1. 自主研制谱系化海-气耦合综合观测浮标
周峰华高工主持研制基于北斗系统的新型海-气耦合观测浮标,可同步实现涡相关和块体法通量测量,解决晃动平台三维湍流通量晃动姿态校正问题,提高浮标平台海-气通量观测精度。
2019.1-2022.12承担中国科学院科研仪器研制青年人才类项目“深远海北斗海-气耦合综合观测浮标研制” (YJKYYQ20180063),主持研制了我国第一代北斗海-气耦合实时观测浮标,通过卡尔曼融合滤波的数字式姿态补偿方法,解决在不同频率波浪晃动条件下浮标三维湍流矢量测量的姿态补偿问题,提高海气通量测量精度。另外,在我国北斗通讯系统基础上开发具有自主知识产权的握手应答、断点续传、加密数据传输协议,使浮标数据传输成功率由以前的85%左右提升至98%以上。浮标直径3米,支持布放水深100-4000米,支持北斗/铱星/天通/4G/VHF等多种通讯链路,可根据用户观测需求定制化开发。目前,基于该技术的海-气耦合浮标已有超过20套在全球大洋业务化运行观测,用户单位包括中山大学、复旦大学、广东海洋大学等。项目成果已获授权专利2件,发表中科院2区SCI论文2篇。
授权专利:
1. 周峰华等,基于北斗铱星双星通信的海-气耦合实时观测浮标系统,发明专利, ZL 2019 1 0478411.4,授权日期:2020.10.27
2. Fenghua Zhou, Qiang Xie, Dongxiao Wang, et al. Air-sea real-time observation buoy system employing Beidou and Iridium satellite communication, Australia Patent:2019449838, Iussed Date: 2023-04-13
发表论文:
1. Zhang,S*., Tian,C., Zhou,F* Ocean observation system design of mooring buoy and benthic node with electro-optical-mechanical cable. Frontiers in Marine Science, 2022.
2. Zhang,S*., Tian,C., Zhou,F*. Design and optimization of buoy mooring with single-point cable for seafloor observatories. Frontiers in Marine Science, 2022.
支持项目:
1. 中国科学院仪器装备研制项目(青年人才类),深远海北斗海-气耦合综合观测浮标研制(YJKYYQ20180063),2019/01-2022/12,197万元
图1 自主研制北斗海气耦合观测浮标在印度洋布放
2. 研制谱系化微型捷联惯性波浪传感器,突破惯性波浪测量设备小型化、低功耗关键技术,实现波高、波周期高精度测量,指标达国际先进水平。
在国家自然基金青年基金(41706102)和科技委创新特区(22-TQ22-17-TS-01-012)项目支持下开展小型化、低功耗、低成本惯性波浪传感器研制,突破数学姿态稳定、自适应频域数值积分、波浪频/谱前端边缘计算等关键技术,目前DWS19型波浪传感器在波高和波周期两项参数测量上已技术成熟,波高精度<±2%,波周期精度<±0.05s。通过国家海洋标准计量中心波浪转台测试和与荷兰波浪骑士浮标、挪威NORTEK座底式浪潮仪、美国Seaview SVS-603波浪传感器的现场海试比测结果表明,其性能指标已媲美国家先进测波设备,且体积更小、质量更轻、功耗和成本更低,方便用户集成使用,为海洋波浪快速、机动、隐蔽观测提供了一种新的测量手段。项目成果已获授权发明专利3件,发表中科院2区SCI论文1篇,获2022年全国“率先杯”未来技术创新大赛决赛优胜奖(赛事最高奖),第24届高交会“优秀产品奖”。
授权专利:
1. 周峰华等,一种捷联惯导式测波方法与系统,发明专利,ZL 2017 1 0196081.0,授权日期:2019.6.21
2. 周峰华等,一种数字式姿态补偿和波浪测量系统及控制方法,发明专利, ZL2020 1 0179565.6,授权日期:2021.6.11
3. 周峰华等,基于惯性测量方向谱计算方法,发明专利,ZL 2021 1 0633448.7,授权日期:2022.4.08
发表论文:
1. Zhou,F*., Zhang,R., Zhang,S. Measurement Principle and Technology of Miniaturized Strapdown Inertial Wave Sensor, Frontiers in Marine Science, 2022.
