1.本发明涉及海上风电技术领域，具体地，涉及一种海上测量设备及数据传输方法。
背景技术：2.相对于陆地风能而言，海上风能资源具有特殊的优势，海上风能不仅具有较高的风速，而且由于距离海岸线比较远，不受噪音限值的影响，因而可以使用更为大型化的风电机组。
3.海上风电场的建设需要掌握预定场区的气象与水文情况，需要测量该区域的气象参数和水文参数。然而，相关技术中的测量设备的布置较为复杂，且对上述气象参数和水文参数的测量范围较小。
技术实现要素：4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种海上测量设备，该海上测量设备具有构造更加精简和对于气象参数和水文参数的测量范围较大的优点。
5.本发明的实施例还提出一种数据传输方法。
6.根据本发明实施例的海上测量设备包括浮体、用于测量风速、风向、空气温度、空气湿度和大气压力中的至少一者的气象参数测量装置和用于测量波高、波向和海水流速中的至少一者的水文参数测量装置；所述气象参数测量装置和所述浮体相连并位于海平面之上；所述水文参数测量装置和所述浮体相连并位于海平面之下。
7.根据本发明实施例的海上测量设备，构造相对更加精简，降低了设备的组装和维护成本。另外，气象参数测量装置和水文参数测量装置的测量参数较多。由此两者对于气象参数和水文参数的测量范围较大，从而提高了工作人员对于海上风电场的建设区域的勘测程度，利于后期海上风电场的建设。
8.在一些实施例中，所述气象参数测量装置包括激光雷达测风装置，所述激光雷达测风装置设于所述浮体顶部的中心位置，所述水文参数测量装置包括声学多普勒流速剖面仪，所述声学多普勒流速剖面仪设于所述浮体底部的中心位置，所述浮体上设有姿态仪。
9.在一些实施例中，所述海上测量设备还包括在所述浮体的高度方向上延伸的减摇臂，所述减摇臂的第一端和所述浮体相连，所述减摇臂的第二端和所述声学多普勒流速剖面仪相连，所述浮体通过所述减摇臂和所述声学多普勒流速剖面仪相连。
10.在一些实施例中，所述海上测量设备还包括在所述减摇臂的周向上间隔分布的多个鳍板，所述鳍板在所述减摇臂的长度方向上延伸并和所述减摇臂相连。
11.在一些实施例中，所述海上测量设备还包括锚链和锚爪，所述锚链的数量有多个并在所述浮体的周向上间隔分布，多个所述锚链中的每一者的第一端和所述浮体相连；所述锚爪和所述锚链的数量相等并一一对应，所述锚链的第二端和相应所述锚爪相连，所述锚爪用于固定于海床。
12.在一些实施例中，所述浮体为舱式浮体，所述舱式浮体的四周设有围挡。
13.在一些实施例中，所述浮体为平台式浮体，所述海上测量设备还包括浮筒，所述浮筒的数量有多个并在所述平台式浮体的周向上等间隔分布，所述浮筒和所述平台式浮体相连，所述锚链和所述浮筒的数量相等并一一对应，所述锚链的第一端通过相应所述浮筒和所述平台式浮体相连。
14.在一些实施例中，所述浮筒的底壁或邻近底壁的周壁上设有进水口和出水口，所述进水口安装有电磁阀，所述出水口安装有止回阀，所述海上测量设备还包括水泵，所述水泵和所述出水口相连。
15.根据本发明实施例的数据传输方法，基于如上述任一实施例所述的海上测量设备，所述海上测量设备还包括缓存设备和数据传输装置，所述缓存设备与所述气象参数测量装置和所述水文参数测量装置电连接，所述数据传输装置与所述缓存设备电连接；所述方法包括以下步骤：气象参数测量装置将风速、风向参数储存于缓存设备中，水文参数测量装置将波高、波向和海水流速参数储存于缓存设备中；每隔设定的时间段，缓存设备通过数据传输装置向基站传输数据。
16.根据本发明实施例的数据传输方法，实现了将气象参数测量装置和水文参数测量装置测量的参数向基站传输的效果。
17.根据本发明实施例的数据传输方法的其它技术优势和上述实施例的海上测量设备的技术优势相同，此处不再赘述。
