安忆船舶网

船舶 GPS 可以测量水深吗?

admin 0

一、船舶 GPS 可以测量水深吗?

人们如果想深入了解海洋、在海上开展科学实验,开发或保护海洋资源,都需要获得一个最基础的海洋信息——水深。地球上海洋的平均深度大约为3800米,其中最深处是太平洋马里亚纳海沟“挑战者深渊”,深度大约11000米。

那么,这11000米水深是如何测量出来的呢?

有人问,用激光可以吗?陆地上我们就常用激光测量物体间的距离。

抱歉,答案还是

因为包括激光在内的电磁波在水中传播时衰减非常快,传播几百米就没能量了,所以肯定无法用于11000米深海域探测。

又有人问,用“尺子”怎么样?我把绳子绑上重物放入水中,等重物沉到底后,通过测量绳子的长度获得水深。

绳子(测深垂线)测量(图/中科院声学所)

再次抱歉,这个方法看似直观,实则……效率又低,测量结果误差又大,而且只有特殊制作的绳子才能身负重物沉到11000米水深还不断裂,反正也是

这也不可以那也不可以,到底怎么样才可以呢?

这个测量海洋深度的问题,当然早就有人思考过,并确实有几种方法是可行的,不然咱们怎么知道的大海有多深呢~

一种方法是布放深度计(或压力计)到海底进行测量。

不过这种方法布放回收过程需要很长时间,而且水深结果是根据压力和海水特性反演出来的,结果会有一定误差。因此,这种方法虽然空间分辨能力非常高,但探测效率(单位时间所探测的面积)非常低。

深度计测量(图/中科院声学所)

还有一种方法,是根据重力影响下不同深度的海平面高度不同这一特性,利用卫星遥感测量海平面高度进而反演水深的方法。

这种方法的探测效率非常高,但是探测结果的空间分辨能力较低,无法得到精确的海底地形数据。

卫星遥感测量(图/中科院声学所)

第三种,就是目前最常用的声学方法。

因为声波在水中传播时衰减远小于电磁波,频率越低衰减越小,所以通过合理选择频率,可实现11000米深海域探测。

一开始,科学家们使用的是单波束测深仪,它安装在船底,工作时向船的正下方发射一束声波信号,声波到达海底反射回来再由单波束测深仪接收。结合声波在水中传播速度、发射到接收所用传播时间,就可以计算出海底深度。

单波束测深仪可以快速有效地测量海洋深度,但一次测量只能获得一个位置的水深结果,效率还是比较低。

单波束测深(图/中科院声学所)

为了进一步提高11000米海域的声学探测效率,满足不断提高的科研需求,科学家们搞出了一个叫“全海深多波束测深系统”的东西

全海深多波束测深(图/中科院声学所)

全海深多波束测深系统也是安装于船体,工作频率一般为12kHz,从外观上看是两条阵,第一条是发射阵,沿着船体龙骨方向安装,它发出的声波信号会形成一个“发射扇面”,“照射”到垂直船体龙骨方向的海底条带的各个位置。在“发射扇面”上,波束沿着龙骨方向张开的角度较小,为0.5至2度,当波束角度为1度时,发射阵的长度约为8米。

第二条是接收阵,垂直于船体龙骨的方向安装,用于接收从海底反射和散射回来的声波信号。利用声学信号处理方法,接收阵可以只接收来自特定方向的声波信号,形成定向的“接收扇面”。在“接收扇面”上,角度为1至2度的多个窄波束垂直龙骨方向回收,当波束角度为2度时,接收阵的阵长约为4米。

全海深多波束测深系统的发射阵列和接收阵列示意图(图/中科院声学所)

“接收扇面”与“发射扇面”相交方向“照射”到的海底就是被测区域,根据声波信号传播回来的方向与往返时间,可以计算出被测区域的水深和距离船体的水平位置。

船下方的浅色区域即被测区域(图/中科院声学所)

