【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋水文监测，尤其涉及一种水下剖面密度测量系统及方法。
技术介绍
1、江流入海口及近海地区,复杂的海域环境使得其海水性质充满不确定，在近海工程施工中海水密度对施工影响非常大，由于施工对水体扰动，激发水底淤泥上浮，水中易溶盐及悬浮颗粒含量增大，使得施工区域内浮力变化率陡增，对水下构筑物及潜水员作业造成严重安全隐患，传统的做法是通过获取不同深度的水体样本，送入实验室进行测量取样液体体积与质量的关系，这种方法效率低下且经长时间静止后，悬浮物沉淀，密度降低与实际密度分布情况不符，误差较大，不利于对现场施工直接进行指导；另外内河近海区域受潮汐因素的影响，对于测量方法依赖已知水深直接计算密度的设备和方法极易失真，且海洋环境中流速变化较大，采用垂直缆绳等方法实际情况下无法满足垂直状态，越深误差越大，越难以测准深度及不同水层的密度。
2、而以上水域包括江流和近海等近海工程建设区域，受水流影响，用于监测水体密度而下放至水下的垂直线缆式监测仪总是很难保持线缆在水下保持垂向状态，使得此类监测仪对于不同深度的监测剖面因线缆的弯曲而与实际测得的深度密度出现较大误差，如专利技术专利cn114604364a公开的一种系缆式水下直升机剖面测量系统及方法，包括：岸站系统以及与其通信的水下剖面测量系统；水下剖面测量系统，包括：水上浮球、水下直升机、运行通道缆、充电上阻尼块、下阻尼块以及锚定系统，通过水下直升机控制线缆保持垂向，但这种方式依赖阻尼块供电且无法保证线缆在水下随着深度的增加依然保持绝对垂直的状态，必将使得测量精度上会产生较大误差
技术实现思路
1、为解决上述
技术介绍
中的问题，本申请提供一种水下剖面密度测量系统及方法，能够即时获得不同水下剖面的密度，无需实验室测试，且不拘泥于线缆是否保持垂直状态，不需要考虑潮汐现象引起的水面上涨和下降，不需要测量固定深度的数值，而是通过积分的数字方法得到准确的海水深度数值，适用海洋、内河水下工程施工的水文监测领域，结构简单造价低，适合工程推广使用。
2、为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
3、一种水下剖面密度测量系统，所述系统包括测量船，船锚，钢丝绳，走线器，参数测量装置，测控传输绳，和数据分析系统；其中
4、所述船锚与所述钢丝绳相连接，在水下形成对测量船的锚泊固定；
5、所述参数测量装置固定设置在所述测控传输绳末端，并通过所述走线器与所述钢丝绳活动连接，使所述参数测量装置沿所述钢丝绳保持等间距同曲率由下及上进行位移；
6、所述测控传输绳与所述参数测量装置、所述数据分析系统进行数据连接，且在测控传输绳上有等间距连续的标记点，间距与参数测量装置等长；
7、所述参数测量装置内固定设置至少两个水压力计，所述水压力计之间的间距固定且在中间设置有角度仪，用于实时测量所述参数测量装置的角度变化；
8、所述参数测量装置沿所述钢丝绳位移时，将实时测得的至少2个水压值和测得水压力值传输至数据分析系统，计算参数测量装置所处位置水体的实时平均密度，并结合所述参数测量装置拉出水面后积分计算得出对应水深，绘制水体剖面密度与水深的对应关系曲线。
9、与现有技术相比，本申请通过使参数测量装置沿钢丝绳由下及上位移过程中，实时测量参数测量装置所处剖面的水压力值和倾斜角度，通过数据分析系统的计算转化为水下不同剖面的水体密度；最后通过对深度积分的方式确定所有采集点的真实水深从而得到剖面水深与对应密度数值的技术方案，方案达到了能够即时获得不同水下剖面的密度数值，无需采样后在实验室测试，不拘泥于线缆是否保持垂直的状态，无需考虑水面上涨等潮汐现象。
10、较佳的，所述测控传输绳由采集控制线、数据传输线、柔性尼龙线绳组成，且所述所述采集控制线、数据传输线的表面分别包覆有抗干扰铝箔，所述测控传输绳上设置等间距的标记。
11、具体的，所述角度仪可选的为机械罗经、激光罗经、光纤罗经进行实时姿态角度测量中的一种。
12、具体的，所述水压力计和角度仪在所述参数测量装置内呈直线线性排布设置。
13、一种水下剖面密度测量方法，包括以下步骤：
14、s1：测量船到达指定测量位置时，将船锚连接钢丝绳投入水底进行锚泊，使测量船保持固定状态；
15、s2：钢丝绳在水下形成曲线，参数测量装置随测控传输绳进入水底，并与钢丝绳保持活动连接；
16、s3：在测控传输绳上有等间距连续的标记点，逐次按等间距且连续的标记点拉动测控传输绳使所述参数测量装置沿钢丝绳由下而上运动，采集参数测量装置在不同剖面位置水下的2个水压力值和测量时装置的倾斜角度；
17、s4：待参数测量装置从水中被逐次拉动至出水后，积分计算投锚处的水深，进而得到每次采集数据时参数测量装置所处的水深；
