CN207164267U - 一种浅海区海底高精度重力测量*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种浅海区海底高精度重力测量***，属于重力测量领域，装置包括工作船、海底重力仪***和导航***；海底重力仪***包括船上操控***、重力仪，船上操控***位于工作船上，船上操控***通过通讯电缆与重力仪连接；导航***包括GPS***、星站卫星差分***和超短基线声学定位***，GPS***用于对工作船进行行驶导航，星站卫星差分***用于进行水上三维定位，超短基线声学定位***用于进行水下三维定位；工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控***、绞车、星站卫星差分***和超短基线声学定位***连接。本实用新型的技术方案大大提高了海底重力测点定位精度，可满足重力规范不大于±10米的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种浅海区海底高精度重力测量***，具体涉及0～200m水深海底高精度重力测量***，属于重力测量领域。
背景技术
目前，浅海区海底高精度重力测量***仅利用GPS进行水上平面定位，未能进行水下平面定位，重力仪在水中由于受海流冲击会发生偏移，水深越深，偏移越大，定位精度越差。本单位曾公开了中国专利文件“一种超浅海域海底高精度重力测量***，申请号201620485470.6”，提供了一种超浅海域海底高精度重力测量***，但该方案仅适用于50米以内的超浅海域高精度重力勘探，当水深超过50米时，其定位精度不能满足重力规范不大于±10米的精度要求。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种浅海区海底高精度重力测量***。
本实用新型的技术方案如下：
一种浅海区海底高精度重力测量***，包括工作船、海底重力仪***和导航***；
海底重力仪***包括船上操控***、重力仪，船上操控***位于工作船上，船上操控***通过通讯电缆与重力仪连接；重力仪在工作时沉入海底；
导航***包括GPS***、星站卫星差分***和超短基线声学定位***，GPS***的定位精度较差，所以GPS***用于对工作船进行行驶导航，将浅海重力测点理论平面坐标输入到GPS***中后，引导工作船到达重力测量点位；星站卫星差分***的定位精度高，但导航功能差，星站卫星差分***用于进行水上三维定位，超短基线声学定位***用于进行水下三维定位；
工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控***、绞车、星站卫星差分***和超短基线声学定位***连接。
根据本实用新型优选的，超短基线声学定位***包括光纤惯性导航***、声学换能器和声学应答器，光纤惯性导航***、声学换能器位于工作船上，声学应答器位于重力仪上。
进一步优选的，声学换能器位于工作船船头底部。以缩短与重力仪的距离，实现重力仪与超短基线声学定位***联为一体。
进一步优选的，光纤惯性导航***通过通讯电缆与星站卫星差分***、声学换能器连接。
进一步优选的，声学应答器位于重力仪上方的中心轴线上。增加水下三维定位的精确度。
声学换能器发射声波信号至声学应答器，声学应答器接在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号回到声学换能器，响应信号经由通讯电缆经数据采集处理，依据测量声学应答器的距离和方位，解算出声学应答器相对于船载声学换能器三维空间海底位置的坐标，最后通过相对位置和声学换能器的GPS坐标换算出声学应答器的大地坐标，以达到实时定位的目的。使用星站卫星差分***进行水上三维定位，并结合超短基线声学定位***进行海底重力测点三维定位，定位精度可满足高精度重力测量规范要求。
根据本实用新型优选的，重力仪包括调平装置、密封仓、配重框架，配重框架置于重力仪外侧，船上操控***通过通讯电缆与调平装置、密封仓连接。
海底重力仪必须在水平状态下才能正确测量读数，重力仪沉入海底后需先进行调平工作。重力仪内置调平装置，可在坡度小于25°的倾斜状态下对重力仪进行调平操作，保证重力仪处在水平状态下读数。海底重力仪调平装置主要由垂直相交的X、Y两个方向伺服电机组成，工作时，X方向伺服电机先将重力仪调至X方向水平状态，然后Y方向伺服电机将重力仪调至Y方向水平状态，调平装置将重力仪调平至±20弧秒内，从而保证重力仪总体达到水平状态。
