海洋科普 | 海洋仪器中那些设计思路很赞的黑科技

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大家都知道我们居住的这个地球其实是一个“水球”,三分陆地七分海洋。对于海洋的开放利用已经越来越多,一场翻天覆地的工业革命正在悄悄进行。机器人技术、AI、低造价感应器、卫星系统、大数据、基因工程等的快速进步打开了海洋资源利用和研究的新格局,颠覆性的海洋技术的推广意味着。在将来,我们会拥有更干净、更安全的海洋环境,大家一起见识一下,那些厉害的海洋“黑科技”。

无人自主船舶

无人驾驶航行的船只将很快成为现实,海洋航运是个价值3800亿美金的产业,但如同道路交通一样,海洋交通也会产生污染、导致物种入侵,甚至使某些海洋生物灭绝。未来,无人自主航运会让该产业更加高效、清洁和低成本,无人自主航运可以提高工作效率并通过消除人员需求来降低排放,但是还需将现有传感器技术与改进的算法进行集成。

潜水机器人

潜水机器人能在极大深度水域完成复杂任务,其身体能承受十倍的压力。斯坦福大学机器人研究团队设计了一个水下人形机器人Ocean One。通过力传感器为操控员模拟触摸的感觉,从而帮助人们安全地抓住海底文物,高能人形机器人将很快能够在大深度和高危险性海洋研究和工程任务中取代人类潜水员。

水下AR眼镜

当前增强现实和虚拟现实技术正在普及且处于大力发展阶段,在海洋中也不例外。美国海军工程师为其潜水员设计了一种增强视觉显示器可以将其理解为一款防水和超长续航的——谷歌眼镜。这项新技术能将声纳数据与水面团队情报结合起来帮助商业潜水员和搜救队在可见度接近零的情况下完成复杂任务。

深远海养殖箱

2014年,人类首次实现食用人工养殖鱼类的数量超过野生鱼类,新的水产养殖技术促进了水下农业的爆发性增长。水下“aquapod”养殖箱在夏威夷墨西哥和巴拿马等地都投入了使用,这样的技术创新让水产养殖业可以离岸发展,这消除了困扰海边渔场的污染和疾病问题。

海洋仿生机器人

海洋机器人的研发正在向大自然学习经验获得灵感,金枪鱼机器人可以执行海上监视任务,监控着近海石油平台周围的管道,海洋仿生机器人还可以收集海底数据以进行环境监测。这些经历了悠长岁月考验的物种正被人类用于各种海洋问题的解决。

FPSO 又称浮式生产储油卸油轮

对原油进行初步加工并储存,被称为"海上石油工厂"。由船体、负责油气生产处理的上部模块和水下单点系泊系统三部分组成,一般适用于20~2000米不同水深和各种环境的海况,通过固定式单点或悬链式单点系泊系统固定在海上,可随风、浪和水流的作用进行360度全方位的自由旋转。

以往海洋石油平台出货,都是通过海底管道往岸上送,70年代开发了大型油气田以后,开始建设大型海洋油气管道,把开采的油气直接输往陆上油气库站。这样的工程施工投资大,在一般海域中铺设一条中等口径的海洋管道需要一支由铺管船、开沟船和10余只辅助作业的拖船组成庞大的专业船队。

此外,还需要供应材料、设备和燃料的船只等,总之海洋管道施工费用比陆上同类管道要高1~2倍,同时施工质量要求还很高。不论是在施工期间或投产以后,海洋管道若发生事故,其维修比陆上管道维修困难得多。

有了FPSO就完全不同了,大型货油轮可直接靠泊来运输,技术上的革新显而易见。由于其大到几百万立方米的油气处理能力和数十万吨的储油能力,以及极强的适应性(20~1000m水深范围内工作,重现期高达百年,抗大风浪),FPSO比以往的固定式导管架平台+海底管道方案更具经济效率,特别适用于远离海岸的中、深海及边际油田的开发,已成为海上油气开发的主流方式。

当前全球在役FPSO共有161艘,中国第一艘FPSO-52000吨"渤海友谊"号由708所设计、上海沪东中华造船(集团)有限公司建造,于1989年7月完工并投入海上油田生产。目前中国已经成为全球最大的FPSO制造与应用国,所拥有的FPSO数量与总吨位均居世界首位。

ADCP 声学多普勒流速剖面仪

单纯测海水流速流并不容易,所以这项仪器改测海水里面的小物质,杂质,气泡等,通过他们的运动来确定流速流向。

CTD温盐深测量仪

电极式直接接触海水,通过海水离子导电性测量电导率,电感式测量法,测量通过传感器探头之间回路的离子变化,计算出电导率。

其中一款较为惊奇的CTD是将CTD,单点海流计,以及溶解氧,叶绿素浊度等传感器,集成到一个主机平台上,做成一个潜标(即在水面二三百米以下的浮标系统),

最底部挂一重物,水泥墩之类的,提供重力,将整个系统拉到海底,水泥墩上面是声学释放器,再往上就是钢缆以及凯夫拉绳,最上面挂一些浮球,提供浮力,将整个锚系系统拉直,在水里呈悬浮状态。

主机平台就挂在钢缆上,保持运动直到电量耗光或者设定的程序终止。测量该潜标系统在该位置处的CTD剖面数据,以及海流,溶解氧,叶绿素等数据的剖面分布。

漂流浮标

种类较多,用途广泛,测海流(主要是大洋环)、搜救、监测溢油等。设计很精巧,主要利用浮力以及水的作用力,流体力学跟结构力学结合的很好,尽力保证浮标能追随着流体,保持相同的速度运动,便于监测。

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oceaner
活跃在昨天 19:53
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