[0001] 本发明涉及海洋观测高端装备技术领域，具体为一种无人艇牵引的远程布放智能潜标，是透明海洋科学计划的观测节点。

[0002] 潜标可实现潜标布放点处海洋要素的长期连续测量，是少数可以进行海洋要素定点连续观测的重要设备之一。潜标的核心设备：声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是用声波换能器作传感器，换能器发射脉冲声信号，声脉冲通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒和浮游生物反射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短和测速范围大的特点。目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。文献CN202987464U公开了3500米潜标的基本结构。

[0003] 文献CN104875849B公开了一种海洋动力环境多尺度同步观测潜标，在缆绳的上部设置有第一温盐链、第二温盐链、微尺度定点湍流仪与主浮体，所述第一温盐链与第二温盐链均包括温度仪、温深仪和温盐深仪，主浮体位于第一温盐链和第二温盐链之间，主浮体上安装有声学多普勒流速剖面仪，在缆绳的中部设置有往复式微尺度湍流剖面仪，所述往复式微尺度湍流剖面仪上安装有温盐深仪、海流计以及用于观测湍流的剪切探头与快速温度探头，在缆绳的下部设置有深海海流与温盐测量单元，所述深海海流与温盐测量单元包括温盐深仪和海流计。由此可见，潜标的部件越来越多，组装潜标越来越耗时，占用的船时费越来越高。文献CN109398711A公开了利用直升机在特殊海域使用可遥控的释放钩投放潜标的方法，克服了投放潜标过程中遇到的冰山影响问题。

[0004] 1. 物理海洋学研究对象决定了哪里有风浪就去那里观测，台风来临之际，迎着台风去布放潜标观测台风，可能造成设备或人员的安全事故，非常危险，有时不能完成布放，母船不得不回港躲避风浪。

[0005] 2.南方的海上天气炎热，风浪大，甲板剧烈摇晃，组装潜标困难，影响组装的质量，高海况的时候甚至不能完成组装，在船上组装潜标的差错影响潜标的质量可能造成潜标丢失。

[0006] 3.在母船上组装潜标消耗非常昂贵船时费。

[0007] 4.潜标布放的时候，无论是“前标后锚”还是“前锚后标”，仪器和系留缆都会在后甲板上拖行，可能磨损仪器表面防腐层，表面上的划痕降低仪器的耐腐蚀性能，芳纶纤维制造的系留缆在拖行的过程中，其强度可能下降，这些细小的问题很难被发现引起布放者的重视，但这些细小的问题可能造成潜标丢失。

[0008] 水泥船，即以水泥与钢丝或钢筋为主要材质的船舶，包括钢丝网水泥船和钢筋混凝土船。钢丝网水泥船是用钢筋与钢丝网扎成骨架，内外涂抹水泥而成的船舶。钢筋混凝土船，即用钢筋混凝土作为船体结构材料的船。水泥船造价低廉，材料容易获得，建造设备和施工工艺简单，维修保养费用低，且能节约木材和钢材，具有抗腐蚀性和耐久性，主要缺点是自重大，抗冲击性能差，只能在一定范围内使用。钢丝网水泥船可作农船、渔船和运输船舶。钢筋混凝土船可作对自重要求不高，泊位固定或较少移动的工程船舶和趸船。

[0009] 因此，有必要研制水泥材质的船形配重，进一步研究可在高海况远程布放的潜标，解决上述技术难题。

[0025] 实施例1：如图1、2所示，一种无人艇牵引的远程布放智能潜标包括卫星通信装置106、主浮球110、ADCP121、控制器109、不锈钢支架123、仪器链132、声学释放器127、锚链
124、连接环122、船形配重103、牵引杆114、释放装置113和进水装置，所述主浮球110上分别设置有向上和向下打的所述ADCP121、所述控制器109设置在所述主浮球110的预留空腔内，所述不锈钢支架123穿过所述主浮球110上的预留孔，使用螺母固定在所述主浮球110上，所述不锈钢支架123上部设置有所述卫星通信装置106，所述不锈钢支架123下部使用所述系留缆131连接所述仪器链132，所述仪器链132下端连接所述声学释放器127，所述控制器109使用所述信号线缆111电信号连接所述卫星通信装置106、所述ADCP121、所述仪器链132中的仪器、所述声学释放器127、所述释放装置113和所述进水装置，为了图线清晰，部分在图1中画出，另一部分在图2画出。信号线缆111与各个仪器和继电器的需要断开的连接采用感应耦合器连接，避免接头断开后造成短路损坏电路。