多波束测深系统的接收阵可以同时接收成百上千个特定方向上的回波,也就是说,一次测量就可以获得成百上千个位置的水深。

因此,全海深多波束测深是目前既高效又准确的11000米海域(包括深海海域)水深测量方法,其空间分辨能力显著高于卫星遥感测量方法。

通常情况下,船一边向前航行,一边测量水深,这样一次又一次的测量结果拼接起来,就能够得到一片区域的水深图,也就是海底地形图。

而在实际测量中,全海深多波束测深系统必须面临的难题是波束稳定技术。

众所周知,大部分时间里海洋不会风平浪静。

不光海面上波涛翻滚,有时看似平静的海面下也不平静

海水中的声速约为1500米/秒,探测11000米海域时,全海深多波束一次测量过程(从开始发射声波到接收完最远端返回的声波)需要几十秒,在这段时间里船的姿态始终随着风浪变化,此时声波的发射方向和回波接收方向可能都不再是预设的方向,得到的水深结果就会存在误差,拼接起来的水深图可能会发生扭曲。

风浪导致船体姿态变化,测深的波束难以稳定(图/中科院声学所)

这时候就要放大招了!

通过预测船体的姿态,全海深多波束测深系统采取相应的补偿措施,无论船的姿态如何变化,最终发射和接收的声波都能稳定在预定的方向上,获得更加均匀的探测结果。

为了使声波条带尽可能与船航行方向垂直,发射时采用向不同方向分别发射多个声波扇面拼成整个声波条带的策略,此时各个扇面“照射”海底区域的中心的连线垂直于船行方向。

波束稳定效果(图/中科院声学所)

此外,为更好地实现11000米海域水深探测,全海深多波束测量还采取多种消除误差和偏差的措施,包括选择合理的发射信号,进行姿态、位置、声速偏差修正以及多普勒效应修正等。

全海深多波束测深系统可实现波束实时稳定(图/中科院声学所)
多种测深手段的比较(图/中科院声学所)

在实现11000米深海域高效准确探测的同时,全海深多波束测深系统还具备最浅在20米深海域进行探测的能力,并利用声波探测海底地貌与水中目标,为深海海域探测提供更丰富的探测信息。

全海深多波束测深系统绘制的海底地形图(图/中科院声学所)

而且近期,以中科院声学所为核心的科研团队,经过十年的艰苦研制与技术攻关,成功研制出了我国首套具有自主知识产权的全海深多波束测深系统,并且已安装于科学考察船开展了6000多公里测线应用示范,使我国成为继挪威、德国和丹麦之后第四个研制出现代全海深多波束测深系统的国家!

良器在手,深海地图我有(图/中科院声学所)

作者:中国科学院声学研究所 海洋声学技术中心 王舒文 刘晓东

出品:科普中国 科普融合创作与传播项目

监制:中国科学院计算机网络信息中心

科普融合创作与传播项目是中国科普博览团队在做的科普中国子项目,欢迎投稿(原创科普),邮箱yddzptj@cnic.cn,稿费多,平台广,速来~

二、船舶主机转速测量原理?

船舶主机转速测量通常使用以下原理:

1. 光电传感器:这是最常见的转速测量方式之一。在主机上安装一个光电传感器,其包含一个光源和一个光敏元件。当主机上的旋转部件经过时,光源被阻挡,光敏元件检测到光线的变化。通过测量光敏元件接收到的光线变化频率,可以计算出主机的转速。

2. 磁性传感器:磁性传感器通过检测主机上的磁场变化来测量转速。在主机上安装有磁性传感器,然后将一个可旋转的磁性目标附加到主机旋转部件上。当主机旋转时,磁性目标会导致磁场产生变化,传感器可以检测到这种变化,并通过测量变化的频率来计算转速。

3. 脉冲发生器:在主机上安装一个脉冲发生器,它会随着主机旋转而发出脉冲信号。这些脉冲信号可以通过计数器或计时器来测量,以确定主机的转速。

需要注意的是,船舶主机转速测量的具体方法和传感器类型可能会因不同船舶和系统而有所不同。这些方法只是常见的测量原理,在实际应用中可能还有其他方法和技术。

三、船舶副机启动步骤?

1启动待并辅机,一般空车运转五分钟左右,检查油压、排烟稳定、水温、滑油油位等等。

2调频,将频率调到略高于电网频率。

(这是保证待并机并电之后不是逆功率)

3并车(待同步表指针在11点位置的时候按下并车开关,速度要快)

4调负载,将负载高的辅机往低调,负载低辅机的往高调,而且要同时。这个过程中如果发现某台辅机的频率太快或者太慢就需要单独把频率调好再开始调负载。这样就可以把功率调成一致的了。

四、大型船舶如何启动?

