型剖面浮标检测及布放

1、PROVOR型剖面浮标检测及布放*基金项目：国家科技部基础研究重大项目前期研究专项（项目编号：2001CCB00200）和国家海洋局资助项目。孙朝辉1，2，童明荣1，刘增宏1，2（1. 国家海洋局 第二海洋研究所，杭州 310012;2. 国家海洋局 海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室，杭州 310012）摘要：本文详细介绍了ARGO全球海洋观测网建设中常用的一种剖面浮标，即PROVOR型浮标，在布放前的检测过程，以及海上布放的步骤和注意事项等，以便为日后大规模布放ARGO剖面浮标提供借鉴。 关键词：ARGO；PROVOR；浮标；检测；布放一、 引言国际ARGO计划设想用35年（2000200

2、4年）的时间，在全球大洋中每隔300 km布放一个ARGO浮标，总计为3000个，组成一个庞大的ARGO全球海洋观测网，以便快速、准确、大范围地收集全球海洋0-2000 m上层的海水温度和盐度剖面资料。ARGO浮标的设计寿命为35年，最大测量深度为2000 m，会每隔1014天自动发送一组剖面实时观测数据。有关国际ARGO计划和各国ARGO计划的实施进展情况，文献1有详细介绍，在此不再赘述。随着国家基础研究重大项目前期研究专项“我国新一代海洋实时观测系统（ARGO）大洋观测试验网”的批准实施，标志着我国ARGO计划全面启动，在今后几年内我国将陆续布放100150个ARGO浮标。鉴于ARGO剖面

3、浮标是一种新颖的海洋观测设备，国内对此种浮标的布放还缺乏经验，而它抛弃式使用的特性又决定了对其正确检测和正确布放的重要性。为了保证浮标能够在海上长期（35年）正常工作，并能获得可靠的观测资料，作者利用参加“我国新一代海洋实时观测系统（ARGO）大洋观测网试验”项目两个航次期间，所取得的浮标检测和布放经验，在此作一全面介绍，以便为日后大规模布放浮标提供借鉴。 二、 浮标检测程序目前，ARGO全球海洋观测网建设使用的剖面浮标主要有两种类型，一种是由美国Webb公司研制的APEX型浮标，另一种则是由法国Martec集团公司下属的加拿大Metocean分公司生产的PROVOR型浮标。两者工作原理大致相

4、同，只是PROVOR型浮标，出厂前不需要进行压载试验（Ballasting Test），只要在投放前通过PC设置就可以了，而APEX型浮标须在出厂前进行压载试验。关于APEX型浮标的检测，刘增宏等2已作了比较详尽的介绍，这里主要介绍PROVOR型浮标(图1和图2 )的检测过程。浮标在发送给用户以前生产商会进行一系列的测试和校准。在完成各项测试和校准后，会根据用户的要求设置浮标的参数，有关这些参数在下面会作详细介绍，也可以参考PROVOR用户手册3。在运输过程中，浮标难免会受到碰撞和振动等外力的影响，所以当用户收到浮标后应进行必要的检测，以检查浮标在运输过程中是否受到损伤，确认浮标各项功能是否正

5、常，只要其中一项功能出现问题，则应马上与浮标供应商联系。（一）检测所需设备1 带串口（即COM1或COM2）的计算机（PC）12台；2 TALK.EXE超级终端软件(向Metocean公司索取)；3 一条RS232接口线（Metocean公司提供）；4 一只可以精确显示当地时间的计时设备（可以是一块手表或者计算机的内置时钟等）；5 一套Argos测试装置，包括Argos上行信号接收器（Argos Uplink Receiver, Alpha Omega Computer Systems, Inc.）和SEIMAC型Argos上行信号接收发音器等。 图1 PROVOR型浮标 图2 PROVOR浮

6、标结构（二） 检测程序1开箱检查在打开包装箱之前，先检查运输的包装箱有没有凹痕、破碎等被撞击的迹象。打开箱子后检查一下传感器、天线、外壳、浮标下方的塑料部分和测试端口有无破裂、凹痕等被撞击的迹象。要确定磁铁是否还是粘在外壳的固定位置，如果磁铁已移动或掉落，表明浮标已开始工作，此时应首先把磁铁放回原处。如果没有受损痕迹则可进行参数和功能检测。开箱同时还应检查货物清单，应包括以下一些物品：使用说明书一本；一条RS232连接线；一张包含TALK.EXE通讯软件的磁盘；一个平衡盘（包括一些固定用的螺丝）和测试文件等。2检测浮标参数设置和各项功能联接计算机与浮标通讯，以检测其参数设置是否正确和功能是否正