[0026] 所述仪器链132根据观测需要选定若干仪器构成，如单点海流计130、温度记录仪128、CTD125、小浮球126和溶解氧记录仪，所述系留缆131将其连接在一起，所述不锈钢支架
123上部还可以根据需要设置若干仪器，如信标机、数据回收仪和水声通信机。

[0027] 所述船形配重103为钢筋混凝土预制的平底形船壳，在潜标运输过程中其内部容纳组装好的潜标；船形配重103被所述无人艇116牵引的时候阻力较小，平底便于其平稳坐落在海底固定潜标，其上设有倒刺129，避免水平滑移。所述船形配重103底部中心位置设置有所述连接环122，所述声学释放器127通过所述锚链124连接在所述连接环122上，所述声学释放器127接收到它的甲板单元的加密的控制指令，打开锁扣，所述锚链124与所述声学释放器127分离，潜标与所述船形配重103分离，在主浮球的净浮力作用下上浮到海面。

[0028] 所述指示线112指示的是所述无人艇116前进的方向，所述船形配重103和所述无人艇116之间使用所述释放装置113、所述牵引杆114和所述牵引环115构造成可释放的连接。如图1所示，所述释放装置113设置在所述船形配重103的前部，使用螺栓连接在所述船形配重103上，所述牵引杆114一端连接所述释放装置113，另一端连接所述牵引环115，所述牵引环115刚性连接在无人艇上，控制器109使用所述信号线缆111连接所述释放装置113的所述吸盘式电磁铁308的电源继电器。所述船形配重103一端设置有所述释放装置113，另一端设置有附加释放装置118，其作用是所述船形配重103重量和外形对称，所述船形配重103下沉的过程中受力对称。此方案使用的所述无人艇116是通用无人艇，无需对无人艇改装。

[0029] 如图7所示，所述释放装置113刚性连接在无人艇上，所述船形配重103的两端对称设置所述牵引环115，其中之一的所述牵引环115使用所述牵引杆114连接在所述释放装置113上，此方案使用的所述无人艇116是专用无人艇，对无人艇改装，加装所述释放装置113。

[0030] 所述船形配重103的底部设置有所述进水装置，其包括所述密封板107、所述橡胶密封垫119、所述左电磁释放器105和所述右电磁释放器133，所述密封板107与所述船形配重103的底部之间设置有所述橡胶密封垫119，所述密封板107压紧在所述橡胶密封垫119上，其两端卡在所述左电磁释放器105和所述右电磁释放器133之下；所述船形配重103上设置有所述下导流孔120阵列，所述密封板107上设置有所述上导流孔108阵列，所述下导流孔120阵列与所述上导流孔108阵列交错布置，所述橡胶密封垫119嵌入钢丝强化其强度和刚度，避免在压力作用下橡胶密封垫从所述上导流孔108或所述下导流孔120溢出，影响密封效果。如图5所示，所述密封板107上的定位销孔503与固定在所述船形配重103上的定位销配合，定位销图中未画出，保证所述下导流孔120与所述上导流孔108交错布置。

[0031] 所述控制器109使用所述信号线缆111电信号连接所述卫星通信装置106和所述左电磁释放器105和所述右电磁释放器133的所述电磁铁404的电源继电器，控制左电磁释放器105和所述右电磁释放器133接通或断开电源；所述控制器109通过所述卫星通信装置106接收远程布放者发出的布放指令，根据布放指令所述控制器109生成和发出控制信号给所述左电磁释放器105和所述右电磁释放器133的所述电磁铁404的电源继电器接通电源，控制所述密封板107脱离所述船形配重103。所述密封板107和所述橡胶密封垫119与所述船形配重103脱离之后，海水135从所述下导流孔120流入所述船形配重103。

[0032] 所述密封板107与所述船形配重103底板之间前后左右至少对称设置四条细绳，图2中画出所述左细绳202和所述右细绳205，四条细绳系住并保持所述密封板107姿态，避免撞击所述声学释放器127。

[0033] 在靠近声学释放器的锚链上设置所述锚链环203，也就是将锚链的一扣扩大为所述锚链环203，在所述锚链环203和所述船形配重103的上部之间设置至少四条侧系缆，图2中画出了所述左侧系缆201和所述右侧系缆204，前侧系缆和后侧系缆图中未画出，四条侧系缆保持所述船形配重103在下沉过程中的姿态，避免所述船形配重103大角度倾斜。

