一种海洋渔业养殖水域实时立体观测系统技术方案

一种海洋渔业养殖水域实时立体观测系统，包括多个海底传感器节点、多个海面浮标节点和陆上监视系统，海底传感器节点包括水文、水质传感器，用于采集海底水文和水质数据；海面浮标节点包括水文、水质、气象传感器，用于采集海面水文、水质和气象数据，海面浮标节点通过水声通信与海底传感器节点交换数据，同时根据水声定位对各海底传感器节点的位置进行测量；陆上监视系统通过卫星通信接收所述海面浮标节点发送的数据，获得关于海底和海面的水文、水质和/或气象数据，获得海底传感器节点的位置数据。

A real-time three-dimensional observation system for marine aquaculture waters

【技术实现步骤摘要】
一种海洋渔业养殖水域实时立体观测系统
本专利技术属于海洋渔业养殖技术，特别涉及一种海洋渔业养殖水域实时立体观测系统。
技术介绍
我国是海洋渔业养殖大国，2018年海洋渔业养殖产量占海水鱼产量的七成。但渔业养殖严重依靠养殖水域环境，养殖水域环境如气象、水文、水质等的变化直接影响养殖鱼类成长甚至存活，更为严重的是近些年来，海洋溢油、危险化学品污染、海洋放射性污染、赤潮(绿潮)灾害等极端事件，如蓬莱19-3溢油事故、大连油污染事件，直接影响养殖水域环境，威胁海洋养殖鱼类安全。因此对养殖水域环境的监测对海洋渔业养殖具有十分重要的作用。海洋养殖环境监测系统成为海洋渔业养殖防灾减灾、辅助决策、权益维护等提供必需的基础资源和数据依据，为海洋渔业养殖事业的可持续发展提供可靠保障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种海洋渔业养殖水域实时立体观测系统，实现对海洋渔业养殖环境的立体、实时和精确观测。本专利技术实施例之一，一套由海底多传感器节点、海面浮标、陆上监视以及存储系统组成，集水质、水文和气象于一体的多参数、实时、立体的高精度、智能化海洋监测信息系统。该系统能够自动、连续、实时监测海洋(海面和海底)多种参数，自动传输、存储、处理和分析数据。采用声学定位实时修正水下采集点位置，便于水下采集节点的周期性回收清洗。采用自脱锚设计，实现回收过程的自动上浮。本专利技术有益效果包括：1.实现了对于海洋渔业养殖水域水质水文气象的远程实时监测；2.准确定位、管理对于海底传感器和海面浮标的使用；3.帮助及时决策对于海洋渔业养殖的作业。附图说明通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：图1根据本专利技术实施例之一的观测系统组成示意图。图2根据本专利技术实施例之一的陆上监测系统示意图。图3根据本专利技术实施例之一的海面浮标电路组成示意图。图4根据本专利技术实施例之一的海面浮标上行工作流程示意图。图5根据本专利技术实施例之一的海面浮标下行工作流程示意图。图6根据本专利技术实施例之一的水下传感器节点电路组成示意图。图7根据本专利技术实施例之一的水声定位系统示意图。图8根据本专利技术实施例之一的海底传感器节点水下布放示意图。10——水面浮标，11——卫星天线，20——海底传感器节点，30——锚体。具体实施方式现有的海洋渔业养殖环境的检测采用卫星遥感或浮标等监测手段，其中卫星遥感监测只能监测特定时间点、海水表面大范围的环境变化；浮标监测也仅仅可以定点监测水面及水面下有限深度海水参数的变化，因此缺乏完整立体的监测手段。根据一个或者多个实施例，如图1所示，海洋渔业养殖环境的实时立体监测系统由海底水下传感器节点、海面浮标系统(包括多传感器节点)、陆上监视系统等构成。监测系统通过多传感器实时采集海底和海面多点水文、水质和气象等海洋数据，通过水声和无线通信将采集到的数据传输到陆上监视系统供用户使用，并实时检测个节点的工作状态。定期通过水声定位和北斗卫星定位修正海底传感器节点和海面浮标的位置；结合定位和洋流信息回收传感器节点。海洋渔业养殖水域实时立体观测系统各主要部分包括，1)海底传感器节点由水文、水质采集传感器及数据处理系统和水声通信系统组成，负责采集海底水文和水质数据，以及与浮标进行水声通信。2)海面浮标节点由水文、水质、气象采集传感器及数据处理系统、水声通信系统、水声定位系统、卫星通信系统组成，负责采集海面水文、水质和气象数据；与海底传感器节点进行水声通信；通过卫星与陆基监视系统进行通信；通过水声定位系统对海底各节点进行位置参数测量，并将参数通过卫星通信系统传与陆基监视系统。3)陆基监视系统由卫星通信系统和数据处理显示系统组成，负责接收海面浮标传来的海面和海底节点采集的数据；计算海面浮标传来的各海底各节点定位数据，获得海底各节点的实时位置信息；监视个系统单元运行的状况。根据一个或者多个实施例，海洋渔业养殖环境的实时立体监测系统工作过程可以分为上行和下行两部分。