基于实况气象的船载走航大气成分观测自动进样系统设计

为解决海洋科考期间船体对大气成分走航观测结果影响的问题,本文基于风速风向仪、单片机、数据采集装置、电磁阀控制器、电磁阀和多通道气路转换器等相关元器件,设计了一套可以避免船体污染的船载走航大气成分观测自动进样系统。该进样系统设计有8根独立的进样管路,基于自行编译的脚本,依据实时的相对风向结果给电磁阀控制面板传递相应的电压信号,进而控制相应的电磁阀打开目标进样管路,实现无污染进样。本文通过对实际案例的分析,论证了该进样系统可以有效避免船体对大气成分走航观测的影响,进而提高船载走航大气成分观测数据的连续性和准确性。

低功耗双处理器漂流浮标系统

漂流浮标具有结构简单、易布放、不需要额外动力等方面的优点,在海洋观测领域已经有了较为广泛的应用。然而现有的漂流浮标为了控制成本和整体功耗,搭载的传感器较少,在使用中能够采集到的数据种类较少,并且由于电子系统设计相对简单,一旦出现故障,无法解决,导致实际使用时长往往达不到设计使用时长。因此,本文以低功耗、高可靠性、多样化载荷为设计目标,提出一种具备扩展性的双系统漂流浮标的设计方案,能够尽可能地提高漂流浮标的可靠性,同时基于双系统设计了一种低功耗切换算法。该款漂流浮标系统可在主模块损坏时及时启用备用模块工作,并可对当前电池电量、工作环境状态及模块功能状况进行处理分析,根据分析结果实现对系统未来工作模式的决策,系统功耗降低了20%,同时实现了漂流浮标系统的长时序高效观测。

一种海洋环境监测无人船系统及其海洋应用

无人船是一种新型的无人多功能海洋监测平台,能够以遥控或自动方式完成连续性海洋参数测量。针对湖泊和近海的海洋环境监测,自主研发了一种双体双推进式无人船系统"USBV"。利用该无人船系统,搭载信标差分GPS、单波束测深仪和CTD(温盐深仪),于2014-10-11在连云港当路水库和连岛海域,开展了水深、温度和盐度的自动航行监测。通过分析无人船的自动航行性能和深度、温度与盐度的测量结果,验证了无人船"USBV"用于海洋环境监测的自动性和可行性。

高频地波雷达的发展与应用现状分析

高频地波雷达作为一种新兴的海洋探测设备,相比传统观测方式,具有大范围、全天候、低成本等优点,因而在世界各地得到了广泛使用,并在近海海洋环境监测中发挥了重要的作用。首先介绍了高频地波雷达探测海洋环境的基本原理,然后概述了阵列式和紧凑便携式两类高频地波雷达的国内外研究现状,接着介绍了高频地波雷达在海洋环境探测中的应用,最后分析了我国与世界发达国家在高频地波雷达海洋环境探测领域的差距并提出了改进建议。

基于单片机的海洋环境监测系统的控制电路设计

设计并实现了一种基于C8051F340单片机的节能型自治式多功能海洋环境监测系统的控制电路。该电路利用模块化设计方法,通过合理选用器件和设计器件的工作模式,使控制电路具有低功耗、高可靠的特点。实验表明,该控制电路实现了潜标式主浮体对浮标式搭载平台的实时控制,同时实现了浮标搭载平台单向下潜、定点测量、自由上浮、自动避碰等状态的控制,方法简单新颖,实现了对海洋要素的长期连续观测。

波浪驱动式海洋要素垂直剖面持续测量搭载系统

新型海洋要素观测平台能够提升人类对海洋进行持续现场监测的能力。设计并实现了一种借助于波浪能量进行驱动的海洋要素垂直剖面测量搭载系统。对系统的总体构成与工作原理、各部件的设计制作过程、以及系统海试的情况作了论述。海试结果表明,系统设计初步达到了预期的目的,实现无人值守情况下对海洋要素垂直剖面的持续长期观测。