[0034] 如图8和图9所示，所述进水装置还可以是安装在所述下导流孔120处的多个同时打开的电磁阀801阵列；所述控制器109使用所述信号线缆111电信号连接所述卫星通信装置106和所述电磁阀801阵列的电源继电器，所述控制器109通过所述卫星通信装置106接收远程布放者发出的布放指令，根据布放指令所述控制器109发出控制信号给所述电磁阀801阵列的继电器接通电源，所述电磁阀801阵列打开海水注入所述船形配重103，直到电磁阀801的电源耗尽，需要足够的电源在潜标触底前使电磁阀801保持打开状态；使用多个同时打开的所述电磁阀801阵列方案代替了所述左细绳202、所述右细绳205、所述左电磁释放器
105、所述右电磁释放器133、所述密封板107、所述橡胶密封垫119组成的进水装置了。

[0035] 所述进水装置还可以是安装在船形配重103的船舷上的水泵，图中未画出水泵，所述控制器109使用所述信号线缆111电信号连接所述卫星通信装置106和所述水泵的电源继电器，所述控制器109通过所述卫星通信装置106接收远程布放者发出的布放指令，根据布放指令所述控制器109发出控制信号给所述水泵的继电器接通电源，所述水泵打开海水注入所述船形配重103。

[0036] 所述船形配重103由钢筋和混凝土制成，钢筋优选不锈钢材质，混凝土优选造船的防渗混凝土，本案所涉及的材料和工艺需要遵守海洋仪器和海洋工程的相关技术规范；所述船形配重103底部对称布置有多个所述下导流孔120；所述船形配重103顶部设置有隔热防晒板101，防止烈日曝晒仪器；所述船形配重103的内外表面设置有防水层，所述防水层优选环氧树脂防水涂料；在所述船形配重103内铺设所述填充物134，所述填充物134由粗砂和木屑混合而成；所述橡胶绳104捆扎隔热防晒板101和所述船形配重103为一体。

[0037] 所述控制器109包括容纳在水密封外壳中的中央处理器、内存、外存、接口电路和电源，PCB电路板连接中央处理器、内存、外存和接口电路，中央处理器、内存、外存、接口电路分别连接电源，所述控制器109的接口电路使用所述信号线缆111电信号连接至所述卫星通信装置106、所述ADCP121、所述仪器链132中的仪器、所述声学释放器127的接口电路，在所述控制器109和仪器之间建立数据通信链路传递数据和控制仪器启动或停止工作；控制器使用所述信号线缆111连接所述释放装置113的所述吸盘式电磁铁308的电源继电器，控制电源的接通或断开；控制器109使用所述信号线缆111连接所述进水装置的电源继电器，控制电源的接通或断开。方案测试实验中控制器109硬件采用Cortex‑A9通用开发板。控制器109软件包括主程序模块、通信模块、释放模块和进水模块，主程序模块调用通信模块实现所述控制器109与所述卫星通信装置106建立数据连接，查询接收的信息，通信模块向主程序模块返回收到的布放指令；主程序模块调用释放模块发出释放控制信号控制释放装置113释放船形配重103；主程序模块调用进水模块发出进水控制信号控制进水装置工作，海水注入船形配重103，进水模块查询控CTD采集的压力数据判断船形配重103是否沉入海水之中，向主程序模块返回进水完成的结果。所述控制器109通过所述卫星通信装置106接受远程布放指令，发出控制信号控制所述释放装置113释放所述船形配重103和控制所述进水装置实现将海水注入所述船形配重103，完成潜标远程布放。

[0038] 如图10所示，卫星通信装置106包括圆盘形浮体1001、密封舱1002、螺栓1003、小开口销1004、连接支架1005、大销子1006、卫星通信终端1007、外置天线一1008和外置天线二117，卫星通信终端1007设置在密封舱1002内，卫星通信终端1007使用信号线缆111连接控制器109、外置天线一1008和外置天线二117。远程布放前，卫星通信终端1007一直开机工作；完成远程布放后，控制器109根据CTD采集的压力数据控制卫星通信终端1007关机；回收上浮后，控制器109根据CTD采集的压力数据控制卫星通信终端1007开机。外置天线一1008设置在密封舱1002的顶部，密封舱1002为倒置的圆台，圆盘形浮体1001套在密封舱1002上，连接支架1005使用螺栓1003连接在密封舱1002上，大销子1006穿过连接支架1005下端的联接孔与不锈钢支架123上的联接孔，大销子1006、连接支架1005和不锈钢支架123构成活动的连接，在潜标回收的时候，保证卫星通信装置的外置天线一1008可靠露出海面垂直指向天空，与母船可靠通信。小开口销1004穿过大销子1006端部的小孔，防止大销子1006滑脱。

