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Vessel-mounted ADCP Current Profiling Solutions (Ocean Surveyor / Workhorse)

船载 ADCP 走航测流解决方案(Ocean Surveyor / Workhorse)

Ocean Surveyor(OS)系列是 Teledyne RDI 的旗舰船载相控阵 ADCP家族,专为远洋科考船与业务化观测船设计:38 / 75 / 150 kHz 三种频率覆盖从全水深大洋到陆架中层的全部走航测流需求,在船速 15 kn 以上的航行状态下仍能连续输出高质量流速剖面,是全球海洋科考船的标准配置

系列采用 RDI 专利相控阵换能器——单一平面阵即可形成与垂线成 30° 的 4 个测量波束,替代传统 4 个独立换能器,换能器尺寸和重量大幅缩减,可与船底齐平安装,显著降低阻力、气泡与流噪声干扰;配合 BroadBand 宽带 + NarrowBand 窄带双信号处理模式,同一航次兼顾上层高分辨率深海最大穿透

相控阵核心技术

专利 4 波束相控阵:波束形成器在平面阵背面合成 4 个 30° 波束,无需 4 个独立换能器和整流罩,齐平安装降低流噪声,数据质量在恶劣海况下依然稳定

宽带/窄带双模式:BroadBand 模式提供高精度高分辨剖面,NarrowBand 模式换取最大量程,可按深度分段自动切换

底跟踪兼多普勒计程仪:最大底跟踪深度 1700 m(OS-38),底跟踪精度<2 cm/s,无 GPS 海域亦可精确导航测速

双频组合观测:OS-38 与 OS-150 可组成双频系统,一次走航同步获得全水深粗分辨与上层高分辨剖面

80 dB 回声强度剖面:同步输出回声强度数据,可用于浮游动物生物量与海洋雪通量研究

OS 系列型号一览
主要特性

■ 测速精度 ±1.0% 流速 ±0.5 cm/s,测速范围 -5 ~ +9 m/s

■ 深度单元 1–128 层,单元厚度用户可设(4–24 m 典型)

19 英寸机架甲板单元 + 甲板盒 + 罗经接口板,AC 90–250 V 船电直供

■ 标配 VMDAS 走航采集软件 / WinADCP 回放软件,兼容 UHDAS / CODAS 开源处理链

■ 接口兼容船载罗经、GPS、电罗经,支持 NMEA 0183 航向/定位数据融合

■ 平均无故障时间长,全球服务网络支持,备件供应充足

应用场景

大洋全水深观测:气候断面(GO-SHIP/WOCE 重复断面)、西边界流、深西边界流长期监测

陆架陆坡测流:陆架环流、上升流、跨陆坡交换过程走航观测

极地科考:冰区边缘流场、冰-海相互作用断面观测(配合冰区加强安装方案)

海洋工程:海上风电/油气平台场址流场调查、管线路由测流

渔业与生态:回声强度数据反演浮游动物生物量、中深层散射层迁徙研究

业务化水文:航道、港口、河口走航流量测验与余流分析

典型案例

全球科考船队标准配置:美国 UNOLS 大学船队、欧洲及亚太各国主力远洋科考船普遍以 OS-38/OS-75 作为走航 ADCP 基准设备,积累了三十余年的全球大洋流场资料

中国远洋科考:"科学"号海洋科学综合考察船、"雪龙"号极地考察船等中国主力科考船的走航测流系统均以 RDI 相控阵/船载 ADCP 为核心,支撑西太平洋、南海与极地航次的流场观测

国际气候断面计划:GO-SHIP(原 WOCE/CLIVAR)全球重复水文断面的走航 ADCP 观测以 38 kHz Ocean Surveyor 为标准配置,数据经 CODAS 标准化处理后向全球开放

深水锚系/剖面长期对比:OS-38 与 75 kHz 自容式 ADCP 锚系的长期比测验证了其在 1000 m 以深的剖面一致性,为深水测流提供船载替代手段

系统组成与软件生态

Ocean Surveyor 系统由相控阵换能器(船底齐平安装)、甲板盒(Deck Box)、19 英寸机架式电子机箱、罗经/GPS 接口板与采集工作站组成。标配 VMDAS 软件完成走航数据采集、导航融合与实时剖面显示,WinADCP 用于回放与后处理;数据格式完全兼容夏威夷大学 UHDAS/CODAS 开源处理链,可直接接入国际共享数据流。

相关技术资料
姊妹方案 · 中浅水走航测流(Workhorse II 300/600 kHz)
Workhorse II 中浅水走航测流系统

船载 ADCP 测流系统是一套完整的走航流场测量解决方案:以声学多普勒流速剖面仪为核心,集成航向姿态传感器、差分 GNSS、表面声速与采集软件,实现船舶运动全补偿的绝对流速测量。

