海洋气象锚碇浮标功能规格需求书Word文档格式.docx
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其中，全链式锚系通常由锚链、连接附件及锚等组成；
链缆混合式锚系通常由锚链、缆绳、连接附件、耐压浮球、锚等组成。
2.4自动观测设备
自动观测设备是一套安装在浮标体上可自动完成海上气象水文观测的自动气象站。
2.4.1传感器
传感器的作用是将海洋气象、水文观测要素物理量转换成电信号或数字信号并传递给采集系统，包括温湿度、气压、风向风速、能见度、雨量、辐射、表层温盐、表层海流、波浪等传感器。
2.4.2数据采集器
数据采集器的作用是对气象、水文要素传感器以及浮标状态安全等测量信号进行采集，并根据规定的算法进行处理、存储和传输。
海洋气象锚碇浮标应配备双采集器同时工作，两个采集器可按照各自的时序单独工作，具备独立的通讯机，可同时进行数据观测与传输，两个采集器能够实现数据交换和相互备份功能。
采集器应具有运行状态指示功能。
2.4.3通信传输单元
通信传输单元的作用是将数据采集器采集处理后的各要素值按统一的报文协议传输给岸站。
通讯设备应首选CDMA/GPRS通信方式进行数据文件的定时传送；
在CDMA/GPRS不能覆盖区域，可选用北斗短报文方式。
2.4.4浮标检测设备
浮标检测设备的作用是用于设备调试和维修时对浮标的检测，亦可根据测数据对系统进行故障分析和诊断。
2.5供电设备
供电设备是为浮标提供工作电源的设备。
海洋气象锚碇浮标由太阳能供电装置（含免维护蓄电池）提供14伏工作电源，允许波动范围为12～18伏，且应能保证当地连续15天阴雨天气的正常供电。
2.6安全辅助设备
安全辅助设备是提供浮标在位安全工作的助航、定位与状态检测的设备，包含AIS、卫星定位设备、锚灯、水警、门警和雷达反射器。
2.7岸基数据接收站
岸基数据接收站是数据接收、存储与转发的设备，由通讯机、计算机及配套电源等组成。
岸基数据接收软件能实时接收浮标站发回的报文信息，并生成规定格式的数据文件，实现数据的上传、存储、查询、报表制作等功能。
3功能要求
3.1观测项目
海洋气象锚碇浮标的观测项目为气温、湿度、风向、风速、气压、能见度、海水温度、海水盐度、波浪、雨量、总辐射、长波辐射和表层海流。
3.2数据采集
数据采集器应具有可靠的数据采集、处理、存储、质量控制、状态监控和传输功能；
单套采集器应配置不少于10路RS-232接口，1路频率计接口，4路模拟输入接口；
采集器应配置不少于2个通讯接口，用于连接通信与测试模块。
采集器应按规定的采集算法要求定时采集各个传感器的电信号并计算处理成各气象和海洋水文要素观测值，具备数据质量控制；
采集器应形成规定的数据文件定时发送到中心接收站，并同时在采集器内存储，采集器应能存储2年以上的观测数据；
数据文件内容应包含观测数据、设备状态数据和浮标状态数据；
六米和十米海洋气象锚碇浮标应配备双采集器同时工作，两个采集器可按照各自的时序单独工作，具备独立的通讯机，可同时进行数据观测与传输。
两个采集器能够实现数据交换和相互备份功能。
海洋气象锚碇浮标应按4.2.1规定的采样频率对气象要素和水文要素传感器的输出信号进行采样，并转换成相应的气象和水文要素采样值。
3.3数据处理
对采集的数据进行加工处理，得到相应的统计量（极值、总量、累计量等）。
各个要素值的采集处理方法必须符合4.2.2的要求并对加工处理的结果进行数据质量控制。
