一种极地锚碇潜标布放系统、方法、存储介质、计算机与流程

1.本发明属于海洋环境检测技术领域，尤其涉及一种极地锚碇潜标布放系统、方法、存储介质、计算机。


背景技术：

2.目前，随着科技的发展和观测技术的进步，人类对于南北极的科学认知不断深入，能够描述及预测一部分南北极海洋环境的变化，但对全球增暖、极地冰消融等南北极变化及其影响的阐释还需要更加深层次的研究和探索。极地核心科学问题作为当前国际热点研究，均需要现场长期定点海洋要素观测数据支撑。极地锚碇潜标具有良好的隐蔽性、稳定性和安全性，是其他观测设备不可替代的，也是水下海洋环境监测系统的重要组成部分，但海上环境多变，潜标结构复杂，尤其是极地冰区环境更加恶劣，潜标系统的布放面临气候条件、船舶情况、水深环境、地质地貌等诸多因素影响，经常发生各种突发情况和问题，导致潜标系统失效，直接影响宝贵的极地观测数据的获取，因此如何在极地环境下实现锚碇潜标安全可靠地布放并保证其正常运行是目前亟需解决的问题。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中在极地环境下无法实现锚碇潜标安全高效地布放，影响了仪器可靠运行。
4.解决以上问题及缺陷的难度为：极地环境特殊，风大浪急尤其是冰情的影响导致潜标的布放是科考船上最具难度的科考作业之一，主要体现在潜标标体长，搭载仪器众多，海洋环境恶劣，潜标布放不仅需要确保各个仪器的性能正常而且需要考虑强度、缆绳内部应力以及扭矩、振动等多因素的影响，潜标的布放是一个复杂的系统性工程。解决以上问题及缺陷的意义为：保障潜标在极地环境下安全可靠地运行，获取高质量的极地海洋环境数据，提高潜标的回收率，降低风险，提高经济性，为解决极地科学问题和航道开发等提供支撑。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种极地锚碇潜标布放系统、方法、存储介质、计算机。
6.本发明是这样实现的，一种极地锚碇潜标布放方法，所述极地锚碇潜标布放方法，包括：
7.步骤一，极地潜标布放前的准备；节省船时，检查疏漏；
8.步骤二，破冰船到达布放点，地形水深测量，人员就位；核实布放环境条件，确保布放点适合潜标布放；
9.步骤三，全水深全剖面的ctd观测；比对和校正仪器获取数据，确保数据质量；
10.步骤四，潜标主体布放，锚碇重块布放；提高布放作业的安全性；
11.步骤五，测距定位，记录相关信息；完成布放作业。确保声学释放器和潜标工作正常，获取潜标准确位置，为潜标回收提供准确位置信息，节省时间。
12.进一步，所述步骤一中，极地潜标布放前的准备具体包括：
13.根据潜标功能和布放的目的确定大致布放海域，根据当地水深、冰情、地形、地貌、地质等历史资料初步确定布放点位置，制定潜标布放方案；提前完成仪器、声学释放器的校准、测试，更换电池，完成仪器的设置；检查潜标搭载的各个仪器状态正常，检查声学释放器状态正常；
14.提前对潜标布放位置的海况、气象资料进行收集，预测海况和气象信息，初步确定布放时间；
15.清理甲板作业面，包括除冰工作，留出足够的布放操作空间；完成极地潜标的组装工作，包括浮球、仪器和缆绳的连接、固定，浮球通过浮球夹板和螺丝按照潜标设计方案固定在缆绳的对应位置，仪器通过专用的夹具固定在缆绳上，或安装于仪器架子中与缆绳连接，各段缆绳之间通过卸扣连接，潜标最底部缆绳与声学释放器连接，声学释放器底部与锚链连接，锚链底部与重块通过卸扣连接，在各连接处加打保护绳结；
