監測系統、組件、方法和應用
【專利說明】監測系統、組件、方法和應用
[0001 ] 本申請涉及并要求來自于2013年7月18日提交的美國臨時專利申請61/847，668和2013年12月19日提交的美國臨時專利申請61 /918，25 5的優先權，其內容通過全文引用的方式并入本文。
[0002]本發明的實施方案一般屬于監測系統、設備、技術及其應用領域。更特別地，本發明的實施方案和方面屬于在海洋環境中進行這樣的監測，以監測、鑒定、跟蹤和以其他方式表征海洋物種和/或其他海洋對象，以及多種刺激對這些海洋物種和/或其他海洋對象的一個或多個影響。甚至更特別地，本發明的實施方案和方面屬于實時的基于聲波的海洋(水面或水下)監測系統、設備、技術及其應用。
[0003]海上商業經營可影響海洋環境，包括該環境中的植物、動物和哺乳動物。例如在漁業中，可能偶然地捕捉、傷害和/或殺死保護物種、瀕危物種或甚至非靶向的物種。類似地，水面和水下的海洋地震活動和油/氣勘探活動可能偶然地干擾海洋環境。進一步的信息可從美國內政部海洋能源管理局(BOEM)和美國商業部國家海洋漁業服務局(NMFS)獲得。
[0004]發明人已經意識到享有一種海洋聲波監測系統，以及用于檢測、跟蹤、記錄、分析、通信或以其他方式得到和管理指示海洋存在和/或火星的數據以及使用這樣的數據避免或減輕對海洋環境的有害影響的合適的監測系統、系統組件和方法將是有利并且有益的。如本文接下來描述的以及如所附權利要求的記載所體現的發明啟用了這樣的監測系統、系統組件和方法，用于實現所意識到的優點和益處。
[0005]本發明的一個實施方案是實時的基于聲波的海洋監測系統。所述系統包括接收器；以及能夠工作地與所述接收器通信的多個傳感器包(SP)，其中每個傳感器包進一步包括殼體;至少一個聲波傳感器;計時源；電源;數據存儲器；以及數據采集組件。在多個非限制性方面中，所述實時的海洋聲波監測系統可進一步包括以下特征或限制，或由以下特征或限制表征:
[0006]-其中至少一些SP包括用于檢測鹽度、溫度、濁度、pH、有機材料、溶解固體、浮游植物、光通量、生物發光、02、C02、水流以及對象速度中的至少一種的附加傳感器；
[0007]-其中至少一些SP包括用于檢測時鐘同步數據、高、中和低頻聲波數據、甚低頻(例如，地震)數據、(低頻，例如，〈100Hz)地震引起的數據和顆粒速度數據中的至少一種的附加傳感器；
[0008]-其中至少一些SP包括用于檢測時鐘同步數據、高、中和低頻聲波數據、甚低頻(例如，地震)數據、(低頻，例如，〈100Hz)地震數據和顆粒速度數據中的至少一種的附加傳感器；
[0009]-其中所述多個SP是自主的和自給的；
[0010]-其中所述計時源是原子鐘；
[0011]-其中每個SP由聲波識別算法與聲波分類算法中的一種編程，從而可生成用于傳輸至所述接收器的數據包；
[0012]-其中所述接收器被布置于水面艦艇、ROV、AUV、浮筒中的一個中、水柱中、海床上、陸地上；
[0013]-其進一步包括能夠生成檢測結果和分類結果的儀器/計算單元；
[0014]-其中每個SP可按計劃同步地或異步地傳輸數據包。
[0015]本發明的一個實施方案是一種用于監測海洋環境體積的方法。所述方法包括檢測所述海洋環境體積內與現象有關的范圍為200Hz〈fhigh〈150kHz的高頻率;檢測所述海洋環境體積內與不同現象有關的范圍為(Kflciw^ 200Hz的低頻率；以及，臨時將所述低頻相關現象與所述高頻相關現象關聯起來。在多個非限制性方面中，所述用于監測海洋環境體積的方法可進一步包括以下特征或限制，或由以下特征或限制表征:
