CN211196528U - 一种近海表层漂流观测浮标 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种近海表层漂流观测浮标，包括浮标壳体、电池组件、压载重物、控制***以及温度传感器，浮标壳体的上部设置有用于容纳控制***的腔室，浮标壳体的中部设置有用于容纳电池组件的腔室，浮标壳体的下部设置有用于容纳压载重物的腔室，压载重物的下部设置有磁性开关，浮标壳体的外侧底部设置有温度传感器，温度传感器连接到存储器，并且所述控制***包括存储器，存储器用于存储浮标的漂流轨迹数据。该近海表层漂流观测浮标的结构稳定，能够适应海上天气、海流等复杂因素的变化，并且具有成本低廉、通讯费用低、尺寸小巧以及投放方便等特点，适合应用于近岸港湾和陆架浅海等应用场景。

Description

一种近海表层漂流观测浮标

技术领域

本实用新型属于海洋资料监测领域，具体涉及一种近海表层漂流观测浮标。

背景技术

海洋表层漂流浮标是依照海洋调查、环境监测等需要而逐步发展起来的一种小型海洋观测浮标。漂流浮标布放后随表层海流自由漂移，依靠卫星定位获取自身经纬度，通过卫星或蜂窝网络等通讯方式将追踪数据传送至地面接收端。部分漂流浮标加装了各类传感器，可自动采集并传送海洋水文气象等要素的观测数据。漂流浮标有体积小、重量轻、便于投放、不受人为限制等特点，可在海洋中连续工作几个月至两年，适用于海流和海水输运观测、海气相互作用研究、自然灾害和突发性环境污染调查等诸多方面(Lumpkin et al.,2017)。

漂流浮标技术始于20世纪50年代初，最初由美国主导研制。地球极轨卫星和同步卫星的应用为全球海洋环境监测的发展奠定了基础。70年代以后，ARGOS(卫星定位与数据传输)***为大规模的海面漂流浮标提供了定位及数据传输支持。后续随着GPS***的普及和精度提高，GPS模块成为漂流浮标定位功能的标配。随着卫星和地面多种通讯技术的发展，铱星、全球星、我国的北斗***、乃至普通手机蜂窝网络也陆续在不同的应用中替代ARGOS***承担数据通讯的功能。

在应用海区方面，漂流浮标主要分为大洋型和近岸型两个种类，每个种类又有不同的设计构型。大洋型一般在开阔深海区使用，采用较大的水帆减少表层浮体受海面风力的影响。近岸型由于受到地形和人造设施等因素的限制，标体设计比较短小，可以集中测量表层1～2米的海流等要素。20世纪80年代，在国际TOGA(Tropical Ocean and GlobalAtmosphere)项目和SVP(Surface Velocity Program)项目的框架下，结合了当时多种大洋型漂流浮标设计的优点，研发出一种标准化的SVP漂流浮标(Sybrandy et al.,1992)，采用球形表层浮体和中空的圆柱水帆，在全球大洋中进行了大规模的应用。后续，CODE(CoastalOcean Dynamics Experiment)项目为满足近岸海区的应用需求，设计出Davis近岸型漂流浮标(Davis,1985)，采用圆柱标体和十字型水帆，整个浮标仅有天线和小浮体露出水面，追踪和观测表层1m以内的海流。在近年的Grand Lagrangian Deployment项目中，一种新型的LASER漂流浮标研发成功，其具有成本低、组装和投放简易、可生物降解等优点，在墨西哥湾溢油事件的后续处理中得到了大规模的应用(Olascoaga,2013)。

在我国的近岸海区、陆架海区和边缘海，已经有较多的漂流浮标应用和研究成果。Chang et al.(2010)利用台湾周边海区多个台风路径上的漂流浮标资料，揭示出海表流场对于不同强度的台风强迫有差别很大的流速变化响应。Qiu et al.(2011)利用南海东北部和台湾海峡将近20年的110个漂流浮标轨迹分析了台湾海峡的表层流场。Li et al.(2011)在南海北部中尺度涡的研究中分析了576个漂流浮标的历史数据，总结了气旋涡和反气旋涡的特征要素和区域分布规律。李峣等(2012)根据在北黄海投放的漂流浮标轨迹及其数值模拟，较准确地给出2010年大连溢油事件期间该海区的流场运动趋势。吉会峰等(2013)通过漂流浮标实测数据与同步地波雷达反演的海流进行了比对分析。

