李 鵬，江恩祝，王思薦，李延剛

(國(guó)家海洋局 東海預(yù)報(bào)中心，上海 200136)

海上警戒浮標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

李 鵬，江恩祝，王思薦，李延剛

(國(guó)家海洋局 東海預(yù)報(bào)中心，上海 200136)

為有效保護(hù)近海海底觀測(cè)網(wǎng)觀測(cè)安全，免受漁船拖網(wǎng)和拋錨等損壞的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套多警戒浮標(biāo)(直徑2.4～3.0 m)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，該警戒浮標(biāo)可獲取浮標(biāo)本身工作狀態(tài)，并能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的將警戒浮標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送到陸基岸站，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)目標(biāo)海域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)該浮標(biāo)系統(tǒng)可進(jìn)行擴(kuò)充實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋環(huán)境要素的觀測(cè)。警戒浮標(biāo)布設(shè)采用正多邊形(三角形、正方形和正五邊形等)預(yù)警保護(hù)方式，浮標(biāo)以保護(hù)節(jié)點(diǎn)為中心等距布放，組網(wǎng)形成有效的海上保護(hù)圍欄，保障海底觀測(cè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行；供電系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池和蓄電池組合供能方式，可保證在連續(xù)陰天的情況下警戒浮標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行100天。該警戒浮標(biāo)技術(shù)已在東海海底觀測(cè)網(wǎng)保護(hù)中成功示范運(yùn)行6個(gè)月，該技術(shù)可為近海海底觀測(cè)保護(hù)提供有效技術(shù)保障。

海底觀測(cè)保護(hù)；警戒保護(hù)技術(shù)；浮標(biāo)

Abstract: To effectively protect the safety of offshore seafloor observatory network from fishing boats trawl and droping anchor damage problems, etc., we designed a set of real-time monitoring system using multi alert buoys (2.4 ～ 3.0 m in diameter). Each alert buoy can record its working condition, and send the corresponding data to the land-based terminal real-timely, dynamically and continuously, so as to realize real-time monitoring of the protection targets in sea area. Meanwhile, the buoy-system can be expanded to conduct marine environmental observation. In order to protect the node effectively, the shape of the network is designed to be regular polygon (triangle, square and pentagon, etc.), and the buoy is located at the center of the node. The alert-buoy network forms an effective maritime protection fence to protect the seafloor observatory network. Power supply system, which consists of solar battery and storage battery, makes sure that the alert-buoy system can continuously work for 100 days even in cloudy weather. This alert-buoy technique has been successfully run as a demonstration for six months in the East China Sea seafloor observatory protection network. This technology can provide effective support for offshore seafloor observatory protection.

Keywords: protection of seafloor observatory; technology of warnning and protection; alert buoy

海洋科學(xué)是一門(mén)以觀測(cè)為基礎(chǔ)的科學(xué)，觀測(cè)技術(shù)手段決定了數(shù)據(jù)質(zhì)量和對(duì)海洋研究的深入程度，隨著科技的發(fā)展，海洋觀測(cè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從局部大面、從短時(shí)到長(zhǎng)期和從海表到海底的綜合觀測(cè)。其中遙感、漂流浮標(biāo)、錨系浮標(biāo)、雷達(dá)、海床基和海底觀測(cè)網(wǎng)等為目前較為有效的觀測(cè)手段[1-4]。海底觀測(cè)是較具前景和穩(wěn)定的觀測(cè)方式，標(biāo)志海洋開(kāi)發(fā)和研究的新階段[5-6]，但是觀測(cè)儀器設(shè)備運(yùn)行期間的安全性一直是近海海底長(zhǎng)期觀測(cè)的最大威脅，其中拖網(wǎng)作業(yè)為最大威脅，例如上海市已開(kāi)展了海底網(wǎng)的研究，東海海底觀測(cè)小衢山試驗(yàn)站已成功試運(yùn)行，也取得了懸沙濃度(OBS)、海流(ADCP)、溫鹽(CTD)和海嘯信號(hào)等寶貴數(shù)據(jù)[7-8]，但布放5個(gè)月后海底網(wǎng)節(jié)點(diǎn)被拖網(wǎng)破壞，另外東海區(qū)“908”專(zhuān)項(xiàng)潛標(biāo)觀測(cè)也因漁船拖網(wǎng)損失慘重[9]。為有效保證海底觀測(cè)的安全性，本文設(shè)計(jì)了一套多警戒浮標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，形成警戒浮標(biāo)組網(wǎng)，該技術(shù)已在東海海底觀測(cè)網(wǎng)安全保護(hù)中成功運(yùn)行，該警戒浮標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以保障東海海底試驗(yàn)網(wǎng)的安全運(yùn)行和為其他海底觀測(cè)安全警戒提供技術(shù)支持，同時(shí)可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)預(yù)警浮標(biāo)遠(yuǎn)程無(wú)法監(jiān)控的空白。