密封仓的作用主要有2方面：⑴.隔绝海水对重力仪电子元件及电路的浸泡；⑵.克服海水流动对重力仪灵敏***的振动干扰，从而形成稳定的重力测量***。密封仓由上、下两个半球型密封罩通过支撑环连接为球型，球体直径80cm，密封罩及支撑环为合金材质，具防海水腐蚀能力。上、下两密封罩间垫有O型橡胶密封圈，以保证在浅海海域(200m水深内)不漏水。
在密封仓外部设计了配重框架，为了减小重力仪受海流的冲击影响，配重框架为不锈钢管材料，可根据海流大小在框架底部增加配重，以提高重力仪测量稳定性。
船上操控***通过通讯电缆与重力仪核心内各感应器连接，实现在船上对海底重力仪进行各项遥控操作，主要有：⑴海底重力仪通电后，船上操控***自动对重力仪进行加热，以保证重力仪石英弹簧灵敏***处于恒温状态下正常测量读数。⑵实现对海底重力仪进行调平操作及测量读数。测量过程中可实时监测海底重力仪X、Y方向倾斜情况和读数情况，从而监控测量数据质量。⑶为了检查密封仓是否漏水，船上操控***实时进行密封仓漏水监测，当密封仓漏水时操控***发出报警信号，以便及时进行处理。
利用上述浅海区海底高精度重力测量***进行重力测量的工作流程如下：
(1)利用GPS***的导航功能引导工作船到达重力测量点位；
(2)利用绞车将重力仪沉入海底；
(3)通过船上操控***对重力仪进行调平，然后测量读数；
(4)重力仪进行重力测量的同时，利用星站卫星差分***测定重力测量点坐标；
(5)重力仪读数的同时利用超短基线声学定位***进行水深测量并记录，以进行重力异常布格改正；(该改正是取得水深数据后，在电脑上利用EXCEL进行数据改正的，属于后期数据改正过程)
(6)读数完毕后，关闭重力仪，将重力仪起吊到工作船上。
水深小于4m海域，采用吃水浅的小船作为工作船，采用小功率发电机作为供电装置，使用1.2kw卷扬机将重力仪沉入水底进行测量。卷扬机采用普通镀锌钢缆进行重力仪吊装，采用4芯电缆进行重力仪供电和通信。
水深大于4m海域，采用400马力大船，使用10kw三相发电机作为供电装置，利用液压绞车将海底重力仪沉入海底进行测量，液压绞车采用7芯镀锌钢丝铠装电缆，以实现吊装、供电和通信功能。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型的技术方案提出了利用超短基线声学定位***进行水下重力仪定位，大大提高了海底重力测点定位精度，形成了定位及测量功能完善的海底高精度重力测量***，在200米水深以内的浅海域，定位精度可满足重力规范不大于±10米的要求，因此可应用于0-200米水深浅海区海底高精度重力测量。且由于星站卫星差分***和超短基线声学定位***的引入，实现了海底重力测点水上和水下实时三维定位，从而不再需要设立验潮站进行验潮工作，改进了工作方法，减少了工作环节，提高了重力异常精度。
附图说明
图1为本实用新型浅海区海底高精度重力测量***示意图；
其中：
1-1、GPS***，1-2、GPS***天线，1-3、星站卫星差分***，1-4、星站卫星差分***天线；1-5、光纤惯性导航***，1-6、声学换能器，1-7、声学应答器；
2、工作船，2-1、发电机，2-2、绞车；
3-1、船上操控***，3-2、重力仪，3-3、配重框架；
4、海面，5、海底。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种浅海区海底高精度重力测量***，包括工作船2、海底重力仪***和导航***。
海底重力仪***包括船上操控***3-1、重力仪3-2，船上操控***3-1位于工作船2上，船上操控***3-1通过通讯电缆与重力仪3-2连接，重力仪在工作时沉入海底。重力仪核心为无静电石英熔凝弹簧结构灵敏***，从而保证了重力仪的高灵敏度。重力仪测量范围达8000×10-5m/s2，可覆盖全球读数，该仪器可在±200弧秒内的倾斜状态下读数。
导航***包括GPS***1-1、星站卫星差分***1-3和超短基线声学定位***，GPS***的定位精度较差，所以GPS***用于对工作船进行行驶导航，将浅海重力测点理论平面坐标输入到GPS***中后，引导工作船到达重力测量点位，GPS***1-1上方的GPS***天线1-2是GPS***的组成部分，起接收卫星信号的作用。星站卫星差分***的定位精度高，但导航功能差，星站卫星差分***用于进行水上三维定位，星站卫星差分***1-3上方的星站卫星差分***天线1-4是星站卫星差分***的组成部分，起接收卫星信号的作用。超短基线声学定位***用于进行水下三维定位；超短基线声学定位***包括光纤惯性导航***1-5、声学换能器1-6和声学应答器1-7，光纤惯性导航***1-5、声学换能器1-6位于工作船2上，声学应答器1-7位于重力仪3-2上，光纤惯性导航***1-5通过通讯电缆与星站卫星差分***1-3、声学换能器1-6连接。