18.在一些实施例中，数据传输装置对数据通道的稳定性进行判定，并将判定结果划分为连接状态1、连接状态2、连接状态3和连接状态4四个区段；当判定结果为连接状态1时，判定为不可靠连接，尝试建立连接；当判定结果为连接状态2时，判定为受限连接，传输实时的设备运行状态数据，陆上人员根据实时的设备运行状态数据，判断是否需要出海维护海上测量设备；当判定结果为连接状态3时，判定为一般连接，传输实时的设备运行状态数据以及缓存设备中的关键数据；当判定结果为连接状态4时，判定为正常连接，传输实时的设备运行状态数据、缓存设备中的关键数据以及缓存设备中的原始数据。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例的海上测量设备的示意图。
20.图2是根据本发明实施例的海上测量设备的又一示意图。
21.图3是根据本发明实施例的海上测量设备的再一示意图。
22.图4是根据本发明实施例的海上测量设备的另一示意图。
23.附图标记：1、浮体；11、舱式浮体；12、围挡；13、平台式浮体；2、气象参数测量装置；21、激光雷达测风装置；3、水文参数测量装置；31、声学多普勒流速剖面仪；4、减摇臂；41、鳍板；5、锚链；6、锚爪；7、浮筒。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.下面结合图1-图4描述根据本发明实施例的海上测量设备和数据传输方法。
26.如图1和图4所示，根据本发明实施例的海上测量设备包括浮体1、气象参数测量装置2和水文参数测量装置3；气象参数测量装置2用于测量风速、风向、空气温度、空气湿度和大气压力中的至少一者，气象参数测量装置2和浮体1相连并位于海平面之上。水文参数测量装置3用于测量波高、波向和海水流速中的至少一者，水文参数测量装置3和浮体1相连并位于海平面之下。
27.根据本发明实施例的海上测量设备，构造相对更加精简，降低了设备的组装和维护成本。另外，气象参数测量装置2和水文参数测量装置3的测量参数较多。由此两者对于气象参数和水文参数的测量范围较大，从而提高了工作人员对于海上风电场的建设区域的勘测程度，利于后期海上风电场的建设。
28.具体地，气象参数测量装置2用于测量风速、风向、空气温度、空气湿度和大气压力。
29.具体地，水文参数测量装置3用于测量波高、波向和海水流速。
30.在一些实施例中，如图1和图4所示，气象参数测量装置2包括激光雷达测风装置21，激光雷达测风装置21设于浮体1顶部的中心位置，水文参数测量装置3包括声学多普勒流速剖面仪31，声学多普勒流速剖面仪31设于浮体1底部的中心位置，浮体1上设有姿态仪。
31.由此，激光雷达测风装置21实现了位于海平面之上的效果，声学多普勒流速剖面仪31实现了位于海平面之下的效果。
32.另外，激光雷达测风装置21设于浮体1顶部的中心位置，减小了浮体1在海面上浮动时对于激光雷达测风装置21测量的影响，提高了激光雷达测风装置21的测量精度。
33.声学多普勒流速剖面仪31设于浮体1底部的中心位置，减小了浮体1在海面上浮动时对于声学多普勒流速剖面仪31测量的影响，提高了声学多普勒流速剖面仪31的测量精度。
34.此外，姿态仪用于配合声学多普勒流速剖面仪31的测量，增加其测量精度，两者的配合方式为本领域的常规技术，此处不再赘述。
35.具体地，激光雷达测风装置21是采用激光雷达测风技术的装置，以激光为发射源，向大气中的气溶胶等颗粒发射激光束并接受其反射信号，计算相对运动，获得物体的速度剖面和方向，从而实现对风速和风向的测量。
36.其中，气象参数测量装置2还可以包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器，温度传感器、湿度传感器和气压传感器均可搭载于激光雷达测风装置21上。温度传感器用于测量空气温度，湿度传感器用于测量空气湿度，气压传感器用于测量大气压力。此外，上述温度传感器、湿度传感器和气压传感器也可以安装于浮体1上，继续实现测量空气温度、空气湿度和大气压力的效果，本实施例不对温度传感器、湿度传感器和气压传感器的安装位置做出具体限制。
37.具体地，声学多普勒流速剖面仪31(adcp)是用于测量水速的水声学流速计，其原理为向水中发射声波，水中的散射体使声波产生散射；声学多普勒流速剖面仪31再接收散射体返还的回波信号，通过分析其多普勒效应频移以计算海水流速。另外，声学多普勒流速剖面仪31还能够实现对于波浪的测量，即测量波高和波向。
