[发明专利]一种ADCP原位比测海床基构建方法有效

专利信息
申请号: 201910206009.0 申请日: 2019-03-19
公开(公告)号: CN109946479B 公开(公告)日: 2020-11-17
发明(设计)人: 胡展铭;杨永俊;林忠胜;于过;徐广鹏;姜文博;王平;宋丽娜 申请(专利权)人: 国家海洋环境监测中心
主分类号: G01P5/24 分类号: G01P5/24
代理公司: 大连优路智权专利代理事务所(普通合伙) 21249 代理人: 宋春昕
地址: 116000 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 adcp 原位 海床 构建 方法
【说明书】:

一种ADCP原位比测海床基构建方法,包括以下步骤:明确ADCP原位比测海床基结构设计目标;确定海床基结构设计约束条件;定义结构参数化设计变量;确定海床基整流罩形态;确定约束条件下的海床基仪器仓、回收仓结构;确定约束条件下的整流罩数值模型和盘坐体结构;确定约束条件下的海床基各结构件相对位置。本发明根据ADCP测量原理和流体动力学基本原理,以可同步比测多台ADCP、对原位流场影响小、空间最优化为结构设计目标,采用结构件参数优化设计理论,通过流程化和参数化的空间结构布局设计优化算法,构建了ADCP原位比测海床基结构模型,实现比测海床基结构设计有法可依,解决了ADCP无法原位比测的问题。

技术领域

本发明涉及海洋环境监测技术领域。

背景技术

声学多普勒流速剖面仪(简称ADCP)具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大的特点,已成为目前海洋环境监测通用测量仪器。但由于技术条件所限,国内没有ADCP计量认证机构,监测人员无法准确判断其监测数据质量。

不同ADCP之间的原位比测,是检验其性能指标理论可行的方式。而对ADCP进行比测试验,首要条件是需要一个良好的比测平台。与船舶、浮标、潜标等观测平台相比,海床基具有固定性、没有相对运动、不受海况影响等特点,更适合进行ADCP原位比测。目前国内已研制开发的自平衡抗吸附海床基、自平衡抗淤积海床基和多功能通用式海床基等都是针对特定环境的海洋监测平台,并不是专门针对ADCP比测的平台。即使可通过同一海域投放多台海床基进行ADCP同步观测,但由于投放位置的差异,无法保证不同仪器测量的是“同一水体”,因此无法进行有效比测。

发明内容

针对目前国内ADCP无法进行原位有效比测的问题,本发明根据结构件参数优化设计理论,提供了一种ADCP原位比测海床基构建方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种ADCP原位比测海床基构建方法,包括以下步骤:

步骤一:明确ADCP原位比测海床基结构设计目标,包括:可同步比测至少2台ADCP;比测海床基外形结构对ADCP波束范围内的流场影响最小;各ADCP仪器仓之间距离最小、海床基体积小;比测海床基结构具有通用性;

步骤二:确定海床基结构设计约束条件,包括:比测海床基最大倾斜角度45°时ADCP可以正常测量;仪器仓的结构应使ADCP换能器不被整流罩遮挡,也不露出整流罩;仪器仓顶部高度应与整流罩高度保持一致;浮球仓容积应可容纳回收绳索和示位浮球,且其顶部边缘高度应与整流罩高度保持一致;

步骤三:定义ADCP原位比测海床基结构参数化设计变量:盘座体2倾斜角度α,仪器仓6倾斜角度β,仪器仓6直径D,仪器仓6高度h,回收仓3直径R,回收仓3高度L,回收仓3最远端距海床基中心的距离mR,仪器仓6垂直状态时与盘坐体2之间距离Δl,支架7宽度S1,支架7高度S2,仪器仓6距回收仓3最近端距离S3,垂直挡板10高度P;

步骤四:根据流体动力学基本原理建立海床基周边微观流场模型,通过不同形态整流罩模拟试验比对分析,确定整流罩外形为抛物形。

步骤五:确定海床基回收仓和仪器仓支架结构。根据示位浮球浮力要求,由阿基米德原理可以确定示位浮球直径,回收仓直径应略大于浮球直径,回收仓高度取为L=L1+L2,L1为回收绳仓高度,L2为浮球仓高度;当盘座体(2)水平倾斜角度为α,ADCP垂向倾斜角度为β时,根据约束条件建立方程:求解上述方程可得支架宽度应满足的条件为:S1≥2hsin(α-β)+D,为了满足海床基内部空间最优化的要求,此处取S1=2hsin(α-β)+D;仪器仓支架(7)高度满足的约束条件为S2-△l≥hcos(α-β),方程右边项hcos(α-β)为发生倾斜时仪器仓的垂向高度;当上述方程为等式时达到最优,此时支架高度S2=hcos(α-β)+△l。

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