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海洋上层高分辨率温度链观测系统设计

海洋技术学报 2023年第5期42卷 26-35页

作者：武文豪徐霄阳张晨光徐国峰中国海洋大学三亚海洋研究院海南三亚572025 中国科学院深海科学与工程研究所海南三亚572025

为满足海洋上层温度数据高分辨率实时观测需求,本文设计出一种成本低、体积小、精度高的温度链观测系统,可搭载于调查船、浮标等多种海洋观测平台,具备高分辨海表温度数据实时观测功能。本文介绍了温度链系统架构的整体设计,阐述了温度... 详细信息

为满足海洋上层温度数据高分辨率实时观测需求,本文设计出一种成本低、体积小、精度高的温度链观测系统,可搭载于调查船、浮标等多种海洋观测平台,具备高分辨海表温度数据实时观测功能。本文介绍了温度链系统架构的整体设计,阐述了温度传感器的高精度测量原理与方法,采用RS-485通信方式并设计出一套适用于温度链的软件通信协议,通过标定、均一性测试、稳定性测试验证了传感器的测量性能,研制出总长200 m的温度链观测设备,设备带有10个测温节点,传感器节点初始测量精度优于±0.005℃,温度链采样间隔最短可达2.7 s。本温度链在我国南海进行了拖曳功能测试,试验结果表明:温度链海上作业通信稳定可靠,数据测量准确,满足海洋现场观测对数据高时效、高精度、低误码率的传输要求。

关键词：海洋上层温度温度链高分辨率观测实时通信

基于移动式温度链实时监测系统测量内波方法研究

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无线互联科技 2022年第15期19卷 131-136页

作者：刘彬华深圳大学电子与通信工程学院广东深圳518060

文章介绍了一套移动式温度链实时监测系统。首先,该系统主要由300 m长的动态缆和温度及温深传感器构成,可挂载于海面的移动平台,测量海洋上层的温度结构。其次,系统上搭载了GPS、北斗二合一模块和铱星通信模块,可实时回传数据和位置信息... 详细信息

文章介绍了一套移动式温度链实时监测系统。首先,该系统主要由300 m长的动态缆和温度及温深传感器构成,可挂载于海面的移动平台,测量海洋上层的温度结构。其次,系统上搭载了GPS、北斗二合一模块和铱星通信模块,可实时回传数据和位置信息,并通过后端程序实时读取和解析数据。本研究将此系统在南海东沙附近海域进行测试,成功记录了一次内孤立波经过的情况。基于移动式温度链实时监测系统测量内波的方式,简单而有效,对内波的理论研究和实际预警产生重要应用价值。

关键词：海洋科学温度链移动式实时测量内波

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浮漂式垂向水温监测系统在白鹤滩库区的可行性研究与应用

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水利建设与管理 2025年第1期45卷 32-38页

作者：刘菊梅谢长江中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙410004

温度对水环境的影响是多方面的,包括对水生生物的影响、对水质的影响,以及对水体物理性质的影响。由于水的理化性质和水生生物对水温有敏感性,水温的变化会对水生生物造成较大影响。浮漂式垂向温度链自动监测系统装置采用独特的设计结构... 详细信息

温度对水环境的影响是多方面的,包括对水生生物的影响、对水质的影响,以及对水体物理性质的影响。由于水的理化性质和水生生物对水温有敏感性,水温的变化会对水生生物造成较大影响。浮漂式垂向温度链自动监测系统装置采用独特的设计结构,将传感器技术、计算机技术、软件技术、4G网络无线通信技术融为一体,实现了对库区水下垂向多点的水温、水深数据的远程实时监测,有效满足了白鹤滩库区垂向水温在线监测的需求。该装置在白鹤滩库区的成功应用为其他类似工程提供了宝贵的参考,有助于推动水环境监测技术的发展。未来,随着技术的进步,这种监测设备有望在水环境监测领域发挥更大的作用。

关键词：钢丝绳浮漂船温度链垂向水温

集合卡尔曼滤波在时变声速剖面追踪中的性能分析

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声学学报 2020年第2期45卷 176-188页

作者：庞立臣胡涛傅德龙郭圣明马力中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院声学研究所水声环境特性重点实验室北京100190 国防科技大学气象海洋学院南京211101 中国科学院大学北京100049

对集合卡尔曼滤波在时变海洋环境下的声速剖面追踪性能进行了分析。将南海实验背景下普林斯顿海洋模型预报的声速剖面正交分解为3阶系数组成的状态-空间形式,其状态转移方程建模为3阶自回归过程;基于卡尔曼反馈理论,利用适合于水平非均... 详细信息

