工程中心

工程中心

 海洋工程环境与测绘研究中心(以下简称“工程中心”)成立于2008年。由一所原海洋测绘研究中心全部及海岸带研究中心部分组成。中心现有人员56人,其中正高7人、副高16人、中级18人,初级以下15人。硕士以上学历44人。中心成立以来,完成多个大型海洋测绘国家专项及百余项项科技开发项目,海洋可再生能源专项课题“海洋温差能开发利用技术研究与试验”获得重要成果。中心针对国家海洋强国战略的实施,立足我国海洋资源开发利用现状,瞄准国际国内先进的海洋测绘、海洋工程地质勘察、海洋工程环境,海洋热能开发利用,进行技术方法攻关与研发、应用与实践,为海洋管理、海洋工程建设、海洋资源开发、军事应用和海洋科学研究等提供高效、准确和优质的基础数据和技术支撑。中心今后发展目标是面向海洋工程研究、规划和建设,发展以海洋工程环境研究及技术咨询服务为特色的应用学科方向,具备从近岸到深远海的工程测绘、勘察、资源环境评估与利用的综合能力,建立专业结构和年龄结构合理、在国内外有较高知名度的学术团队。

 中心的主要研究方向有:

 (一)海洋测绘学科

 (1)导航定位与测绘基准研究

 研究GNSS数据处理理论、方法,逐步发展有自主知识产权的GNSS数据处理软件;基于国家海洋局GNSS业务化观测系统拓展GNSS在海洋中的应用,重点研究区域实时精密导航定位系统建立的关键技术、GNSS与海气相互作用、GNSS浮标关键技术等;利用水声定位原理、高精度GNSS定位、惯性测量以及多普勒测速原理,研究深海水下潜器,如缆控无人探测器ROV(Remote Operated Vehicle)、自主水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)及拖曳海洋测量TMS(Towed-array Marine Survey)等系统的高精度导航定位理论和方法。基于水下声学长基线定位理论,利用深海局部海区海洋水平分层短时稳定性原理,研究建立海底大地测量控制网的理论和方法。

 综合利用卫星测高、GNSS、海洋重力、海洋潮汐等数据,研究海域大地水准面精化、海面地形和深度基准面模型构建的理论和方法,并应用于我国及邻近海域无缝垂直基准的建立和维持。

 (2)三维地形地貌测绘

 研究基于船载多波束测量系统的水底高分辨率探测技术,实现海底地形地貌高精度、高分辨率测量;综合利用多波束测深声纳、侧扫声纳和浅地层剖面仪等,实现对水体、海底和埋藏目标物的高精度三维测量以及海底底质的自动分类识别。

 研究不同测量平台激光雷达系统的三维信息获取、机载激光测深和数据处理方法,分析不同测量平台、测量系统之间以及系统内不同传感器对测量精度的影响,研究系统安装校准方法、测量误差来源等,为空海一体、快速大范围的三维地形测量提供新的技术手段,并对不同地物进行分类识别,为海岸带、海岛礁及海上目标物、海底地形等测量提供更完善的解决方案。

 研究各种海洋测量信息的制图表达、标准与可视化,满足海洋管理、经济建设和国防对海洋基础地理信息资料的需求。

 (3)海洋精密工程测量

 以ROV、AUV为载体,综合利用高精度、高分辨率水下测量技术,发展水下目标物探测与识别、工程施工测量以及工程构筑物高精度动态监测的理论、方法和技术,为海洋深水平台、海底路由调查、跨海大桥、海底隧道等工程建设提供高精度测绘服务。

 (二)海洋工程勘察技术与应用学科

 (1)海洋地球物理探测技术集成应用

 针对不同类型和不同水深的各种海洋工程勘察项目,开展高分辨率资料获取和解译方法研究,以及海洋工程物探多元数据的融合、分析及立体显示技术,开发不同工程物探勘察仪器设备的标定方法,编制检定标准,追踪深水AUV/深拖为平台的综合海洋工程物探勘察技术。

 (2)工程场址和区域工程地质特性的探/监测技术研究

 以海洋工程场址工程地质特性和区域工程地质特性为研究对象,研究土层取样、原位测试和现场监测和室内测试等技术方法,以及海洋动力作用下海底土体的强度变化特征及变形破坏过程,研发海底土性状变化的现场监测设备。

