极地冰基海冰监测浮标和极地冰基海冰参数监测方法技术

本发明专利技术公开了一种极地冰基海冰监测浮标和一种极地冰基海冰参数监测方法，浮标标体内有放置飞行器的保护仓及飞行器、控制器仓、蓄电池仓和标体底部的伸缩支架。测量方法上，利用飞行器携带各类传感器，可以测量冰面以上10米内不同高度的大气参数，包括不同高度的风速风向、气温气压，水上声纳测量冰上面降雪量高度数据和水下声纳测量冰下界面的距离，可获取冰层总厚度的变化。通过读取铱星模块中自带的GPS位置信息获取浮标的位置信号，数据通过铱星模块传输，实现自动化远程实时监测，为海冰生长过程中的热力学变化过程提供分析依据，可应用于南北极极地海冰的自动化无人监测。

Polar ice based sea ice monitoring buoy and polar ice based sea ice parameter monitoring method

The invention discloses a polar ice based sea ice monitoring buoy and a method for monitoring the sea ice parameters of the polar ice based sea ice. The buoy mark body has a protection storehouse for an aircraft, a vehicle, a controller bin, a storage battery bin and a telescopic bracket at the bottom of the body. In the measurement method, the air parameters of different heights above 10 meters above the ice surface can be measured with various kinds of sensors, including the wind direction of different heights, the air temperature pressure, the height data of the ice on the ice, and the distance between the underwater sonar to measure the surface of the ice, and the change of the total ice thickness can be obtained. By reading the position information of the GPS position in the iridium module, the location signal of the buoy is obtained. The data is transmitted through the iridium module to realize automatic remote real-time monitoring. It provides an analysis basis for the thermodynamic change process in the process of sea ice growth, and can be applied to the automatic unmanned monitoring of the Arctic sea ice in the north and south poles.