系统支持船底固定安装与舷侧吊放两种模式,300/600 kHz 频率配置覆盖 110 m / 50 m 量程,从河道断面流量测验到近海工程流场调查,一套系统全场景胜任。

主要特性

■ ADCP + 罗经 + GNSS + 软件一体化交付

■ 船舶运动实时补偿,输出绝对流速

■ 300 kHz 量程 110 m / 600 kHz 量程 50 m

■ 固定安装/舷侧吊放双模式

■ 断面流量自动解算

■ WinRiver II 等专业采集软件支持

应用场景

■ 河流/水库断面流量测验

■ 近海工程流场调查

■ 航道整治效果评估

■ 桥墩冲刷监测

■ 海洋牧场流场管理

应用案例

中科院西太平洋科学观测网(WPOS)
2014 年起,中国科学院海洋研究所在菲律宾以东西太平洋布放 130 余台 75 kHz Long Ranger 及 150–600 kHz Workhorse 潜标,并以 38 kHz Ocean Surveyor 走航,监测 400–6,000 m 黑潮深层环流。
来源:Hydro International
黑潮跨海山湍流增强机制观测
2016–2019 年,鹿儿岛大学等以 Kagoshima-maru 船载 75 kHz Ocean Surveyor(8/16 m 分层)配微结构剖面仪,首次揭示黑潮流过海山引发 100 km 宽湍流增强。
来源:《Communications Earth & Environment》《Scientific Reports》

Ocean Surveyor 核心技术参数

工作频率:38 / 75 / 150 kHz 三种可选,可组成双频系统
剖面量程:>1000 m(38 kHz)/ >700 m(75 kHz)/ >400 m(150 kHz)
底跟踪:最大 1700 / 950 / 540 m,精度<2 cm/s,兼作多普勒计程仪
换能器:专利 4 波束相控阵,30° 波束角,平面阵齐平安装
测速精度:±1.0% 流速 ±0.5 cm/s,测速范围 -5 ~ +9 m/s
深度单元:1–128 层,单元厚度用户可设(4–24 m 典型)
信号处理:BroadBand 宽带(高精度)+ NarrowBand 窄带(长量程)双模式
回声强度:80 dB 动态范围剖面同步输出,精度 ±1.5 dB
甲板单元:19 英寸机架电子机箱 + 甲板盒 + 罗经接口板,AC 90–250 V
软件:VMDAS 走航采集 / WinADCP 回放,兼容 UHDAS/CODAS
技术规格
参数OS-38(38 kHz)OS-75(75 kHz)OS-150(150 kHz)
最大剖面量程(长量程模式)>1000 m>700 m>400 m
最大剖面量程(高精度模式)>950 m>450 m>250 m
最大底跟踪深度1700 m950 m540 m
测速精度(典型)±1.0% ±0.5 cm/s±1.0% ±0.5 cm/s±1.0% ±0.5 cm/s
测速范围-5 ~ +9 m/s-5 ~ +9 m/s-5 ~ +9 m/s
深度单元数1–1281–1281–128
最大发射速率0.4 Hz0.7 Hz1.5 Hz
波束角 / 阵形30° / 4 波束相控阵30° / 4 波束相控阵30° / 4 波束相控阵
回声强度动态 80 dB,±1.5 dB动态 80 dB,±1.5 dB动态 80 dB,±1.5 dB
通讯RS-232 / RS-422RS-232 / RS-422RS-232 / RS-422
供电AC 90–250 V,1400 WAC 90–250 V,1400 WAC 90–250 V,1400 W
换能器直径914.4 mm480 mm305 mm
标准传感器温度(-5 ~ +45℃)温度(-5 ~ +45℃)温度(-5 ~ +45℃)
软件VMDAS / WinADCPVMDAS / WinADCPVMDAS / WinADCP
Workhorse II 中浅水走航测流系统(300 / 600 kHz)
参数300 kHz600 kHz
典型剖面量程(1m 层厚)110 m50 m
远程模式量程154 m66 m
流速精度0.5% ±0.5 cm/s0.3% ±0.3 cm/s
剖面层数1–2551–255
系统配套ADCP + 航向姿态 + 差分 GNSS + 采集软件ADCP + 航向姿态 + 差分 GNSS + 采集软件
安装方式船底固定 / 舷侧吊放船底固定 / 舷侧吊放

数据来源:Teledyne RDI Workhorse II 官方 Datasheet(2023-04)

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