我国对于海洋漂流浮标的应用和研究成果涉及多个领域，其中以卫星追踪的大洋型漂流浮标应用居多，基于岸基蜂窝网络的近岸型漂流浮标应用较少。然而大洋型漂流浮标无法适应近岸或港湾海区的复杂地形，不容易在近岸海区大规模的使用；且卫星通讯设备的硬件价格较高、通讯服务费价格也较高，限制了普通用户大批量的应用的需求。考虑到我国通讯技术和物联网行业的不断发展，可以充分利用普通蜂窝网络在近海的覆盖范围，改进和开发出价格低廉、适合中国近海海区使用的漂流浮标，并进行大规模的应用。

目前我国的近岸型漂流浮标，尽管设计尺寸小巧、能够适应近岸港湾复杂地形、硬件价格低廉、通讯服务费用低廉，但其相对于卫星追踪的大洋型漂流浮标具有明显的缺点，即应用海区范围受到手机蜂窝网络覆盖范围的严格限制，主要限制于港湾、近岸海区、离岸距离一般不超过10～30km。因此，我国的近岸型漂流浮标应用案例较少，规模较小，仅能解决局部海区的使用需求。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本申请提出了一种近海表层漂流观测浮标，在该浮标不处于信号覆盖范围内时，会将采集的数据自动缓存至存储器中，当浮标再次漂流至通讯基站覆盖的海区时，则会将所有缓存数据发回岸基基站服务器，扩大了该浮标的应用范围。

本申请的实施例提出了一种近海表层漂流观测浮标，包括浮标壳体、电池组件、压载重物、控制***以及温度传感器，浮标壳体的上部设置有用于容纳控制***的腔室，浮标壳体的中部设置有用于容纳电池组件的腔室，浮标壳体的下部设置有用于容纳压载重物的腔室，压载重物的下部设置有磁性开关，浮标壳体的外侧底部设置有温度传感器，温度传感器连接到存储器，并且所述控制***包括存储器，存储器用于存储浮标的漂流轨迹数据。该近海表层漂流观测浮标的结构稳定，能够适应海上天气、海流等因素变化，并且具有成本低廉、通讯费用低以及投放方便等特点。

优选的，浮标壳体的形状为圆柱形，浮标壳体的直径为10cm，高度为25cm，浮标壳体露出水面的高度为2-3cm。浮标壳体的尺寸设计小巧，整个浮标仅有小部分露出水面，可以更好地集中测量表层1～2米的海流水质等数据。

优选的，浮标壳体的外侧底部设置具有防水功能的开关。浮标长期处于海水中，防水开关的设置可以更好的防止浮标漏电，以及被海水腐蚀，进而延长浮标的使用寿命。

优选的，浮标壳体的中部设置有可变容积电池舱，以根据需要容纳不同容量的电池组件。电池舱采用可变容积设计，用于根据实际不同的观测方案需求进行调整，电池组件为整个***进行供电。

优选的，控制***还设置有GPS模块、GPRS模块以及控制模块。GPS模块用于接收全球GPS***的卫星信号，可以更好地确定浮标的位置，GPRS模块与岸基通讯基站进行无线网络通讯，发送浮标的观测数据至岸基服务器，并且可以接收来自岸基服务器的运行指令。

优选的，GPS模块、GPRS模块以及存储器分别与控制模块通信连接。控制模块用于控制以及协调各个功能模块，使浮标可以更好的运行工作。

优选的，浮标设置有触发开关，触发开关被设置为在浮标的定位位置超出一定范围内触发控制***将定位数据存储到存储器中。存储器主要用于存储观测到的海洋水体数据，存储器在GRPS模块的无线网络通讯暂时失效的情况下，将观测数据进行缓存，当GPRS模块的无线网络通讯恢复后，存储器重新发送数据至GPRS模块。

