matlab计算海洋浮力频率_海洋技术三锚式浮标综合观测平台的研究和应用

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海洋科学的发展依赖于海洋观测技术的进步，海洋观测数据获得的多寡和数据类型的丰富是海洋科学研究取得开创性成果的前提和基础，早期基于船舶的走航式调查为海洋科学的发展起到了巨大的推动作用，而后基于锚系式定点的海洋观测、基于卫星的遥感观测和游弋式的水体观测得到迅猛发展，其所获取的观测数据极大促进了海洋科学研究的进步，使人类对海洋有了更加全面的理解和认知。

目前，海洋观测技术的一个重要分支为水体剖面观测技术，随着海洋学科本身的发展，对水体剖面数据的获取不仅仅停留在基于船舶的瞬时性剖面数据的获取，科学家也不满足于数据延时获取的现状，而且对水体剖面参数也越来越倾向于多而全，不仅仅是原来容易观测的剖面海流，还要包括水温、盐度、浊度、溶解氧、叶绿素等水质生态数据，甚至一直被视为难以长期连续获取的pH值和营养盐等参数，也成为了目前海洋科学家研究海洋水体所关注的重要参数。

然而，我国大部分的海洋水体剖面观测至今仍然依靠船舶走航式观测和台站定点观测技术周期性的采集海洋表层或有限水层的要素数据，缺少对海洋次表层以及深层水体进行长期连续的剖面观测，这主要是实施连续剖面观测的有效技术手段缺乏所致。国际上已经试验成功并取得大量水体剖面观测数据的设备和技术手段在我国也存在明显“水土不服”的问题，极易遭受破坏，受到各种安全因素的限制，很难进行长期和广泛应用，原因在于我国近海随意捕捞的情况仍然比较普遍，渔民经常违规作业，对海洋观测设备的保护意识也比较弱，导致经常发生各类海洋观测设备遭受渔船撞击或渔网拖曳甚至人为破坏的现象，严重影响观测数据的连续有效获取。

因此设计研发一种适合于我国近海海域，可进行长期、稳定、连续、定点、实时的水体剖面数据观测，并且能长期安全运行的观测设备十分迫切，中国科学院海洋研究所黄东海浮标观测站在多年实际观测经验积累的基础上，研制完成一种新型的适用于近海水体剖面观测的三锚式浮标综合观测平台，该平台充分继承了海上大型锚系式浮标的优点，又创新性地进行了智能化和水体剖面观测设计，在我国近海具有广泛的适用性。

一、三锚式浮标综合观测平台的设计思路

三锚式浮标综合观测平台的核心目的是实现一定水深范围内的水体剖面长期、连续、定点、实时数据的稳定获取，并保障观测设施的安全，因此在设计思路的选择上主要考虑借用目前国内已经广泛使用，并且得到实践证明较为安全的直径10m的大型浮标的设计经验，在这个基础上，从更加稳定的结构设计，更加充足的能源供给，更加高效、稳定的水下观测数据传输方式等方面进行三锚式浮标综合观测平台的系统设计。

如何实现水体剖面观测是一个核心问题，实践证明，在锚系上系留自容式传感器进行水体剖面观测具有一定可行性，但是限制因素较多，如果不采用水下机器人操作，仅用潜水员下潜进行系留设备，剖面水深受限于潜水员下潜深度，并且人员的危险性极大，更重要的一点是剖面数据仍停留在自容模式，不能获取实时的水体剖面数据。在已有的10m直径浮标体上通过原有的设备井自由悬挂可实时进行数据传输的带缆直读式传感器，经实践证明极易与浮标的锚系发生缠绕，造成设备损失。因此需要在结构上考虑将浮标体扩大，在浮标体下面留出足够空间，采用绞车带动观测设备，进行上下连续升降式的方式实现水体剖面观测，经过长期的实验和实际海上实践，最终证明这是一个较合理的优选方案，可以实现我国近海海域一定水深范围内的水体剖面长期、连续、实时、稳定的数据获取。

⒈三锚式浮标综合观测平台的结构设计

三锚式浮标综合观测平台的主浮标体采用直径15m圆盘型结构，外围配置3个锚系浮筒与主浮标体链接，锚系浮筒主要起到固定与系留作用，也称之为保护浮鼓(图1)。按照功能划分，三锚式浮标综合观测平台主要由主浮标体、三锚系留系统、常规观测系统、水体剖面观测系统、数据采集存储系统、通信系统、电源系统、安保系统、数据接收处理系统等部分组成。按照结构划分，三锚式浮标综合观测平台主要由水面主浮标体和三锚系留系统两部分组成，主浮标体浮于海面之上，是实现水体剖面观测的主体，三锚系留系统为海面主浮标的海上固定和定位提供保证。

图1 三锚式浮标综合观测平台整体效果

⑴主浮标体的结构设计

主浮标体的圆盘形结构，保证了其各项受力均匀，且稳性衡准数K设计大于1，确保主浮标体在极限条件下生存。主浮标体甲板设计周向为4层结构，从外向内依次为护舷、外围浮力舱、内部仪器舱和电池舱、内部浮力舱，其中内部浮力舱中间为直径2.5m的透水区，为中央观测井，是实现水体剖面观测结构部分，中央观测井呈圆筒状，底部为喇叭型开口，便于水下剖面观测单元的升降。

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