[0039] 由于隔热防晒板101设置有隔热铝箔，外置天线一1008接收的信号被减弱，在无人艇116上或隔热防晒板101上增设所述外置天线二117，保证卫星通信信号可靠接收。所述外置天线二117与卫星通信终端1007采用感应耦合器连接，外置天线二117与卫星通信终端1007分离后接头浸泡在海水中不会影响卫星通信终端1007正常工作。

[0040] 实施例2：如图1和图3所示，所述释放装置113包括大螺栓301、圆盘302、三角挡块303、小弹簧304、连接杆305、大弹簧306、圆柱销307、吸盘式电磁铁308、小螺栓309、机架
310、胶垫311和三角形垫块312，所述大螺栓301将所述机架310、所述胶垫311和所述三角形垫块312和所述船形配重103连接为一体；所述控制器109使用所述信号线缆111连接所述吸盘式电磁铁308的电源继电器，控制吸盘式电磁铁308工作或停止；所述吸盘式电磁铁308使用所述小螺栓309螺纹连接在所述机架310上；所述连接杆305一端焊接所述三角挡块303，小弹簧304套在所述连接杆305上，所述连接杆305穿过所述机架310与所述圆盘302螺纹连接，所述圆盘302选用铁磁性材料制成，本申请中暴露在海水中的零件都选用耐腐蚀防附着的材料。所述圆柱销307套上所述大弹簧306穿入所述机架310的连接孔和所述牵引杆114一端的连接圈之中。所述牵引杆114的连接圈套在所述圆柱销307上，所述圆柱销307将受到所述牵引杆114的拉力传给所述机架310，再传给所述船形配重103。所述牵引杆114的另一端的连接圈与所述牵引环115连接。所述吸盘式电磁铁308断电状态，在小弹簧304的弹力作用下三角挡块303挡住所述圆柱销307，平衡所述大弹簧306的弹力；所述吸盘式电磁铁308通电状态，所述吸盘式电磁铁308吸引所述圆盘302拉动所述连接杆305带动所述三角挡块303向左运动，所述圆柱销307在所述大弹簧306弹力作用下向上运动，所述圆柱销307脱离所述牵引杆114的连接圈，所述牵引杆114与所述船形配重103分离。释放装置113还可以采用牵引车与挂车的连接装置，还可以采用列车自动对接的连接装置。以上只是举例说明，并非限定释放装置113的结构。

[0041] 如图1和图3所示，所述大螺栓301将所述机架310、所述胶垫311和所述三角形垫块312和所述船形配重103连接为一体；所述牵引环115设置在无人艇116上，所述释放装置
113、所述牵引杆114和牵引环115构造成可释放的连接。如图7和图3所示，所述大螺栓301将所述机架310、所述胶垫311和所述三角形垫块312和所述无人艇116连接为一体，所述牵引环115设置在船形配重103上，释放装置113、所述牵引杆114和牵引环115构造成可释放的连接。

[0042] 实施例3：如图4所示，所述电磁释放器（105、133）包括密封胶垫400、长螺栓401、楔形垫块402、短螺栓403、电磁铁404、支架405、铁磁性盘406、耐腐蚀弹簧407、连杆408、挡块409和所述信号线缆111，所述长螺栓401连接所述船形配重103、所述楔形垫块402和所述支架405为一体，所述船形配重103与楔形垫块402之间设置有密封胶垫400。所述短螺栓403将所述电磁铁404固定在所述支架405上，所述连杆408和所述挡块409焊接在一起，所述连杆
408穿过所述耐腐蚀弹簧407和所述支架405上的安装孔，螺纹连接所述铁磁性盘406，所述铁磁性盘406正对所述电磁铁404，所述电磁铁404的电源继电器使用所述信号线缆111连接所述控制器109，控制器109发出控制信号给继电器，控制电磁铁404的电源接通或断开。所述电磁铁404为吸盘式电磁铁，所述电磁铁404断电状态，所述耐腐蚀弹簧407伸长顶住所述挡块409，所述挡块409挡住所述密封板107，所述密封板107压着所述橡胶密封垫119，所述上导流孔108和所述下导流孔120被密封，海水不能进入所述船形配重103；所述电磁铁404通电状态，所述电磁铁404吸引所述铁磁性盘406，拉动所述连杆408和所述挡块409，所述挡块409压缩所述耐腐蚀弹簧407，所述挡块409离开所述密封板107，所述密封板107和所述橡胶密封垫119与所述船形配重103分离，海水涌入所述下导流孔120和所述上导流孔108进入所述船形配重103。

