一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，涉及海底环境监测技术领域，该系统包括：立体监测网络、水下控制中心、远程传输单元以及离岸智能预测中心；立体监测网络用于采集监测阵列数据；水下控制中心用于获取监测阵列数据以及输出监测阵列工作指令；远程传输单元用于将水下控制中心发送的监测阵列数据传输至离岸智能预测中心；离岸智能预测中心用于根据监测阵列数据，重构海底浅表层天然气水合物区域地形以及预测海底浅表层天然气水合物区域地形趋势。本发明专利技术能够实现海底浅表层天然气水合物开采环境的监测。海底浅表层天然气水合物开采环境的监测。海底浅表层天然气水合物开采环境的监测。

【技术实现步骤摘要】
一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统


[0001]本专利技术涉及海底环境监测
，特别是涉及一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统。

技术介绍

[0002]天然气水合物是甲烷分子与水分子在低温、高压条件下形成的笼型晶体水合物，具有广阔的应用前景。海底浅表层天然气水合物的存在对实现高纯度的块状天然气水合物的开采具有重要而深远的意义。
[0003]天然气水合物在给人类带来新能源前景的同时，也对人类生存环境提出了严重挑战。海底浅表层天然气水合物的形成需要高通量的甲烷气体，而且由于海底浅表层天然气水合物与海水接触较为紧密，容易受到海水温度、压力的影响。在海底甲烷气体通量较大时，天然气水合物会在近海底形成并聚集形成块状的天然气水合物，会造成海底沉积物体积膨胀，形成海底浅表层天然气水合物丘状体。然而，由于裸露在海底的天然气水合物受到海水的影响，该天然气水合物处于化学临界稳定状态，容易发生分解。天然气水合物分解会改变沉积物的物理性质，极大降低沉积物的剪切强度，使海底软化，严重可导致大规模滑坡、地震和塌方，甚至威胁海洋工程设施安全。
[0004]然而，由于海底浅表层天然气水合物区域内的沉积物的物理力学特性复杂，具有非均质性、各向异性、结构性、弹
‑
黏
‑
塑性等特点，存在变形规律复杂且不均匀的问题，因此海底浅表层天然气水合物区域内的沉积物的微小形变量很难捕获和监测；此外，基于传感网络的原位监测系统获取的海量数据具有多源、多尺度、动态、时空分布等特性，而且地形及地层形变与土力学等参量间又隐含着复杂的非线性关系，因此开发海底浅表层天然气水合物区域地形及地层形变原位监测系统及高效的预测模型，是实现海底浅表层天然气水合物开采环境的监测与预警的必然要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，能够实现海底浅表层天然气水合物开采环境的监测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，包括：立体监测网络、水下控制中心、远程传输单元以及离岸智能预测中心；
[0008]所述立体监测网络包含多条监测阵列，分别为水平阵列和垂直阵列；所述水平阵列与海底浅表层表面平行铺设，所述垂直阵列贯入海底浅表层内进行铺设，所述监测阵列由多个监测节点组网连接；所述立体监测网络用于获取监测阵列数据；所述监测阵列数据为监测节点坐标信息以及所述监测节点所处的环境信息；
[0009]所述水下控制中心，用于：
[0010]获取所述监测阵列数据；
[0011]输出监测阵列工作指令；所述监测阵列工作指令用于实现监测阵列的时间同步以及控制监测阵列的工作模式；
[0012]所述远程传输单元，用于将所述水下控制中心发送的监测阵列数据传输至所述离岸智能预测中心；
[0013]所述离岸智能预测中心用于根据所述监测阵列数据，重构海底浅表层天然气水合物区域地形以及预测海底浅表层天然气水合物区域地形趋势。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0015]本专利技术提供了一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，包括：立体监测网络、水下控制中心、远程传输单元以及离岸智能预测中心；通过立体监测网络、水下控制中心、远程传输单元和离岸智能预测中心相互配合，重构海底浅表层天然气水合物区域地形以及预测海底浅表层天然气水合物区域地形趋势，实现海底浅表层天然气水合物开采环境的监测。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统的结构框图；
[0018]图2为本专利技术水下控制中心对监测阵列的控制流程图；
[0019]图3为本专利技术数据预处理模块的工作流程图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0022]实施例一
[0023]本实施例提供一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，该系统包括：立体监测网络、水下控制中心、远程传输单元以及离岸智能预测中心。
