[发明专利]一种海洋地质灾害远程监测预警站及监测预警方法

权利要求书

1.一种海洋地质灾害远程监测预警站，包括框架，其特征在于：框架内设置有数据采集控制舱、由数据采集控制舱控制在框架内竖向移动的压载式贯入机构，以及由数据采集控制舱控制的孔隙压力探杆，还包括用于供电的海底锂电池舱；其中：

数据采集控制舱内置总控系统，并与海底锂电池舱的供电线缆电连接，总控系统通过分压模块控制供电线缆向外供电；

压载式贯入机构包括升降座和贯入齿条，升降座上分别安装有两个贯入电机，每个贯入电机连接一贯入齿轮，贯入齿条竖向固定在框架内并分别与贯入齿轮啮合，升降座上还安装有用于控制贯入电机的电机控制舱，电机控制舱内置控制模块MCU，控制模块MCU与数据采集控制舱内部的总控系统通过水密接插件和水密线缆电连接；

孔隙压力探杆可拆卸的连接在升降座的底面中心下方。

2.根据权利要求1所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：框架包括上框架和下框架，上框架为环形框架，包括竖向连接在下框架上的至少两个立柱，立柱的端部通过大环形板连接，贯入齿条设置在大环形板内，贯入齿条的下端与下框架连接，贯入齿条的上端通过小环形板连接。

3.根据权利要求2所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：上框架和下框架内分别安装有容置观测多普勒流速剖面仪的ADCP仪器舱和容置多普勒单点流速计的ADV仪器舱，多普勒流速剖面仪的采集器和多普勒单点流速计的采集器均与数据采集控制舱内部的总控系统通过水密接插件和水密线缆电连接。

4.根据权利要求2所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：上框架和下框架内分别安装有深海摄像机，深海摄像机的数据采集仪密封于数据采集控制舱内部，深海摄像机的数据采集仪通过RS232线缆与数据采集控制舱内部的总控系统电连接。

5.根据权利要求2所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：小环形板的下方与下框架之间还竖向连接有贯入导轨，升降座上安装有贯入滑轮，贯入滑轮与贯入导轨滑动连接。

6.根据权利要求5所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：升降座呈三角形，贯入滑轮转动安装在三角形的三个顶角处。

7.根据权利要求2所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：下框架为棱台形框架，棱台形框架的上底面与环形框架连接；棱台形框架的下底面在四角分别安装有连接配重的支撑腿；棱台形框架的侧棱上安装有紧固吊环；棱台形框架内通过夹具安装有与数据采集控制舱内置总控系统电连接的多参数传感器舱。

8.根据权利要求7所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：棱台形框架的下底面中心固定有限位挡板，限位挡板中心开设有供孔隙压力探杆穿过的贯入孔。

9.根据权利要求1所述的海洋地质灾害远程监测预警站，其特征在于：还包括水下通讯滑翔机，以及可与水下通讯滑翔机数据通讯的高频水声换能器，高频水声换能器安装在框架内，高频水声换能器的数据采集仪密封于数据采集控制舱内部，水声换能器的数据采集仪通过RS232线缆与数据采集控制舱内部的总控系统连接。

10.一种海洋地质灾害远程监测预警站的监测预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、使用一分二数据通讯线缆一端连接数据采集控制舱的水密接插件，另一端分别连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机唤醒总控系统，查看系统状态信息，调试各观测仪器工作状态，设置各观测仪器的工作参数和采集频率，设置压载式贯入机构的海底贯入时间和海底贯入深度；

S2、海洋地质灾害远程监测预警站的吊环连接水声释放器，水声释放器的吊环连接工作船的地质缆绳的挂钩，通过地质缆绳绞车起吊入水，直至监测预警站抵达海底，布放过程中，通过水面水声通讯机与水下监测预警站的水声换能器实现双向通讯，辅助判断监测预警站水下状态；待监测预警站坐底后，通过发送声学释放命令控制水声释放器释放监测预警站；

S3、在到达压载式贯入机构预设的海底贯入时间后，启动贯入电机带动贯入齿轮转动，压载式贯入机构沿贯入齿条和贯入导轨向下带动孔隙压力探杆到达指定的贯入深度并停止贯入电机；

S4、多个监测预警站选用环形的布放方式并对海底布放监测点位置依据监测区的范围和地质灾害监测类型进行确定，监测区的环形中心布放海底锂电池舱，海底锂电池舱集成有多个供电线缆接口，各个供电线缆接口通过水下机器人的机械手配合，完成各供电线缆与各海洋地质灾害远程监测预警站的数据采集控制舱的连接，由海洋地质灾害远程监测预警站的数据采集控制舱内部的总控系统通过控制分压模块，来控制供电线缆向各用电设备的电量输送；

S5、海底监测预警站观测网布放完成后，布放水下通讯滑翔机，水下通讯滑翔机浮在海面时，可以依靠自身携带的卫星天线通过通讯卫星与路基卫星天线或船载卫星天线建立双向通讯连接，水下通讯滑翔机在深海滑翔时，进入海洋地质灾害远程监测预警站水声换能器的水声信号有效传播区，水下通讯滑翔机可依靠自身携带的水声换能器通过水声通讯信号与海洋地质灾害远程监测预警站的水声换能器建立双向通讯连接；

S6、孔隙压力探杆可以观测到海底沉积物的超孔隙压力Δμ的动态变化，基于这一参数，反演得到以下可用来评估沉积物的物理力学性质变化和海床强度变化指标：

i.海底沉积物的不排水抗剪强度C_u：用于评估沉积物的物理力学性质，计算公式为：

C_u＝Δμ_max/6

其中：Δμ_max为孔隙压力探杆在贯入过程中产生的最大超孔隙压力Δμ；

ii.海底沉积物的水平固结系数C_h：用于评估沉积物的物理力学性质，计算公式为：

C_h＝r²T_r50/t₅₀

其中：r为孔隙压力探杆的贯入直径；t₅₀为孔隙压力探杆在贯入过程中产生的最大超孔隙压力Δμ衰减至50％所需要的时间；T_r50为无量纲的时间因子，约等于1；

iii.海底沉积物的渗透率k：用于评估沉积物的物理力学性质，计算公式为：

k＝C_hγ_w/D

其中：C_h为海底沉积物的水平固结系数；γ_w为海水的重度，根据γ_w＝ρ×9.8，ρ为底层海水的密度；D为海底沉积物的压缩模量，是海底沉积物在侧向完全不能变形的情况下受到的竖向压应力与竖向总应变的比值，通过试验获得；

iv.海底沉积物的有效应力σ′：可以用于评估海床的强度变化，计算公式为：

σ＝σ′+μ

其中：σ为海底沉积物的总应力，可以根据孔隙压力探杆传感器的测量位置的深度确定；μ为孔隙压力，根据μ＝Δμ+μ₀，Δμ为超孔隙压力；μ₀为静孔隙压力，μ₀根据孔隙压力探杆传感器的测量位置的深度确定；

S7、当监测预警站完成海底监测任务之后，到达预定设备回收时间，贯入电机启动，贯入齿轮反向转动，压载式贯入机构沿贯入齿条和贯入导轨向上运动，完成孔隙压力探杆从海底回收，通过ROV水下机器人下潜辅助挂钩的方式将监测预警站与船载地质缆绳连接，通过船载地质缆起拔回收。