 (3)多元工程地质探测数据的融合与可视化

 通过水深地形、侧扫声呐、浅地层剖面等工程物探数据资料的综合解译和综合利用,开发多源数据——工程物探、岩心地层、工程地质特性和现场地层参数监测数据的融合和综合显示分析技术,研究多元海洋工程地质数据的融合分析及立体显示。

 (4)海洋工程地质条件综合评价

 研究海底地质灾害成因机制及诱发因素,建立从针对具体工程结构物-场地-区域的海洋工程地质条件和风险安全的综合评价方法,为各类海洋工程的设计、建设和运行安全提供地基稳定性、地质灾害风险等的综合评价和预测。

 (三)海洋动力泥沙环境研究与应用学科

 (1)海洋工程水文气象环境研究

 海洋工程水文气象要素特征及规律研究,工程设计参数推算以及潮流、波浪数值模拟预测,为滨海电厂、海上风电、港口航道、跨海大桥、石油平台、人工岛等海洋、海岸工程的选址、规划、优化、建设、防护等提供基础数据和技术支持。

 采用先进海洋观测仪器和技术设备,获取海洋水文气象要素,分析研究各要素分布特征和变化规律。包括与海洋、海岸工程建设有关的海流、波浪、潮位、海水温度、海水盐度、海冰、海水含沙量、风速、风向、气温、气压、降水量等要素。

 采用科学分析方法推算水文气象设计参数。如工程水位、风暴潮增减水、设计波要素、设计海水温度、设计风速等。

 通过数值模拟研究,反演和预测工程建设对所在海域的潮流、波浪、泥沙、物质运移(温排水、余氯、溢油、悬浮物)等要素的变化规律和影响范围。

 (2)海洋工程冲淤环境研究

 包括典型河口、海岸动力地貌演变机制及泥沙运动规律研究,海洋工程底床稳定性、海底冲淤变化研究及定量模拟计算等。

 采用现场调查、统计分析、数值模拟等手段研究典型河口、潮汐汊道、平直沙岸、海湾、粉砂淤泥质海滩等动力地貌单元的泥沙来源及运动趋势、沉积地貌体系和演化特征。重点对砂质海岸和粉砂质海岸的演变规律、动力机制以及冲淤灾害等进行研究。

 研究工程海域的海床稳定性及其对工程构筑物的影响,对工程所在区域的泥沙运动趋势及工程前后的岸滩冲淤变化进行模拟预测。如对港池航道淤积强度、丁坝拦沙及海滩冲淤幅度、桩周局部冲刷深度、电厂取排水冲淤变化等工程参数进行定量计算。

 (3)海洋工程环境效应及科学用海研究

 以水动力泥沙研究为基础,研究涉海工程污染及非污染环境影响,为海洋综合管理及科学用海提供技术支撑。

 具体研究内容主要是以水动力、泥沙研究为基础,针对具体工程或特定问题,研究涉海工程产生的污染及非污染环境影响,提出环境影响减缓及保护措施。通过用海合理性分析,进行用海方案优化研究,实现科学用海。

 其中污染环境研究包括:高浓度悬浮物扩散研究,有机无机污水入海扩散研究,高温含盐水入海扩散研究,海上溢油扩散研究。非污染环境研究包括:潮流、波浪场环境影响研究,岸线、海底地形冲淤影响研究,海洋生态环境影响及损失研究。科学用海研究包括:用海规模、尺度、平面布置优化研究,水动力、泥沙环境防灾减灾措施研究。

 4.海洋热能技术研究与应用学科

 (1)海洋温差发电

 在海洋温差能发电系统中,热力循环效率的高低直接决定该系统的净发电比例。主要研究内容是在循环过程中热能的充分利用程度与动力输出的内在联系,采取理论分析与计算机模拟相结合的方法对高效热力循环进行研究,得到氨水工质浓度、设备各节点参数对系统效率的影响规律。针对不同热力循环形式,搭建温差发电系统,对循环性能进行测试、验证。开展温差能发电、海水源热泵、海水淡化系统的集成研究。

 (2)热法海水淡化、海水冷却

 在热法海水淡化中,最主要的关键设备为蒸发器和冷凝器。蒸发器、冷凝器形式直接影响海水的蒸发量和冷凝量,针对不同的热源(太阳能、海洋温差能),蒸发器、冷凝器的形式也不同。研究在不同热源及不同热、冷海水温度下的海水淡化系统,并开展数值模拟与试验。