7、常，检测时需要将浮标直立，因为其水压部分只有在浮标竖立时才可以正常工作（注意：检测过程中不要移开磁铁开关，只有在正式投放时才可以移开磁铁）。检测步骤如下：第一步：使用提供的RS232接口线连接计算机的串口和PROVOR浮标的测试端口（图3），测试端口是一个位于浮标顶端可以密封的XSJ-7-BCR连接口。从测试端口旋开保护盖，插入连接线。针1：接收（RX） 针5：命令针2：传输（TX） 针6：N/C针3：重设控制器 针7：N/C针4：外部开关 图3 PROVOR浮标测试端口 第二步：在另一串口或另一台PC上连接Argos接收装置，具体操作可以查阅Argos Uplink Receiver用户手册

8、4，打开Argos接收器，运行Uplinkw程序并设置COM口，此时Argos接收器可以接收到一定范围内的Argos信号。第三步：运行TALK.EXE程序，选择串口，并设置端口的参数为：9600波特；8位数据位；1停止位；无奇偶校检；全双工通信制；无流量控制。第四步：终端连接后，就可以发送命令来检测和改变浮标的参数设置，也可以从浮标读取数据或者测试浮标的功能。执行这些检验和更改是通过在你的计算机键盘上键入字符组成的命令，确定后按ENTER键发送这些命令到浮标中，从屏幕上读取并判断浮标参数是否正确和功能是否正常。开始和PROVOR浮标通讯前，确保RTS（Remote Terminal Syste

9、m 远程终端系统）是9V，PROVOR浮标将在一个提示符 $ 后返回一些初始信息，这意味着与PROVOR浮标通讯成功并且等待你的命令。第五步：通过发送MCONFIG命令读取参数值。在提示符 $ 后键入MCONFIG命令，并按ENTER键发送，计算机屏幕将会显示一系列检测信息。如键入$ MCONFIGPROVOR浮标将返回如下信息：VAL01: NOC: NUMBER_OF_CYCLES = 150VAL02: CYP: CYCLE_PERIOD, days = 10VAL03: RED: REFERENCE_DAY = 0VAL04: AST: ASCENT_TIME, hours = 0VA

10、L05: DBM: DELAY_BEFORE_MISSION, minutes = 60VAL06: DES: DESCENT_SAMPLE_PERIOD, seconds = 0VAL07: DRI: DRIFT_SAMPLE_PERIOD, hours=0VAL08: ASC: ASCENT_SAMPLE_PERIOD, seconds = 11VAL09: DRD: DRIFT_DEPTH, decibars = 1500VAL10: PRD: PROFILE_DEPTH, decibars = 2000VAL11:GRM: GROUNDING_MODE = 0VAL12: ARP: A

11、RGOS_PERIOD, seconds = 30VAL13: ATD: ARGOS_TRANS_DUR, hours = 12VAL14: ARI: ARGOS_ID = 0000VAL15: ESP: EXTENT_OF_SHALLOW_PROFILE, decibars = 400(本文例子中所有的数值都仅作为说明用，具体数值以各浮标测试文件为准)信息内容包括：参数编号、参数英文缩写、参数英文全名、单位和实际数值。如要分别读取上述各项参数值，则需在 $ 提示符后键入以下命令：MCONFIG X这里X用来定义参数。每个参数都有一个编号，一个英文全名和一个英文缩写。全部参数归类在表1中。可以

12、在命令中X处使用参数编号或者它的英文缩写来指定需要读取的参数。例如，读取浮标漂移取样周期时，发送命令：$ MCONFIG 07PROVOR浮标返回:VAL07: DRI: DRIFT_SAMPLE_PERIOD, hours = 0或者$ MCONFIG DRIPROVOR浮标同样返回:VAL07: DRI: DRIFT_SAMPLE_PERIOD, hours = 0将浮标返回的各项参数值和厂商提供的测试文件相对照（浮标的各项参数值在出厂前已全部设置好），这部分检测的目的是核实浮标的参数设置。表1：PROVOR浮标参数编号全 名缩写范 围缺省值单位最小值最大值01NUMBER_OF_CYCL