16.潜标会做防腐蚀和生物附着处理，包括喷涂防腐涂料，用防水胶缠绕，在易发生电化学腐蚀处加绝缘材料护套或锌块；检查潜标各绳头间的连接，检查各个仪器与缆绳的连接，检查保护绳结是否牢固、合理，检查释放器是否复位；检查绞车、π架、吊机、绞缆机等船载设备的工作状态正常；缆绳每捆打八字结并用绑扎绳固定好，方便布放时节省时间；按潜标结构顺序从顶端开始，将浮球、仪器、打捆的缆绳、释放器、重块在艉甲板作业面依次摆放整齐，潜标最前端靠近艉甲板船舷边，提前将重块用吊机移至艉甲板船舷边并固定，完成布放前的准备。
17.进一步，所述现场冰情判断主要根据14天内的卫星反演冰密集度图以及sar卫星实拍冰图获取信息，结合历史冰情以及船载冰雷达测得数据分析预测。
18.进一步，所述当地水深、地形地貌信息主要根据海图、历史实测资料、船载测深仪和多波束现场观测获得；
19.潜标主体使用缆绳为高强度的迪尼玛纤维绳或凯夫拉纤维绳以及丙纶尼龙绳，底部和重块相连的为不锈钢或镀锌合金锚链；
20.潜标顶端一般加装20m～30m的漂浮绳，漂浮绳材质选用比水密度轻的高强度纤维绳，其上安装直径20cm的泡沫小浮球10个，用于后期潜标回收时方便打捞。
21.进一步，所述步骤二中，破冰船到达布放点，利用多波束获得潜标布放点准确地形地貌和实际水深，确定最终布放点位置，因为水深可能和历史资料有少许误差，根据准确水深确定潜标最上端缆绳长度，通过更换合适长度的缆绳或缆绳打伸缩结调整最上端缆绳长度；
22.在布放点利用船载ctd进行全水深全剖面观测或采用抛弃式观测方式(xctd)进行主要水深剖面观测，获取的数据用于潜标回收后的数据比对和订正。
23.进一步，所述步骤四中，潜标主体布放，锚碇重块布放具体过程为：
24.根据极地潜标缆绳总长度和调查现场气象条件，主要是风和海流，破冰船顶风开到潜标布放点上游距离约等于潜标点水深的位置，以1～2节航速开始布放；
25.首先布放潜标最上端头部浮球、缆绳和仪器，后续缆绳绕缆桩或羊角固定控制布放速度；当布放大型仪器前，船速降低或停船，后端缆绳在羊角处固定，吊机或绞车通过卸扣和释放钩相连，释放钩通过吊带和仪器相连，启动吊机或绞车，把仪器从艉部甲板提升至
海面上，同时仪器用止荡绳防止摇摆幅度过大，接近海面迅速打开释放钩，抽回止荡绳，仪器入水；
26.布放浮球时，在浮球夹板的空隙穿过辅助释放绳，辅助释放绳的一端固定在艉甲板地铃上，另一端由人力拉住，把浮球移到艉甲板船舷边，缓慢松放辅助绳使浮球沿着船舷边慢慢下放，接近水面时迅速抽回辅助绳；
27.布放顺序按照潜标的结构和连接顺序，从顶端开始布放，其次是浮球、缆绳、仪器等潜标主体结构，最后布放潜标尾部重块；
28.重块布放和大型仪器布放类似，包括起吊、止荡、释放钩释放和入水，其中重块前端连接有锚链，锚链上端通过卸扣和圆环与释放器相连，释放器上端与缆绳绳头连接，释放器上端的浮球通过浮球夹板与缆绳连接，起吊时需要吊机和绞车配合将重块和释放器同时吊起，移出艉部甲板至海面上，利用牵引绳将浮球沿着艉甲板滚筒放入水后，抽回牵引绳，控制船速使得缆绳稍微吃力，打开绞车上的释放钩，释放器入水，紧接着锚链跟着入水，待锚链全部入水后，重块接近水面，抽回止荡绳，迅速打开吊机上的释放钩，重块入水；记录重块入水时间和经纬度信息，待重块沉底后，使用甲板单元对声学释放器进行测距并记录。
29.进一步，所述步骤五中，测距定位，记录相关信息具体过程为：
30.关闭船载声学设备，船行驶到距离重块落水点约1海里的三个点进行测距，完成三点定位，确定潜标位置，三点定位中的三点不在一条直线上，每个点与重块落水点的距离约1海里，每点与重块落水点的连线之间的夹角约成120度；操作甲板单元使释放器进入休眠状态，完成潜标布放；观察潜标运行状态，若声学释放器不应答或潜标浮出水面，回收潜标并检查，进入再次布放程序；