2. 周峰华*,张荣望,谢强. DWS19微型捷联惯性波浪传感器[J],海洋技术,2021, 40(3):30~38.
获得奖项:
1. 2022年第二届全国“率先杯”未来技术创新大赛决赛优胜奖(赛事最高奖,全国1711进30),深圳市/中科院, “微型捷联惯性测波技术”
2. 2022年第24届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖,中国国际高新技术成果交易组委会,“DWS19微型捷联惯性波浪传感器”
支持项目:
1. 科技委创新特区,微型捷联惯性测波技术(22-TQ22-17-TS-01-012), 2023/01-2024/12 ,210万元
2. 国家自然科学基金青年基金,捷联惯导式测波技术研究(41706102),2018/01-2020/12,23万
图2 自主研制DWS19惯性波浪传感器及波浪浮标
图3 “率先杯”未来技术创新大赛决赛优胜奖
3. 研制TCM-4型海底边界层倾斜式海流传感器,完成水池定标试验,指标先进。设备已在冷泉大科学装置推广应用
海底边界层是海底物质和能量从岩石圈向海洋进行转移和交换的关键区域,海洋底层水文环境和动力过程对冷泉区地质和生态系统演化有重要影响。深海环流、中尺度涡、潮汐、内波和湍流等不同时空尺度的动力过程造成海底的压力和温度变化,影响了天然气水合物的动态平衡和冷泉生态系统的稳定性。常规ADCP观测方式因声学测量盲区限制,无法实现冷泉底边界层(<1.5m)区域的流速、流向准确测量。基于该需求,研制一款倾斜姿态海流传感器,可完成海底边界层流速、流向测量,可为底边界层物质-能量输运提供重要现场观测数据,进一步为海底甲烷、可燃冰、矿产等资源勘探提供支持。目前设备已通过水池标定实验,指标可达:流速范围:0 - 60 cm/s ;流速精度:≤3%;流向范围:0-360°;流向精度:5°,该设备已列为国家发改委冷泉大科学装置海底空间站的配套测流部件。
申请专利:
1. 周峰华等,一种倾斜式测流仪、流体流速及流体流向计算方法,发明专利,申请号:ZL 202210359324.9
支持项目:
1. 中国科学院冷泉前期技术攻关专项,冷泉底边界层海流测量关键技术及设备研制(LQ-GJ-03-02),2023/04-2025/09,150万元
图4 倾斜流速仪设计图
图5 倾斜流速仪海底布放图
4. 建设西沙和印度洋海洋环境观测网建设,为海洋科研、业务管理、DJ工程建设提供重要支撑数据
西沙站周峰华高工于2012年起作为技术主要负责人建设、运行和维护西沙和印度洋海洋环境观测网,负责开发所有岸基、海上观测节点的智能化数据采集、实时数据传输和岸基数据平台等软硬件。目前在西沙海区布放自主研制的海气通量浮标3套,建设西沙大气边界层海气通量观测塔1套,在印度洋赤道区域布放海气通量浮标3套,建设斯里兰卡南岸海气通量观测塔1套,波浪潮位观测站3套,并保障该大型海洋观测网络近10年的正常运行,获取宝贵的南海和印度洋气象、水文、生态多元化观测数据,为南海DJ和一带一路国家生态保护、地质稳态等工程建设提供了重要的数据支撑。观测数据支撑的“西沙及其周边精细化数值预报系统”长期服务于三沙市、西沙交通补给船、NHJD等相关需求单位。
授权专利:
1. 周峰华等,一种岛礁大气边界层底层结构和海气通量交换观测塔,发明专利,ZL 2016 1 0799097.6
2. 周峰华等,一种无人机的大气边界层环境自主探测系统,实用新型,ZL 2016 2 1023340.7
获得奖项:
1. 2021年广东省科技进步一等奖,南海海洋环境实时分析与预报关键技术研发及应用
2. 2018年海洋工程技术一等奖,新一代南海海洋环境实时预报系统
图6 西沙+印度洋海洋环境观测网络建设
图7 广东省科技进步一等奖