[0024]所述立体监测网络包含多条监测阵列，分别为水平阵列和垂直阵列；所述水平阵列与海底浅表层表面平行铺设，所述垂直阵列贯入海底浅表层内进行铺设，所述监测阵列由多个监测节点组网连接；所述立体监测网络用于获取监测阵列数据；所述监测阵列数据为监测节点坐标信息以及所述监测节点所处的环境信息。
[0025]所述水下控制中心，用于：
[0026]获取所述监测阵列数据；
[0027]输出监测阵列工作指令；所述监测阵列工作指令用于实现监测阵列的时间同步以
及控制监测阵列的工作模式。
[0028]所述远程传输单元，用于将所述水下控制中心发送的监测阵列数据传输至所述离岸智能预测中心。
[0029]所述离岸智能预测中心用于根据所述监测阵列数据，重构海底浅表层天然气水合物区域地形以及预测海底浅表层天然气水合物区域地形趋势。
[0030]在本实施例中，所述监测节点包括两种类型的数据监测元，分别为形变量监测单元和非形变量监测单元。所述形变量监测单元包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘，所述形变量监测单元用于获取监测节点坐标信息；所述非形变量监测单元包括压力传感器、温度传感器和甲烷浓度传感器，所述非形变量监测单元用于获取所述监测节点所处的环境信息，以预测监测节点的坐标变化。
[0031]所述监测节点通过RS485总线实现通讯组网连接，使用水密材料包裹通讯线路与供电线路以实现与所述水下控制中心交互。
[0032]所述监测阵列的工作模式分为自动高频采集模式、自动低频采集模式、手动采集模式和休眠模式，其中，自动高频采集模式和自动低频采集模式适用于海底浅表层天然气水合物区域内地形的长期监测，手动采集模式适用于科学考察期间的针对性监测，休眠模式用于数据传输和监测阵列时间同步。
[0033]在本实施例中，水下控制中心用于为监测阵列提供电源，并实现监测阵列的时间同步，控制监测阵列的工作模式以及存储实时数据。水下控制中心使用SD卡存储监测阵列采集的数据，使用FatFs文件系统管理监测阵列采集的数据，为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，其特征在于，包括：立体监测网络、水下控制中心、远程传输单元以及离岸智能预测中心；所述立体监测网络包含多条监测阵列，分别为水平阵列和垂直阵列；所述水平阵列与海底浅表层表面平行铺设，所述垂直阵列贯入海底浅表层内进行铺设，所述监测阵列由多个监测节点组网连接；所述立体监测网络用于获取监测阵列数据；所述监测阵列数据为监测节点坐标信息以及所述监测节点所处的环境信息；所述水下控制中心，用于：获取所述监测阵列数据；输出监测阵列工作指令；所述监测阵列工作指令用于实现监测阵列的时间同步以及控制监测阵列的工作模式；所述远程传输单元，用于将所述水下控制中心发送的监测阵列数据传输至所述离岸智能预测中心；所述离岸智能预测中心用于根据所述监测阵列数据，重构海底浅表层天然气水合物区域地形以及预测海底浅表层天然气水合物区域地形趋势。2.根据权利要求1所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，其特征在于，所述监测节点包括形变量监测单元和非形变量监测单元；所述形变量监测单元包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘，所述形变量监测单元用于获取监测节点坐标信息；所述非形变量监测单元包括压力传感器、温度传感器和甲烷浓度传感器，所述非形变量监测单元用于获取所述监测节点所处的环境信息。3.根据权利要求1所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，其特征在于，所述监测阵列的工作模式分为自动高频采集模式、自动低频采集模式、手动采集模式和休眠模式；其中，所述自动高频采集模式和所述自动低频采集模式用于海底浅表层天然气水合物区域内地形的长期监测；所述手动采集模式用于在科学考察期间，对海底浅表层天然气水合物区域内地形的进行针对性监测；休眠模式用于数据传输和监测阵列时间同步。4.根据权利要求1所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，其特征在于，所述远程传输单元通过水密缆连接所述水下控制中心的控制电路；所述远程传输单元通过无线通讯与离岸智能预测中心实现信息交换。5.根据权利要求3所述的一种海底浅表层天然气水合物区域地形形变监测系统，其特征在于，所述远程传输中心包括第一中继和第二中继；所述远程传输单元包括三段线路，其中，第一线路为所述第一中继与所述水下控制中心直接相连的水密缆，第二线路为所述第一中继与所述第二中继相连的脐带缆，第三线路为所述第二中继与所述离岸智能预测中心进行信息交互的无线通讯。6.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛勇强，陈家旺，张春月，艾景坤，张培豪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：