(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210915417.5 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 贾永刚　冯学志　王林森　朱宪明　 王慧　 (74)专利代理 机构 济南泉城专利商标事务所 37218 专利代理师 张贵宾 (51)Int.Cl. G01C 13/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G06K 9/62(2022.01) H04N 5/225(2006.01) (54)发明名称 深海内波扰动海底边界层环境的长期监测 系统及工作方法 (57)摘要 本发明提供了一种深海内波扰动海底边界 层环境的长期监测系统及工作方法,包括包括监 测装置、 回收装置和留置装置。 通过本发明的技 术方案， 由此便能够获得最能体 现深海内波扰动 海底边界层环境特征的最优聚类结果和投影方 向向量， 即深 海内波扰动海底 边界层环境的评价 模型可以变成非线性关系可以获得一个具体的 评价数值， 可 以对应s个评价等级标准的投影特 征值范围进行分级， 可以分析出湍流混合程度、 温度、 盐度、 浊度、 溶解氧、 压力、 叶绿素浓度、 甲 烷浓度、 底栖生物数量等不同影响指标的权重， 分析出主控因素和一般因素， 从而达到监测预警 的目的。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115235434 A 2022.10.25 CN 115235434 A 1.一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统， 包括监测装置、 回收装置和留 置装置， 其特征在于,所述监测装置包括声学多普勒剖面仪 （7） 、 声学多普勒流速仪 （3） 、 高 精度压力传感器 （9） 、 高精度温盐深传感器 （8） 、 沉积物与底层水取样装置 （10） 、 叶绿素传感 器 （12） 、 深海相机 （13） 、 甲烷传感器 （14） ， 所述声学多普勒剖面仪 （7） 向上设置， 所述声学多 普勒流速 仪 （3） 有两台， 分别向上设置和向下设置； 所述回收装置包括浮球 （1） 、 回收架 （2） 、 声学释放器 （4） 、 吊环 （5） 、 信标 （6） 、 铁链 （11） 、 深海相机电池仓 （16） 、 甲烷传感器电池仓 （15） ， 所述回收架 （2） 的框架内部集 成了所述监测 装置和信标 （6） 、 声学释放器 （4） 、 铁链 （11） 、 深海相机 电池仓 （16） 和甲烷传感器 电池仓 （15） ， 回收架 （2） 的外部设置有浮球 （1） 提供浮力， 所述声学释放器 （4） 有两台并向安装在连 接回收架 （2） 内部中心位置， 声学释放器 （4） 的下端装有铁链 （11） ， 吊环 （5） 设置在回收架 （2） 的顶端中心位置； 所述留置装置包括螺纹孔 （17） 、 4个配重盘 （18） 、 卡孔 （19） 、 拉绳 （20） 、 拉环 （21） 、 系环 （22） 、 配重架 （23） ， 配重架 （23） 顶部为方形框架， 其四角斜向下延伸且底端与配重盘 （18） 连 接， 所述拉绳 （20） 有4根， 拉绳 （20） 的上端与拉环 （21） 固定连接， 下端与系环 （22） 连接， 系环 （22） 固定安装在配重架 （23） 顶端， 铁链 （11） 穿过拉环 （21） 使得声学释放器 （4） 通过铁链 （11） 与留置装置相连接 。 2.根据权利要求1所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征 在于,所述回收架 （2） 由316L 不锈钢焊接成型。 3.根据权利要求2所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征 在于,所述回收架 （2） 分为上下两层， 上层安装有声学释放器 （4） 、 信标 （6） 、 声学多普勒剖面 仪 （7） 和向上设置的声 学多普勒流速仪 （3） ， 下层安装有高精度压力传感器 （9） 、 高精度温盐 深传感器 （8） 、 沉积物与底层水取样装置 （10） 、 叶绿素传感器 （12） 、 深海相机 （13） 、 甲烷传感 器 （14） 、 深海相机电池仓 （16） 、 甲烷传感器电池仓 （15） 和向下设置的声学多普勒流速仪 （3） 。 