[0001] 本发明涉及海洋波浪监测技术领域，更具体的说是涉及一种波浪浮标及波浪监测方法。

[0002] 在众多的海洋观测要素中，波浪是最重要且最复杂的一种海洋水文要素，也是物理海洋学研究的重要内容之一，是海洋预报、海洋工程、防灾减灾、海洋权益维护和航海安全等领域重要的输入参数之一。

[0003] 台风、风暴潮等自然灾害的出现势必会引起海上波浪参数的变化，海浪包含着巨大的能量,它能使船舶摇摆甚至造成沉船事故,它对海上作业危害很大,对海岸防护、港口码头等有很大的破坏作用,开展海洋波浪测量的研究与应用,可以有效监测海上的波浪信息,进行海况预报,从而有利于提高港口的灾害防范能力,有助于减少极端灾害条件下沿海港口的损失,为沿海港口、码头生产作业和人民生命财产的安全提供保障,为国家经济快速稳定增长创造条件,具有十分重要的意义。

[0004] 现有波浪测量方法有：加速度测量法、压力法、波面测量法、波面粗糙度反演法等，其中除波面测量法之外其它均为间接测量。基于加速度测量和水压测量的设备均需布放在水中，布放难度大、易丢失、维护成本高。波面测量法是利用测量波面高度变化的方法来测量波浪参数的，即利用固定高度的探头测量探头至水面的距离变化来实现波浪测量，多数采用非接触式(遥测)如激光、微波或超声等测量方式；波面测量设备可以安装在水面以上的海洋构筑物如海洋石油平台上，在水位测量的基础上，通过加速采样来实现对波面高度变化的跟踪，因此具有安全性好，维护简便的特点。但现有的应用于波面测量法的设备只能实现波高和波周期的测量，而不能测量波向、波长和波速等重要波浪参数，从而限制了这些仪器的应用。

[0005] 因此，如何提供一种测量精度高，体积小，重量轻，布放和维护简单方便的波浪浮标及波浪监测方法，利用重力加速度的原理来对波浪变化情况进行监测，是本领域技术人家亟需解决的问题。

[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0046] 实施例1：

[0047] 参见附图1～6，本发明实施例公开了一种波浪浮标，包括：

[0048] 密封桶2，密封桶2顶部固定有上法兰21，密封桶2底部固定有下法兰22；

[0049] 浮球1，浮球1上开设有对称的第一通孔11并套设在密封桶2的外壁且置于上法兰21与下法兰22之间；浮球1的环壁上开设有多个与上法兰21和下法兰22的法兰孔对应的第二通孔12；

[0050] 螺栓柱3，多个螺栓柱3的一端依次贯穿上法兰21、多个第二通孔12和下法兰22，并通过螺母将浮球1与密封桶2紧固；

[0051] 上挡圈4，上挡圈4设在密封桶2顶部并通过多个螺栓柱3紧固；上挡圈4内固定有天线5、防水连接器7、波浪仪8和航标障碍灯6，其中，天线5用于接收卫星信号，防水连接器7用于信号连接，波浪仪8用于感应波浪变化情况，航标障碍灯6用于导航和警示。

[0052] 为了进一步优化上述技术方案，使天线、防水连接器、波浪仪和航标障碍灯在波浪浮标上更加紧固，不会因为波浪的冲击而与波浪仪发生相对移动，密封桶2顶部可拆卸连接有顶盖23，顶盖23上开设有多个固定孔，天线5、防水连接器7、波浪仪8及航标障碍灯6嵌入多个所述固定孔内。

[0053] 为了进一步优化上述技术方案，进一步提高波浪监测装置的使用性能，上挡圈4包括环形座41、立杆42和环形圈43；环形座41一侧环面螺纹连接在密封桶2的顶部环面上，多根立杆42的一端垂直固定在环形座41的另一侧环面上，环形圈43固定在多根立杆42的另一端，顶盖23设在环形座41的内圈中并与密封桶2的顶部环面螺纹连接。

[0054] 在本实施例中，浮球1的直径为40cm～60cm，波浪浮标的整体重量为35Kg，单人即可完成波浪浮标的投放工作。

[0055] 在本实施例中，波浪仪8的数量为两个，通过两个波浪仪监测到的波浪谱序列取平均值，得到波浪的变化情况。

[0056] 实施例2：

[0057] 参见附图7～8，本发明实施例公开提供了一种波浪监测方法，采用实施例1中的波浪浮标对海洋波浪变化情况进行监测，还包括：

[0058] 底护圈9和电池组，底护圈9可拆卸连接在下法兰22的法兰面上，用于固定锚链，锚链远离底护圈9的一端固定有地锚，所述地锚可锚入海底泥沙内；电池组固定在密封桶2内，并与天线5、防水连接器7、波浪仪8和航标障碍灯6电性连接。

[0059] 电池组在1小时测量1次的情况下，可连续运行约5～7个月。若采用一次性高性能锂电池组供电，电量用完后可通过松卸螺丝柱来更换电池组。

[0060] 为了进一步优化上式技术方案，减少更换电池组的弊端，密封桶2顶部设有密封充电接口以对电池组进行充电。电池组电量用完后可以进行充电循环使用。

[0061] 为了进一步优化上式技术方案，波浪浮标在使用过程中，包括以下步骤：

[0062] S1、基于重力加速度原理，将波浪的变化情况转变为波浪浮标的往复运动；波浪浮标投掷于海面上时，波浪浮标会随着波浪的变化而进行漂浮；

[0063] S2、波浪仪获取波浪的变化特征参数；波浪浮标在漂浮过程中，其轨迹与波浪轨迹相同，通过天线和波浪仪可以获取波浪的波高、波周期、波向、一维能量密度谱、二维方向谱和表层水温等海洋环境信息；

[0064] S3、天线将波浪的变化特征参数传递到PC端进行存储或输出海面变化序列。通过卫星联控，能够将波浪的特征变化参数传递到PC端进行存储或输出。

[0065] 为了进一步优化上式技术方案，天线5的通讯方式为北斗卫星通讯、铱星通讯或数传电台通讯。

[0066] 波浪浮标在工作过程中，对波浪的监测间隔为每1小时一次、每0.5小时一次或连续监测。

[0067] 常规波浪特征参数包括：平均波高、平均波周期、三分之一波高、三分之一波周期、十分之一波高、十分之一波周期、最大波高、最大波周期、波向、波数。

[0068] 谱特征参数包括：谱有效波高、谱平均周期、谱峰周期、谱峰波向。

[0069] 参见附图7，波浪浮标在对波浪变化情况监测过程中，能够实时输出海浪谱信息，包括一维波浪能量密度谱和二维方向谱。其中方向间隔为1°，共有360个方向点；频率间隔为(0.5/64)Hz＝0.0078125Hz，共有64个频率点，每个频率点都有对应的波向和波向扩展度。

[0070] 波浪浮标监测到的波浪谱信息能够存储到PC端的SD卡内，当天线为采样数据电台通讯时，能够实时输出海面变化序列。

[0071] 本发明提供的波浪浮标及波浪监测方法，通过小型浮标测量系统，能够实时获取波浪的波高、波周期、波向、一维能量密度谱、二维方向谱和表层水温等海洋环境信息。测量精度高，体积小，重量轻，布放和维护简单方便，适用于近岸固定点锚泊观测使用、随船观测使用和实验室教学使用。

[0072] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0073] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。