自治式海洋环境监测系统的节能传动装置研究

研制了一种新型的不受恶劣天气及过往船只影响的海洋剖面测量系统。该系统采用双浮体耦合技术,以定点锚泊潜标为水体中层平台,以体积较小的仪器浮标进行垂直剖面测量,两浮体通过机电缆进行耦合通信。根据声呐传来的信息,按预先设定的程序,当海表面没有船只过往时,搭载传感器的浮标上升到海面,一旦完成测量,浮标即下潜到水下安全距离。系统长期工作,即使每天测量一次,所需能量也是巨大的。为此基于能量守恒原理设计了一种节能传动装置,将上升过程中的一部分能量储存起来,用于拉动浮标下降。和以往分层测量的定点剖面测量系统相比,该系统更具有先进性和经济性。

无人船系统应用于水库水样离岸采集——以棘洪滩水库为例

水库水质监测是水库水质评价的重要依据,通常需要现场采水样后带回实验室进行检测与分析。然而一些特殊情况下,例如库区无船、情况复杂等,只能获得沿岸水样,导致水质监测结果无法代表水库整体水质质量。本文针对水库的水样离岸采集,基于自研发的无人船系统,设计集成了采水泵,并利用无人船位点跟踪技术,实现了远距离定点遥控采水样功能。在青岛棘洪滩水库,利用该系统,设置了两个采样点(离岸50 m和离岸1300 m),并成功获取了水样。在实验室内,利用分光光度计、离子色谱仪、电感耦合等离子体质谱仪等设备,完成了所采集水样的水质分析。实验结果表明,无人船应用于水库水样离岸采集具有可行性、实用性。

船载超声波测风系统设计与研究

设计了可应用于船载条件下风速风向测量系统,该系统基于超声波传播时间差法原理,并采用由陀螺仪、加速度计和磁力计组成,全球导航卫星系统辅助的低成本微型组合导航技术来测量风速风向。硬件设计方面搭建了以STM32F4xx和可编程逻辑器件为核心的船载测风硬件系统,软件设计中通过编程实现对测量数据的采集和分析处理。该系统可实现船载海洋环境风速风向参数的智能化采集、管理及发布,具有广泛的应用前景和较高的应用价值。

基于S2000光谱仪的小型海面高光谱辐射计的研制

将普通的小巧型S2000光谱仪组装改造成用于海面测量的高光谱辐射计,安装在船只等移动平台上进行原位测量,可以获得向下辐照度和向上辐亮度的实验数据。阐述了整体设计思路,说明了其光路结构,光学采集单元分为光谱辐照度光学探头和光谱辐亮度光学探头。叙述了通过机械结构的调整来更准确地测量离水辐亮度,并给出了基于计算机进行显示和存储的编程软件。此系统获得的试验测量结果可以为海洋学研究提供充分的现场光学数据,有一定的实用价值。

自治式海洋环境监测系统的低功耗设计

针对海洋环境监测系统中供电电池组有限储能与仪器长期工作之间的矛盾,进行了自治式海洋环境监测系统的低功耗研究。从节能降耗、充分利用水体能源出发,将定点锚泊潜标和浮标技术相结合,采用双浮体技术,基于能量守恒,研制了一种储能型的传动装置;在分析了影响系统功耗的各种因素的基础上,对单片机数据采集控制存储系统进行了低功耗设计,为海洋环境监测系统长期在位作业提供了有力的能源保证,很好地解决了海洋环境监测系统的能源供应问题,使得该系统可以依靠单一的传感器组完成深达55 m以上的水体次表层海洋要素的长期连续垂直剖面观测。

多摇板造波水池中二维规则波的实现

海洋模拟水池用于产生各种波浪，以评价海上钻采平台的可靠性。在石油大学建立的多摇板造波水池中研究了模拟二维规则波的方法。该水池有４０个摇板，每个摇板通过链条由一个直流伺服电机驱动。电机正、反向转动，带动摇板前后摆动，在水池中产生波浪。控制电机按某种规律运行，在水池中就得到了二维规则波。