【技术实现步骤摘要】
极地冰基海冰监测浮标和极地冰基海冰参数监测方法
本专利技术涉及自动化监测领域，尤其涉及一种极地冰基海冰监测浮标和一种极地冰基海冰参数监测方法。
技术介绍
全球气候是各种因素相互作用影响的统一体，而南北极的气候是地球上气候极为敏感的区域之一。海冰每年最多可以覆盖地球表面积大约7%左右，其中最大的部分分布在地球的南北极，显然海冰在南北极的研究中占有很大的比重。极地海冰的变化是极地气候变化的风向标，海冰浮标的观测研究及其成果应用在极地研究占有重要地位，利用海冰浮标观测海冰漂移位置、浮标所处位置的气压气温、海表温度等基本参数是常见的观测方法，对全球气候变化、天气和冰情的预报、卫星数据验证、数值气候模式的强迫、验证和同化，以及追踪海冰生长和消融的过程等具有重要的数据支撑作用。极地海冰的气候因素与海冰形成的关系是相互作用的。长期以来，科学家在极地海—冰—气相互作用的机理和对世界气候的影响方面进行了大量的研究，但由于影响海—冰—气相互作用的因素较多，无法实现大面积和精细化的多参数实时监测，利用卫星照片和遥感可以获得气候数据，但仍然无法完全分析海-冰-气之间相互作用的机理。只有在极地海冰上大面积投放现场监测浮标，才可以获取到足够的海冰变化的实时数据。近年来，在“北极浮标计划”等国际项目的国际支持下，北极投放了大量的海洋浮标和海冰浮标。但是监测低空（10米高）的大气参数和海冰下海水的其它参数依旧是一个无法克服的困难。因此，设计和研发一种能够利用自动化监测技术测量不同高度（10米内）的大气参数和海冰厚度及海冰漂移的一体化浮标尤为重要。目前，国内外在极地海冰上投放的浮标中，大都是在主标体上部设置一个1-6米高的固定支架，支架上不同高度设置同一类监测传感器，在主标体下部设置一个铁链或锚链，铁链上不同深度处设置同一类监测传感器，这类浮标的主要缺点是：上部固定支架越高，要求浮标直径越大，否则浮标会倒。下部铁链上不同深度安装同一类传感器会增加传感器的数量，增大成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种极地冰基海冰监测浮标和一种极地冰基海冰参数监测方法。本专利技术的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种极地冰基海冰监测浮标，包括：监测器械保护仓、控制器仓、蓄电池仓及伸缩支架；其中，所述监测器械保护仓包括支撑圆盘和覆盖所述支撑圆盘第一表面的保护罩；所述支撑圆盘上设置飞行器停放台，用以固定飞行器，所述飞行器上设置飞行控制器、水上声纳传感器、风速风向传感器及红外摄像头，所述支撑圆盘内部设置用于控制所述保护罩闭启的启动装置；所述控制器仓连接所述支撑圆盘的第二表面，用以固定放置主控制器，所述主控制器用以向所述飞行器发出飞行指令，以及控制保护罩闭启的启动装置开启和关闭所述保护罩；所述蓄电池仓连接所述控制器仓，仓内存储蓄电池，用以为所述飞行器及所述主控制器提供电能；所述伸缩支架包括固定杆和伸缩杆，所述固定杆一端连接所述蓄电池仓，另一端连接所述伸缩杆的首端，所述伸缩杆长度可变，且垂直所述固定杆延伸方向设置，伸缩杆尾端设置一水下声纳传感器。本专利技术的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种极地冰基海冰参数监测方法，使用如前述技术方案的极地冰基海冰监测浮标进行监测，参数监测方法包括：设置于控制器仓中的主控制器定时启动，控制驱动电机转动，使保护罩开启；同时控制卡扣电机转动，以使飞行器解扣；主控制器控制伸缩控制电机，使伸缩杆伸长至最大长度，以使水下声纳传感器测量冰面下界面的距离变化；同时控制飞行器起飞至至少一个预设的指定位置，使声纳传感器、水上声纳传感器及风速风向传感器采集所在位置的监测数据；数据采集完成后，通过红外摄像头连续拍摄图片，回传到飞行控制器，计算飞行器的回航路径及降落位置，以使飞行器降落；飞行器降落后，主控制器控制卡扣电机反转，以将飞行器固定在飞行器停放台上；控制驱动电机反转，以将保护罩闭合；控制伸缩控制电机反转，使伸缩杆收缩，将水下声纳传感器收回。区别于现有技术，本专利技术的极地冰基海冰监测浮标的标体内有放置飞行器的保护仓及飞行器、控制器仓、蓄电池仓和标体底部的伸缩支架。测量方法上，利用飞行器携带各类传感器，可以测量冰面以上10米内不同高度的大气参数，包括不同高度的风速风向、气温气压，水上声纳测量冰上降雪量高度数据和水下声纳测量冰下界面的距离，可获取冰层总厚度的变化。通过读取铱星模块中自带的GPS位置信息获取浮标的位置信号，数据通过铱星模块传输，实现自动化远程实时监测，为海冰生长过程中的热力学变化过程提供分析依据，可应用于南北极极地海冰的自动化无人监测。附图说明图1是本专利技术提供的一种极地冰基海冰监测浮标的结构示意图；图2是本专利技术提供的一种极地冰基海冰监测浮标的飞行器卡扣的结构示意图；图3是本专利技术提供的一种极地冰基海冰监测浮标的推动支架的结构示意图；图4是本专利技术提供的一种极地冰基海冰监测浮标的监测器械保护仓关闭和开启时的俯视示意图；图5是本专利技术提供的一种极地冰基海冰参数监测方法的流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术提供的一种极地冰基海冰监测浮标的结构示意图。其目的是提供一种安装在海冰上，能够测量不同高度大气参数和3米以内的海冰厚度与海冰漂移的综合浮标，为研究极地海冰热力学提供可靠的数据支持。本专利技术所涉及的浮标100主要有四部分，包括由两个可开合的1/4球型硬质塑料壳18和19构成的半球型的监测器械保护仓、控制器仓20、蓄电池仓21以及伸缩支架。半球型保护仓内部设置有飞行器2、驱动电机3、螺纹钢杆8、推动支架9、飞行器卡扣10、无线充电模块4、飞行器停放台23和支撑圆盘24。飞行器2为六旋翼直飞型飞行器，飞行器上设置有支架15，支架上安装有声纳传感器13、风速风向传感器14、气温气压传感器12、红外线摄像头11；控制器仓连接支撑圆盘23的第二表面，控制器仓内部设置有主控制器1、铱星模块及其天线22；蓄电池仓连接控制器仓，内部安装有锂电池5；底部伸缩支架包括固定杆16、伸缩杆6、伸缩控制电机17以及水下声纳传感器7，固定杆16一端连接蓄电池仓，另一端连接伸缩杆6的首端，伸缩杆6长度可变，且垂直固定杆16延伸方向设置，伸缩杆6尾端设置水下声纳传感器7。伸缩杆6通过伸缩控制电机17控制，以进行伸缩运动。本专利技术的极地冰基海冰监测浮标100包括2个1/4球型硬体塑料壳18和19，构成监测器械保护仓，半球直径为80cm，硬体塑料的厚度为5mm；控制器仓20壁厚为5mm，直径120cm，高度30cm；蓄电池仓21直径50cm，高度50cm，钢体厚度也为5mm；所说的底部伸缩支架16为直径为10cm的钢管，管材厚3mm，长度250cm，伸缩杆6为钢管套钢管型伸缩杆，缩短时长度为30cm，伸长时长度为60cm；整个飞行器外圈直径50cm。螺纹钢杆8是直径为20mm的螺纹钢，与驱动电机3的齿轮相啮合，推动支架9。推动支架9为半“工”字形，由一块钢板27和两根钢筋28焊接而成，钢板27穿过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极地冰基海冰监测浮标，其特征在于，包括：监测器械保护仓、控制器仓、蓄电池仓及伸缩支架；其中，所述监测器械保护仓包括支撑圆盘和覆盖所述支撑圆盘第一表面的保护罩；所述支撑圆盘上设置飞行器停放台，用以固定飞行器，所述飞行器上设置飞行控制器、水上声纳传感器、风速风向传感器及红外摄像头，所述支撑圆盘内部设置用于控制所述保护罩闭启的启动装置；所述控制器仓连接所述支撑圆盘的第二表面，用以固定放置主控制器，所述主控制器用以向所述飞行器发出飞行指令，以及控制保护罩闭启的启动装置开启和关闭所述保护罩；所述蓄电池仓连接所述控制器仓，仓内存储蓄电池，用以为所述飞行器及所述主控制器提供电能；所述伸缩支架包括固定杆和伸缩杆，所述固定杆一端连接所述蓄电池仓，另一端连接所述伸缩杆的首端，所述伸缩杆长度可变，且垂直所述固定杆延伸方向设置，伸缩杆尾端设置一水下声纳传感器。