优选的，浮标采用网络授时和GPS授时双重时间记录。同时采用两种时间记录方式，可以保证观测时间的准确性。

优选的，浮标的采样间隔时间被设置为5min。浮标的采样间隔时间可以根据实际不同的观测方案需求进行设置，以适应不同的海区观测环境。

本实用新型提出了一种近海表层漂流观测浮标，主要包括浮标壳体、控制***以及温度传感器等部件。该漂流浮标针对传统的近岸型浮标进行技术改进，在储存器中增加自动缓存模块，以及加入自动缓存补发的算法，并提高电池容量，以延长浮标的运行周期。该漂流浮标在近岸通讯基站网络覆盖的海区范围内与传统浮标工作方式相同，但当浮标漂流出信号覆盖范围之后，会将采集的数据暂时缓存至存储器中，当浮标再次漂流至通讯基站覆盖的海区时，会将所有的缓存数据发回岸基基站。由于我国海岸线漫长，周边海流以沿岸流为主，浮标在离开海岸通讯基站的覆盖范围后，仍然有很大的机会随着沿岸流再次回到通讯范围之内。因此本发明将传统漂流浮标的应用范围从近岸和港湾，扩展到了近海和陆架范围。本实用新型的近海表层漂流观测浮标具有结构稳定、成本低廉、通讯费用低、尺寸小巧以及投放方便等特点，能够适应海上天气、海流等不同因素的变化，并且该浮标具有自动缓存补发的功能，使其不再完全依赖于无线网络通讯，很大程度的扩展了该类浮标的应用范围，适合在中国近海和陆架海区大规模的应用。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是本实用新型的实施例的浮标的正视图；

图2是本实用新型的实施例的浮标的***结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合附图1对本实用新型作详细的介绍，本实用新型的一种近海表层漂流观测浮标，包括浮标壳体1、电池组件3、压载重物4、控制***2以及温度传感器6，浮标壳体1的上部设置有用于容纳控制***2的腔室，浮标壳体1的中部设置有用于容纳电池组件3的腔室，浮标壳体1的下部设置有用于容纳压载重物4的腔室，压载重物4的下部设置有磁性开关5，浮标壳体1的外侧底部设置有温度传感器6，温度传感器6连接到存储器23，并且所述控制***2包括存储器23，存储器23用于存储浮标的漂流轨迹数据。该近海表层漂流观测浮标的结构稳定，能够适应海上天气、海流等因素变化，并且具有成本低廉、通讯费用低以及投放方便等特点。

在具体的实施例中，浮标的外壳采用耐水压、耐腐蚀的材料，浮标壳体1的形状设计为圆柱形，浮标壳体1的直径为10cm，高度为25cm，浮标壳体1露出水面的高度为2-3cm。浮标壳体1的尺寸小巧，整个浮标仅有小部分露出水面，可以更好地集中测量表层1～2米的海流水质等数据。温度传感器6用于测试海洋水体的温度，以及对表层海流流速和流向的测试，并将温度数据、海流流速数据以及流向数据传输至储存器23中储存。浮标壳体1的外侧底部设置具有防水功能的开关。浮标长期处于海水中，防水开关的设置可以更好的防止浮标漏电，以及防止被海水腐蚀，方便漂流浮标在海上现场的开机和关机。该近岸型浮标主要应用场景为近岸港湾和陆架浅海，因此该浮标外壳设计小巧，且不需安装水帆。

在具体的实施例中，浮标壳体1的中部设置有可变容积电池舱，以根据需要容纳不同容量的电池组件3。电池舱采用可变容积设计，用于根据实际不同的观测方案需求进行调整，电池组件3为整个***进行供电。在优选的实施例中，电池组件3的电池容量可以满足3个月的续航时间。

图2示出了本实用新型的实施例的浮标***结构图，如图2所示，浮标内部的控制***设置有GPS模块21、GPRS模块26以及控制模块22。GPS模块21用于接收全球GPS***的卫星信号，GPS模块21的定位精度为10m，定位时间间隔可以自由设置，可设置为快至1分钟1次的连续高频定位，以更好地确定浮标的位置。GPS模块21将定位数据存储至存储器23中，存储器23将定位数据传输至GPRS模块26。GPRS模块26与岸基通讯基站进行无线网络通讯，发送浮标的观测数据至岸基服务器，以及接收来自岸基服务器的指令。