海洋平台单列群桩效应的研究

主要研究具有大直径d（2.134m）、深贯入 l（96m）、小桩距 Sa（3.507m,其桩间距 Sa与桩径 d之比仅为 1.643）,而且桩数少（仅为一列,共2根桩）等显著特点的某海洋气田平台桩基群桩的竖向承载力的超群桩效应。现有的多种相关规范,并没有涉及到本文所述特殊条件下单列群桩竖向承载力的分析计算。因此,考虑管桩内土塞的闭塞效应,采用线弹性理论、港口工程群桩承载力折减系数法、建筑桩基规范法以及凭借已有模型试验结果进行计算等几种方法来分析该群桩竖向承载力的超群桩效应。通过进一步分析,总结出分析该类群桩效应问题较为实用的方法,以期对工程实践提供参考。

测量船电视监视系统的作用与技术实现

阐述中大型测量调查船配置电视监视系统的特别意义和用途,根据实际组建电视监视系统的经验,介绍了系统的关键技术、难点及技术实现方法。

气象水文自动观测系统在石油平台的研究与应用

本文介绍了气象水文自动观测系统在石油平台的研究与应用。系统采用ＡＤＣＰ剖面海流计、Ｓ４浪流潮仪等先进传感器。设计了先进的ＰＣ／１０４总线采集设备，采用Ｉｎｍａｒｓａｔ－Ｃ卫星传输方式，获得了大量宝贵的实时观测资料以及存储资料。

WaMos波浪监测系统研究与应用

WaMos(Wave Monitoring System)波浪监测系统是当前用于遥测海况及表面流场的最先进仪器之一。文章简要介绍了WaMos波浪监测系统的软硬件结构及数据产品,利用C#语言对极坐标文件进行了解码读取,为进一步研究基于X波段航海雷达资料的海况及表面流场参数反演提供了参考信息。

电子罗盘应用于无人船测向的IIR滤波性能分析

测向是无人船自动控制所需的一项重要数据,然而其通常会受到自身精度、航向突变和环境等影响,目前准确的动态测向还存在一定困难。针对所研发无人船的转向特性,在实验室内通过HMR3000电子罗盘转动实验模拟了无人船常规和极端两种转动情况,选择不同的滤波参数分析了IIR滤波特性,最后获得适用于本无人船的测向滤波参数。在无人船的湖试中,基于该电子罗盘的航向自动跟踪控制效果良好。实验结果验证了该滤波参数选择的正确性,可用于无人船的最佳滤波。

海洋导管架平台抗震可靠性分析方法

以渤海湾的两座典型海洋导管架平台为研究对象，运用非线性逐步破坏分析方法，提出了在环境荷载作用下海洋导管架平台结构抗震可靠性的分析方法，并计算了相应的可靠度．计算与分析结果表明，本例的海洋导管架平台的抗震可靠度较大，即失效概率很小，而且该分析方法是一种较为简单、实用和可靠的分析方法．

海洋平台结构系统的疲劳可靠性研究

本文综合运用概率统计学理论、结构的疲劳损伤机理和失效树理论，提出了可通用于各类海洋平台结构系统疲劳可靠性评价的误差截断分析法，通过海洋平台实例验证了方法的通用性和可靠性。

渤海导管架平台桩柱冰压力随机过程模型及其参数确定

首先分析了冰压力随机过程的特征及其产生机理，从而按冰的破坏形式将冰压力随机过程分为挤压破坏过程、屈曲破坏过程和弯曲破坏过程。从渤海海冰对平合桩柱作用大量实测冰压力曲线中选取３７条典型的冰挤压破坏时程曲线，经谱分析确定了相应冰压力随机过程的谱密度及其谱参数；进一步经统计分析，建立了谱参数与冰厚的关系；在此基础上，建立了绕圆桩柱的冰压力随机场模型，并利用大量实测数据，经统计回归分析，确定了场函数的具体表达形式，由此用冰压力随机场可以容易地确定圆桩柱的总冰压力随机过程及其谱密度。