[发明专利]深海工程地质环境原位长期实时观测系统及方法

权利要求书

1.深海工程地质环境原位长期实时观测系统，其特征在于包括搭载有多种观测仪器的座底式搭载平台（1）、位于海面的观测数据中继传输浮标（2）、远程观测数据管理服务器与客户端（3）；

所述搭载于座底式搭载平台（1）的观测仪器包括：声学探杆（4）——包含海底沉积物波速测量探头及其采集控制器、孔隙水压力探杆（5）——包含孔隙水压力传感器及其采集控制器、电学探杆（6）——包含海底沉积物三维电阻率传感器及其采集控制器、多参数集成传感器系统（11）——包含温度、盐度、甲烷浓度、二氧化碳浓度、溶解氧浓度、海流、姿态传感器；

所述座底式搭载平台（1）还搭载有与观测数据中继传输浮标（2）进行通讯的水声通讯机（10）、提供观测用电的海水电池（7）、将以上三种观测探杆压入沉积物的液压贯入机构（8）、保持坐底稳定性的配重式底座（9）；其中在硬底质海区，液压贯入机构（8）将声学探杆（4）、孔隙水压力探杆（5）、电学探杆（6）分别贯入到沉积物中，在软底质海区，液压贯入机构（8）将各观测探杆统一一次性贯入；

所述观测数据中继传输浮标（2）包括位于海面的中继浮标（12），该中继浮标（12）通过固定缆绳（13）与海底锚定系统（14）连接；

所述中继浮标（12）顶部设有通讯天线（15）、摄像机（16）、太阳能电池板（17），内部设有浮体材料（18）、浮标搭载平台（19）、浮标控制舱（20）、浮标水声通讯机（21）和蓄电池；

所述的海水电池（7）是海水溶解氧电池，即利用镁与海水电解质中溶解氧之间的电化学反应产生电能对座底式搭载平台（1）及其搭载的设备进行供电；

所述的海水溶解氧电池由四个发电单元与两个电能储存单元组成；所述的四个发电单元以中心对称方式布置均匀布置于仪器搭载平台外侧；仪器搭载平台的框架结构呈开放式，内部海水可自由穿过；最大程度保证发电单元附近海流速度，以保障供电系统的溶解氧供应；两个电能储存单元交替进行充放电过程，即一个储存电能时，另一个对观测系统供电。

2.如权利要求1所述的深海工程地质环境原位长期实时观测系统，其特征在于所述观测数据中继传输浮标（2）中，固定缆绳（13）选用凯夫拉材质缆绳，以保证缆绳有足够强度，并且降低缆绳重力。

3.权利要求1所述的深海工程地质环境原位长期实时观测系统的布放和观测的方法，其特征在于包括以下步骤：

将安装于座底式搭载平台（1）上的观测仪器设定工作参数；

利用调查船（22）将本系统的座底式搭载平台（1）及其上的观测仪器、观测数据中继传输浮标（2）运至布放水域中的指定观测站位；

先释放观测数据中继传输浮标（2），后释放座底式搭载平台（1），两者的水平距离应保持在1 km范围之内；

释放观测数据中继传输浮标（2）时，调查船以1-3节的速度缓慢前行，随调查船的前行，依次将中继浮标（12）、固定缆绳（13）释放入水，最后将海底锚定系统（14）抛掷入水，完成整个数据中继传输浮标系统释放；

释放座底式搭载平台（1）时，动力锚定停船，船载绞车钢缆（24）通过声学释放器与座底式搭载平台（1）连接，将座底式搭载平台（1）通过绞车释放，释放速度为≤1m/s；

根据站位水深与已释放钢缆的长度确定座底式搭载平台（1）触底时间；在距离海底100m-200m时，降低释放速度，以防止触底时的冲击对观测仪器与座底式搭载平台（1）造成破坏；

触底后，通过座底式搭载平台（1）的液压贯入机构（8）将声学探杆（4）、孔隙水压力探杆（5）、电学探杆（6）缓慢贯入到沉积物中；

贯入结束，利用水声通讯方式激发座底式搭载平台（1）顶端的声学释放器；声学释放器接收指令后，完成释放，进而船载绞车钢缆（24）脱钩；回收钢缆，完成座底式搭载平台（1）及其观测仪器的释放；

座底式搭载平台（1）上的观测仪器按照设定参数进行工作。

4.权利要求1所述的深海工程地质环境原位长期实时观测系统观测结束之后的回收方法，其特征在于包括以下步骤：

完成观测后，根据座底式搭载平台（1）释放站位的经纬度信息，将调查船（22）驶至释放站位；

船动力锚定后，释放ROV水下机器人（23）与船载绞车钢缆（24）；利用ROV水下机器人（23）将船载绞车钢缆（24）固定到座底式搭载平台（1）顶端位置；

先回收ROV水下机器人（23）成功后，再通过回收船载绞车钢缆（24）将座底式搭载平台（1）及其搭载的设备回收，速度为≤1m/s；

回收座底式搭载平台（1）后，再回收观测数据中继传输浮标（2）。