对集合卡尔曼滤波在时变海洋环境下的声速剖面追踪性能进行了分析。将南海实验背景下普林斯顿海洋模型预报的声速剖面正交分解为3阶系数组成的状态-空间形式,其状态转移方程建模为3阶自回归过程;基于卡尔曼反馈理论,利用适合于水平非均匀模型RAM仿真的观测声压场对系统状态进行校正,实现声速剖面的动态追踪。在水平均匀、水平非均匀和海底参数失配环境下的仿真结果均能较好地实现对声速剖面的追踪,验证了算法的可行性。同时对不同信噪比、粒子数、阵元数和海底参数失配等情况下的分析表明,观测信息量的增加可以有效抑制观测误差和模型误差的影响,相关结论得到了实验数据的验证。

关键词：声速剖面非均匀环境动态追踪参数失配地声反演集合卡尔曼滤波海底密度粒子数温度链性能分析

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船载海水温度观测研究

海洋科学 2021年第5期45卷 87-95页

作者：朱洪海祁国梁刘茂科王志杨俊贤贺亚楠刘帅齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 山东省海洋环境监测技术重点实验室山东青岛266061 国家海洋监测设备工程技术研究中心山东青岛266061 山东省经海仪器设备有限公司山东青岛266061

通过研究国家相关海洋观测标准对海水温度观测的规约,结合当前船载水温观测的现状,提出了基于总线的船载磁吸附温度链式观测方法,并对其在结构设计、理论模型、算法等多方面进行了阐述。通过多个竖直分布的温度传感器实时观测,采用自适... 详细信息

通过研究国家相关海洋观测标准对海水温度观测的规约,结合当前船载水温观测的现状,提出了基于总线的船载磁吸附温度链式观测方法,并对其在结构设计、理论模型、算法等多方面进行了阐述。通过多个竖直分布的温度传感器实时观测,采用自适应参数化算法,有效减少了风浪、海流、热辐射等方面的影响,具有观测层深相对固定、精度高等特点,可实现船载全航次的自动观测。同时,设计制造了相关的模拟实验装置进行现场实验,验证了船载磁吸附温度链式观测方法的可行性和有效性。

关键词：海水温度磁吸附温度链模拟仿真总线

基于MSP430南极冰盖冰雪监测站设计与应用

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控制工程 2018年第5期25卷 746-751页

作者：丁云风窦银科潘曜裴玉晶太原理工大学电气与动力工程学院

南极冰盖冰物质平衡对研究全球变暖海平面变化有重要意义,南极冰盖表面冰雪过程变化是研究冰物质平衡的基础。文章设计了一种用于南极冰盖上定点监测冰雪变化过程的自动监测站及远程监测系统,包括南极冰盖10m深温度剖面的温度链的研制,... 详细信息

南极冰盖冰物质平衡对研究全球变暖海平面变化有重要意义,南极冰盖表面冰雪过程变化是研究冰物质平衡的基础。文章设计了一种用于南极冰盖上定点监测冰雪变化过程的自动监测站及远程监测系统,包括南极冰盖10m深温度剖面的温度链的研制,集成了温度链、风速、风向、超声波及光照度等传感器的冰盖冰雪过程变化综合监测站系统,并利用美国铱星网络设计了远程监测网;该监测站已于中国第32次南极考察期间在中山站至昆仑站的冰盖断面上安装使用,经过对南极实时传回国内数据的分析,验证了该监测站实现冰盖表面冰雪多参数自动监测的可行性,为研究南极冰盖冰物质平衡提供了可靠的基础数据。

关键词：传感器冰雪过程变化温度链综合监测站

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极区海冰温度剖面测量技术研究

海洋技术 2009年第3期28卷 40-42页

作者：王海涛张少永张文良国家海洋技术中心天津300112

极地环境要素的变化对全球气候变化起着关键作用,极区海冰结构及其性质,对全球热交换有着深刻影响。极区海冰温度链的研制,可以为实现长期极区海冰剖面温度观测平台研究提供关键的技术和手段。目前,国外用于海冰温度剖面测量的温度链已... 详细信息

极地环境要素的变化对全球气候变化起着关键作用,极区海冰结构及其性质,对全球热交换有着深刻影响。极区海冰温度链的研制,可以为实现长期极区海冰剖面温度观测平台研究提供关键的技术和手段。目前,国外用于海冰温度剖面测量的温度链已经成熟,而国内还没有相关成熟产品,因此,研制测量海冰温度剖面的温度链有其重要性和必要性。文中介绍了用于极区海冰温度剖面测量技术的研究成果。