[0016]-進一步包括在檢測與海洋地震事件相關的低頻率之前檢測與海洋對象相關的高頻率，檢測所述與海洋地震事件相關的低頻率，以及在檢測所述與海洋地震事件相關的低頻率后檢測與所述海洋對象相關的高頻率；
[0017]-進一步包括檢測與運動的海洋對象相關的高頻率；
[0018]-進一步包括使用包括接收器和多個傳感器包(SP)的實時海洋聲波監測系統，其中每個傳感器包還包括殼體、至少一個聲波傳感器、計時、電源、數據存儲器和數據采集組件；
[0019]-進一步包括臨時將多個實時SP處的來自未知位置處的源的聲波信號的檢測關聯起來，并三角測量所述源的已知位置；
[0020]-進一步包括將所述接收器布置于海床的至少一個位置處，懸浮于所述海洋環境體積中、水面艦艇上、ROV中、AUV中、浮筒中或陸地上；
[0021]-進一步包括產生至少一個所述SP中的數據包，并將同步或異步傳輸所述數據包；
[0022]-進一步包括在至少一個所述SP中啟用警報模式，與數據接收器通信；
[0023]-進一步包括將所述SP中的至少一些布置于所述海洋環境體積內；
[0024]-進一步包括將所述SP中的至少一些布置于所述海洋環境體積的底表面上。
[0025]-進一步包括將所述SP中的至少一些布置懸浮于所述海洋環境體積中；
[0026]-進一步將所述SP中的至少一些布置于所述海洋環境體積外；
[0027]-其中所述SP中的至少一些包括用于檢測鹽度、溫度、濁度、pH、有機材料、溶解固體、浮游植物、光通量、生物發光、O2、CO2、水流以及對象速度中的至少一種的附加傳感器；
[0028]-其中所述SP中的至少一些包括用于檢測時鐘同步數據、高、中、低頻聲波數據、甚低頻(例如，地震)數據、(低頻，例如，〈100Hz)地震數據和顆粒速度數據中的至少一種的附加傳感器；
[0029]其中所述SP中的至少一些包括用于檢測時鐘同步數據、高、中、低頻聲波數據、甚低頻(例如，地震)數據、(低頻，例如，〈100Hz)地震數據和顆粒速度數據中的至少一種的附加傳感器；
[0030]-進一步包括使所述SP與另一單元通信，所述單元包括不同的SP、水面艦艇、ROV、水下收發器和AUV，以及單組件和/或多組件地震傳感器；
[0031]-進一步包括當所述SP被布置于所述海洋環境體積中時，校正所述SP。
[0032]所述實時的基于聲波的海洋監測系統包括含有傳感器的多個水下儀器包(SP)，用于例如，記錄聲波信號和其他傳感器數據，以允許進行延后和/或實時的原位數據通信以及控制單個的儀器包和系統配置。這些傳感器包是自主的和自給的，不與表面或彼此進行物理連接。各SP可具有無線的聲波和/或光學模塊或組件，以使SP和/或其他收集點，例如使多個水面艦艇、ROV、水下收發器或AUV之間能夠進行通信。所述SP進一步可包括附加單組件或多組件地震傳感器或其他功能傳感器，用于收集可與所獲得的聲波數據組合使用的數據(這可涉及如下文描述的環境條件以及涉及海洋哺乳動物聲波數據)，從而協助鑒定、定位和/或改變所感知的環境中的哺乳動物的特征和/或種群(一個或多個)，或者其他刺激，例如但不限于輻射、運動以及確實或潛在令人感興趣的任何其他可檢測刺激。
[0033]圖1示出了根據本發明的一個說明性方面的示例性傳感器包。
[0034]圖2示出了根據本發明的一個說明性方面的操作地部署于海洋環境體積的海底上的SP陣列。
[0035]圖3是根據本發明的一個說明性方面的傳感器包(SP)的頂部截面示意圖，示出了其多個組件的布置。
[0036]圖4是根據本發明的一個說明性方面的傳感器包的示意框圖，示出了所述傳感器包的某些組件/模塊。
[0037]圖5是根據本發明的一個說明性方面于高水平描述完全監測調查操作方法的流程圖。
[0038]圖1示出了一個示例性傳感器包(SP)