上行过程中，水下节点将其传感器采集的数据打包通过水声通信传给水面浮标；水面浮标采集水面数据，并接收水下浮标通过水声通信传来的数据，打包后经过卫星通信传给陆上主控机；主控机实时显示水下节点的数据，并主控演示机具备相关信号处理能力。下行过程中，可以通过主控机设置和调整水面浮标工作状态。主控机将需要发生的指令通过卫星通信系统发给浮标，浮标对收到的信息解包，得到信息的目标地址。当指令是发给浮标自身时，浮标自身控制模块根据指令内容设置或调整自身工作状态；当指令是发给水下节点时，浮标通过水声通信将这一指令转发。水下节点接收到指令后设置或调整自身工作状态。海洋渔业养殖环境实时立体监测系统中陆上监测系统架构如图2所示，由主控机、显示器、卫星通信模块、天线等组成。主控机负责实时显示浮标和水下节点采集的数据和各状态参数，并可以卫星通信发送数据和指令到水面浮标和水下节点；主控机具备相关信号处理能力。主控机负责储存接收到的数据，并具备相关信号处理能力；显示器负责实时显示水面浮标、水下节点发来的各传感器数值，也可以显示浮标工作状态和辅助指令参数设置；卫星通信模块负责陆上主控机与水面浮标进行卫星通信所需调制/解调、编码、解码等功能；天线负责浮标与主控机进行卫星通信时电/磁信号的转换。海洋渔业养殖环境实时立体监测系统中，水面浮标负责采集水面数据，并接收水下浮标通过水声通信传来的数据，打包后通过卫星通信传给陆上主控演示机；同时负责接收主控机传来的指令，来调整自身工作状态或将指令传给水下节点。浮标架构如图3所示，浮标由数据打包/分包模块、数据采集模块、水声通信模块、卫星通信模块、状态控制模块等组成。浮标由以下部分组成：1.主控部分，包括，数据打包/分包模块，负责将浮标采集的数据和水声通信模块传来的数据进行分包，再进行重新打包发给卫星通信模块；同时负责将卫星通信模块传来的主控指令进行解包，将需要发给水下节点的指令传给水声通信模块，将本浮标需要处理的指令发给浮标状态控制模块；状态控制模块，负责状态自身各参数的设定、自身工作状态的检查。2.传感器数据采集部分，包括，数据采集模块，负责将传感器采集数据进行滤波、放大、AD转换、量化、编码等预处理；传感器，负责采集海洋环境监测系统所需要的参数数据。3.水声通信部分，包括水声通信模块，负责浮标与水下节点进行水声通信所需调制/解调、编码、解码等功能；换能器，负责浮标与水下节点进行水声通信时声/电信号的转换。4.卫星通信部分，包括卫星通信模块，负责浮标与陆上主控机进行卫星通信所需调制/解调、编码、解码等功能；天线，负责浮标与陆上监测系统进行卫星通信时电/磁信号的转换。5.外围电路。浮标的工作流程如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋渔业养殖水域实时立体观测系统，其特征在于，该系统包括，多个海底传感器节点、多个海面浮标节点和陆上监视系统，/n海底传感器节点包括水下水文、水下水质传感器，用于采集海底水文和水质数据；/n海面浮标节点包括海面水文、海面水质、海面气象传感器，用于采集海面水文、水质和气象数据，海面浮标节点通过水声通信与海底传感器节点交换数据，同时根据水声定位对各海底传感器节点的位置进行测量；/n陆上监视系统通过卫星通信接收所述海面浮标节点发送的数据，获得关于海底和海面的水文、水质和/或气象数据，获得海底传感器节点的位置数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋渔业养殖水域实时立体观测系统，其特征在于，该系统包括，多个海底传感器节点、多个海面浮标节点和陆上监视系统，
海底传感器节点包括水下水文、水下水质传感器，用于采集海底水文和水质数据；
海面浮标节点包括海面水文、海面水质、海面气象传感器，用于采集海面水文、水质和气象数据，海面浮标节点通过水声通信与海底传感器节点交换数据，同时根据水声定位对各海底传感器节点的位置进行测量；
陆上监视系统通过卫星通信接收所述海面浮标节点发送的数据，获得关于海底和海面的水文、水质和/或气象数据，获得海底传感器节点的位置数据。


2.根据权利要求1所述的观测系统，其特征在于，所述陆上监视系统包括主控机，主控机的指令通过卫星通信模块发送给海面浮标节点，海面浮标节点对接收到的指令数据包进行解析，如果发现所述指令的目的地址是海底传感器节点，则通过水声通信模块发送至所述海底传感器节点，
海底传感器节点将采集的数据打包通过水声通信模块发送给海面浮标节点，所述海面浮标节点将自身采集的数据以及从海底传感器节点接收到的数据打包通过卫星通信模块发送至陆上监视系统的主控机。


3.根据权利要求1所述的观测系统，其特征在于，海底传感器节点挂接锚体，锚体坐于海底，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国栋，谌志新，汤涛林，许明昌，
申请(专利权)人：中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31