1 試驗(yàn)海區(qū)概況

東海海底觀測(cè)網(wǎng)(國(guó)內(nèi)第一個(gè)完整的海底觀測(cè)網(wǎng))位于浙江北部舟山東部海域，登陸點(diǎn)位于朱家尖島，向東北方向延伸50 km(海纜埋深3～4 m，提供能源和數(shù)據(jù)傳輸)，終端節(jié)點(diǎn)的平均水深約45 m(圖1)，節(jié)點(diǎn)布設(shè)于海底。舟山群島附近海域是強(qiáng)潮海域，為不正規(guī)半日潮，潮差西側(cè)大而東側(cè)小，西側(cè)大多為4～5 m以上，東側(cè)僅為2 m；潮流作用顯著，最大流速大于100 cm/s[10]，海域水文動(dòng)力復(fù)雜，主要受長(zhǎng)江沖淡水和浙閩沿岸流的控制[11-12]。長(zhǎng)江沖淡水?dāng)U散存在明顯的季節(jié)性變化，6-8月為朝東北方向擴(kuò)展時(shí)期，10月至次年4月為沿岸南下時(shí)期，5月和9月分別為沖淡水由南下轉(zhuǎn)向東北和由東北轉(zhuǎn)向南下的過(guò)渡時(shí)期[13]。浙閩沿岸流也受季風(fēng)顯著影響，夏季沿閩浙沿岸自西南向東北流，流幅較寬，流速較強(qiáng)，一般為20 cm/s左右[14]，冬季受偏北季風(fēng)控制，它貼岸南流，流幅變窄，流速較弱[15]。該海域?yàn)榕_(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，最近10年，影響東南沿海的熱帶氣旋年均8個(gè)，占影響我國(guó)熱帶氣旋總數(shù)的35%，每年4-11月都會(huì)受到臺(tái)風(fēng)影響，其中7-9月臺(tái)風(fēng)侵襲頻繁，約占全年總數(shù)的84%。

圖1 東海海底觀測(cè)網(wǎng)位置和海底觀測(cè)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)示意Fig. 1 Location of East China Sea seafloor observatory network (left) and the node of the seafloor network(right)

2 海底觀測(cè)安全保護(hù)方法

東海海底觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)在東海的淺海區(qū)(圖1)，該海域?yàn)閭鹘y(tǒng)的漁業(yè)捕撈作業(yè)區(qū)，拖網(wǎng)較為頻繁，拖網(wǎng)作業(yè)是海底觀測(cè)網(wǎng)儀器安全的最大威脅。因此，海底觀測(cè)尤其是長(zhǎng)期觀測(cè)難度和風(fēng)險(xiǎn)很大。海纜埋設(shè)在海底3～4 m深，可以避免一般漁船拖網(wǎng)和船舶拋錨的影響。海底網(wǎng)終端(節(jié)點(diǎn))為水下儀器設(shè)備的安放點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)座于海底，高出底床0.5～1.0 m。因此節(jié)點(diǎn)區(qū)域?yàn)樽钪饕谋Ｗo(hù)區(qū)域。