【技术特征摘要】
1.一种极地冰基海冰监测浮标，其特征在于，包括：监测器械保护仓、控制器仓、蓄电池仓及伸缩支架；其中，所述监测器械保护仓包括支撑圆盘和覆盖所述支撑圆盘第一表面的保护罩；所述支撑圆盘上设置飞行器停放台，用以固定飞行器，所述飞行器上设置飞行控制器、水上声纳传感器、风速风向传感器及红外摄像头，所述支撑圆盘内部设置用于控制所述保护罩闭启的启动装置；所述控制器仓连接所述支撑圆盘的第二表面，用以固定放置主控制器，所述主控制器用以向所述飞行器发出飞行指令，以及控制保护罩闭启的启动装置开启和关闭所述保护罩；所述蓄电池仓连接所述控制器仓，仓内存储蓄电池，用以为所述飞行器及所述主控制器提供电能；所述伸缩支架包括固定杆和伸缩杆，所述固定杆一端连接所述蓄电池仓，另一端连接所述伸缩杆的首端，所述伸缩杆长度可变，且垂直所述固定杆延伸方向设置，伸缩杆尾端设置一水下声纳传感器。2.根据权利要求1所述的极地冰基海冰监测浮标，其特征在于，所述启动装置包括驱动电机、螺纹连杆及两个推动支架，所述驱动电机连接所述主控制器和所述螺纹连杆的中部，每一推动支架一端连接螺纹连杆，另一端固定连接所述保护罩。3.根据权利要求2所述的极地冰基海冰监测浮标，其特征在于，所述保护罩为两个1/4球形罩体，所述推动支架与所述保护罩的连接点连线为保护罩的球形的直径，所述主控制器发送控制指令，控制所述驱动电机带动所述螺纹连杆转动，从而使所述推动支架带动两个1/4球形罩体移动，实现保护罩的闭启。4.根据权利要求1所述的极地冰基海冰监测浮标，其特征在于，所述飞行器停放台上设置飞行器卡扣，包括折叠钢片、钢丝和卡扣电机，所述这点钢片呈90°折叠，一端连接所述卡扣电机，所述卡扣电机设置于所述飞行器停放台内部，以使所述折叠钢片一端固定于所述飞行器停放台上，所述钢丝一端连接所述卡扣电机，另一端固定于所述折叠钢片上，通过卡扣电机和钢丝控制所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦银科，常晓敏，雷瑞波，陈燕，左广宇，张虎啸，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14