统结构及其关键技术,分析了我国海洋资料浮标技术的技术水平及其与国际先进水平的差距;重点总结了近年来国内外海洋资料浮标技术发展与应用现状,对比分析了我国典型代表浮标与国外同类浮标的系统参数及观测参数,在此基础上,结合我国当前面临的形势及迫切需求,展望了海洋资料浮标技术的发展趋势。

基于TDLAS的二氧化碳浓度检测系统及压强补偿研究

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量二氧化碳气体浓度的过程中,气体压强的变化会对吸收谱线展宽、波长调制系数和二次谐波信号幅值产生影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,在不同的压强下利用二次谐波峰峰值和一次谐波平均值测量二氧化碳气体的浓度,通过压强补偿抑制气室内压强变化所带来的测量误差。实验结果表明:利用压力补偿后系统的测量误差在2%以内,可以有效地抑制气体压强变化的影响,提高二氧化碳气体浓度测量的精度。

大型海洋资料浮标的运动性能研究

运动性能是浮标设计中的关键问题之一。文中对直径10 m的圆盘型海洋资料浮标的运动性能进行了数值模拟和试验研究。建立了浮标的有限元模型,采用势流理论进行计算分析,获得了浮标运动响应的传递函数。通过对数值计算结果与模型试验结果进行比较,验证了数值计算方法的有效性。在此基础上,结合我国南海海区海况资料,应用谱分析法对其在极限海况下的运动响应进行了短期预报。该研究结果对浮标前期设计具有参考意义。

海洋环境定点平台观测技术概述及发展态势分析

针对新时期海洋环境监测定点平台观测技术面临的新要求、新任务和新挑战,对所涉及的核心关键技术及其发展态势进行分析。详细阐述了海洋资料浮标、潜标和海床基观测技术的国内外现状,并进行了对比分析,指出了我国的优势和不足。在此基础上,综合海洋科技发展的趋势、我国的现有基础以及当前的迫切需求,探讨我国在定点平台观测技术方面的发展趋势,为我国海洋环境监测技术的发展提供了重要参考。

原位叶绿素a和浊度传感器设计

主要研究了叶绿素a和浊度传感器技术及其设计实现。该传感器技术基于荧光诱导的叶绿素a检测原理和基于散射的浊度检测技术原理进行设计,实现后可以实时测量海水的相关参数。该设计经过仿真验证,能够实现设计所要求的微弱光信号检测功能,为后续系统联调做好了准备。

荧光法海水叶绿素a传感器设计

基于荧光诱导叶绿素检测原理,应用荧光诱导和微弱信号检测技术,设计了荧光叶绿素a传感器。实验结果表明,叶绿素a的浓度与系统测量值具有很好的线性关系,线性拟合系数为0.999。该传感器具有小型化、易于操作的特点,可实现对海水叶绿素a浓度的原位监测。

SH-1型组装式大型浮标的设计

针对整体式大型海洋资料浮标海上生存能力不强,加工制造、布放运输不便等问题,设计了一种直径为6 m的组装式的大型浮标。利用船舶静力学的计算方法,确定了浮标的型深为2.2 m、重心高为0.9 m以及其他基本参数,并对浮标的稳性衡准数进行校核,结果满足使用要求。该设计为浮标加工质量的可控性提供了合理化依据。

基于BMP085模块的海洋气象观测气压传感器设计

BMP085模块是一款高精度、超低能耗的大气压力传感模块。基于该芯片设计了一款新型智能输出的气压传感器。该传感器采用混合信号系统级芯片C8051F021作为数据采集处理器,进行新型海洋气象观测气压传感器的研制。文中对系统的硬件组成、软件设计进行了详细描述。对该气压传感器的样机标定试验表明,经校准后误差在0.3 h Pa以内,已经达到国外同类传感器水平。该传感器具有性价比高、精度高、稳定性好、功耗低、安装使用简便等优点,可广泛应用于气象站、船舶气象仪器、大型海洋资料浮标等场所。