3.4数据存储
海洋气象锚碇浮标必须具有数据存储功能。
数据采集器应具备CF卡和优盘两种非易失内置存储器，可存储最近24个月的浮标数据和状态监控信息。
存储的文件内容和格式符合附录4的要求。
岸站应能够把收到的数据和状态信息存入数据库中，数据库存储格式应符合附录2的要求。
岸站应按附录1规定的文件内容和格式生成相应的文件。
3.5数据传输
海洋气象锚碇浮标应至少配置2套通讯设备。
通讯设备应定时向中心接收站传送浮标的数据文件。
通讯设备应首选CDMA/GPRS通信方式进行数据文件的定时传送，在CDMA/GPRS不能覆盖区域，可选用北斗短报文方式。
通讯设备应具备10分钟、30分钟、1小时、3小时的工作模式。
通讯设备应具有数据自动补发功能。
如当前点次数据传输失败，则下一点次继续发射，至少可提供最近六个点次数据补发功能。
通讯设备的通讯报文如附录3所示。
3.6浮标体及锚系功能要求
浮标体从结构设计功能可划分为浮标主体和上层建筑两部分结构。
浮标主体为浮标提供足够浮力，并可搭载安装供电系统、采集系统、报警系统、通信系统、舱内传感器、水下传感器等；
上层建筑为海洋气象观测设备、通讯传输设备、海上助航设备、太阳能电池和避雷针等的安装平台。
浮标锚系根据浮标类型及布放站位可选择单点系泊全链式或单点系泊链缆混合式锚系等。
全链式锚系通常由锚链、连接附件及锚等组成；
浮标体和锚系基本功能要求为：
表1浮标体锚系技术指标
参数
小型浮标
中型浮标
大型浮标
浮标体直径
3m
6m
10m
型深
≥0.9m
＞2.0m
2.2m
吃水
≥0.4m
＞0.8m
排水量
≥1.5t
≥15t
≥50t
横摇角
＜40°
＜30°
稳性恒准数
＞1
工作水深
≤100m
≤5000m
≤200m
浮体结构
饼形结构；
四周的浮力舱围着中心的仪器和电池舱。
上部建筑
大于1.5m高金属支架；
其上可以安装各种气象仪器，同时配有避雷针、雷达波反射装置、橙色锚灯等安全警示装置；
在上部建筑上安装有太阳能电池板，保证系统有充足的电量正常运行。
大于2.8m高圆柱支架；
大于7m高圆柱支架；
系泊
单点
锚系
全链式
全链式或链缆混合式
大修周期
2年
3年
3.7浮标检测仪
海洋气象锚碇浮标检测仪用于设备调试和维修时对浮标做以下检测：
—检测设备应能检查和设置系统工作参数；
—检测设备应能检测传感器状态；
—检测设备应能检测存储器状态及剩余容量；
—检测设备应能检测通信传输设备；
检测仪可根据检测数据对系统进行故障分析和诊断。
3.8时钟同步
海洋气象锚碇浮标采集器采用卫星进行时钟校对，走时精度误差应不大于15秒/月。
3.9观测数据格式
观测数据格式包括存储数据文件格式、传输数据格式和上传数据文件格式。
采集器存储数据文件格式详见附录4。
传输数据协议应符合附录3的要求。
上传数据文件格式应符合附录1的要求。
3.10数据显示
数据和状态信息应能在岸基站软件界面上实时显示。
3.11可配置及可扩展性
海洋气象锚碇浮标在观测项目、通信方式、采集器工作模式等方面应具有可配置、可扩展性。
4性能要求
4.1测量性能
海洋气象锚碇浮标观测要素的性能应满足表2的性能指标。
表2观测项目性能指标
观测要素
范围
最大允许误差
分辨率
风速
0～90m/s
±
0.3m/s或1%
0.1m/s
风向
0～355°
3°
1°
气温
-40℃～+50℃
0.3℃
0.1℃
湿度
10～100%
5%
1%
气压
800～1100hPa
