一种海上降雨噪声特性原位测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海上降雨噪声特性原位测量装置及方法，属于海上噪声技术领域，其特征在于，包括噪声获取部和控制部；获取环境噪声信号的水中模块，包括四台单通道海洋声信号测量仪；获取海面温度、盐度和波高、波向波周期的水面模块；获取海流剖面和水底的温度、盐度、水位信息的水底模块；以及与水中模块、水面模块和水底模块进行数据交互，同时采集视频图像声音信息和雨量信息的平台模块；平台模块与控制部进行数据交互。本申请实现了海洋环境噪声、降雨量、风速、风向、波高、波向、波周期、海流剖面流速流向、海水表层温度、海水表层盐度、海面温度、海面相对湿度、气压、过往船舶情况及现场视频、图像和声音信息的实时原位同步测量。

【技术实现步骤摘要】
一种海上降雨噪声特性原位测量装置及方法
本专利技术属于海上噪声
，具体涉及一种海上降雨噪声特性原位测量装置及方法。
技术介绍
海洋环境噪声是水声信道中的一种背景干扰场，海洋环境噪声研究无论在民用还是军事上均具有非常重要的意义。一方面，人为或自然产生的噪声作为水声信道的固有背景声场将直接影响各种声纳设备的性能；另一方面，海洋环境噪声中蕴含了大量的水文、地质以及海洋生物信息，通过收集分析海洋环境噪声，可估计与海洋有关的参数，如海面的风速、降雨、海浪、海底反射临界角、海底声速等参数,为进一步研究海洋气象、生态环境以及资源分布提供条件。海洋环境噪声源包括海浪飞溅形成的噪声、风与海浪表面相互作用产生的噪声、雨滴声、海洋湍流、生物噪声、海水分子热运动所辐射的噪声、远处航船噪声和沿岸工业噪声、地震扰动形成的低频声波、冰层破裂产生的噪声等。海洋上空的降雨占全球降雨总量的80％以上，海洋上空的降雨是最重要的全球气候影响因子。目前，用于测量海上降雨的两种技术是星载雨水雷达卫星技术和水下声学监测海上降雨的技术。海上降雨落至自由海面上会在水中辐射高强度、宽频带的声信号，利用水听器测量降雨噪声，通过分析降雨噪声的信号频率和时间特征，获得基于噪声功率谱的海上降雨强度反演算法。通过实验测量分析不同粒径雨滴的声辐射，从而确定其声辐射的特性；通过模拟降雨器产生不同粒径及其组合的多雨滴，给出了多雨滴的水下噪声统计特性；总结了影响声音辐射的3个主要因素：水滴的粒径分布、水滴的终端速度和水滴的入射角度。在实验室完成对降雨量与雨滴噪声的关系进行量化分析，建立了降雨噪声功率谱与降雨强度的内在联系，实现对降雨量的反演。海洋环境噪声源多种多样，与环境条件密切相关。海洋环境噪声是这些噪声源的综合效应，各种噪声源发声机理不同导致海洋环境噪声在不同频段具有不同特性。对海洋环境噪声时域、频域和空域特性的调查和深入分析研究离不开对海洋环境噪声以及海洋环境条件的原位同步测量。二战以后，国内外许多学者开展了很多海上降雨噪声的实际观测及功率谱分析，促进了海上降雨研究，不足的是，降雨噪声功率谱与空中降雨强度的内在规律的研究在定量方面还存在不足，开展降雨噪声功率谱的定量分析需要同步匹配降雨强度与水下噪声，提取了不同降雨强度下的典型的水下噪声功率谱，建立起噪声功率谱曲线类型与降雨强度的联系。但是，传统测量手段主要以海洋环境噪声测量为主，不具备风、浪、海流、船舶噪声和降雨的同步测量功能；目前，噪声研究使用的风速、降雨和波浪资料主要来源于卫星和岸基观测站，数据的时空特性和数据质量无法与现场测量数据相比；现有设备无法实现对海洋环境噪声的全息测量，因而无法定量刻画海洋环境噪声级的起伏规律。自然界降雨的条件类型多样，又受到风、浪等环境因素的影响，在形成降雨过程中雨滴的粒径分布、终端速度分布及入射倾角分布比室内的人工水滴实验复杂得多，需要在测量噪声的同时，同步实时测量海洋环境信息。海上降雨现象短时瞬态，时空上极不连续、在开阔海域测量降雨量是十分困难的。雨量测量需要一个相对稳定的平台，测量船即使搭载雨量计，也会受到海飞沫、平台稳定性、船舶诱导风等的影响，实际有效的雨量测量数据很少，难以满足研究需要。由国家海洋技术中心建造的海上综合测量平台，于2019年9月12日布放至威海褚岛北部的试验海域，布放地点离岸约10海里，水深约70米，试验场相应初步具备了小型潮流能机组以及海洋装备的试验能力，为实现海洋环境噪声和海洋环境信息同步测量提供了一个解决方案。