海洋监测浮标上的3G无线视频监控系统设计

设计了一种应用在无人值守的大型海洋资料浮标上的3G无线视频传输系统。系统采用值班电路对无线视频传输模块进行功耗控制,降低了系统的功耗。同时,对普通摄像头进行了防水工艺设计,可以有效耐受海上恶劣的使用环境。该系统已经在海上业务运行的浮标上安装应用,近两年的视频数据表明,监控效果良好,可有效地发现涉及浮标安全和海洋污染等问题。

数字滤波在浮标波浪数据处理中的应用

简要介绍了数字滤波的基本原理 ,如何应用于波浪原始数据处理 ,以及在波浪原始数据处理中的应用效果。

浮标气象站上的光伏供电系统设计

给出了太阳能电池板对蓄电池充电环节的控制方案以及硬件电路的具体实现,其中,充电控制器是选用最基本、高可靠性的元器件自主设计而成,其内部不含有智能芯片和复杂集成电路,具有电路简单、性能稳定可靠、故障率低的特点,设计的稳压器利用开关稳压芯片作为核心元件,具有对蓄电池储能利用的高效性。同时,还对所设计电路进行了实际测试,测试结果表明本设计很好地实现了技术指标预定的功能。

置于大型浮标内的水质参数长期测量系统的设计及应用

为有效解决海洋生物的附着污染问题,延长各种海洋仪器的使用寿命,设计了一种新型的海洋环境连续监测系统。该系统放置在大型海洋资料浮标内,采用海水抽样测量方法,将海水抽取到浮标舱内的容器中测量,而后使用消毒液和清水对容器和传感器进行消毒和清洗。系统通过定点连续监测将数据传输到岸站,与目前浮标常用仪器比测得出,所采集数据稳定可靠。该系统能够将水质传感器的寿命至少延长一年,并提高其长时间测量的准确度和可靠性。

海洋倾倒实时监视系统设计

本文提出一种海洋倾倒自动监视系统的设计方法,采用高速单片机C8051F020,配合霍尼韦尔943系列超声波传感器,通过高性能滤波算法消除船只摇摆和波浪的影响,得到准确的船舶吃水线高度值。测量数据包含GPS信息、船舶状态等信息,经过特殊加密算法处理,通过DTU实时发送至岸站接收系统,作为倾倒管理和执法的依据。

老龄自升式平台极限承载能力与体系可靠性分析

通过海洋平台桩-土非线性弹簧模型的研究,结合桩基荷载-位移数据计算程序的编制,为工程实际应用提供简便可靠的方法。对某自升式钻井平台在完好状态和受损状态下的极限承载能力作了对比研究,通过逐级增加载荷的方法,基于精确计算模型对平台结构进行非线性分析,具体依据载荷类型、载荷作用力方向等,得到12种计算工况,研究老龄平台在受损状态下对强度储备的影响,并评估其安全状况。考虑外界荷载的随机性和不确定性,基于极限承载能力分析,采用等效荷载法,运用JC法进行平台体系可靠性计算,分析完好平台与老龄平台的结构体系可靠性,并作对比研究。

基于PWM技术的新型航标灯设计

为FZF3-1型海洋资料浮标平台设计一款新型航标灯,采用AVR单片机ATmega8L作为处理器,将PWM技术应用于航标灯自适应控制,既保持稳定的工作电流,又降低了系统的功耗。另外,利用施密特触发器保证了单片机工作电压的稳定性。通过实验和现场使用情况来看,航标灯的性能和指标均达到了设计要求。

互相关干扰下微弱GPS信号的直接检测算法

微弱GPS信号的检测是当前的研究热点之一。基于GPS C/A码的互相关干扰理论模型,详细分析研究了强弱信号间的相对载波多普勒频移对互相关干扰的影响,在此基础上,研究了一种新的基于相对载波多普勒频移的微弱GPS信号直接检测算法,该算法不需要对互相干扰进行扣除,计算量小、便于工程实现,仿真结果表明:当干扰信号高出弱信号29dB时,该算法依然可以达到90%以上的检测成功概率。