水下绞车垂直剖面观测系统

1.厂家简介

        NiGK公司成立于1980年12月，一直是NOF集团的核心成员之一。提供各种各样的市场产品，运用高科技手段设计精巧和独特的产品。公司拥有350名员工，涉及行业包括化学：温度指示器、消毒耗材、建筑材料、火箭等；机械设备：输电故障检测与海洋调查研究。产品严格遵从ISO9001和ISO14001国际质量保证体系。

2.水下绞车的优势

        多种海洋观测方式针对特定的使用条件和海域具备各自的特色和优势，在海洋观测领域起到不可或缺的作用，例如图1中的A船和B船就搭载不同的传感设备。

        A船：船载传感器进行深海海洋要素垂直剖面测量，就是由远洋科考船载着调查设备和调查人员抵达所要观测的海域，停船后，由甲板绞车拉动测量设备沿水体上下运动，并在运动过程中采集观测要素数据，对具有长时间观测要求的科考项目，海洋科考船鉴于其体积庞大和人员配置，即使短则数天的连续监测也明显需要消耗大量的资源和人力，而且像台风等恶劣海况科考船均不适合进行作业。

        B船：潜标观测系统。该设备铺设传感器组进行垂直剖面测量，浮标位于海面以上，水下挂载延伸到水底的锚系，通过沿锚系每隔一定的间隔悬挂多种海洋要素传感器监测垂直剖面海洋水文要素数据，收集海面以下定点剖面监测资料。海床基观测因为布放于海底位置，其不具备海洋剖面数据观测的能力；浮标或潜标等沿锚系铺设传感器的这种方式对于少量、不连续的观测要求下可以使用，但对于需要长期、连续测量海洋要素的场合其明显不适用，而且传感器链意味着需要研制多个传感器，对成本方面的要求严格的监测还是不太适合。

        因此，我们需要水下绞车来帮助我们完成长期、连续的深海剖面实时观测的任务，避免动用大型科考船只造成人力物力的过度消耗，摆脱传统多组传感器链分层监测的财力浪费，同时能够采用多种控制升降功能的剖面测量平台，避免海洋生物附着而导致传感器失灵。

3.水下绞车的应用

        在海洋环境监测和资源调查中，经常需要对海洋环境的海水温度、海水电导率和压力等海洋环境要素进行长期、定点、实时、立体监测，实时传输潜标利用水下平台所携带的设备完成海洋环境要素测量后，采用水下绞车放索将通信浮标放出水面，通信浮标通过卫星通信方式将海洋环境要素数据发送到岸站。完成数据发送后，水下绞车通过收索将通信浮标收回水下。

3.1 印度洋-Seabed Resident Event Profiler

      印度国家海洋研究所海洋仪器组科学家在印度洋沿岸下放的新型机器人平台-海床驻地剖析仪（SREP），可下潜最深达200米，SREP能够追踪海水运动过程，比如每年六月至九月沿印度洋西海岸形成的上升流，上升流能够给渔业带来大量经济价值。上附的传感器能够监测低温、低氧量和海水营养条件等，可在海底连续工作100天。图2-4中显示了最近一次航程中仪器的部署以及在部署期间收集到的盐度温度分布图。

3.2哥得兰海盆-垂直剖面监测仪

        哥得兰海盆是波罗的海最大的海盆，其特点是在中部存在永久密度跃层将上下层的海水隔开，密度跃层阻止了海水的垂直混合与氧气输送，底层含氧海水主要来自于到达波罗的海中部的北海海水，这片区域水动力背景复杂且多变。为了调查此海域的动态过程，科学家们设计了一款垂直测量平台Profiling instrumentation platform（PIP，如图5,6），它由测量平台（PIP）、水下绞车、声学换能器和配重线缆组成。

        水下绞车来自NiGK公司，最大可达深度300m，配备360m长，2.7mm的凯夫拉缆绳，高1.8m，重量190kg，具有内置电池，水中浮力约350N。当达到科学家预设时间或间隔时，绞车开启凯夫拉绳阀门并释放凯夫拉绳使PIP上浮，当释放长度达到预设值时，绞车会收回线缆等待下一次工作。

        绞车上最大的浮标球上携带拉力传感器，当拉力小于预设值时，绞车停止排缆，这样就能在不同流态或潮汐状态下进行剖面分析。当PIP在上升期停止时，拉力传感器会关闭绞车马达，使缆绳不松弛避免缠绕，除此之外，拉力传感器还能协助下锚。电力由锂电池提供。

3.3 魏格纳海洋研究所在格陵兰岛部署NiGK水下绞车和CTD

        部署的NiGK水下绞车由控制单元、平行电源、框架和浮力结构组成（图7），专门使用在开放海域，当水下绞车放出绳索时，浮标携带仪器单元上升直到的海水表面，然后水下绞车暂停工作并开始回收绳索与仪器单元直到停止区域。

3.4 地中海-科西嘉海峡

        2013年6月意大利国家委员会海洋研究所启动了地中海垂直剖面观测测试阶段计划，该计划使用NiGK公司生产安装的水下垂直剖面系统在科西嘉海峡进行观测。

        在测试阶段，仪器连续监测了181m的水柱，成功传送至卫星的数据接收率到达90%以上，科学家分析了接收到的高质量数据，这些数据补充了我们对科西嘉海峡的认识，也使科学家们了解到垂直剖面观察的重要性。

        水下绞车的工作流程如图8。第一步唤醒浮标传感器释放至海面；第二步在浮标向上的过程中获取CTD剖面数据；第三步通过卫星传输数据；第四步通过SBD服务器接收数据；第五步通过SBD计划下一步工作；第六步唤回浮标回到初始位置；第七步进入休眠等待下一次工作。

        通过对地中海进行实时监控，科学家们认为垂直剖面浮标具有高性能，能耗低，传输率高的特点，该系统的应用意味着实时海洋监控将会有更好的未来。

4.NiGK水下绞车工作介绍

        NiGK根据客户要求研发的水下绞车，受到了各国海洋工程师的广泛好评。

绞车示意图如图9，水下绞车具有如下特点：

1.绞车自带电池。NiGK公司研发的水下绞车甚至可以借助电池工作（DC24V）。

2.水下使用。主要机械部件密封在油中可避免生物污垢。

3.自动操作便捷。水下绞车具有SWS功能可检测绳索松弛或绳末端位置。

        水下绞车工作如图10所示，系统布放入水到达预定深度后，系统上电初始化，启动海洋环境要素测量，测量一段时间后，启动水下绞车放索将通信浮标释放到水面，通信浮标露出水面后水下绞车停止放索并通过卫星通信系统将海洋环境要素数据传送到岸站，数据发送完成后，水下绞车开始收索，当通信浮标到达设定水深后停止收索，系统进入下一个工作周期，如此循环往复直到工作结束。

        水下绞车上可搭载海流计、CTD、北斗通讯机等，并且根据客户需求可搭载不同仪器设备。实现对水下剖面的参数测量和实时的数据传输，具有连续、隐蔽且实时等特点，是海洋观测的重要补充和发展，是先进的深远海海洋调查装备。

可下载PDF：水下绞车方案.pdf