海洋牧场

发布:2016-06-29 23:00      点击:
为推进山东省“海上粮仓”的建设,构建“互联网+海洋牧场”系统,保障海洋牧场的生产安全,推动海洋牧场建设的持续、健康发展,实现对海洋牧场生态环境的可视、可测、可控。需要在山东省的海洋牧场建立海底生态环境有缆观测系统,通过海底电缆为水下观测系统提供能源供给与数据传输通道,实现水位,温度,盐度,叶绿素,溶解氧和水下高清视频等海洋要素的长期、实时、原位、在线、稳定连续观测,并将数据实时传送到山东省水生生物资源养护管理中心和山东省海洋与渔业厅信息中心,从而实现海洋环境的在线监测。完成生态要素的比测,撰写海洋牧场环境要素的变化分析报告。
1.1系统的功能要求
岸基海洋生态环境有缆在线监测系统由岸基控制系统、海底观测平台、数据传输系统、监测中心控制系统、观测仪器五部分构成,岸基控制系统作为能源供应和信息中转站,利用海底电缆完成水下观测系统仪器的供电和数据传输,利用无线网络模块实时转发观测数据至省水生生物资源养护管理中心和省海洋与渔业厅信息中心。省水生生物资源中心和省海洋与渔业厅可以通过网络在线观看水下高清视频和查看实时环境数据,并可以远程对水下观测仪器和探头进行能源管理与数据采集控制。
 
图. 岸基控制的海底有缆观测系统观测示意图
 
1.2观测系统的整体设计指标
最大传输距离(观测点到岸站):10Km
最大投放深度:600m
最大传输速率:2.3Mbps(10Km海缆)
水下最大可提供功率:300W
最大可以集成的仪器数量:16个,要求集成5台仪器(水下高清摄像机),并具备3个备用仪器接口,可以直接接入国际通用流速剖面仪,波浪仪,多参数水质 仪等仪器。
1.3仪器的主要指标
CTD配置选型方案
主要完成牧场的深度,温度和盐度的测量
型号:RBRconcertoC.T.D
主机:
尺寸:390mm x直径63.5mm,顶端保护罩直径73mm
抗压深度:740米(塑料) /10000米(钛合金)
重量:3公斤(空气中),1.1公斤(水中)
电源:内置8节3V CR123A 锂电池 (可升级至16节)
外部电源:12伏直流
存储器:固态存储器可存储3000万组数据
通讯:USB(标配)/RS-232、RS-485(选购)
时钟准确度(Accuracy):±60s/年
校准:NIST标准
工作模式:自容式、实时在线式
 
温度:
温度范围:-5℃至+35℃
准确度(Accuracy):±0.002℃
分辨率:小于0.00005℃
响应时间:~1s,T63;可选~0.1s
漂移:小于0.002℃/年
 
电导(盐度):
电导范围:0-85mS/cm
准确度(Accuracy):±0.003mS/cm
分辨率:1µS/cm(0.00001S/m)
时间常数:T63,<100ms
漂移:约1µS/cm/月
最大耐压:2000米
深度:
深度范围:10/20/50/100/200/500/1000/2000/4000/6000/10000米(可选)
准确度(Accuracy):满量程的±0.05%
分辨率:满量程的0.001%
时间常数:小于10毫秒,T63
 