海底觀測(cè)為防止拖網(wǎng)破壞，通常使用防拖網(wǎng)架的方式避免拖網(wǎng)，同時(shí)在防拖網(wǎng)架上加上高強(qiáng)度的防護(hù)罩防止拖網(wǎng)對(duì)頂部?jī)x器的破壞，但防護(hù)罩只能對(duì)節(jié)點(diǎn)儀器在意外墜落物方面起保護(hù)作用，對(duì)東海區(qū)漁業(yè)生產(chǎn)拖網(wǎng)作業(yè)起不到警戒和保護(hù)作用。在東海漁業(yè)生產(chǎn)期間，同一海區(qū)將會(huì)頻繁進(jìn)行拖網(wǎng)作業(yè)，拖網(wǎng)船網(wǎng)具大、馬力大，當(dāng)拖網(wǎng)經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)將節(jié)點(diǎn)儀器連架子一起拖走[9]，儀器架與海纜連接的部位也會(huì)被拉斷。因此，必須采用水面警戒防止?jié)O船進(jìn)入節(jié)點(diǎn)附近海域的保護(hù)方式。在小衢山海底試驗(yàn)站安全保護(hù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)[6]的基礎(chǔ)上，對(duì)海底網(wǎng)安全警戒保護(hù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在節(jié)點(diǎn)周?chē)Ｓ蛟O(shè)置警戒標(biāo)志浮標(biāo)，告警漁業(yè)作業(yè)船只不要進(jìn)入該區(qū)域拖網(wǎng)作業(yè)及錨泊作業(yè)，可有效避免漁業(yè)生產(chǎn)對(duì)海底觀測(cè)造成干擾，達(dá)到保護(hù)海底網(wǎng)節(jié)點(diǎn)儀器安全的效果。

安全保護(hù)站點(diǎn)設(shè)置。以海底網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為中心，設(shè)計(jì)了三角形、正方形和正五邊形的警戒浮標(biāo)網(wǎng)(圖2)，形成節(jié)點(diǎn)浮標(biāo)圍欄，保證各個(gè)方向的漁船至少可觀察到2個(gè)警戒浮標(biāo)，從而保護(hù)節(jié)點(diǎn)工作安全，可根據(jù)安全保護(hù)需要和經(jīng)費(fèi)情況選擇預(yù)警浮標(biāo)的數(shù)量。浮標(biāo)錨鏈的長(zhǎng)度不小于站位3倍水深。警戒浮標(biāo)布設(shè)點(diǎn)與海底網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的距離不小于警戒浮標(biāo)錨系長(zhǎng)度，例如站點(diǎn)水深為45 m時(shí)，浮標(biāo)站點(diǎn)離海底觀測(cè)節(jié)點(diǎn)為200～300 m左右。這主要因?yàn)榫涓?biāo)不能距節(jié)點(diǎn)太遠(yuǎn)，遠(yuǎn)了起不到預(yù)警作用，漁業(yè)作業(yè)船只將可能從保護(hù)區(qū)域中間通過(guò)；太近時(shí)，預(yù)警浮標(biāo)錨系可能會(huì)干擾海底觀測(cè)儀器的正常工作。

圖2 海底觀測(cè)節(jié)點(diǎn)保護(hù)警戒浮標(biāo)設(shè)置示意Fig. 2 Sketch map of the alert and protection buoys set for seafloor observatory network node

3 警戒浮標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)

警戒浮標(biāo)具備一般的海洋航行預(yù)警能力，同時(shí)可獲取警戒浮標(biāo)本身的工作狀態(tài)，能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)地將警戒浮標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至陸基岸站，實(shí)現(xiàn)對(duì)警戒海域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)海洋環(huán)境要素的觀測(cè)，對(duì)海底觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效補(bǔ)充。

3.1 警戒浮標(biāo)主體設(shè)計(jì)

標(biāo)體的設(shè)計(jì)充分考慮了海域強(qiáng)潮流的影響。海底觀測(cè)網(wǎng)布設(shè)在東海近海，海流較強(qiáng)，受漲落潮的影響較大[16]，警戒浮標(biāo)標(biāo)體在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了潮流對(duì)標(biāo)體的影響，特別是在漲急落急時(shí)，海流對(duì)警戒浮標(biāo)體的橫向推力很大，為了減輕潮流對(duì)警戒浮標(biāo)體的作用，將警戒浮標(biāo)體設(shè)計(jì)成圓盤(pán)型，浮標(biāo)底部為錐型(圖3)，以降低潮流對(duì)浮標(biāo)體的作用面積和作用力。浮標(biāo)體的甲板上設(shè)計(jì)有錨樁、起重眼板，以方便拖帶和起吊浮標(biāo)體。