关键词：极区海冰温度温度链

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船载海水表层温度自动监测系统研究与设计

船载海水表层温度自动监测系统研究与设计

作者：贺亚楠齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着21世纪海上丝绸之路的战略发展及科学研究对水文监测需求的日益增加,对于走航式自动获取海洋气象水文参数的需求也愈来愈迫切。海水表层温度作为海洋物理性质中最基本的要素,对于海水运动、全球气候研究等有着重要影响。现有的船载... 详细信息

随着21世纪海上丝绸之路的战略发展及科学研究对水文监测需求的日益增加,对于走航式自动获取海洋气象水文参数的需求也愈来愈迫切。海水表层温度作为海洋物理性质中最基本的要素,对于海水运动、全球气候研究等有着重要影响。现有的船载自动观测方式存在观测层深不确定、测量稳定性差、准确度较低等不足,船载海水表层温度的自动测量还没有行之有效的方法。针对这一情况,本文根据海水表面温度垂直结构划分和海洋观测规范,通过船载磁吸附温度链的观测方式,采用海水表层温度反演算法,研究并设计了一套船载海水表层温度自动监测系统,实现对海水表层温度的实时走航式自动监测。本文的主要工作内容如下:海水表层温度监测系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分中,以STM32F103RCT6为微处理器,选择线性度良好的正温度系数铂电阻PT1000作为感温元件,采用三线制电桥电路实现温度的测量。软件方面分别设计了Modbus协议和数据监控中心软件,实现海水表层温度数据的采集传输、显示、实时曲线绘制、存储的功能。其次,通过温度传感器在海水表层升沉运动的温度的动态响应特性,建立温度链出入水数学模型,提出海水表层温度反演算法。最后,在青岛某码头进行温度链趸船实验,对符合一阶惯性模型的海水表层温度反演算法进行验证。通过一种可以模拟船舶与水面相对运动的模拟装置对温度链进行测试、分析,实验结果表明温度链测量结果和实测表温相吻合,误差范围在±0.1℃范围之内,具有较高的准确性,证明了该算法的可行性和准确性。此次趸船实验,验证了本系统的稳定性、算法的准确性。本论文的设计内容作为科技部项目重要研究内容,船载海水表层温度自动监测系统可以实现观测层深相对固定的走航式自动监测,为遥感验证提供连续大面积的现场数据,为项目开展提供重要支撑,推动船载水文参数自动监测的进程,为志愿船观测提供助力!

关键词：海水表层温度温度链 Modbus协议铂电阻走航式船舶观测

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梯度水温定点浮标观测系统研究

梯度水温定点浮标观测系统研究

作者：刘野青岛理工大学

学位级别：硕士

近年来随着近海海洋的过度开发、海洋污染等，使得海水的温度有着非常显著的变化，又如春夏交替时个别海域江河汇流，海水的温跃层温度变化亦非常明显，这些都对海洋牧场中的鱼、虾、贝类和海参等有着非常大的影响。而海水温度的剖面变... 详细信息

近年来随着近海海洋的过度开发、海洋污染等，使得海水的温度有着非常显著的变化，又如春夏交替时个别海域江河汇流，海水的温跃层温度变化亦非常明显，这些都对海洋牧场中的鱼、虾、贝类和海参等有着非常大的影响。而海水温度的剖面变化对海洋牧场中生物有着多么重要的影响成为迫切需要解决的技术性课题。海洋资料浮标是目前我国海上环境监测的主要手段，近几年大规模的业务化应用，为我国海洋环境监测和灾害预警发挥着重要作用。海洋资料浮标能够长期、定点、连续、实用和全天候自动观测海洋水文气象等变化趋势。本论文所介绍的浮标观测系统，是一种小型轻质浮标控制系统，致力于为大连獐子岛渔业集团周边海域而研发的梯度水温定点浮标观测系统。在控制终端系统设计中,因系统要求整体功耗偏低,C8051F系列单片机是一个最佳的选择。它们拥有灵活的时钟硬件,使系统能够方便地在高效运作模式与低功耗模式间进行转换,智能的电源管理模式能够在正常工作及待机状态自由切换,从而降低整个系统的能量损耗;当工作频率低于10kHz时,时钟丢失检测器(MCD)能够引发系统产生复位,确保系统工作的安全可靠。

关键词：海洋资料浮标子系统温度跃层温度链