31.有冰的情况下，利用破冰船的破冰能力将潜标点附近浮冰压碎，利用破冰船强大的机动能力将冰搅散，此情况适合冰层较薄、冰密集度较低时布放极地浅水潜标，对于极地深水潜标，则更换无冰海域布放或等待无冰窗口。
32.本发明另一目的在于提供一种实施所述的极地锚碇潜标布放方法的极地锚碇潜标布放系统，所述极地锚碇潜标布放系统设置有艉部甲板作业面；
33.艉部甲板作业面上侧安装有绞车，绞车通过钢丝绳与π架上的滑轮连接；
34.艉部甲板作业面左侧安装有折臂吊，艉部甲板作业面右侧固定有重块，重块通过不锈钢锚链与声学释放器连接，声学释放器通过缆绳与浮球连接，缆绳上侧安装有温盐深仪；
35.艉部甲板作业面右侧安装有羊角、地铃、缆桩、大吊机。
36.本发明另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述极地锚碇潜标布放方法包括下列步骤：
37.步骤一，极地潜标布放前的准备；
38.步骤二，破冰船到达布放点，地形水深测量，人员就位；
39.步骤三，全水深全剖面的ctd观测；
40.步骤四，潜标主体布放，锚碇重块布放；
41.步骤五，测距定位，记录相关信息；完成布放作业。
42.本发明另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的极地锚碇潜标
布放方法。
43.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明公开的布放系统包括：破冰船、船载吊机、绞车、π架、吊带、止荡绳、辅助释放绳等。布放方法包括：根据极区冰情、地形、水深等历史资料初步确定潜标布放点位置；完成仪器校准、测试，声学释放器测试，更换仪器、释放器电池，检查工作状态正常；完成潜标布放点海况、气象信息收集、预测；清理甲板作业面，检查绞车等布放系统工作状态正常，按照潜标结构图进行潜标组装；完成潜标布放前的准备。破冰船到达布放点，测量当地精确水深和地形，确定布放点位置，人员就位。进行潜标布放点全水深ctd剖面观测。从潜标顶端逐段布放潜标主体。最后布放锚碇重块。进行三点测距定位，确定潜标准确位置，记录相关信息。释放器休眠，检查潜标运行状态，完成布放作业。在极地环境下，实现了锚碇潜标安全可靠地布放并保证其长时间正常稳定地运行。
附图说明
44.图1是本发明实施例提供的极地锚碇潜标布放系统结构示意图。
45.图2是本发明实施例提供的极地锚碇潜标布放方法流程图。
46.图3是本发明实施例提供的布放流程图。
47.图4是本发明实施例提供的极地潜标结构图。
48.图中：1、绞车；2、折臂吊；3、集装箱；4、π架；5、滑轮；6、温盐深仪；7、浮球；8、羊角；9、地铃；10、缆桩；11、不锈钢锚链；12、重块；13、大吊机；14、艉部甲板作业面；15、声学释放器；16、缆绳。
具体实施方式
49.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
50.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种极地锚碇潜标布放系统、方法、存储介质、计算机，下面结合附图对本发明作详细的描述。
51.本发明提供的极地锚碇潜标布放系统、方法、存储介质、计算机业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的极地锚碇潜标布放系统、方法、存储介质、计算机仅仅是一个具体实施例而已。
