一种浮标系泊系统

技术领域

本发明涉及浮标系泊技术领域，具体涉及一种浮标系泊系统。

背景技术

浮标是一种用于标志水体中特定位置的装置，常见于海洋、湖泊和河流等水域中。浮标可以用于海洋、湖泊和河流等水域中的测量和调查工作，浮标还可以搭载各种传感器和监测设备，用于监测和记录水中的各种环境参数，帮助研究人员获取海洋数据并深入研究海洋领域的各种问题。

浮标作业常常使用浮标系泊系统。浮标作业需要在水体中进行，而水流和风浪等自然力量会对浮标产生影响，使其容易漂移或偏离预定位置，因此需要使用系泊系统来固定浮标在特定位置上。通过使用系泊系统，可以确保浮标在水体中稳定停留，以便进行测量、监测、科研、救援等工作。

相比于内陆水域和近海的风平浪静，在深海浮标作业过程中，由于深海的海风急、海浪高，海文条件复杂，浮标系泊系统容易发生破坏甚至断裂，发生跑标、走标等现象。特别是在台风巨浪等极端暴烈海况下，浮标系泊系统对暴烈海况来不及反应，在很短的时间内，浮标系泊系统承受的力急剧增高，浮标系泊系统被动的、机械的承受风浪流的叠加冲击，最后系泊系统承受的力超出浮标系泊系统的极限载荷，使浮标系泊系统遭到破坏，发生损伤甚至断裂，出现跑标、走标等现象，造成巨大的经济损失，影响科研周期与数据安全。

以上为现有技术的不足之处。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种浮标系泊系统，可以根据海浪情况及时控制浮标系泊系统做出反应，缓冲极端海流的冲击，使浮标系泊系统的实际工作载荷始终保持在浮标系泊系统的断裂载荷之下，保证浮标系泊系统的安全，避免出现跑标和走标的现象。

本发明提供了一种浮标系泊系统，系统包括控制子系统和系泊子系统；

控制子系统包括陆基信号处理中心、无线信号传输器、定位仪、风速仪、流速流向仪和张力仪；

浮标系泊子系统包括浮标平台、缆绳、锚点、电动绞车和驱动电机；

陆基信号处理中心通过无线信号传输器分别与定位仪、风速仪、流速流向仪、张力仪、电动绞车和驱动电机信号连接；

无线信号传输器、定位仪、风速仪、电动绞车和驱动电机均设置在浮标平台上；

电动绞车与锚点通过缆绳连接；

流速流向仪和张力仪设置在缆绳上；

陆基信号处理中心配设有水动力模型，用于根据风速仪、流速流向仪和张力仪所采集的实时数据计算缆绳所受拉力

进一步地，所述陆基信号处理中心还包括预测模拟模块，用于接收气象数据，并根据气象数据分析台风过境时的风力峰值、海流流速峰值、最大波流力、海水水流方向和海浪峰值，预测缆绳在台风过境时所受最大拉力

进一步地，所述陆基信号处理中心用于实时检测流速流向仪的流速数据，判断流速流向仪的流速变化数值是否超出流速阈值；

当流速流向仪的流速变化数值小于等于流速阈值时，仅控制电动绞车调节缆绳长度；

当流速流向仪的流速变化数值大于流速阈值时，控制电动绞车调节缆绳长度同时调节驱动电机的驱动功率和驱动方向。

进一步地，所述陆基信号处理中心还用于实时检测流速流向仪的流向数据，判断流速流向仪的流向变化数值是否超出流向阈值；

若流速流向仪的流向变化数值超出流向阈值，则判断缆绳存在扭转，控制驱动电机的驱动方向，向缆绳扭转的反方向移动，直至缆绳不存在扭转。

进一步地，所述陆基信号处理中心实时检测定位仪采集的位置信息，判断浮标平台是否移出浮标平台的设置范围，当浮标平台移出设置范围时，控制驱动电机移动浮标平台，使浮标平台处于浮标平台的设置范围内。