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种海上降雨噪声特性原位测量装置及方法。本专利技术的第一目的是提供一种海上降雨噪声特性原位测量装置，包括：位于海域的噪声获取部；用于获取海域的环境噪声、测量原位的水文气象参数、现场的视频、图片和声音信息；与所述噪声获取部进行数据远程交互的控制部；其中：所述噪声获取部包括：获取环境噪声信号的水中模块，包括位于海水中的四台单通道海洋声信号测量仪；获取海面温度、盐度和波高、波向波周期的水面模块；获取海流剖面和水底的温度、盐度、水位信息的水底模块；以及与所述水中模块、水面模块和水底模块进行数据交互，同时采集视频图像声音信息和雨量信息的平台模块；所述平台模块与控制部进行数据交互。优选地，所述平台模块包括嵌入式控制系统、存储卡、降雨触发装置、视频采集模块A、视频采集模块B、图像采集模块、声音采集模块、卫星通信终端、无线通信终端、感应耦合模块、气象站、AIS、ZigBee模块、自容式雨量计和电源管理模块；所述嵌入式控制系统通过电源管理模块控制视频采集模块A、视频采集模块B、图像采集模块、声音采集模块、卫星通信终端、无线通信终端、感应耦合模块、气象站、AIS、ZigBee模块和水底模块的上电和掉电。优选地，所述水底模块包括水下平台、水底采集系统、ADCP和海底CTD；平台模块与水下模块通过电缆进行通信和供电，平台模块按照设定的时序完成ADCP和海底CTD的数据采集。优选地，所述海底CTD用于测量布放点位的海水温度、盐度、测量试验海区水位数据。优选地，所述ADCP用于测量布放点位上方的海流剖面流速流向数据。优选地，所述水面模块包括小浮标、水面采集系统、ZigBee模块A、波浪传感器和表层CTD；平台模块与水面模块利用ZigBee技术通信，平台模块按照设定的时序完成对波浪传感器和表层CTD的数据采集。优选地，所述平台模块与水中模块通过塑包钢缆连接，四台单通道海洋声信号测量仪(简称NTD)固定在塑包钢缆上，嵌入式控制系统按照设定的工作时序启动测量任务，通过感应耦合模块控制四台NTD的工作时间，并同步启动四台NTD的噪声数据采集。优选地，所述塑包钢缆一端与平台模块连接，另一端与浮球连接，浮球到海底距离比最低潮位少1米，通过锚A把塑包钢缆中段固定在海底。本专利技术的第二目的是提供一种基于上述海上降雨噪声特性原位测量装置的方法，定时工作模式包括如下步骤：S1、当有降雨时，进入到降雨测量模式；控制部远程设定测量装置工作模式、启动时间和测量时间；S2、到达定时工作模式启动时间后，进入定时工作模式，打开相应设备的电源，启动传感器同步测量，按照设定的工作时序开始测量，到达结束时间后，停止测量，关闭相应的电源，写入下一次定时工作模式的启动时间，向数据控制中心发送平台状态信息和传感器特征数据，结束本次定时工作模式；在定时工作模式工作过程中，可以响应数据控制中心的命令，当有降雨时，结束本次定时工作模式，进入降雨工作模式；定时工作模式的测量间隔和测量时间由数据中心设置。本专利技术的第三目的是提供一种基于上述海上降雨噪声特性原位测量装置的方法，降雨模式包括如下步骤：当试验现场降雨后，进入降雨工作模式，打开相应设备的电源，启动传感器同步测量，按照设定的工作时序开始测量，降雨结束时间5分钟后，停止测量，关闭相应的电源，向数据控制中心发送平台状态信息、传感器特征数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上降雨噪声特性原位测量装置，其特征在于，包括：/n位于海域的噪声获取部；用于获取海域的环境噪声、测量原位的水文气象参数、现场的视频、图片和声音信息；/n与所述噪声获取部进行数据远程交互的控制部；其中：/n所述噪声获取部包括：/n获取环境噪声信号的水中模块，包括位于海水中的四台单通道海洋声信号测量仪；/n获取海面温度、盐度和波高、波向波周期的水面模块；/n获取海流剖面和水底的温度、盐度、水位信息的水底模块；/n以及与所述水中模块、水面模块和水底模块进行数据交互，同时采集视频图像声音信息和雨量信息的平台模块；所述平台模块与控制部进行数据交互。/n