[0043] 实施例4：长长的所述系留缆131可能相互缠绕在一起，一旦缠绕在一起不容易解开，这样就难以实现远程布放潜标；如图5和图6所示，所述密封板107上设置有卡子501，内六角螺钉穿过所述固定孔601将所述卡子501固定在所述密封板107上，所述卡子501由弹性塑料制成，所述系留缆131卡在所述卡子501之中，潜标布放的时候，所述系留缆131在所述主浮球110的浮力作用下从所述卡子501脱出，解决了所述系留缆131太长相互缠绕的问题。

[0044] 实施例5：如图1所示，在所述船形配重103和所述隔热防晒板101之间设置所述橡胶垫102，在所述隔热防晒板101和所述船形配重103上捆绑有所述橡胶绳104，所述橡胶绳104总的拉脱力小于所述主浮球110的净浮力。在潜标布放前所述橡胶绳104避免所述隔热防晒板101和所述船形配重103分开，防止海浪进入所述船形配重103；在潜标布放过程中所述进水装置打开后，海水135进入所述船形配重103，所述主浮球110的净浮力将所述橡胶绳
104拉长滑脱，所述隔热防晒板101和所述船形配重103分开，从而让潜标展开。隔热防晒板
101由玻璃钢制成，其面向天空一面粘贴一层隔热铝箔，反射太阳辐射，降低太阳辐射的吸收，铝箔表面喷涂一层透明树脂清漆，或覆一层透明的保护膜，防止海水腐蚀隔热铝箔。

[0045] 实施例6：一种无人艇牵引的远程布放智能潜标的布放方法，其步骤如下：S1.在实验室出海准备的时候，按观测的海洋要素选定潜标需要挂载的仪器，检查维护设置选定的观测仪器，根据预估的观测环境参数，设计潜标的船形配重、浮球的浮力以及净浮力，预制钢筋混凝土船形配重103；
S2.首先，在所述船形配重103底部铺设所述橡胶密封垫119，然后将所述密封板
107卡在所述左右电磁释放器(105、133)之下，所述控制器109使用所述信号线缆111连接所述左右电磁释放器(105、133)，接着在所述船形配重103内铺设所述填充物134，所述填充物
134支撑潜标的仪器，避免运输过程中在风浪的扰动下仪器在所述船形配重103内晃动，所述填充物134由粗砂和木屑混合而成，选用粗砂和木屑避免使用泡沫塑料污染海洋；S3.将潜标各个仪器：所述卫星通信装置106、所述主浮球110、所述ADCP121、所述控制器109、所述不锈钢支架123、所述仪器链132、所述声学释放器127和所述锚链124，按图1和图2所示连接后安装在所述船形配重103内，所述声学释放器127通过所述锚链124连接所述连接环122上；所述系留缆131卡在所述卡子501之中；
S4.在所述船形配重103顶部设置隔热防晒板101，防止在海面运输过程中烈日曝晒仪器；
S5.使用所述橡胶绳104将隔热防晒板101和所述船形配重103捆扎在一起，避免隔热防晒板101脱离所述船形配重103；
S6.使用所述牵引杆114连接所述牵引环115和所述释放装置113，所述释放装置
113使用螺栓连接在所述船形配重103上，或所述释放装置113使用螺栓连接在所述无人艇
116上；所述控制器109使用所述信号线缆111连接所述释放装置113；
S7. 远程布放者使用智能终端与所述无人艇116的自动驾驶仪建立TCP/IP连接，在所述无人艇116的自动驾驶仪中设定潜标布放点的经纬坐标，所述无人艇116牵引所述船形配重103到达布放海域后，或者远程布放者在线操控所述无人艇116牵引所述船形配重
103到达布放海域后，根据回传的实际测量的布放环境信息判定适合布放潜标的时候，远程布放者通过所述卫星通信装置106与所述控制器109建立TCP/IP连接，远程布放者发出布放指令，所述控制器109通过所述卫星通信装置106接收布放指令，根据布放指令发出控制信号经所述信号线缆111传输到所述释放装置113的继电器，接通电磁铁的电源释放牵引杆，详情见实施例2；
S8.然后控制器发出控制信号接通所述进水装置的电源继电器，海水进入所述船形配重103内，所述船形配重103下沉，所述主浮球110在自己的浮力作用下向上顶起所述隔热防晒盖板101，拉脱所述橡胶绳104，所述隔热防晒盖板101与所述船形配重103分离，随着船形配重103不断下沉，所述系留缆131从所述卡子501不断拉出，潜标逐步展开，潜标在船形配重103的重力作用下不断下沉，最后静止下来完成布放，潜标坐底后如图2所示。

[0046] 总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。