一种黄海冷水团观测装置及方法
技术领域
本发明涉及水产养殖和海洋资源开发技术领域，特别是涉及一种黄海冷水团观测装置及方法。
背景技术
我国海洋的养殖水域纬度较低，海洋的上层水体温度较高，海洋冷水性鱼类不适宜在高温下养殖。现阶段冷水鱼养殖靠抽取低温海水养殖，成本较高且养殖规模小。我国黄海海域有十余万平方千米的冷水团，其位于海水表层几十米以下，水质良好，是世界上少有的具备冷水鱼类养殖的优质区域。目前，我国已经针对海洋冷水性鱼类养殖进行了低温海水资源养殖冷水鱼的方法研究，而冷水团的观测技术也亟待解决。
冷水鱼的养殖需要进行冷水团的精准观测，包括水温、水深、营养盐等参数的测量。常见的温盐深测量装置，包括Glider、Argo浮标、AUV水下滑翔机等，这些常见的温盐深测量装置在水下的运动需要使用电能，传统的温盐深测量装置为了省电而配置的传感器采样频率较低，使得现有温盐深测量装置垂向高分辨率观测能力较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种黄海冷水团观测装置及方法，以解决现有温盐深测量装置垂向高分辨率观测能力差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种黄海冷水团观测装置，包括：波浪能剖面浮标、通信收发装置和海水参数采集装置；
所述通信收发装置和所述海水参数采集装置均设置在所述波浪能剖面浮标上；所述波浪能剖面浮标带动所述海水参数采集装置，在海水中进行垂直剖面运动；所述海水参数采集装置用于采集海水的温度、盐度、深度、溶解氧和叶绿素浓度信息，生成海水参数测量数据，并将所述海水参数测量数据发送到所述通信收发装置；所述通信收发装置用于将所述海水参数测量数据发送到上位机。
可选的，所述波浪能剖面浮标具体包括：浮体、上限位块、剖面平台、锚块、下限位块、爬行钢缆；
所述浮体和所述锚块通过所述爬行钢缆连接；所述上限位块和所述下限位块设置在所述爬行钢缆上；所述剖面平台通过所述爬行钢缆穿设在所述上限位块和所述下限位块之间；随着海面波浪的起伏，所述剖面平台在海水中进行垂直剖面运动。
可选的，所述通信收发装置具体包括：中控模块、铱星通信模块、GPS定位模块、水声通信接收模块；
所述中控模块分别与所述铱星通信模块、所述GPS定位模块和所述水声通信接收模块连接；所述中控模块、所述铱星通信模块和所述GPS定位模块设置在所述浮体的内部；
所述水声通信接收模块用于接收所述海水参数测量数据并将所述海水参数测量数据发送到所述中控模块；所述中控模块用于将所述GPS定位模块采集的浮体定位信息和所述海水参数测量数据进行处理生成黄海冷水团水体参数数据，并将所述黄海冷水团水体参数数据通过所述铱星通信模块发送到上位机。
可选的，所述水声通信接收模块具体包括：接收换能器和水声通信接收单元；所述接收换能器与所述水声通信接收单元通过通信线缆连接；所述水声通信接收单元设置在所述浮体的内部与所述中控模块连接；所述接收换能器设置在所述浮体的外部。
可选的，所述通信收发装置还包括：锂电池和第一水密舱；所述锂电池分别与所述中控模块、所述铱星通信模块、所述GPS定位模块和所述水声通信接收模块连接；所述第一水密舱内设置有所述锂电池、所述中控模块、所述铱星通信模块、所述GPS定位模块和所述水声通信接收单元。
可选的，海水参数采集装置具体包括：主控模块、信号采集模块、水参数测量传感器和水声通信发送模块；所述水声通信发送模块包括发送换能器和水声通信发送单元；所述发送换能器和所述水声通信发送单元连接；所述主控模块分别与所述信号采集模块和所述水声通信发送单元连接；所述水参数测量传感器与所述信号采集模块连接；
所述主控模块用于将所述水参数测量传感器采集的所述海水参数测量数据通过所述水声通信发送模块发送到所述通信收发装置。
可选的，海水参数采集装置还包括：电池和第二水密舱；
所述第二水密舱设置在所述剖面平台上；所述主控模块、所述信号采集模块和所述水声通信发送单元设置在所述第二水密舱内；所述第二水密舱上设置有水密接口；所述水参数测量传感器通过所述水密接口与所述信号采集模块连接；所述发送换能器通过所述水密接口与所述水声通信发送单元连接。
可选的，一种黄海冷水团观测方法，包括：