进一步地，所述陆基信号处理中心还设置有报警装置，报警装置包括声音报警器和警示灯；

当浮标系泊子系统的缆绳所受拉力

当浮标系泊子系统的缆绳所受拉力

进一步地，所述一级报警模式为控制警示灯闪烁，所述二级报警模式为控制声音报警器报警并控制警示灯闪烁。

进一步地，所述缆绳贯穿有包塑导线束；

无线信号传输器通过包塑导线束与电动绞车、驱动电机、定位仪、风速仪、流速流向仪和张力仪进行连接。

进一步地，系泊子系统还包括光电装置、风电装置和蓄电池；

光电装置、风电装置和蓄电池均设置在浮标平台上，光电装置和风电装置通过包塑导线束分别与蓄电池连接，用于为蓄电池提供电能；

蓄电池通过包塑导线束为无线信号传输器、电动绞车、驱动电机、定位仪、风速仪、流速流向仪和张力仪提供电源。

进一步地，所述驱动电机和所述张力仪均至少设置有1个；

所述陆基信号处理中心可同时控制多个浮标系泊子系统。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种浮标系泊系统，通过水动力模型，根据采集的实时数据计算缆绳所受拉力、缆绳所需长度和/或驱动电机的驱动功率和驱动方向，并控制电动绞车和驱动电机来调整缆绳，使缆绳所受拉力小于缆绳临界拉力。本发明通过实时数据计算缆绳所受压力，精准控制电动绞车和驱动电机做出反应，使缆绳所受拉力始终小于缆绳临界拉力值，保证缆绳的安全，避免出现跑标、走标等现象，达到减少经济损失，确保科研周期与数据安全的目的。

本发明还可以根据台风的气象数据，分析台风过境时的风力峰值、海流流速峰值、最大波流力、海水水流方向和海浪峰值，预测缆绳在台风过境时所受最大拉力，计算缆绳所需长度，对缆绳和驱动电机进行调整，以确保缆绳在台风过境时的安全，避免出现跑标、走标等现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的系统的示意性结构框图；

图2为本发明一个实施例的系统的结构示意图。

其中，1、陆基信号处理中心，2、浮标平台，3、缆绳，4、无线信号传输器，5、定位仪，6、光电装置，7、风电装置，8、驱动电机，9、电动绞车，10、风速仪，11、流速流向仪，12、张力仪，13、锚点，14、蓄电池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种浮标系泊系统，系统包括控制子系统和系泊子系统，控制子系统包括陆基信号处理中心1、无线信号传输器4、定位仪5、风速仪10、流速流向仪11和张力仪12，浮标系泊子系统包括浮标平台2、缆绳3、锚点13、电动绞车9、驱动电机8、光电装置6、风电装置7和蓄电池14。

陆基信号处理中心1通过无线信号传输器4分别与定位仪5、风速仪10、流速流向仪11、张力仪12、电动绞车9和驱动电机8信号连接。

无线信号传输器4、定位仪5、风速仪10、电动绞车9、驱动电机8、光电装置6、风电装置7和蓄电池14均设置在设置浮标平台2上。

缆绳3两端分别连接电动绞车9和锚点13，缆绳3上设置有流速流向仪11和张力仪12。

缆绳3贯穿有包塑导线束，无线信号传输器4通过包塑导线束与电动绞车9、驱动电机8、定位仪5、风速仪10、流速流向仪11和张力仪12进行连接。光电装置6和风电装置7通过包塑导线束分别与蓄电池14连接，用于为蓄电池14提供电能。蓄电池14通过包塑导线束为无线信号传输器4、电动绞车9、驱动电机8、定位仪5、风速仪10、流速流向仪11和张力仪12提供电源。

需要说明的是，驱动电机8和张力仪12均至少设置有1个，本领域技术人员可根据实际应用需要设置多个驱动电机8和多个张力仪12。

需要说明的是，陆基信号处理中心1可同时控制多个浮标系泊子系统。

如图2所示，本实施例设置了4个驱动电机8，均匀分布在浮标平台2上，本实施例还设置了5个张力仪12，均匀分布在缆绳3上。

在本实施例中，陆基信号处理中心1控制1个浮标系泊子系统。

无线信号传输器4、定位仪5、风速仪10、电动绞车9、驱动电机8、光电装置6、风电装置7和蓄电池14均设置在设置浮标平台2上。

缆绳3两端分别连接电动绞车9和锚点13，缆绳3上设置有流速流向仪11和张力仪12。

缆绳3贯穿有包塑导线束，无线信号传输器4通过包塑导线束与电动绞车9、驱动电机8、定位仪5、风速仪10、流速流向仪11和张力仪12进行连接。光电装置6和风电装置7通过包塑导线束分别与蓄电池14连接，用于为蓄电池14提供电能。蓄电池14通过包塑导线束为无线信号传输器4、电动绞车9、驱动电机8、定位仪5、风速仪10、流速流向仪11和张力仪12提供电源。