13、ESNOC125515002CYCLE_PERIODCYP16010days03REFERENCE_DAYRED03660day number04ASCENT_TIMEAST0230hours05DELAY_BEFORE_MISSIONDBM56030minutes06DESCENT_SAMPLE_PERIODDES01200seconds07DRIFT_SAMPLE_PERIODDRI0240hours08ASCENT_SAMPLE_PERIODASC010011seconds09DRIFT_DEPTHDRD015001500decibars10PROFILE_DEPTHPRD2002000

14、2000decibars11GROUNDING_MODEGRM01012ARGOS_PERIODARP109030seconds13ARGOS_TRANS_DURATD010012hours14ARGOS_IDARI00000FFFFF00000hexadecimal15EXTENT_OF_SHALLOW_PROFILEESP1001000400decibars第六步：显示时钟。要显示浮标内部时钟的时间，发送命令：$ MTIME（即在$提示符后键入MTIME，然后敲击ENTER输入命令）PROVOR浮标将返回如下的时间格式YYYY/MM/DD hh:mm:ss，例如：2002/08/24 11

15、:50:38第七步：检测PROVOR浮标各项功能。1显示电池电压，发送命令：$ MBATTERY浮标将返回信息：Electronic Supply Voltage: 6300 mVPower Supply Voltage: 13700mV如果是新电池，这两个值通常为7V 和 14V（看测试文件的界限）。2显示内部真空度：真空度是浮标出厂前装配的最后一步。它的值在600和800 mbar之间，700mbar是被推荐的值，发送命令$ MVACUUM浮标将返回信息：Internal Vacuum: 785 mbar Absolute3显示传感器数据，发送命令$ MTRIPLET浮标将返回信息：EXT

16、ERNAL PRESSURE: 0 mbarEXTERNAL TEMPERATURE: 25478 mEXTERNAL SALINITY: 0.00 PSU因为传感器是露置在空气中的，所以只有温度数据被认为是正确的。4显示液压水平，发送命令：$ MLEVELPROVOR浮标将返回槽内液压水平： 0 cm3槽内水平值将是0或者1920 cm3。因为这个命令会返回一个有效的值，此时必需保证浮标被垂直放置。如果level值是1920，使用MEMPTY命令恢复水平值到0。5测试液压泵，发送命令 $ MTESTPUMP，液压泵运转片刻，可以听到泵工作的声音。6测试液压阀，发送命令 $ MTESTVALV

17、E，液压阀通电片刻，注意可听到阀的动作声音。7测试Argos发射器，发送命令 $ MTESTARGOS XX是发送的小时数,可以根据用户需要设定。MTESTARGOS命令的执行大约需要5分钟。PROVOR浮标将返回一些字符（字符变化次序为，）来显示进度。这个命令将使PROVOR浮标连续发送几组信息。它们是技术信息，格式描述在名为“METOCEAN PROVORArgos Formats”的文件中（同说明书一起发送给用户）。使用Argos测试装置接收信息，信息内容是没有使用意义的，仅仅是作为信号传送测试用，但所发信息中的Argos ID号和CRC检测应是正确的，ID号与本台浮标相符。在距浮标1k

18、m范围之内用Argos上行信号接收器可以接收到它发射的Argos信息，其显示的格式见图4，具体可以参照用户手册中的检测数据格式。将Argos上行信号接收发音器靠近浮标天线，浮标每发送一组数据时它都会发出一次“哔”响声。图4 Argos接收装置显示的Argos信息格式（三） 改变参数值PROVOR浮标所有参数在出厂前已经被设置好，可以用来直接投放，一般来讲用户只要按以上步骤简单地测试即可。但若希望修改其中的任何参数，必需严格按照以下的步骤进行。值得指出的是，检测浮标的设置参数，发送MCONFIG命令，此时显示的参数值是被锁定的，这是为了避免由意外造成的修改。如果你真想改变其中的任何参数值，必需先