叶绿素探头
叶绿素a测量范围:0-500µg/l
最低检测限:0.025µg/l,分辨率0.003μg/l
测量范围检测范围(3种,通过Ruskin软件自动选择):0-5µg/l、0-50µg/l、0-500µg/l;
可配备水下光学镜头擦拭器,在水下长期监测,防止生物附着,保证数据质量
激发波长:460 nm
被激发波长:620-715nm
工作温度:-2-50℃
测量点探头前端(锥形,直径10厘米,高7.5厘米)
最大深度:600米
尺寸:长度14.5cm 直径2.2cm
通过电缆连接主机或者直接固定在主机顶端。
溶解氧探头
光学法(特点:抗生物附着,一般1年更换校准膜1次)
工作量程:0-800µmol/l(0-200%)
校准量程:0-500µmol/l(0-120%)
准确度(Accuracy):小于4 µmol/l或2%;
分辨率:小于1µmol/l或0.035%
响应时间(63%):小于25秒
耐压深度:600米
安装方式:通过电缆连接主机或者直接固定在主机顶端
水下摄像机
完成水下环境的视频连续观测
传感器类型 1/2.8" 2.43 Mega Pixels CMOS
信号系统 PAL
传感器有效像素 1984(H)×1225(V)
最低照度 0.05Lux@(F1.2,AGCON),0 Lux with IR
电子快门 支持最低快门,1/3s~1/100,000s
白平衡 自动
背光补偿 支持
降噪 支持2D/3D降噪
镜头焦距 2.8mm-12mm@F1.4 电动变焦镜头
像素 200万像素,30倍光学变焦,12倍数字变焦
视频输出 75-3 BNC输出
视频帧率 1920×1080@30fps
图像镜像 支持
防闪烁 支持
数字放大 支持
曝光模式 曝光模式;曝光等级;曝光速度;防闪烁;
隐私屏蔽 支持
供电 AC220转DC12V±10%
功耗 11.0W
工作温度 ﹣15℃~﹢60℃
工作湿度 湿度小于95%(无凝结)
1.4水下观测平台
水下观测平台采用现场分布式模块化管理,可以实现对水下仪器独立的数据采集和电源管理控制,并能实时检测水下仪器的工作状态,以及采用国际通用的水密接插件,方便扩展其他参数或更新替代同一监测参数不同型号仪器设备。水下观测平台系统设计指标:
① 水下观测平台最大功率:300W
② 水下观测平台供电电压:直流380v
③ 使用寿命:10年,连续稳定运行工作1年
④ 集成传感器:具备灵活扩展其他参数或更新替代同一监测参数不同型号仪器设备,具备即插即用的通用国际标准水密接口
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图 海底观测平台示意图
 
图 系统控制舱结构图
 
水下框架指标要求:水下框架尺寸满足固定目前设备的基础上,可以为将来要固定的流速剖面仪,波浪仪,多参数水质仪等预留足够的固定空间。水中重量不小于100Kg,采用316L不锈钢加工而成,可以提供保证流速剖面仪保持竖直状态的常平架,各仪器具备独立的固定装置,仪器和框架之间采用尼龙隔离,水下框架装备牺牲阳极。
水下密封腔的指标要求:耐压6MPa,采用钛合金加工,内部为供电系统提供散热装置,提供国家海洋局标准计量中心的耐压测试报告,测试标准参考HY016-1992《海洋仪器基本环境实验方法》
1.5海底电缆
海底电缆用于连接岸基控制系统与水下观测平台,主要负责将实时观测数据传输至岸基控制系统,电缆的长度3Km,海底电缆的指标要求如下:
① 电缆破断力>20Kn,密度>海水密度;
② 导体:符合GB/T3956的第二种圆形或紧压绞合圆形结构;
③ 绝缘体:应在导体外挤出聚乙烯绝缘层。绝缘层任一点的最小厚度应不少于规定标称值的90%;
④ 护套:两层护套,中间铠装;内外护套为挤包高密度聚乙烯,护套表面应光亮,色泽均匀,横断面不得有目力可见的气孔、砂眼等;
⑤成缆&填充:应将两根信号线芯成缆并用填充绳进行填充,应在组合线芯上有合适的捆扎带;将成缆后的线芯再次成缆,并用填充绳进行填充,成缆节径比应不大于30倍;
⑥ 使用寿命:30年
      
电缆具体参数
使用寿命:30年
类型:海水专用定制光电复合缆:
芯数:2光2 芯电源线 
光衰减:≤0.5dB/km
绝缘电阻:≥2000MΩ·km 
介质耐压:2kV,AC(电源线间)
比重:1.8
抗拉强度:100kN
耐水压:4.5MPa
 
1.6岸基控制系统
岸基控制系统作为能源供应和信息中转站,负责水下观测系统提供电力供给,并负责回收观测数据,在完成数据的质量控制后上报控制中心。相应的,岸基控制系统同时负责转发总中心控制指令至海底有缆观测系统。其主要技术指标要求如下:
① 岸上电压输入:交流220V,电压波动+7%,-10%
② 岸上电压输出:直流380V,最大功率300W
③ GPRS/CDMA模块:信号强度值>20,传输带宽>100Kb/s
④ 岸基控制箱:防霉、防潮、防烟雾、防雷击处理
⑤ 商业UPS电源:额定功率>20KVA  (需要计算)
⑥ 使用寿命:10年,连续稳定运行工作1年
 
某项目岸基站外观图
    
岸基控制系统外观与内部示意图
 
 
数据采集控制系统内部拓扑图