【技术特征摘要】
1.一种海上降雨噪声特性原位测量装置，其特征在于，包括：
位于海域的噪声获取部；用于获取海域的环境噪声、测量原位的水文气象参数、现场的视频、图片和声音信息；
与所述噪声获取部进行数据远程交互的控制部；其中：
所述噪声获取部包括：
获取环境噪声信号的水中模块，包括位于海水中的四台单通道海洋声信号测量仪；
获取海面温度、盐度和波高、波向波周期的水面模块；
获取海流剖面和水底的温度、盐度、水位信息的水底模块；
以及与所述水中模块、水面模块和水底模块进行数据交互，同时采集视频图像声音信息和雨量信息的平台模块；所述平台模块与控制部进行数据交互。


2.根据权利要求1所述的海上降雨噪声特性原位测量装置，其特征在于，所述平台模块包括嵌入式控制系统、存储卡、降雨触发装置、视频采集模块A、视频采集模块B、图像采集模块、声音采集模块、卫星通信终端、无线通信终端、感应耦合模块、气象站、AIS、ZigBee模块、自容式雨量计和电源管理模块；所述嵌入式控制系统通过电源管理模块控制视频采集模块A、视频采集模块B、图像采集模块、声音采集模块、卫星通信终端、无线通信终端、感应耦合模块、气象站、AIS、ZigBee模块和水底模块的上电和掉电。


3.根据权利要求1所述的海上降雨噪声特性原位测量装置，其特征在于，所述水底模块包括水下平台、水底采集系统、ADCP和海底CTD；平台模块与水下模块通过电缆进行通信和供电，平台模块按照设定的时序完成ADCP和海底CTD的数据采集。


4.根据权利要求3所述的海上降雨噪声特性原位测量装置，其特征在于，所述ADCP用于测量布放点位上方的海流剖面流速流向数据。


5.根据权利要求1所述的海上降雨噪声特性原位测量装置，其特征在于，所述水面模块包括小浮标、水面采集系统、ZigBee模块A、波浪传感器和表层CTD；平台模块与水面模块利用ZigBee技术通信，平台模块按照设定的时序完成对波浪传感器和表层CTD的数据采集。


6.根据权利要求2所述的海上降雨噪声特性原位测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颉，李国富，张晓娟，李琦，张爽，贾廷政，吕九红，杨逍，高超，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，
类型：发明
国别省市：天津;12