海床基的系统组成、应用及安全工作和布放回收技术

　　海床基是以布放在海底的坐底式平台为依托，集成多种海洋环境观测设备或传感器，获取多类海洋环境要素的观测系统，是布放在海底对海洋环境进行定点、长期、连续测量的综合监测装置，实物如图所示。与传统监测方式相比，海床基的布放通常依托于坐底式平台，这种平台可以稳定地放置在海底，并能够承受海洋环境的影响和侵蚀，具有原位、长期连续、不受海况和天气影响、数据质量高、可多要素同步监测的技术优势。

　　海床基的观测设备或传感器通常包括声学多普勒流速剖面仪、温盐深剖面仪、水下摄像头、水听器等，可以实现对海洋环境的全方位观测，实时收集海洋环境数据，包括水温、盐度、流速、水质等参数，从不同角度揭示海洋环境的真实状况，同时，海床基还可以配备化学分析仪器等设备，对海水中的化学成分进行分析和监测。水下监测传感器对海洋底层水体进行连续监测，水声通信机在获取海底传感器监测数据后，通过声学换能器将声信号发射到海面接收设备，通过转码后，最终将数据通过卫星或其他方式传输到数据应用平台。

　　海床基平台可搭载如下传感器：

　　①物理海洋观测传感器：水温、盐度、深度、浊度、海流、波浪等。

　　②物探观测仪器传感器：海底重力仪、磁力仪、地震仪、海啸传感器等。

　　③生物化学海洋观测传感器：叶绿素、pH值、CO₂、甲烷、营养盐等。

　　④其他传感器：视频监控系统等。

　　目前海床基多搭载物理海洋观测传感器，主要由于物理海洋传感器技术相对成熟、观测数据较稳定。由于搭载传感器、采集器种类和数量的不同，平台的尺寸、形状和重量也不尽相同。通常搭载少量传感器的海床基多用于浅海，结构设计简单、尺寸较小、重量较轻。而搭载十几种甚至上百种传感器的海床基，结构设计复杂、尺寸较大、重量较重。

　　海床基监测系统组成包括声学应答释放器水上机、声通信机接收机、出水报警装置、水下集成安装平台、测量仪器、系统设备等。

　　海床基平台集声光机电于一体，可放置在近岸数百米水下，工作时间较长。为使该平台不受某一部分的故障而影响整体的工作性能、便于检测和维护，其设计的特点是贯彻模块化设计思想，各单机均为自容式/受控式兼容的仪器设备，可以单独工作也可以集成方式工作。数据的采集以各单机按预置采样程序独立工作和控制工作相结合，便于采集储存需要的信息数据。

　　⒈水下组合式测量平台集成技术

　　海床基平台作为多参数海洋测量设备和传感器的载体，将海洋环境自动监测系统布放海底，任务完成后回收平台。为了使测量平台适用于单一参数和多参数测量的需要，水下组合式测量平台集成技术是其关键技术，要求具有多样化和灵活性。按照模块化和系列化的原则进行设计的水下组合式测量平台使用户可以根据需要组合成满意的平台。针对海底不同的地质和海床基通常工作于海底流速较大的河口等特殊环境，平台设计抗倾斜、抗颠覆和防下沉技术是系统水下长期可靠工作的关键技术。测量平台设计为轻便型组合式，可以根据搭载体的大小、多少进行随意组合。如为了在大流速下系统不倾斜和颠覆，平台仪器舱和系统配重支撑架设计为敞开式的，对海流的阻挡进行了化解;此外，在平台配重支撑架和仪器舱之间需设有海流通道。

　　⒉安全工作和布放回收技术

　　海床基平台是由敞开式大型仪器舱、声学应答释放器、坐底式配重支撑架、各种仪器和传感器组成。安全保障可靠工作是系统的关键，海床基平台是否能安全投放、可靠工作与顺利回收关系到海床基平台工作的成败，因此，安全工作与回收技术是海床平台的关键技术之一。其中声学应答释放器技术是系统安全可靠回收的保证，它必须有极高的可靠性。耐风暴海洋过程和抗浅海工作环境干扰是释放器的关键，高抗干扰性声学释放器电路是释放器的有效保证，扩大了海床基系统的应用范围。

　　⑴海床基的布放

　　海床基布放时通过脱钩装置与布放船只的吊杆连接并吊放至水面以下，然后脱钩使其自由下落海底。这种布放方式简化了海上布放的作业程序，降低了对作业船只和配套设备的要求，有助于提高系统布放的可操作性。系统在布放下落过程中受到重力、浮力以及水阻力的作用。通过仿真计算和试验测试可知，在系统自由下落过程中，下落速度在很短的时间内(t<2s)收敛于一个稳定值，约为0.6m/s。在系统下落过程中受到侧向海流的干扰而发生姿态倾斜时，系统的重浮力会产生一个将其扶正的回复力矩，保障其姿态不会失控。根据系统的结构物理特性和水阻力特性分析，在侧向海流速度为0.5m/s时，系统结构倾斜角度可控制在15°以内，完全可以安全坐底。

　　⑵海床基的回收

　　系统回收时，在水面船只上通过声学应答释放器水上机发出水声遥控释放指令，声学应答释放器水下机收到指令后控制释放机构执行脱钩动作，使仪器舱在浮体带动下上浮水面。系统内预存高强度绳索，其两端分别连接到仪器舱和配重基座。当仪器舱浮出水面时，配重支撑架作为一个重锚将上浮部分锚定，使其不会随海流飘走而丢失。在将仪器舱回收后，可通过连接绳索将配重支撑架一并回收。在意外情况下，若声学释放器不能正常工作而使得水下系统无法收到水面释放指令，可依靠定时释放器在设定的最后时刻控制释放机构脱开，使系统上浮并回收。采用两种控制手段对释放执行机构进行并联控制，有效地提高了系统回收的可靠性。

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