38.为了便于理解，图1中的箭头a所示为海上测量设备的上下方向/高度方向。
39.在一些实施例中，如图4所示，海上测量设备还包括在浮体1的高度方向上延伸的
减摇臂4，减摇臂4的第一端和浮体1相连，减摇臂4的第二端和声学多普勒流速剖面仪31相连，浮体1通过减摇臂4和声学多普勒流速剖面仪31相连。
40.减摇臂4和声学多普勒流速剖面仪31的安装位置使得海上测量设备的整体重心下移，能够减小浮体1的倾斜摆动，进一步提高了激光雷达测风装置21和声学多普勒流速剖面仪31的测量精度。
41.另外，减摇臂4用于减少浮体1的摇晃。
42.可以理解地，减摇臂4的第一端安装于浮体1底部的中心位置。
43.在一些实施例中，如图4所示，海上测量设备还包括在减摇臂4的周向上间隔分布的多个鳍板41，鳍板41在减摇臂4的长度方向上延伸并和减摇臂4相连。
44.鳍板41用于在水流中产生减摇力矩，进一步减小浮体1的摇摆。
45.需要说明地，鳍板41在减摇臂4的周向上等间隔分布。
46.具体地，鳍板41的数量有四个。
47.在一些实施例中，如图1-图3所示，海上测量设备还包括锚链5和锚爪6，锚链5的数量有多个并在浮体1的周向上间隔分布，多个锚链5中的每一者的第一端和浮体1相连。锚爪6和锚链5的数量相等并一一对应，锚链5的第二端和相应锚爪6相连，锚爪6用于固定于海床。
48.锚链5和锚爪6实现了海上测量设备在海面上的锚泊。由此，实现了海上测量设备的定位效果，保证了海上测量设备的稳定性。
49.在一些实施例中，如图1所示，浮体1为舱式浮体11，舱式浮体11的四周设有围挡12。
50.舱式浮体11依靠舱式结构提供自身的漂浮力。其放置于海水中时，上部位于海平面之上，下部位于海平面之下。由此，便于激光雷达测风装置21设置在海平面之上，声学多普勒流速剖面仪31设置于海平面之下。
51.可以理解地，激光雷达测风装置21位于围挡12的围护空间内，围护用于为舱式浮体11和激光雷达测风装置21提供防护。
52.在一些实施例中，如图2和图3所示，浮体1为平台式浮体13，海上测量设备还包括浮筒7，浮筒7的数量有多个并在平台式浮体13的周向上等间隔分布，浮筒7和平台式浮体13相连，锚链5和浮筒7的数量相等并一一对应，锚链5的第一端通过相应浮筒7和平台式浮体13相连。
53.浮筒7用于增加平台式浮体13的稳定性，进一步减少平台式浮体13的摆动。
54.具体地，平台式浮体13的平面形状可以是等边三角形，也可以是正方形。当选用平台式浮体13的平面形状为等边三角形时，浮筒7的数量有三个，三个浮筒7分布于平台式浮体13的三个边角上。当选用平台式浮体13的平面形状为正方形时，浮筒7的数量有四个，四个浮筒7分布于平台式浮体13的四个边角上。
55.可选地，锚链5和浮筒7的数量也可以不等，锚链5的第一端也可直接和平台式浮体13相连。
56.在一些实施例中，浮筒7的底壁或邻近底壁的周壁上设有进水口和出水口，进水口安装有电磁阀，出水口安装有止回阀，海上测量设备还包括水泵，水泵和出水口相连。
57.电磁阀用于控制进水口的通断。电磁阀开启时，进水口打开，海水在水压的作用下
流入浮筒7内，由此增加浮筒7的稳定性，从而进一步增强浮体1的稳定性。
58.当要排水时，关闭电磁阀，启动水泵，水泵将浮筒7内的海水从出水口排出，在止回阀的作用下，海水只能由此排出浮筒7，而不能反流至浮筒7内。由此保证了浮筒7内海水的顺利排出。
59.具体地，海上测量设备还可以包括设于浮筒7内部的液位传感器和控制器，液位传感器和电磁阀均与控制器相连。
60.液位传感器用于测量浮筒7内海水液位的高度，当浮筒7内海水液位达到设定高度时，液位传感器将测量的实时液位数据传输至控制器，控制器经过分析和处理后，控制电磁阀关闭，从而实现了进水口的关闭，避免了浮筒7内液位的持续上涨。
61.可以理解地，电磁阀、液位传感器、控制器和水泵均进行了防水处理，具体的防水工艺可以是结构防水、防水胶防水等，此为本领域的常规应用，不再详细赘述。