获取黄海冷水团布放水域的水深数据；所述水深数据包括：布放水域的最大水深Depthwater和布放水域的最大潮差Hightide-difference；
根据所述水深数据确定爬行钢缆的长度；所述爬行钢缆长度Length＝Depthwater-Hightide-difference；
随着海面波浪的起伏，剖面平台在海水中进行垂直剖面运动，带动水参数测量传感器采集海水的温度、盐度、深度、溶解氧和叶绿素浓度信息，并生成海水参数测量数据；
所述海水参数测量数据依次经信号采集模块、主控模块、水声通信发送模块以及水声通信接收模块，将所述海水参数测量数据传送到中控模块；同时，GPS定位模块将浮体定位信息传送到所述中控模块，所述中控模块对所述海水参数测量数据和所述浮体定位信息进行处理生成黄海冷水团水体参数数据，并将所述黄海冷水团水体参数数据通过铱星通信模块发送到上位机。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种黄海冷水团观测装置及方法，本发明将通信收发装置和海水参数采集装置均设置在波浪能剖面浮标上，随着海面波浪的起伏波浪能剖面浮标带动海水参数采集装置，在海水中进行垂直剖面运动同时完成对黄海冷水团水体参数的采集，测量装置简单，成本低，从而克服了现有温盐深测量装置成本高，操作复杂的缺陷；由于本发明所提供的观测装置能够随着海面波浪的起伏做垂直剖面运动，从而能够更精确的采集黄海冷水团水体参数，提高垂向高分辨率观测能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的波浪能剖面浮标示意图；
图2为本发明提供的剖面平台结构示意图；
图3为本发明提供的通信收发装置功能框图；
图4为本发明提供的海水参数采集装置功能框图。
符号说明：
1浮体、2上限位块、3剖面平台、4爬行钢缆、5下限位块、6锚块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种黄海冷水团观测装置及方法，以解决现有温盐深测量装置垂向高分辨率观测能力差的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种黄海冷水团观测装置，包括：波浪能剖面浮标、通信收发装置和海水参数采集装置；
所述通信收发装置和所述海水参数采集装置均设置在所述波浪能剖面浮标上；所述波浪能剖面浮标带动所述海水参数采集装置，在海水中进行垂直剖面运动；所述海水参数采集装置用于采集海水的温度、盐度、深度、溶解氧和叶绿素浓度信息，生成海水参数测量数据，并将所述海水参数测量数据发送到所述通信收发装置；所述通信收发装置用于将所述海水参数测量数据发送到上位机。
图1为本发明提供的波浪能剖面浮标示意图，如图1所示，所述波浪能剖面浮标具体包括：浮体1、上限位块2、剖面平台3、锚块6、下限位块5、爬行钢缆4；
所述浮体1和所述锚块6通过所述爬行钢缆4连接；所述上限位块2和所述下限位块5设置在所述爬行钢缆4上；所述剖面平台3通过所述爬行钢缆4穿设在所述上限位块2和所述下限位块5之间；随着海面波浪的起伏，所述剖面平台3在海水中进行垂直剖面运动。
图2为本发明提供的剖面平台结构示意图，如图2所示，剖面平台3可以沿着爬行钢缆4运动，其内部安装有6个轮子的钳式结构，在海面的浮体1下降时剖面平台3抓住爬行钢缆4一块下降，当浮体1随着波浪突然上升时，剖面平台3不动，但相对于爬行钢缆4是向下运动了，因此随着海面波浪的起伏，剖面平台3一步一步向下运动。在爬行钢缆4最下端有下限位块5，当水下剖面浮标走到下限位块5撞击，内部6个轮子被推倒腔体宽敞的上部，轮子与爬行钢缆4完全松开。无法钳住爬行钢缆4，此时剖面平台3依靠自身的浮力进行自由上浮一直到上限位块2，到上限位块2后，内部6个轮子被推到腔体的下部，6个轮子就可以钳住爬行钢缆4，进行下行的爬行运动，反复如此进行剖面运动。
图3为本发明提供的通信收发装置功能框图，如图3所示，所述通信收发装置具体包括：中控模块、铱星通信模块、GPS定位模块、水声通信接收模块；
所述中控模块分别与所述铱星通信模块、所述GPS定位模块和所述水声通信接收模块连接；所述中控模块、所述铱星通信模块和所述GPS定位模块设置在所述浮体1的内部；