52.如图1所示，本发明实施例提供的极地锚碇潜标布放系统中艉部甲板作业面14上侧安装有绞车1，绞车1通过钢丝绳与π架4上的滑轮5连接，艉部甲板作业面14左侧安装有折臂吊2和集装箱3；艉部甲板作业面14右侧安装有重块12，重块12通过不锈钢锚链11与声学释放器15连接，声学释放器15通过缆绳16与浮球7连接，缆绳16上安装有温盐深仪6；艉部甲板作业面14右侧安装有羊角8、地铃9、缆桩10、大吊机13。
53.如图2所示，本发明实施例提供的极地锚碇潜标布放方法，包括：
54.s101：极地潜标布放前的准备。
55.s102：破冰船到达布放点，地形水深测量，人员就位。
56.s103：全水深全剖面的ctd观测。
57.s104：潜标主体布放，锚碇重块布放。
58.s105：测距定位，记录相关信息；完成布放作业。
59.本发明实施例提供的s101中，极地潜标布放前的准备具体包括：
60.根据潜标功能和布放的目的确定大致布放海域，根据当地水深、冰情、地形、地貌、地质等历史资料初步确定布放点位置(经纬度)；制定潜标布放方案。提前完成仪器、声学释放器的校准、测试，更换电池，完成仪器的设置；检查潜标搭载的各个仪器状态正常，检查声学释放器状态正常；
61.提前对潜标布放位置的海况、气象资料进行收集，预测海况和气象信息，初步确定布放时间；清理甲板作业面，包括除冰工作，留出足够的布放操作空间；完成极地潜标的组装工作，包括浮球、仪器和缆绳的连接、固定，浮球通过浮球夹板和螺丝按照潜标设计方案固定在缆绳的对应位置，仪器通过专用的夹具固定在缆绳上，或安装于仪器架子中与缆绳连接，各段缆绳之间通过卸扣连接，潜标最底部缆绳与声学释放器连接，声学释放器底部与锚链连接，锚链底部与重块通过卸扣连接，在各连接处加打保护绳结；
62.潜标会做防腐蚀和生物附着处理，包括金属结构件喷涂防腐涂料或用防水胶带缠绕包裹，在易发生电化学腐蚀处加绝缘材料护套或锌块等。检查潜标各绳头间的连接，检查各个仪器与缆绳的连接，检查保护绳结是否牢固、合理，检查释放器是否复位。检查绞车、π架、吊机、绞缆机等船载设备的工作状态正常。缆绳每捆打八字结并用绑扎绳固定好，方便布放时节省时间。按潜标结构顺序从顶端开始，将浮球、仪器、打捆的缆绳、释放器、重块在艉甲板作业面依次摆放整齐，潜标最前端靠近艉甲板船舷边，提前将重块用吊机移至艉甲板船舷边并固定，完成布放前的准备。
63.现场冰情判断主要根据14天内的卫星反演冰密集度图以及sar卫星实拍冰图获取信息，结合历史冰情以及船载冰雷达测得数据分析预测。
64.当地水深、地形地貌等信息主要根据海图、历史实测资料、船载测深仪和多波束系统现场观测获得。
65.潜标主体使用缆绳为高强度的迪尼玛纤维绳或凯夫拉纤维绳以及丙纶尼龙绳，底部和重块相连的为不锈钢或镀锌合金锚链。
66.潜标顶端一般加装20m～30m的漂浮绳，漂浮绳材质选用比水密度轻的高强度纤维绳，其上安装直径20cm的泡沫小浮球10个，便于后期潜标回收时打捞。
67.本发明实施例提供的s102中，破冰船到达布放点，利用船载多波束系统获得潜标布放点准确地形地貌和实际水深，确定最终布放点位置，因为水深可能和历史资料有少许误差，根据准确水深确定潜标最上端缆绳长度，通过更换合适长度缆绳或缆绳打伸缩结调整最上端缆绳长度。
68.本发明实施例提供的s103中，在布放点利用船载ctd进行全水深全剖面观测或采用抛弃式观测方式布放抛弃式温盐深仪进行主要水深的剖面观测，获取的数据用于潜标回收后的数据比对和订正。
69.本发明实施例提供的s104中，潜标主体布放，锚碇重块布放具体过程为：
70.根据极地潜标缆绳总长度和调查现场气象条件(主要是风和海流)，破冰船顶风开到潜标布放点上游距离约等于潜标点水深的位置，以1～2节航速开始布放，首先布放潜标最上端头部浮球、缆绳和仪器，后续缆绳绕缆桩或羊角固定控制布放速度；当布放大型仪器