浮標(biāo)體由主浮體、上部建筑兩部分組成，是浮標(biāo)采集系統(tǒng)的載體。主浮體采用CCSB船用鋼板遵循船體水密隔艙要求建造，四周設(shè)浮力艙，浮力艙相互之間進(jìn)行分隔，保持其獨(dú)立性(圖4)，即使兩個(gè)浮力艙破損進(jìn)水，仍有水密艙壁阻隔，儀器艙內(nèi)不會(huì)進(jìn)水，浮標(biāo)仍可安全浮在水面，不至于傾覆。為發(fā)揮警戒浮標(biāo)在海洋觀測(cè)中的作用，在浮標(biāo)外圍浮力艙內(nèi)對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)兩個(gè)水下井，一個(gè)可安裝聲學(xué)多普勒流速剖面儀，另一個(gè)可同時(shí)并列安裝溫鹽傳感器、葉綠素濁度傳感器、溶解氧傳感器等。上部建筑采用特種鋁鎂系防銹鋁合金LF4或LF6制作。警戒浮標(biāo)直徑為2.4～3.0 m，型深0.95 m，排水量為3.5 t左右，通過(guò)壓載重置在極限條件下穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K>1，可抗12級(jí)臺(tái)風(fēng)，在浪高15 m以?xún)?nèi)不傾覆。

系留系統(tǒng)是浮標(biāo)在位工作的重要部件。本系留系統(tǒng)采用全錨鏈結(jié)構(gòu)，單點(diǎn)系留錨泊，錨系采用Φ38 mm，錨采用1 t丹福爾大抓力錨，警戒浮標(biāo)在站位錨泊1年以上。為防止錨鏈在釋放和在位運(yùn)行期間不打結(jié)，錨鏈之間加裝轉(zhuǎn)環(huán)，以隨時(shí)釋放浮標(biāo)的旋轉(zhuǎn)扭矩。

圖3 警戒浮標(biāo)標(biāo)體主尺度示意Fig. 3 Sketch of the main body of alert buoys

圖4 浮標(biāo)體艙室劃分與布局Fig. 4 Buoyancy tank division and layout of buoy body

3.2 警戒浮標(biāo)電源設(shè)計(jì)

浮標(biāo)電源是浮標(biāo)穩(wěn)定持續(xù)工作的基礎(chǔ)。警戒浮標(biāo)配備電源系統(tǒng)，采用蓄電池與太陽(yáng)能電池板組合供電方式，保證預(yù)警浮標(biāo)有足夠的電能供給。該浮標(biāo)總體設(shè)計(jì)考慮了浮標(biāo)的電源安裝、蓄電池重量等技術(shù)問(wèn)題，合理使用有限的浮標(biāo)空間及浮標(biāo)承載能力，對(duì)浮標(biāo)采集系統(tǒng)、傳感器和航標(biāo)燈等用電負(fù)荷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。設(shè)計(jì)浮標(biāo)的蓄電池組為14 V/1 000 Ah的電容量，浮標(biāo)標(biāo)體上部塔架四個(gè)面可安裝太陽(yáng)能發(fā)電板的總發(fā)電量為180 W；在日光充足的條件下，太陽(yáng)能日發(fā)電量不小于200 Wh，浮標(biāo)日耗電量小于100 Wh，多余的電量給蓄電池組浮充，因電池組容量大，不會(huì)導(dǎo)致蓄電池組過(guò)充，保證蓄電池正常運(yùn)行。在利用塔架的高度與斜率的基礎(chǔ)上，增加太陽(yáng)能板安裝支架的傾斜角，增加太陽(yáng)能板的受光面，提高太陽(yáng)能板的發(fā)電效率，保障蓄電池組有足夠的電能補(bǔ)充。供電系統(tǒng)為浮標(biāo)系統(tǒng)提供單一工作電壓，在連續(xù)陰天的情況下可保證警戒浮標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行100天。

3.3 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)