0.3hPa
0.1hPa
能见度
10～20000m
10%（10m～10km），
15%（10km～20km）
1m
雨量
0～50mm
1mm
0.1mm
总辐射
0～2800W/m2
2%
1W/m2
长波辐射
0～700W/m2
方位
0～359°
5°
波高
0.5～15m
10%
1cm
波周期
3～30s
0.5s
0.1s
表层海水温度
－5℃～＋40℃
0.2℃
表层海水盐度
2～40
0.2
0.1
流速
0～300cm/s
0.5cm/s
0.3cm/s
流向
0～360°
4.2采样和算法
4.2.1采样频率
海洋气象锚碇浮标观测要素的采样频率应符合表3的规定。
表3观测要素采样频率
采样频率
计算平均值
计算累计值
计算极值
6次/min
每分钟算术平均
—
小时内极值及出现时间
1次/s
以1s为步长求3s滑动平均值为瞬时风速；
计算每分钟的1min、2minn算术平均；
以1s为步长，计算10min的滑动平均值。
10min内瞬时风速极值（即极大风速）；
10min内分钟平均风速的极值（即最大风速）
求1min、2min矢量平均；
以1min为步长（取1min平均值）计算10min矢量平均值。
对应极大风速和最大风速时的风向
20次/min
最后1分钟内采样数据的容积算术平均值计算1min平均容积（瞬时值）；
以3s为时间步长，对每分钟的1min的算术平均值，减去上时次的容积平均值为本时次的雨量值。
10min分钟、小时累计值
海水温度
最后1分钟内采样数据的算术平均值计算1min平均值（瞬时值）；
要求平均时段内总样本值中“正确”的样本值应大于75﹪（3/4），否则当前的1分钟平均值标识为“缺失”。
海水盐度
波浪
120次/min
每0.5s采样1次，计算在20min时段内不少于100个波的平均波浪各特征高度和周期（平均波高和对应的周期、有效波高和对应的周期、十分之一大波波高和对应的周期、最大波高和对应的周期）。
每半小时更新一次
辐射
最后1分钟内采样数据的算术平均值计算1min平均（瞬时值）。
最后1分钟内采样数据的算术平均值计算1min平均（瞬时值），要求平均时段内总样本值中“正确”的样本值应大于75﹪（3/4），否则当前的1分钟平均值标识为“缺失”。
最后1分钟内采样数据的矢量平均值，要求平均时段内总样本值中“正确”的样本值应大于75﹪（3/4），否则当前的1分钟平均值标识为“缺失”。
。
4次/min
以15s为步长，计算10min滑动平均值。
4.2.2算法的常用计算公式和适用场合
4.2.2.1算术平均法
4.2.2.1.1计算公式
式中：
——观测时段内气象变量的平均值；
——观测时段内第
个气象变量的采样瞬时值（样本），其中，“错误”、“可疑”等非“正确”的样本应丢弃而不用于计算，即令
；
N——观测时段内的样本总数，由“采样频率”和“平均值时间区间”决定；
m——观测时段内“正确”的样本数（
）。
4.2.2.1.2适用场合
气压、温度、相对湿度、1min平均风速、2min平均风速、流速、辐射、雨量等气象变量平均值的计算。
4.2.2.2滑动平均法
4.2.2.2.1计算公式
——第
次计算的气象变量的平均值；
个样本值，其中，“错误”、“可疑”等非“正确”的样本应丢弃而不用于计算；
——在移动着的平均值时间区间内的第1个样本：
当
时
，当
N——是平均值时间区间内的样本总数，由采样频率和平均值时间区间决定；