 (3)透平与热泵机械利用

 海洋温差能发电系统中所采用工质为氨和有机工质,因此在透平运行中应当避免工质的泄漏,透平密封设计问题就成为透平设计中的一个关键问题。为了保证透平的密封性能,尤其需要对透平动静转子之间的动密封进行深入探讨,使透平实现无泄漏。

 小温差工况下的透平是一种新型的动力机械,提高其效率是研究的重点。在设计过程中对透平进行相关理论设计与分析,结合软件进行数值模拟,提高透平效率。

 海水源热泵及海水换热设备的换热与流动机理研究,主要研究换热系数和流动阻力的内在变化规律。海水与地源热泵的地下水相比具有温度变化的特点,因此需要通过研究不同海水入口温度变化时,海水侧与工质侧在不同温度、流量下的换热系数以及阻力损失,进而研究海水环境下换热系数和阻力损失的长期变化趋势。另外设备入口处海水的温度的变化对热泵的出力也会产生一定影响,因此设备入口处海水温度变化也是研究内容之一。在以上研究基础上,针对海水温度变化情况,可对海水源热泵的能耗、系统效率及经济性进行分析。

 (4)热工、水力基础测试工程利用

 海洋换热设备在使用过程中,运行工质多样,目前针对此类换热设备的换热性能系数等性能,没有相关的实验数据和经验公式,在海洋热能利用开发设计中,对换热设备面积的选取没有可靠的依据,只能保守选择,增加了工程成本。利用热工检测平台,对各种换热设备的换热性能进行检测,得到换热系数,为设计选型提供理论依据。

 换热设备长时间运行后,由于海水的腐蚀和生物附着,使得换热性能下降,通过换热平台对长时间运行后的换热设备测试,得到换热系数随时间变化的规律,为以后海洋热能工程实际应用中换热设备的更换及清洗提供依据。

 主要研究目标有:

 (一)海洋测绘学科

 近期目标是,融合无人机影像\激光测量、船载激光测量、船载多波束测量等技术手段,实现近海水体、岛礁和潮间带的三维立体测绘技术,依托向阳红01号、向阳红18号海洋综合调查船,实现深远海水体高精度地形地貌测绘。未来5-10年,开展以AUV、ROV等水下潜器为观测平台的深远海海洋测绘新技术研究,以及我国海底大地测量控制网建立相关研究。依托深远海海洋综合调查船,利用机载激光、无人机和船载声学测量实现深远海三维立体海洋测绘能力。强化学科团队的综合能力建设,继续保持和不断优化海洋一所在本领域的国内领先地位。

 (二)海洋工程勘察技术与应用学科

 通过引进、研发先进的海洋工程地质相关取样技术、原位测试技术以及现场监测技术,形成从近岸到深水的海洋工程地质调\勘查研究能力,开展多元海洋工程地质数据的融合分析研究及立体显示技术,能够实现复杂海洋工程环境条件下重要海洋工程设施的安全评价,为海洋工程的环境评价、地质灾害识别和工程环境监测提供技术支撑。立足培养、适当引进,打造国内领先的海洋工程勘察科研团队。

 (三)海洋动力泥沙环境研究与应用学科

 完善软硬件设施和专业人才结构,打造国际国内一流的海洋工程水动力泥沙环境科研团队,在学科上建立完善的海洋水动力环境多要素观测与分析、水动力及物质输运模型系统,提高水动力、泥沙、物质输运的综合研究水平。重点在沙质海岸、粉沙质海岸泥沙运动机制研究方面取得突破。

 (四)海洋热能技术研究与应用学科

 (1)海洋温差发电。开展小温差热力循环方式关键技术研究,分析不同工质,不同冷热源的温度参数对热力循环效率的影响,达到降低成本高效运行的目标。

 (2)热法海水淡化、海水冷却。通过数值模拟和实验验证得到海水淡化装置中影响淡化水产量及装置热效率的关键因素及影响规律,重点掌握海洋温差下的海水淡化技术。

 (3)透平与海水源热泵机械。研制适用于特定工质的高效、无泄漏透平,提供可靠的热泵系统装备及热交换设备。

 (4)以海水为换热介质的热工、水力基础测试。对海洋热能利用过程中涉及的热工设备进行热力性能检测,得到热工设备的性能参数,为海洋热能开发利用中热工设备的选型提供理论依据。