采集系統(tǒng)是警戒浮標(biāo)的核心。為保障警戒浮標(biāo)在海上的正常運(yùn)行，及時(shí)了解警戒浮標(biāo)的工作狀態(tài)，引入了全新的警戒浮標(biāo)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，在陸基岸站可及時(shí)了解預(yù)警浮標(biāo)的工作和錨泊狀態(tài)。警戒浮標(biāo)安全要素采集系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，主要包括安全狀態(tài)信息數(shù)據(jù)采集器、水警傳感器、航標(biāo)燈狀態(tài)檢測(cè)、安全狀態(tài)信息發(fā)送等(圖5)。采集處理系統(tǒng)采取集成度高的SOC主板，由電源、時(shí)鐘值守電路、CPU主板、接口電路以及繼電器控制電路等組成，為整個(gè)浮標(biāo)系統(tǒng)的核心。為了保障警戒浮標(biāo)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，采集處理系統(tǒng)基于89C51為核心的低功耗高集成度的單片機(jī)制作，設(shè)置多路接口收集警戒浮標(biāo)安全狀態(tài)信息和發(fā)送安全狀態(tài)信息。

圖5 安全要素信息系統(tǒng)示意Fig. 5 Schematic diagram of safety factors of information system

為了保障警戒浮標(biāo)系統(tǒng)在海上長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，系統(tǒng)電源供給非常重要。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了節(jié)電模式，即系統(tǒng)采用定時(shí)數(shù)據(jù)采集和應(yīng)急采集兩種模式，當(dāng)系統(tǒng)采集到的狀態(tài)要素異常時(shí)，即時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到岸站，以便進(jìn)行應(yīng)急處置，平時(shí)以1小時(shí)的時(shí)間間隔發(fā)送到岸站，以實(shí)時(shí)掌握預(yù)警浮標(biāo)的電量、航標(biāo)燈、GPS等要素狀態(tài)。

警戒浮標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸采用北斗通信機(jī)進(jìn)行，實(shí)時(shí)將警戒浮標(biāo)采集到的各種信息發(fā)送到陸地岸站，陸地岸站接收到預(yù)警浮標(biāo)的信息后，由計(jì)算機(jī)及時(shí)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并即時(shí)解譯顯示，岸站接收軟件可通過(guò)查詢(xún)方式對(duì)預(yù)警浮標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢(xún)，為預(yù)警浮標(biāo)海上維護(hù)、更替提供依據(jù)。

警戒浮標(biāo)系統(tǒng)具有海洋觀測(cè)功能可擴(kuò)展性。浮標(biāo)的標(biāo)體和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留了常規(guī)水文氣象的安裝實(shí)施條件。浮標(biāo)標(biāo)體預(yù)留了海流、溫鹽、水質(zhì)等要素的傳感器安裝位置，根據(jù)需要可增加相關(guān)要素的觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)海底至水面的立體觀測(cè)，更好發(fā)揮海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的價(jià)值，讓布設(shè)海域成為“透明”海域。

3.4 安全防護(hù)和報(bào)警技術(shù)

為防止浮標(biāo)遭受意外和人為破壞，設(shè)計(jì)了多項(xiàng)防護(hù)措施。為了使警戒浮標(biāo)在海上有足夠“醒目”，能夠第一時(shí)間起到警示作用，安裝了航標(biāo)燈、雷達(dá)反射器、避雷針等附件。設(shè)置醒目的專(zhuān)用警示標(biāo)志，本預(yù)警浮標(biāo)參照《中國(guó)海區(qū)水上助航標(biāo)志》GB4696-1999中專(zhuān)用標(biāo)要求的顏色、頂標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，浮標(biāo)主浮體顏色為黃色(氯化橡膠605-3桔黃色)；采用X形黃色頂標(biāo)。浮標(biāo)頂部安裝雷達(dá)反射器和航標(biāo)燈，航標(biāo)燈為黃色燈色，莫爾斯“O”碼閃光節(jié)奏，周期12 s，作用距離為5海里，符合國(guó)際海洋工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。為防碰撞，設(shè)置防碰護(hù)舷，浮標(biāo)體外圍上方設(shè)有周向一整圈D型防碰護(hù)舷，可有效保護(hù)浮標(biāo)，同時(shí)對(duì)于靠標(biāo)維護(hù)的船只也起到保護(hù)作用。