m——在移动着的平均值时间区间内“正确”的数据样本数
4.2.2.2.2适用场合
3s平均风速、10min平均风速、能见度等变量平均值的计算。
4.2.2.3单位矢量平均法
4.2.2.3.1计算方法
（1）计算公式
——观测时段内的平均风向。
个风矢量的幅角（与y轴的夹角）。
——观测时段内单位矢量在x轴（西东方向）上的平均分量。
——观测时段内单位矢量在y轴（南北方向）上的平均分量。
——观测时段内的样本数，由“采样频率”和“平均值时间区间”决定。
平均风向的修正：
应根据
，对
进行修正。
，
无需修正。
加180°
4.2.2.3.2适用场合
1min平均风向、2min平均风向、10min平均风向、波向、流向等变量平均值的计算。
4.3观测时制和日界
海洋气象锚碇浮标的观测时制采用北京时。
海洋气象锚碇浮标的日界为北京时20时整，即20时00分00秒为一天的结束时刻。
4.4浮标体性能要求
4.4.1极限工作环境
浮标体极限工作环境条件：
风速≤90m/s；
—波高≤20m；
—表层流速≤6kn；
—温度范围-30℃～+60℃；
—相对湿度范围0～100%。
4.4.2浮标体性能要求
浮标体性能应满足以下要求：
4.4.2.1浮标体稳性要求
浮标体稳性设计需参考船舶设计规范，浮标体稳性衡准数必须大于1。
4.4.2.2浮标体随波性要求
—浮标体设计过程中应进行随波性设计。
—浮标体随波性设计应进行水池试验并获取浮标随波升沉响应曲线；
—浮标搭载或集成的波浪传感器的波浪测量算法应通过该浮标随波升沉响应曲线进行修正。
4.4.2.3浮标的防碰撞要求
—浮标体设计过程中应进行防碰撞设计；
—六米浮标和十米浮标浮力舱的水密隔壁、甲板和底板的加强骨架应呈放射性布置；
仪器舱外围的水密隔壁成圆筒状，周向均布应有加强支撑材料，且全部板材和骨架应形成一个封闭的连续性结构，以提高浮标体的抗碰撞能力；
—浮标外围舷侧应增将防碰护舷，以有效吸收船与浮标相碰时的能量，增加浮标的抗碰撞能力。
4.4.2.4浮标的抗沉性要求
六米浮标和十米浮标标体应设有不少于3个的独立浮力舱，并设有单独的设备舱，各相邻舱室相互水密隔断，即使某1个浮力舱室破损进水，设备舱内的蓄电池及仪器设备都不会被水浸没，浮标平台仍能浮在水面上，不至于倾覆。
4.4.2.5观测平台的防攀登性要求
六米浮标和十米浮标的小平台因安装有气象传感器、通信天线、太阳能电池等重要设备，其与主浮标体连接的桅杆筒外围应光滑，没有借力点；
观测平台外围的太阳能电池支架应向外探出，且支架空隙不应过大，以阻止非法登标人员从外围攀登小平台，从而保证观测平台仪器设备的安全性。
4.4.2.6舱门、舱盖的防盗性要求
—浮标甲板上所有水密门、水密舱口盖均不应设外把手；
—浮标用的水密门和水密舱口盖的把手均应经过特殊改装，均需使用特殊设计的异形扳手方可进入，利用常规工具无法打开，以增加非法登标人员开启舱门、舱盖的难度，提高浮标的防盗性。
4.4.2.7浮标体的舾装要求
—浮标的甲板上应具备三座系缆桩、三个导缆孔，以方便浮标的岸边系缆及拖带作业；
—浮标甲板应设置安全扶手，在恶劣海况下，使登标人员有地方把持；
—浮标的甲板还应设计浮标起吊眼板，以方便浮标的吊装作业。
4.4.2.8仪器舱内的散热保温要求
—浮标体应具备散热保温性能设计；
—浮标甲板面以下应设计保温隔热层，阻止来自甲板的热量顺利进入浮标内部，同时通过水下浮标体的热传导，将浮标舱内的热量尽快交换到海水中。