所述水声通信接收模块用于接收所述海水参数测量数据并将所述海水参数测量数据发送到所述中控模块；所述中控模块用于将所述GPS定位模块采集的浮体定位信息和所述海水参数测量数据进行处理生成黄海冷水团水体参数数据，并将所述黄海冷水团水体参数数据通过所述铱星通信模块发送到上位机。
所述水声通信接收模块具体包括：接收换能器和水声通信接收单元；所述接收换能器与所述水声通信接收单元通过通信线缆连接；所述水声通信接收单元设置在所述浮体1的内部与所述中控模块连接；所述接收换能器设置在所述浮体1的外部。
所述通信收发装置还包括：锂电池和第一水密舱；所述锂电池分别与所述中控模块、所述铱星通信模块、所述GPS定位模块和所述水声通信接收模块连接；所述第一水密舱内设置有所述锂电池、所述中控模块、所述铱星通信模块、所述GPS定位模块和所述水声通信接收单元。
图4为本发明提供的海水参数采集装置功能框图，如图4所示，海水参数采集装置具体包括：主控模块、信号采集模块、水参数测量传感器和水声通信发送模块；所述水声通信发送模块包括发送换能器和水声通信发送单元；所述发送换能器和所述水声通信发送单元连接；所述主控模块分别与所述信号采集模块和所述水声通信发送单元连接；所述水参数测量传感器与所述信号采集模块连接；
所述主控模块用于将所述水参数测量传感器采集的所述海水参数测量数据通过所述水声通信发送模块发送到所述通信收发装置。
海水参数采集装置还包括：电池和第二水密舱；
所述第二水密舱设置在所述剖面平台3上；所述主控模块、所述信号采集模块和所述水声通信发送单元设置在所述第二水密舱内；所述第二水密舱上设置有水密接口；所述水参数测量传感器通过所述水密接口与所述信号采集模块连接；所述发送换能器通过所述水密接口与所述水声通信发送单元连接。
一种黄海冷水团观测方法，包括：获取黄海冷水团布放水域的水深数据；所述水深数据包括：布放水域的最大水深Depthwater和布放水域的最大潮差Hightide-difference；
根据所述水深数据确定爬行钢缆4的长度；所述爬行钢缆4长度Length＝Depthwater-Hightide-difference。
随着海面波浪的起伏，剖面平台3在海水中进行垂直剖面运动，带动水参数测量传感器采集海水的温度、盐度、深度、溶解氧和叶绿素浓度信息，并生成海水参数测量数据；依次经信号采集模块、主控模块、水声通信发送模块以及水声通信接收模块，将所述海水参数测量数据传送到中控模块；同时，GPS定位模块将浮体定位信息传送到所述中控模块，所述中控模块对所述海水参数测量数据和所述浮体定位信息进行处理生成黄海冷水团水体参数数据，并将所述黄海冷水团水体参数数据通过铱星通信模块发送到上位机，上位机检测所述黄海冷水团水体参数数据，若所述黄海冷水团水体参数数据其中任意一个水体测量数据超出阈值时，所述上位机发送报警信息。
在实际应用中，首先选择在黄海冷水团区域进行水深数据测量，再根据实测水深数据选择合适长度的爬行钢缆4的长度，在爬行钢缆4安装所述上限位块2和所述下限位块5，在浮体内的第一水密舱内固定安装电池，并固定安装主控模块、铱星通信模块、GPS定位模块，安装好后，进行通信测试，测试完成最后进行第一水密舱的密封。组装完成剖面平台3，在剖面平台3上设置第二水密舱，在第二水密舱中固定安装电池、主控模块、信号采集模块、水声通讯发送模块，并完成第二水密舱的密封，通过第二水密舱的水密接口连接水参数测量传感器。本发明水参数测量传感器优选为CTD测量传感器。
通过第二水密舱的水密接口连接水声通讯发送模块的发送换能器，所述的发送换能器用于将水声通信发送模块的电信号转换成声信号，并将声信号发送到水声通讯接收模块。进行爬行钢缆4和锚块6的固定安装，完成波浪能剖面浮标的整体安装。通过船只选择黄海冷水团的布放区域，并进行波浪能剖面浮标的布放。布放完成后，通过铱星通信模块的上位机部分，进行实时的监测。
本发明公开了一种黄海冷水团观测装置及方法，将波浪能剖面浮标布放在黄海冷水团海域，波浪能剖面浮标可利用波浪能进行剖面运动，通过剖面平台安装的海水参数采集装置进行垂向高分辨率观测。剖面平台观测的数据通过水声通讯发送模块传输至浮体内的中控模块，并通过铱星模块将数据发送至上位机服务器。本发明可实现黄海海域冷水团的高分辨观测，具有成本低、操作方便的特点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