19、通知浮标进入INIT模式，即发送命令：$ MPREMISSION 1浮标会返回“System Status is INIT”的信息，然后再发送解锁命令：$ MUNLOCK改变参数的命令格式为：$ MCONFIG X YX指定参数，Y则为新的参数值。例如要修改浮标的循环次数（NOC），由预置的150次，改为200次，发送命令：$ MCONFIG 01 200此时浮标将返回信息：VAL01: NOC: NUMBER_OF_CYCLES = 200表明浮标的循环次数已由原来的150次更改为200次。当完成参数修改后，必需发送MPREMISSION命令以锁定已经修改的参数，即键入$ MPREMISSI

20、ON R浮标将返回如下信息：Buoyancy Controller CPU: OKInternal Pressure (mBar): 700 OKHydraulic Level (cm3): 0 OKElectronic Voltage (mV): 14050 OKArgos Transmitter: OKSensors in head: OKExternal Pressure (cBar): 15External Temperature (mC): 23734External Salinity: 1PREMISSION SuccessPowering Down完成以上测试后，取下连接线，拧紧

21、测试端口保护盖，把浮标放回包装箱中。三、浮标布放步骤浮标通过上述检测后，可以在海上投放。但在投放之前，若浮标仍需经长途运输才能运抵投放的船只，那么在投放前须再次重复上述检测程序，以确认浮标能正常工作。PROVOR型浮标在调查船上的投放（图5）应遵循如下操作规程：1 投放浮标所需设备PC（带串口）12台、Argos上行信号接收器1套、SEIMAC发音器1只、30米长尼龙绳1条（粗细以能穿过浮标平衡盘上的小孔为宜；也不宜过软，以免浸水后缠绕在一起），以及安装平衡盘所需钳子和螺丝刀等工具。 图5 在调查船上投放PROVOR型浮标 图6 从平衡盘小孔穿过投放绳索 图7 投放中的浮标 图8 漂浮在海面的

22、浮标 2 投放前的准备在调查船到达投放点前15分钟左右，把Argos信号接收器与PC连接并打开。取下浮标上的磁铁，这时浮标被激活，5分钟后开始发送信号， 10分钟后浮标内的液压阀会发出响声，此时应该把浮标放平；将SEIMAC发音器放置于浮标天线旁；安装好平衡盘，并取下CTD传感器上的标签和3个保护帽。如果Argos信号接收器和发音器接收到浮标发出的信号，液压阀发出连续响声表明浮标工作正常可以投放。3 投放步骤（1）当船只接近布放点时，应减速滑行或低速航行；（2）将尼龙绳的一端系在船尾一侧，另一端穿过浮标平衡盘上的小孔抓在手中（图6）。（3）慢慢放下浮标至水面，注意千万不能碰撞天线和CTD传感器

23、（图7）；待浮标到达水面后，收回绳子，浮标会依靠浮力漂浮在海面上（图8），此时通过Argos接收器仍可以接收到浮标发出的信号。浮标会在海面漂浮大约3小时后下沉。在浮标投放过程中，应始终保持浮标与船只外壳体有一定的距离，以避免船只摇摆直接撞击浮标，且投放浮标最好在船尾进行。在投放浮标的同时，还应进行CTD观测和采用玫瑰型采水器采集现场水样，以便对ARGO剖面浮标观测的资料进行现场校正，提高其观测资料的质量。四、结束语随着我国ARGO计划的全面实施，将有大量的、各种型号的ARGO剖面浮标被投放。浮标在运输过程中受到意外损害在所难免，因此，收到浮标后一定要进行测试。在投放浮标时，要注意以上所提事项，不要让船速过快和避免浮标与船体碰撞。如果条件允许的话，最好由专业人员来投放，以提高浮标投放的成功率，减少损失。浮标布放完成后必须认真填写固定格式的布放记录表，确保ARGO剖面浮标的正常工作和资料的顺利获取。参考文献：【1】 许建平，阿尔戈全球海洋观测大探秘，北京：海洋出版社，2002.【2】 刘增宏、朱伯康等. Argo剖面浮标的检测及其施放探讨J. 海洋技术，2002，21（3）：3540.【3】 METOCEAN Data S