光纤惯性导航***为法国IXSEA公司生产的OCTANS-5光纤惯性导航***，声学换能器、声学应答器为美国EDGETECH公司生产的BATS 4213型声学换能器、BATS 4380型声学应答器。超短基线声学定位***替代了压力传感器的作用。
工作船2上设有供电装置和绞车2-2，本实施例供电装置为发电机2-1，供电装置通过供电电缆与船上操控***3-1、绞车2-2、星站卫星差分***1-3和超短基线声学定位***的光纤惯性导航***1-5连接。绞车的作用是工作中匀速平稳提升或牵引海底重力仪，保障重力仪移动准确及安全；供电装置的作用为海底重力测量***各用电仪器设备供应和输送电力；工作船的作用为海底重力测量及仪器设备放置提供平台。
船上操控***通过通讯电缆与重力仪核心内各感应器连接，实现在船上对海底重力仪进行各项遥控操作，主要有：⑴海底重力仪通电后，船上操控***自动对重力仪进行加热，以保证重力仪石英弹簧灵敏***处于恒温状态下正常测量读数。⑵实现对海底重力仪进行调平操作及测量读数。测量过程中可实时监测海底重力仪X、Y方向倾斜情况和读数情况，从而监控测量数据质量。⑶为了检查密封仓是否漏水，船上操控***实时进行密封仓漏水监测，当密封仓漏水时操控***发出报警信号，以便及时进行处理。
利用上述浅海区海底高精度重力测量***进行重力测量的工作流程如下：
(1)利用GPS***的导航功能引导工作船到达重力测量点位；
(2)利用绞车将重力仪沉入海底；
(3)通过船上操控***对重力仪进行调平，然后测量读数；
(4)重力仪进行重力测量的同时，利用星站卫星差分***测定重力测量点坐标；
(5)重力仪读数的同时利用超短基线声学定位***进行水深测量并记录，以进行重力异常布格改正；(该改正是取得水深数据后，在电脑上利用EXCEL进行数据改正的，属于后期数据改正过程)
(6)读数完毕后，关闭重力仪，将重力仪起吊到工作船上。
实施例2：
一种浅海区海底高精度重力测量***，其结构如实施例1所述，所不同的是，声学换能器位于工作船船头底部。以缩短与重力仪的距离，实现重力仪与超短基线声学定位***联为一体。
实施例3：
一种浅海区海底高精度重力测量***，其结构如实施例2所述，所不同的是，声学应答器位于重力仪上方的中心轴线上。增加水下三维定位的精确度。
声学换能器发射声波信号至声学应答器，声学应答器接在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号回到声学换能器，响应信号经由通讯电缆经数据采集处理，依据测量声学应答器的距离和方位，解算出声学应答器相对于船载声学换能器三维空间海底位置的坐标，最后通过相对位置和声学换能器的GPS坐标换算出声学应答器的大地坐标，以达到实时定位的目的。使用星站卫星差分***进行水上三维定位，并结合超短基线声学定位***进行海底重力测点三维定位，定位精度可满足高精度重力测量规范要求。
实施例4：
一种浅海区海底高精度重力测量***，其结构如实施例1所述，所不同的是，重力仪包括调平装置、密封仓、配重框架，配重框架置于重力仪外侧，船上操控***通过通讯电缆与调平装置、密封仓连接。
Claims (6)
1.一种浅海区海底高精度重力测量***，其特征在于，包括工作船、海底重力仪***和导航***；
海底重力仪***包括船上操控***、重力仪，船上操控***位于工作船上，船上操控***通过通讯电缆与重力仪连接；
导航***包括GPS***、星站卫星差分***和超短基线声学定位***，GPS***用于对工作船进行行驶导航，星站卫星差分***用于进行水上三维定位，超短基线声学定位***用于进行水下三维定位；
工作船上设有供电装置和绞车，供电装置通过供电电缆与船上操控***、绞车、星站卫星差分***和超短基线声学定位***连接。
2.根据权利要求1所述的浅海区海底高精度重力测量***，其特征在于，超短基线声学定位***包括光纤惯性导航***、声学换能器和声学应答器，光纤惯性导航***、声学换能器位于工作船上，声学应答器位于重力仪上。
3.根据权利要求2所述的浅海区海底高精度重力测量***，其特征在于，声学换能器位于工作船船头底部。
4.根据权利要求2所述的浅海区海底高精度重力测量***，其特征在于，光纤惯性导航***通过通讯电缆与星站卫星差分***、声学换能器连接。
5.根据权利要求3所述的浅海区海底高精度重力测量***，其特征在于，声学应答器位于重力仪上方的中心轴线上。
6.根据权利要求1所述的浅海区海底高精度重力测量***，其特征在于，重力仪包括调平装置、密封仓、配重框架，配重框架置于重力仪外侧，船上操控***通过通讯电缆与调平装置、密封仓连接。
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