18、s5:将采集的同组水压力值和倾斜角度数据传输至数据分析系统中，分别计算出每次采集记录时水体的平均密度；与积分计算所得的采集点所处深度一一对应，绘制水下剖面密度与深度对应的关系曲线。
19、较佳的，所述步骤s3中参数测量装置在采集不同深度水下的水压力值和倾斜角度的步骤为：
20、s301：采集所述参数测量装置沉至指定深度时，位于不同深度的两个水压力计的水压力值及角度仪的倾斜角度；
21、s302：按标记提升测控传输绳，带动参数测量装置沿钢丝绳滑动上升，采集每次提升后的同组水压力值和倾斜角度；
22、s303：参数测量装置被提升至测量顶端之后，重新逐次按标记下放，采集每次下放后的同组水压力值和倾斜角度；
23、s304：将同一水深采集的数据归于一组进行数据处理，减少因漂流导致钢丝绳曲线发生明显变化时的误差。
24、具体的，所述步骤s4中确定每次采集时水深的步骤为：
25、s401：将所述参数测量装置提出水面后，根据多次采集数据进行积分得到初始状态投锚时的水深；
26、s402：通过初始状态的水深计算得到每次采集时装置所处的水深。
27、进一步的，所述s5中的不同深度与水体平均密度的计算步骤为：
28、s501：采集时位置记为yi，记录此时的上部水压力计的水压力值pi1、下部水压力值pi2、倾角角度为αi，上部水压力计距水面的深度hi1，下部水压力计距水面的深度hi2，l—两个水压力计之间的距离；则：
29、
30、
31、
32、δyi＝hi2-hi1＝l/tan(αi) (4)；
33、s502：将船锚锚头处为基准点o，坐标计为(x0,y0)，对于钢丝绳的各测点深度确定为：
34、
35、其中，
36、l—两个水压力计之间的距离；
37、i—测点序号，i＝1，2，...,j；
38、s503：计算确定y本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水体剖面密度测量系统，其特征在于所述测量系统包括测量船，船锚，钢丝绳，走线器，参数测量装置，测控传输绳，和数据分析系统；其中
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述测控传输绳由采集控制线、数据传输线、柔性尼龙线绳组成，且所述采集控制线、数据传输线的表面分别包覆有抗干扰铝箔纸，所述测控传输绳上设置等间距连续的标记，间距长度与所述参数测量装置相同。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述角度仪可选的为机械罗经、激光罗经、光纤罗经进行实时姿态角度测量中的一种。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述水压力计和角度仪在所述参数测量装置内呈直线线性排布设置。
5.一种水体剖面密度测量方法，包括使用如权利要求1-4任一种测量系统，其特征在于所述方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于所述步骤S3中参数测量装置在采集不同剖面位置水下的水压力值和倾斜角度的步骤为：
7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于所述步骤S4中确定每次采集时水深的步骤为：
9.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述数据分析系统为MATLAB数据系统。
...【技术特征摘要】
1.一种水体剖面密度测量系统，其特征在于所述测量系统包括测量船，船锚，钢丝绳，走线器，参数测量装置，测控传输绳，和数据分析系统；其中
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述测控传输绳由采集控制线、数据传输线、柔性尼龙线绳组成，且所述采集控制线、数据传输线的表面分别包覆有抗干扰铝箔纸，所述测控传输绳上设置等间距连续的标记，间距长度与所述参数测量装置相同。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述角度仪可选的为机械罗经、激光罗经、光纤罗经进行实时姿态角度测量中的一种。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述水压力计和角度仪在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘彤，杨卓，刘炳凯，季璇，刘永辉，胡综浩，
申请(专利权)人：广州市建筑科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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