62.根据本发明实施例的海上测量设备，可以在海上风电场的预定场区安放，不仅可以直接、准确地测量所在区域的相关参数，并且能够仅以该单一设备即实现对海上风电场建设初期所需掌握的气象参数和水文参数的全面测量。
63.根据本发明实施例的数据传输方法，基于如上述任一实施例中的海上测量设备，海上测量设备还包括缓存设备和数据传输装置，缓存设备与气象参数测量装置2和水文参数测量装置3电连接，数据传输装置与缓存设备电连接。
64.数据传输方法包括以下步骤：
65.气象参数测量装置2将风速、风向参数储存于缓存设备中，水文参数测量装置3将波高、波向和海水流速参数储存于缓存设备中。
66.每隔设定的时间段，缓存设备通过数据传输装置向基站传输数据。
67.由此，本实施例的数据传输方法实现了将气象参数测量装置2和水文参数测量装置3测量的参数向基站传输的效果。
68.根据本发明实施例的数据传输方法的其它技术优势和上述实施例的海上测量设备的技术优势相同，此处不再赘述。
69.可选地，温度传感器、湿度传感器和气压传感器也可以将空气温度、空气湿度和大气压力储存于缓存设备中，由此，使得传输至基站的气象参数的数据更加全面。
70.具体地，上述时间段的设定值可以是10min。
71.在一些实施例中，数据传输装置对数据通道的稳定性进行判定，并将判定结果划分为连接状态1、连接状态2、连接状态3和连接状态4四个区段。
72.当判定结果为连接状态1时，判定为不可靠连接，尝试建立连接。
73.当判定结果为连接状态2时，判定为受限连接，传输实时的设备运行状态数据，陆上人员根据实时的设备运行状态数据，判断是否需要出海维护海上测量设备。
74.当判定结果为连接状态3时，判定为一般连接，传输实时的设备运行状态数据以及缓存设备中的关键数据。
75.当判定结果为连接状态4时，判定为正常连接，传输实时的设备运行状态数据、缓存设备中的关键数据以及缓存设备中的原始数据。
76.数据传输装置将判定结果分区段划分，实现了在不同的连接状态下传输不同类型的数据，使得各类数据的传输具有一定的优先级，保证了数据的合理化和有序化的传输效
果，减缓了在信号不好时和连接不稳定的状态下，出现数据变化剧烈的情况，提升了数据的传输稳定性。
77.另外，本实施例中的数据传输方法用适配的传输方式传输数据，减少了数据传输过程中的偶发性损失，提高了数据传输的准确率。此外，该数据传输方法避免了每次均以最大功率传输数据，由此，降低了功耗，节约了海上有限的电能。
78.具体地，当判定结果为连接状态1时，数据传输的时延》1s，数据传输速率《10kbps。
79.具体地，当判定结果为连接状态2时，1s》数据传输的时延》0.2s，50kbps》数据传输速率》10kbps。
80.具体地，当判定结果为连接状态3时，0.2s》数据传输的时延》0.1s，512kbps》数据传输速率》50kbps。
81.具体地，当判定结果为连接状态4时，数据传输的时延《0.1s，数据传输速率》512kbps。
82.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
83.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
84.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
85.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
86.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
87.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型