在具体的实施例中，浮标设置有触发开关，触发开关被设置为在浮标的定位位置超出一定范围内触发控制***2将定位数据存储到存储器23中。存储器23主要用于存储观测到的海洋水体数据，并且具有自动缓存的功能，存储器23在GRPS模块26的无线网络通讯暂时失效的情况下，将观测数据进行自动缓存，当GPRS模块26的无线网络通讯恢复后，存储器23重新发送数据至GPRS模块26。

在具体的实施例中，GPS模块21、GPRS模块26以及存储器23分别与控制模块22通信连接。控制模块22用于控制以及协调各个功能模块，使浮标可以更好的运行工作。控制模块22对存储器23发出指令，将观测数据发送至GPRS模块26。

在具体的实施例中，浮标采用网络授时和GPS授时双重时间记录。同时采用两种时间记录方式，可以保证观测时间的准确性。浮标的采样间隔时间被设置为5min。浮标的采样间隔时间可以根据实际不同的观测方案需求进行设置，以适应不同的海区观测环境。

在具体的实施例中，中国近海沿岸流广泛分布于渤海、黄海、东海和南海北部海区，主要有鲁北沿岸流、苏北沿岸流、浙闽沿岸流、广东沿岸流等。因我国沿岸流系漫长，一般不会离岸折向远海大洋，即使该漂流浮标大部分的漂流时间都在通讯范围之外，只要浮标随着沿岸流系再次经过通讯区域，即可回传全部观测数据。基于此功能，可将漂流浮标的应用范围从基础的沿岸港湾扩展到近海和陆架海区，很大程度地提升了该类型漂流浮标的应用价值。

本申请的实施例提出了一种近海表层漂流观测浮标，主要包括浮标壳体1、控制***2以及温度传感器6等部件。该漂流浮标在近岸通讯基站网络覆盖的海区范围内与传统浮标工作方式相同，但当浮标漂流出信号覆盖范围之后，会将采集的数据自动缓存至存储器23中，当浮标再次漂流至通讯基站覆盖的海区时，会将所有的缓存数据发回岸基基站。由于我国海岸线漫长，周边海流以沿岸流为主，浮标在离开海岸通讯基站的覆盖范围后，仍然有很大的机会随着沿岸流再次回到通讯范围之内。因此本发明将传统漂流浮标的应用范围从近岸和港湾，扩展到了近海和陆架范围。本实用新型的近海表层漂流观测浮标具有结构稳定、成本低廉、通讯费用低、尺寸小巧以及投放方便等特点，能够适应海上天气、海流等不同因素的变化，并且该浮标具有自动缓存补发的功能，使其不再完全依赖于无线网络通讯，很大程度的扩展了该类浮标的应用范围，适合在中国近海和陆架海区大规模的应用。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (9)

1.一种近海表层漂流观测浮标，其特征在于，包括浮标壳体、电池组件、压载重物、控制***以及温度传感器，所述浮标壳体的上部设置有用于容纳所述控制***的腔室，所述浮标壳体的中部设置有用于容纳所述电池组件的腔室，所述浮标壳体的下部设置有用于容纳所述压载重物的腔室，所述压载重物的下部设置有磁性开关，所述浮标壳体的外侧底部设置有所述温度传感器，所述温度传感器连接到存储器，并且所述控制***包括所述存储器，所述存储器用于存储所述浮标的漂流轨迹数据。

2.根据权利要求1所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述浮标壳体的形状为圆柱形，所述浮标壳体的直径为10cm，高度为25cm，所述浮标壳体露出水面的高度为2-3cm。

3.根据权利要求1所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述浮标壳体的外侧底部设置有具有防水功能的开关。

4.根据权利要求1所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述浮标壳体的中部设置有可变容积电池舱，以根据需要容纳不同容量的电池组件。

5.根据权利要求1所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述控制***设置有GPS模块、GPRS模块以及控制模块。

6.根据权利要求5所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述GPS模块、所述GPRS模块以及所述存储器分别与所述控制模块通信连接。

7.根据权利要求5所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述浮标设置有触发开关，所述触发开关被设置为在所述浮标的定位位置超出一定范围内触发所述控制***将观测数据存储到所述存储器中。

8.根据权利要求1所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述浮标采用网络授时和GPS授时双重时间记录。

9.根据权利要求1所述的近海表层漂流观测浮标，其特征在于，所述浮标的采样间隔时间被设置为5min。

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