大型船舶启动通常需要准备多项工作,例如检查引擎,启动油泵,打开阀门,检查电池电量等等。

启动时,需要按照特定的顺序启动船舶系统,确保电力供应充足,燃料供应正常,引擎转速平稳。

然后,船员会逐步升高引擎转速,使船舶逐渐靠岸。

在启动过程中,需要密切观察各个指示灯和系统仪表,确保一切正常运行,同时及时调整引擎转速和船舶姿态。

最后,船员应根据实际情况调整船舶航行速度和航向,保持船舶平稳前进。

五、船舶电站启动顺序?

顺序是从重要的机器设备开始,(如各类油泵)、主要的机器设备(如冷却水泵)和辅助的机器设备(机舱通风系统和厨房、甲板、照明等)。

六、船舶主机活塞头如何测量?

用专用的尺子测量。测量时, 先将活塞环平放在所配气缸孔内, 并用活塞头部将活塞环推至气缸孔里往复运 动, 然后用塞尺测量其开口处的间隙。 若间隙超差, 则不能使用; 若间隙过小, 可取出来用 细锉刀锉环口一端, 直到符合要求为止。

发动机发动过后,如果听到啪嗒啪嗒的声音说明间隙较大,

如果出现尾气重就是间隙小了,有专门的尺子量的

七、船舶稳压箱好坏怎么测量?

船舶稳压箱是船舶上用于调整船舶电力系统电压稳定性的设备,通常需要定期进行测量和检查以确保其正常运行。以下是测量船舶稳压箱好坏的几个常见方法:

1. 观察稳压箱运行状况:观察稳压箱的运行情况,包括是否能够保持电压稳定、是否有过载或过热现象等。如果稳压箱运行不正常,可能需要进行修理或更换。

2. 测量电压波动:使用电压表或示波器等仪器测量稳压箱的输出电压,并观察其波动情况。如果电压波动太大或不稳定,表明稳压箱存在问题。

3. 测量电流:使用电流表等仪器测量稳压箱的输入和输出电流,并对比设计规格进行评估。如果电流超过额定值或不稳定,可能需要检查稳压箱内部元件的工作情况。

4. 检查连接线和继电器:检查稳压箱的连接线和继电器是否有松动、腐蚀等问题,确保电源无漏电现象。

5. 检查稳压箱内部元件:如果有条件,可以打开稳压箱进行内部检查,检查电容器、继电器、保险丝等元件是否正常工作,是否有烧损、漏电等问题。

需要注意的是,对于船舶稳压箱的测量和维护,最好由专业的电气工程师或船舶维修人员进行操作,确保安全和准确性。

八、为什么要测量船舶噪音?

对于国际航行船舶,GT大于等于1600的船舶需按照《船上噪声级规则》进行噪声测量。

噪声的防护已经纳入到SOLAS公约条款,因为噪声对健康和舒适性产生了不可忽视的影响。

九、船舶主机拐档怎么测量?

测量拐挡差需要测量每个气缸上止点、下止点、左和右四点的值,只有上止点由于连杆挡住测不到,只需要测量左上方45度和右上方45度的数值,然后取两个数值的平均值即可得到上止点的数值。

测量过程中要缓慢的盘车,并借助偷窥镜读取拐挡表的数值(难以读出数值的位置)

十、船舶主机扭矩怎么测量的?

以电阻应变片为测量元件进行船舶轴功率测量,是目前船舶行业应用非常广泛的一种扭矩测量方法。

该测量系统由扭矩遥测仪、光电式转速传感器、数据采集系统和便携式计算机组成。

利用金属良好的延展性制成很薄和电阻为定值的金属片即应变片,粘贴在被测轴系的光滑表面上,当应力作用于被测轴系上后,被测轴的表面就会在扭力作用下产生变形,应力传递到应变片,受拉压力应力应变片的电阻发生与被测轴表面变形成正比的变化,因此被测轴的变形量就可以通过测量应变片电阻的变化量来实现,进而轴系的扭矩值也就可以测量出来,应变片在安装时,沿扭矩轴中心线45°f方便粘贴四个应变片,组成全桥式电路。