陆基信号处理中心1根据浮标作业地区的历史水文数据，通过水动力分析软件建立水动力模型。陆基信号处理中心1根据风速仪10、流速流向仪11采集的实时数据和5个张力仪12采集的实时数据的平均值计算缆绳3所受拉力

陆基信号处理中心1还包括预测模拟模块，预测模拟模块根据接收的气象数据分析台风过境时的风力峰值、海流流速峰值、最大波流力、海水水流方向和海浪峰值，预测缆绳3在台风过境时所受最大拉力

需要说明的是，上述缆绳3临界拉力

陆基信号处理中心1实时检测流速流向仪11的流速数据，判断流速流向仪11的流速变化数值是否超出流速阈值，当流速流向仪11的流速变化数值小于等于流速阈值时，陆基信号处理中心1仅控制电动绞车9调节缆绳3长度，缆绳3所受拉力

需要说明的是，本领域技术人员可根据实际应用需要设置流速阈值的数值，在本实施例中流速阈值的数值为44km/h。

具体的，陆基信号处理中心1实时检测流速流向仪11的流速数据，判断流速流向仪11的流速变化数值是否超出44km/h，当流速流向仪11的流速变化数值小于等于44km/h时，陆基信号处理中心1仅控制电动绞车9调节缆绳3长度，确保缆绳3所受拉力

陆基信号处理中心1实时检测流速流向仪11的流向数据，判断流速流向仪11的流向变化数值是否超出流向阈值，当流速流向仪11的流向数据超出流向阈值时，陆基信号处理中心1判断缆绳3存在扭转，控制驱动电机8的驱动方向，向缆绳3扭转的反方向移动，直至缆绳3不存在扭转。

需要说明的是，本领域技术人员可根据实际应用需要设置流向阈值，在本实施例中，流向阈值为90度。

具体的，陆基信号处理中心1实时检测流速流向仪11的流向数据，判断流速流向仪11的流向数值变化是否超出90度。当流速流向仪11的流向数据超出90度时，陆基信号处理中心1判断缆绳3存在扭转，并根据流向数据进行分析，控制驱动电机8的驱动方向，使驱动电机8向缆绳3扭转的反方向移动，直至缆绳3不存在扭转。在驱动电机8向缆绳3扭转的反方向移动的过程中，陆基信号处理中心1实时检测流速流向仪11的流向数值变化，并根据流速流向仪11的流向数据变化及时调整驱动电机8的驱动方向，直至缆绳3不存在扭转。

所述陆基信号处理中心1实时检测定位仪5采集的位置信息，判断浮标平台2是否移出浮标平台2的设置范围，当浮标平台2移出设置范围时，控制驱动电机8移动浮标平台2，使浮标平台2处于浮标平台2的设置范围内。

需要说明的是，本领域技术人员可根据实际应用需要设置浮标平台2的设置范围，在本实施例中浮标平台2的设置范围为以浮标平台2投放地点为圆心，半径为10米的圆形区域。

具体地，陆基信号处理中心1实时检测定位仪5采集的位置信息，判断浮标平台2是否移出以浮标平台2投放地点为圆心，半径为10米的圆形区域，当浮标平台2移出设置范围时，控制驱动电机8移动浮标平台2，使浮标平台2始终处于该圆形区域，确保浮标采集数据的连续性和特定性。

陆基信号处理中心1还设置有报警装置，报警装置包括声音报警器和警示灯。

当陆基信号处理中心1检测到缆绳3所受拉力

当陆基信号处理中心1检测到缆绳3所受拉力

本发明提供了一种浮标系泊系统，通过水动力模型，根据采集的实时数据计算缆绳所受拉力、缆绳所需长度和/或驱动电机的驱动功率和驱动方向，并控制电动绞车和驱动电机来调整缆绳，使缆绳所受拉力小于缆绳临界拉力。本发明通过实时数据计算缆绳所受压力，精准控制电动绞车和驱动电机做出反应，使缆绳所受拉力始终小于缆绳临界拉力值，保证缆绳的安全，避免出现跑标、走标等现象，达到减少经济损失，确保科研周期与数据安全的目的。

本发明还可以根据台风的气象数据，分析台风过境时的风力峰值、海流流速峰值、最大波流力、海水水流方向和海浪峰值，预测缆绳在台风过境时所受最大拉力，计算缆绳所需长度，对缆绳和驱动电机进行调整，以确保缆绳在台风过境时的安全，避免出现跑标、走标等现象。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。