4.根据权利要求1所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征 在于,所述每 个配重盘 （18） 上有4个螺纹孔 （17） ， 卡 孔 （19） 与所配重架 （23） 相配合连接 。 5.根据权利要求1所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征 在于,所述声学多普勒剖面仪 （7） 、 声 学多普勒流速仪 （3） 、 高精度压力传感器 （9） 、 高精度温 盐深传感器 （8） 、 沉积物与底层水取样装置 （10） 、 叶绿素传感器 （12） 、 深海相机 （13） 、 甲烷传 感器 （14） 都通过螺丝和抱箍固定在回收装置的回收架 （2） 上， 沉积物与底层水取样装置 （10） 通过缆绳与科考船吊钩相连。 6.如权利要求1 ‑5所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方 法,其特征在于,具体包括以下步骤： S1、 将监测系统通过科考船运到指定观测地点， 首先对各种监测仪器进行充电校正， 然 后将监测仪器通关抱箍和螺丝固定在回收架上， 再把声学释放器固定完成， 最后再把回收 装置通过铁链与留置装置的拉环相连， 完成系统的组装； S2、 监测系统由科考船吊钩通过缆绳布放， 沉积物与底层水取样装置通过缆绳也在吊 钩之上， 布 放后等装置触底， 等沉积物与底层水取样装置通过自重贯入沉积物10cm左右， 拉 紧缆绳， 获得底部水样和沉积物， 其余监测装置开始进行深海内波扰动海底边界层环境的权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115235434 A 2长期监测； S3、 监测完成后， 回收方法有两种， 一是通过甲板单元利用声学释放器断开铁链， 回收 装置在浮力状态下上升， 留置装置留在 海底， 然后通过信标发出定位信息进行打捞回收， 操 作简单； 二是利用水 下ROV吊钩打捞， 可以把整个系统全部打捞回收， 节约成本； S4、 解译监测设备关于深海内波扰动海底边界层的海底流速、 温度、 盐度、 浊度、 溶解 氧、 叶绿素含量、 压力、 甲烷浓度、 底部生物变化数据， 分析底部海水和表层沉积物性质； S5、 内波的信息可以通过声学多普勒剖面仪进行获得， 如内波影响海底边界层的时间、 内波到来的时间以及在整个水柱上的流速大小， 对数据进行傅里叶函数变换， 并进行1min 平均， 去除噪点； 对所有的数据进行相应处 理， 如流速数据， 通过 下列公式进行处 理： ； 其中， 是去除背景流速后内波在海底边界层产生的东西方向、 南北方向和垂 直方向的流速； 分别是内波在海底边界层产生的东西方向、 南北方向和垂 直方向的实 际流速； 分别是内波到来之前半小时的东西方向、 南北方向和垂直 方向的平均流速； 分别是内波在海底边界层产生的东西方向、 南北方向和垂直 方向的脉动流速； 湍动能耗散率用来表征海水的混合能力， 是 上下流速变化的体现， 可表示 为 其中， 是脉动流速， 是摩擦速度， 是卡门常数 （一般取值为 0.4） ， 是声学多普勒流速 仪距离海底的高度； 采用两个声学多普勒流速仪的湍动能耗散率差值来表征深海内波扰动的海底边界层 混合程度， 定义 为 ； 将湍流混合程度、 温度、 盐度、 浊度、 溶解氧、 压力、 叶绿素浓度、 甲烷浓度、 底栖生物数 量作为影响评价指标， 则定义 Xij（i=1,2,3…n；j=1,2,3…9） 其中n为样本个数， Xi1为湍流混 合程度，Xi2为温度，Xi3为盐度，Xi4为浊度，Xi5为溶解氧，Xi6为压力，Xi7为叶绿素浓度， Xi8为甲 烷浓度，Xi9为底栖生物数量， 确定 s个相关评价 等级； S6、 构建深海内波扰动海底边界层环境的评价模型， 双曲线正切函数来反应环境要素 的变化特 征， 从缓慢增加到快速增 加再到趋于稳定， 描述 函数为： ； 双曲线的投影特 征值可以表达为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115235434 A 3