[发明专利]海洋结构物及海床地基波浪动力响应现场长期观测系统

说明书

技术领域

本发明涉及海洋现场观测技术，尤其涉及一种海洋结构物及海床地基波浪动力响应现场长期观测系统。

背景技术

在海洋工程中，海洋结构物一般坐落在海床上，由于海水以及波浪的不断侵蚀和冲击，容易导致海床地基的失稳而使结构物坍塌，或由于巨大的冲击力使海洋结构物被推到，给海上工程和沿海居民带来灾难，所以建立一种海洋结构物及海床地基波浪动力响应现场长期观测系统意义重大。

申请号为200810229172.0的中国专利申请《海浪雷达观测系统》公开了一种雷达观测系统，应用船载雷达对海面进行扫描，获取海浪的相关参数。

申请号为201010106794.1的中国专利申请《基于InSAR与GPS数据融合的地表三维形变监测方法》公开了一种基于InSAR与GPS数据融合的地表三维形变监测方法，突破了单一监测技术的应用局限，改善了三维形变监测结果的时空分辨率。

但是以上两者都有其监测范围的局限性，都只能针对海洋结构物或者波浪进行单一的监测，不能形成一个系统的监测。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种海洋结构物及海床地基波浪动力响应现场长期观测系统，该系统能够在野外长期高效稳定地采集海洋结构物及海床地基动力响应的数据。

本发明的目的是这样实现的：

本发明设置了传感器单元和孔隙水压力采集单元，对海洋结构物加速度、波浪对结构物的冲击压力以及海床中孔隙水压力进行监测，采集数据全面、精度高，采集时间长，给研究海洋结构物及海床地基波浪动力响应问题提供全面的数据支持。

本发明可在现场长期高效稳定地采集海洋结构物及海床地基动力响应的数据，避免了大量的人力，且采集数据系统化，可为后期的研究工作，以及海洋结构物的设计和维护提供可靠的数据基础。

具体地说：

一、海洋结构物及海床地基波浪动力响应现场长期观测系统（简称系统）

本系统包括海床地基、海水、海洋结构物和土地基；

设置有电能产生单元、电力存储及管理单元、数据采集及存储单元、波浪观测单元、沉降及位移观测单元、传感器单元和孔隙水压力采集单元；

电能产生单元、电力存储及管理单元、数据采集及存储单元、波浪观测单元和沉降与位移观测单元设置于土地基和/或海洋结构物上；

前后连接的电能产生单元和电力存储及管理单元给系统供电；

传感器单元包括加速度传感器、波浪压力传感器阵列和孔隙压力传感器，加速度传感器和波浪压力传感器阵列分别设置于海洋结构物上，测试海洋结构物的加速度和波浪压力；孔隙压力传感器设置于孔隙水压力采集单元内，孔隙水压力采集单元设置于海床地基内，测试海床地基的压力；

波浪观测单元、沉降与位移观测单元和传感器单元分别与数据采集及存储单元连接，获取观测数据。

二、海洋结构物及海床地基波浪动力响应现场长期观测方法（简称方法）：

本方法包括下列步骤：

①安装

按照系统结构，在海岸的土地基上设置电能产生单元、电力存储及管理单元、数据采集及存储单元、波浪观测单元和沉降与位移观测单元，将孔隙水压力采集单元和孔隙压力传感器组装后压入或者打入海床地基，随后将加速度传感器和波浪压力传感器阵列安装在海洋结构物靠海一侧；

②数据采集

将波浪观测单元和沉降与位移观测单元、传感器单元连线至数据采集及存储单元，电能产生单元和电力存储及管理单元开始工作为数据采集及存储单元、波浪观测单元、沉降与位移观测单元和传感器单元供电，开始进行长期数据采集；

③后期数据收集及处理

后期定期通过外接设备连接至数据采集及存储单元进行数据的收集，再进行

后期处理。

本发明具有下列优点和积极效果：

①依靠太阳能和风能发电及蓄电池储电，绿色环保，不需外部电源；

②避免了工作人员长期在野外作业，能够长期高效稳定地采集数据，后期维护成本低，有较高的经济价值；

③数字信号采集仪可以根据所用传感器的类型采集微电流或微电压信号，也可以针对光纤传感器加装光纤解调器，数据采集单元可以根据用户自己设定的条件，在低频采集和高频采集之间进行采集模式换档；

④孔隙水压力采集单元长度可调节，耐腐蚀。

总之，本系统能够长期在野外自动高效稳定地采集数据，得到由波浪引起的海床和海洋结构物的动态响应；可为后期海洋结构物的建造和维护提供数据理论支持；且系统内设备简单易得，可统一标准，工业化组装或生产。