4.4.2.9浮标体的防腐工艺要求
浮标体建造完工后，按以下工序及要求进行浮标的防腐处理：
（1）整体喷砂（金属矿砂），表面粗糙度R2=50～70μm。
（2）漆装
（2.1）水线以下外围（含井管内部）
底漆：
环氧云铁防锈漆1道，厚度100μm；
中间漆：
铝粉氯化橡胶防锈漆1道，厚度50μm；
氯化橡胶铁红厚浆型防锈漆2道，厚度150μm；
面漆：
839长效厚浆型防污漆3道，厚度300μm。
（2.2）水线以上外围
铝粉氯化橡胶防锈漆2道，厚度70μm；
黄色氯化橡胶面漆2道，厚度80μm。
（2.3）舱内
铝粉氯化橡胶防锈漆2道，厚度100μm；
围壁（底板之上15cm）：
白色氯化橡胶面漆2道，厚度80μm。
底板及底板之上15cm：
铁红氯化橡胶面漆2道，厚度80μm。
（3）阴极保护
水线以下应安装牺牲阳极阴极保护，以确保浮标体自身的耐腐蚀寿命。
4.5锚系要求
4.5.1锚系材料要求
浮标的锚链应严格按《GB549-1983电焊锚链》中的相关规定执行。
材料选择应不低于为2级锚链用钢。
锚链采用材料钢化学成分满足下表的要求。
表4锚链材料要求
级别
C
Si
Mn
P
S
Al
C+1/6Mn
AM2
0.16-0.18
0.20-0.40
1.20-1.40
≤0.025
≤0.020
0.020-0.040
≥0.35
AM3
0.28-0.30
0.20-0.30
1.30-1.50
≥0.47
4.5.2锚系具体形式及锚系长深比要求
浮标锚系具体形式应按照《表1浮标体及锚系功能要求》中规定的锚系形式使用。
锚系长深比是指浮标锚系的长度与浮标站位水深的比值。
采用全链式锚系结构时，锚系长深比一般选取3。
但特殊情况下，该数值需要根据实际情况变化。
比如在水深较浅（20米以内）、流速较大的河道、浅滩、海峡口等水域，该数值可适当加大为4～6；
在水深超过80米的海域，该数值也可适当减小，但一般不得低于2.5。
采用链缆混合式锚系结构时，锚系长深比应在1.15～1.5范围内。
水深较大时可以选取该范围内较小的数值；
水深较小时可以选取该范围内较大的数值（若浮标站位于流速较大的海峡口处，长深比可以适当超出上限范围，防止浮标走锚）。
4.5.3浮标的锚系组成
4.5.3.1三米浮标的锚系组成
三米浮标布放水深一般不超过100米，锚系选取直径规格不低于24mm的全链式锚系结构。
三米浮标的锚系包括：
表5三米浮标锚系组成
序号
名称
规格
数量
1
浮标端锚链
≥Φ24mm
1节
2
中间锚链
n节
3
锚端锚链
4
转环组
2套
5
肯特卸扣
n+3
6
末端卸扣
2个
7
大抓力锚
≥750kg
1口
注：
标准锚链每节27.5m。
浮标端锚链通过末端卸扣与浮标体连接；
转环组通过肯特卸扣分别连接于浮标端锚链及锚端锚链上；
中间锚链通过肯特卸扣相互连接并与浮标端锚链、锚端锚链连接；
锚端锚链连接大抓力锚。
中间锚链数量n（取整）根据布放水深确定，基本计算方式如下：
n≥【（水深×
长深比）/27.5】-2。
4.5.3.2六米浮标的锚系组成
4.5.3.2.1六米浮标全链式锚系结构组成
六米浮标锚系在200米以浅海域应采用全链式锚系结构，锚系选取直径规格不低于38mm的全链式锚系结构。
六米浮标全链式锚系组成包括：
表6六米浮标全链式锚系组成
≥Φ38mm
≥1500kg
4.5.3.2
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