均在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种海上测量设备，其特征在于，包括：浮体；用于测量风速、风向、空气温度、空气湿度和大气压力中的至少一者的气象参数测量装置，所述气象参数测量装置和所述浮体相连并位于海平面之上；和用于测量波高、波向和海水流速中的至少一者的水文参数测量装置，所述水文参数测量装置和所述浮体相连并位于海平面之下。2.根据权利要求1所述的海上测量设备，其特征在于，所述气象参数测量装置包括激光雷达测风装置，所述激光雷达测风装置设于所述浮体顶部的中心位置，所述水文参数测量装置包括声学多普勒流速剖面仪，所述声学多普勒流速剖面仪设于所述浮体底部的中心位置，所述浮体上设有姿态仪。3.根据权利要求2所述的海上测量设备，其特征在于，所述海上测量设备还包括在所述浮体的高度方向上延伸的减摇臂，所述减摇臂的第一端和所述浮体相连，所述减摇臂的第二端和所述声学多普勒流速剖面仪相连，所述浮体通过所述减摇臂和所述声学多普勒流速剖面仪相连。4.根据权利要求3所述的海上测量设备，其特征在于，所述海上测量设备还包括在所述减摇臂的周向上间隔分布的多个鳍板，所述鳍板在所述减摇臂的长度方向上延伸并和所述减摇臂相连。5.根据权利要求1所述的海上测量设备，其特征在于，所述海上测量设备还包括：锚链，所述锚链的数量有多个并在所述浮体的周向上间隔分布，多个所述锚链中的每一者的第一端和所述浮体相连；和锚爪，所述锚爪和所述锚链的数量相等并一一对应，所述锚链的第二端和相应所述锚爪相连，所述锚爪用于固定于海床。6.根据权利要求1-5任一项所述的海上测量设备，其特征在于，所述浮体为舱式浮体，所述舱式浮体的四周设有围挡。7.根据权利要求5任一项所述的海上测量设备，其特征在于，所述浮体为平台式浮体，所述海上测量设备还包括浮筒，所述浮筒的数量有多个并在所述平台式浮体的周向上等间隔分布，所述浮筒和所述平台式浮体相连，所述锚链和所述浮筒的数量相等并一一对应，所述锚链的第一端通过相应所述浮筒和所述平台式浮体相连。8.根据权利要求7所述的海上测量设备，其特征在于，所述浮筒的底壁或邻近底壁的周壁上设有进水口和出水口，所述进水口安装有电磁阀，所述出水口安装有止回阀，所述海上测量设备还包括水泵，所述水泵和所述出水口相连。9.一种数据传输方法，其特征在于，基于如权利要求1-8任一项所述的海上测量设备，所述海上测量设备还包括缓存设备和数据传输装置，所述缓存设备与所述气象参数测量装置和所述水文参数测量装置电连接，所述数据传输装置与所述缓存设备电连接；所述方法包括以下步骤：气象参数测量装置将风速、风向参数储存于缓存设备中，水文参数测量装置将波高、波向和海水流速参数储存于缓存设备中；每隔设定的时间段，缓存设备通过数据传输装置向基站传输数据。10.根据权利要求9所述的数据传输方法，其特征在于，数据传输装置对数据通道的稳
定性进行判定，并将判定结果划分为连接状态1、连接状态2、连接状态3和连接状态4四个区段；当判定结果为连接状态1时，判定为不可靠连接，尝试建立连接；当判定结果为连接状态2时，判定为受限连接，传输实时的设备运行状态数据，陆上人员根据实时的设备运行状态数据，判断是否需要出海维护海上测量设备；当判定结果为连接状态3时，判定为一般连接，传输实时的设备运行状态数据以及缓存设备中的关键数据；当判定结果为连接状态4时，判定为正常连接，传输实时的设备运行状态数据、缓存设备中的关键数据以及缓存设备中的原始数据。
技术总结本发明公开了一种海上测量设备和数据传输方法，海上测量设备包括浮体、用于测量风速、风向、空气温度、空气湿度和大气压力中的至少一者的气象参数测量装置和用于测量波高、波向和海水流速中的至少一者的水文参数测量装置，气象参数测量装置和浮体相连并位于海平面之上，水文参数测量装置和浮体相连并位于海平面之下。本发明提供的海上测量设备具有构造更加精简和对于气象参数和水文参数的测量范围较大的优点。大的优点。大的优点。
技术研发人员：杭兆峰 张波 邱旭 刘鑫 闫姝 郭小江 史绍平 姚中原 牛晨晖 张管武 张宇 白亮 严祺慧 孙捷 张冲 徐琪
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 华能国际电力江苏能源开发有限公司 华能国际电力江苏能源开发有限公司清洁能源分公司 华能海上风电科学技术研究有限公司
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