在安全狀態(tài)數(shù)據(jù)異常時(shí)設(shè)計(jì)了多項(xiàng)報(bào)警措施。艙蓋開(kāi)啟報(bào)警，為提高浮標(biāo)海上運(yùn)行的安全性，當(dāng)浮標(biāo)儀器艙蓋被開(kāi)啟時(shí)，浮標(biāo)系統(tǒng)可直接啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并通過(guò)通信系統(tǒng)，實(shí)時(shí)將報(bào)警信息傳輸?shù)桨墩?。事故?bào)警，主要包括艙體進(jìn)水報(bào)警、浮標(biāo)移位報(bào)警。艙進(jìn)水報(bào)警由液位傳感器構(gòu)成，也是直接啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)將報(bào)警信息傳輸?shù)桨墩?；浮?biāo)移位報(bào)警由接收岸站根據(jù)浮標(biāo)站位和GPS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比得出。故障報(bào)警，主要檢測(cè)航標(biāo)燈是否正常，如不正常，則在半小時(shí)內(nèi)向陸基岸站發(fā)送航標(biāo)燈故障報(bào)警信息。

4 警戒浮標(biāo)的示范應(yīng)用

東海海底觀測(cè)網(wǎng)于2015年8月布設(shè)在計(jì)劃海域(圖1)，系統(tǒng)布設(shè)的同時(shí)布設(shè)了該警戒浮標(biāo)(2.6 m直徑)進(jìn)行保護(hù)。為保證警戒浮標(biāo)的警戒效果和范圍，在布放海底網(wǎng)節(jié)點(diǎn)后，采用精確定位布放，在不影響和干擾海底網(wǎng)節(jié)點(diǎn)儀器安全的情況下盡量減少浮標(biāo)之間的距離。為提高節(jié)點(diǎn)警戒浮標(biāo)效果，在海底網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為中心250 m直徑的圓上均勻布設(shè)五個(gè)浮標(biāo)(圖2)，提高安全警戒圍欄的密度，增加拖網(wǎng)作業(yè)船的穿越難度。至今，警戒浮標(biāo)在海上已正常工作6個(gè)月以上，保證了海底觀測(cè)網(wǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定觀測(cè)，同時(shí)也驗(yàn)證了警戒浮標(biāo)系統(tǒng)的安全性能指標(biāo)。

為了解海底網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)海域的實(shí)時(shí)海況，在警戒浮標(biāo)上安裝了風(fēng)和波浪傳感器，實(shí)時(shí)采集風(fēng)速風(fēng)向、波高波向等等風(fēng)和波浪要素，可作為海底觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效補(bǔ)充，提高數(shù)據(jù)的實(shí)用性。從圖6可看出，浮標(biāo)在位保護(hù)期間，風(fēng)和波浪要素觀測(cè)連續(xù)完整，風(fēng)和有效波高具有很好的相關(guān)性，平均風(fēng)速為5.9 m/s，最大為14.9 m/s，最大風(fēng)速為17.6 m/s；有效波高平均為1.3 m，最大為3.9 m。

警戒浮標(biāo)觀測(cè)資料的連續(xù)性，說(shuō)明了浮標(biāo)的正常運(yùn)行，對(duì)海底觀測(cè)進(jìn)行了有效保護(hù)，同時(shí)該觀測(cè)資料可為海底觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效補(bǔ)充，為海底觀測(cè)數(shù)據(jù)的解譯和海洋現(xiàn)象和過(guò)程的研究提供實(shí)時(shí)海況數(shù)據(jù)支持。

圖6 警戒浮標(biāo)布放期間平均風(fēng)速和有效波高的時(shí)間序列圖Fig. 6 Time-series of averge wind speed and significant wave during the observation period

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)近海海底觀測(cè)風(fēng)險(xiǎn)較大易受漁船拖網(wǎng)損壞的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套多警戒浮標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，浮標(biāo)采用直徑為2.4～3.0 m小型浮標(biāo)，警戒浮標(biāo)可獲取浮標(biāo)本身工作狀態(tài)，能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的將警戒浮標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送到陸基岸站，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)海域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，該警戒浮標(biāo)技術(shù)已在東海海底觀測(cè)網(wǎng)保護(hù)中取得良好效果(已正常運(yùn)行6個(gè)月以上)，該技術(shù)可以為近海海海底網(wǎng)觀測(cè)或其他海底觀測(cè)的安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

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10.16483/j.issn.1005-9865.2016.06.016

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2016-02-23

上海市科委科研計(jì)劃項(xiàng)目(10dz1210502)；海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201105030)；“863”計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)(2012AA09A407)

李 鵬(1978-)，男，山東菏澤人，博士，高級(jí)工程師，主要從事河口海岸環(huán)境研究。E-mail：lipeng827@126.com