前，船速降低或停船，后端缆绳在羊角处固定，吊机或绞车通过钢丝绳、卸扣和释放钩相连，释放钩通过吊带和仪器相连，启动吊机或绞车，调整吊机伸缩臂或π架角度把仪器从艉部甲板提升至海面上，同时仪器用止荡绳防止摇摆幅度过大，接近海面迅速打开释放钩，抽回止荡绳，仪器入水；布放浮球时，在浮球夹板的空隙穿过辅助释放绳，辅助释放绳的一端固定在艉甲板地铃上，另一端由人力拉住，把浮球移到艉甲板船舷边，缓慢松放辅助绳使浮球沿着船舷边慢慢下放，接近水面时迅速抽回辅助绳；布放顺序按照潜标的结构和连接顺序，从顶端开始布放，其次是浮球、缆绳、仪器等潜标主体结构，最后布放尾部重块。重块布放和大型仪器布放类似，包括起吊、止荡、释放钩释放和入水，其中重块前端连接有锚链，锚链上端通过卸扣和圆环与释放器相连，释放器上端与缆绳绳头连接，释放器上端的浮球通过浮球夹板与缆绳连接，起吊时需要吊机和绞车配合将重块和释放器同时吊起，移出艉部甲板至海面上，利用牵引绳将浮球沿着艉甲板滚筒放入水中后，抽回牵引绳，控制船速使得缆绳稍微吃力，绞车和π架配合，打开钢丝绳头上的释放钩，释放器入水，紧接着锚链跟着入水，待锚链全部入水后，重块接近水面，抽回止荡绳，迅速打开吊机挂钩上的释放钩，重块入水。记录重块入水时间和经纬度信息，待重块沉底后，使用甲板单元对声学释放器进行测距并记录。
71.释放钩可为手动式释放钩和电动式释放钩，手动释放钩机械结构简单稳定，成本低，吊钩载荷较大，但操作稍微复杂，释放时需要在拉索上加一根延长绳索，手动在船艉部拉动绳索使吊钩脱扣；电动释放钩结构较为复杂，集合了电磁、电池、电器元件，承载重量范围大，采用无线远程遥控，不需绳索，操作更方便，但成本较高。
72.极地深水潜标主体为较长的缆绳，这也决定了潜标的布放时间长短，一般缆绳紧密缠绕在线辊之上，为了提高效率避免打结，一般采用提前解开缆绳并打八字结的方式布置缆绳，也可采用自动放缆机，将缆绳线辊固定在放缆机上，启动开关，电机带动齿轮旋转进而带动线辊旋转，设置速度为1m/s，视现场海况情况观察缆绳松紧程度调节放缆速度，可以有效提高潜标的布放速度，节省船时，且避免了恶劣海况下手动放缆的危险性。
73.本发明实施例提供的s105中，测距定位，记录相关信息具体过程为：
74.关闭船载声学设备，船行驶到距离重块落水点约1海里的三个点进行测距，完成三点定位，确定潜标位置(三点定位中的三点不在一条直线上，每个点与重块落水点的距离约1海里，每点与重块落水点的连线之间的夹角约成120度)。操作甲板单元使释放器进入休眠状态，完成潜标布放。观察潜标运行状态，若声学释放器不应答或潜标浮出水面，回收潜标并检查，进入再次布放程序。
75.有冰的情况下，利用破冰船的破冰能力将潜标点附近浮冰压碎，利用破冰船强大的机动能力将冰搅散，此情况适合布放冰层较薄、冰密集度较低时的极地浅水潜标，对于极地深水潜标，则更换无冰海域布放或等待无冰窗口。
76.表1北极布放现场记录表
[0077][0078]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0079]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd
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rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0080]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。