一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统，包括仿生海鳗机器本体、水下移动通信端、远程终端，所述仿生海鳗机器本体包括主控制器、动力设备、环境数据采集模块、图像采集模块、图像处理模块、本地指令存储模块、障碍物检测模块、转向计算模块、航向辅助模块和第一通信模块和电源，主控制器与所述动力设备、所述障碍物检测模块、航向辅助模块、所述第一通信模块、所述图像采集模块、所述图像处理模块、所述环境数据采集模块连接，所述水下移动通信端包括水下接驳盒、水下基阵和应答器；所述水下接驳盒承载水下基阵并固定。本实用新型专利技术仿生海鳗通过水下通信系统与远程终端进行数据交互，在具有低成本的基础上，实现水体环境以及资源动态检测。体环境以及资源动态检测。体环境以及资源动态检测。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统


[0001]本技术涉及海洋牧场养殖领域，尤其是一种基于仿生海鳗移动平台的海洋牧场资源环境监测系统。

技术介绍

[0002]随着世界人口的增长，对高质量蛋白质食品的需求也日益增加，同时海洋渔业资源日益衰竭。基于海洋牧场的水产养殖在保障食品安全方面发挥的作用愈来愈重要，水产养殖产业也成为近40年来全球农业中增长最快的部分。与其对食品安全和国民经济发展的贡献相比，水产养殖方面的科技研发投入较少，产业技术水平较低。特别是近年来，随着社会经济的发展，市场对海珍品的需求越来越多，因此越来越多的人开始进入海珍品养殖行业，但是，传统的海珍品养殖仍存在一些问题。比如在海珍品养殖过程中需要特别注意海珍品的养殖环境，因为海珍品对环境水质要求非常高，日常养殖管理措施如水质管理(水质监测、水质调控、换水等)以及对养殖生物生长和健康状况的评价主要依赖于技术人员的经验，缺乏直观的智能化技术手段。由于信息获取时间的滞后，对养殖动物的摄食状况、健康状况难以做出及时、准确的判断，导致饲料利用效率不高、养殖环境恶化、养殖动物因病害防控措施不及时大量死亡等现象时有发生，难以控制养殖风险。
[0003]随着计算机和通讯技术的迅猛发展，国内外在水产养殖管理方面越来越多地引入智能化信息化技术。水下机器人最初主要用于军事和科考等领域，近年来开始应用于渔业环境检测、潜水娱乐等，其技术和产品形态上都有待开发，价格也较为昂贵。用于水产养殖的水下机器人还未见有商业化产品，只有少数的通用水下航行器在水产养殖应用方面的报道。研发能够在复杂水体环境中精确巡航、智能辅助避障、水面定位动态返航、具有水质监测、水底目标识别、信息实时传输的自主式可起降的水下机器人，可运用于网箱养殖、底播、造礁养殖等各类场景，将弥补现有水质观测、养殖资源评估和水产动物病害预报技术的不足，提高现代水产养殖的装备和管理技术水平。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本技术的目的是提供，一种基于仿生海鳗移动平台的海洋牧场资源环境监测系统。仿生海鳗能够在海洋牧场内自主移动，实现水质的监测，鱼类的探测，做到无人监管的特点，系统具有运行稳定、移动阻力小、移动灵活，可通过水下狭小区域，实现了水产养殖的目的，节约了大量的人力成本，提高养殖产量和生产效益。
[0005]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统，包括仿生海鳗机器本体、水下移动通信端、远程终端；当所述仿生海鳗处于工作模式时，远程终端内导入海洋牧场数字地图，设定仿生海鳗初始约束条件和仿生海鳗终止约束条件，初始化仿生海鳗路径规划约束条件，进行全局静态路径规划；仿生海鳗按照全局静态路径规划路线在海洋牧场水域航行，动态采集水体环境数据、定点拍摄图像、进行图像识别分类与计数、并生成航行状态数据分别发
送至管理数据库，仿生海鳗在水域航行过程中，自动识别并避开周围障碍物；若行驶路线偏离全局静态路径规划路线，所述仿生海鳗根据航行状态数据调整所述仿生海鳗的航行方向和航行速度，使仿生海鳗进入预设路线内，顺利完成数据采集任务并将指定数据传送至远程终端；所述仿生海鳗机器本体包括主控制器、动力设备、环境数据采集模块、图像采集模块、图像处理模块、本地指令存储模块、障碍物检测模块、转向计算模块、航向辅助模块、第一通信模块和电源；所述主控制器分别与所述动力设备、所述障碍物检测模块、所述航向辅助模块、所述第一通信模块、所述图像采集模块、所述图像处理模块、所述环境数据采集模块连接，所述水下移动通信端包括水下接驳盒、水下基阵和应答器；所述水下接驳盒承载水下基阵并固定，其主要功能是实现信息的中继、分配及控制，用于与其他声信标通过海底光纤复合缆进行数据通信；以及电池组，用于供电；所述远程终端包括第二通信模块、显示模块、人机交互模块、远程指令生成模块。
[0007]进一步，所述动力设备包括第一舵机、第二舵机、第三舵机；所述本地存储指令模块中的控制程序，通过主控制器将位置量分别发送给相应的舵机上的伺服控制器，从而使由三个舵机构成的海鳗机器本体实现多种运动方式；具体流程为：首先初始化，使每个舵机的位置处于零位，让机器本体成一条直线，然后判断机器海鳗的运动方式，根据所述运动方式控制每个舵机的位置值；所述本地指令存储模块运行时执行所述动力设备的方法步骤包括上浮、下潜、左转、右转、直行和停止操作；当查找本地存储指令为沿直线路径游动时，主控制器控制第一舵机、第二舵机以及第三舵机以相同的转动角度以及相同的转动频率摆动，使得仿生海鳗直行；当本地存储指令为执行下潜的游动操作时，主控制器控制第一舵机左转角35
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，第二舵机左转角40
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，第三舵机左转角45
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，延迟5s后，主控制器控制第一舵机右转角35
°
，第二舵机右转角40
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，第三舵机右转角45
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，仿生海鳗执行相应的游动操作，完成下潜姿态；当本地存储指令为上浮的游动操作时，主控制器板控制第一舵机左转角15
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，第二舵机左转角20
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，第三舵机左转角25
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，延迟5s后，主控制器控制第一舵机右转角15
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，第二舵机右转角20
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，第三舵机右转角25
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，仿生海鳗执行相应的游动操作，完成上浮姿态；当本地存储指令为停止的游动操作时，主控制器板控制第一舵机、第二舵机、第三舵机停止执行操作，完成停止姿态。
[0008]进一步，所述水下移动通信端，包括控制单元，电池管理单元，连接于所述控制单元，用于管理所述电池组以及采集电压数据；数据采集
‑
发射单元，连接于所述控制单元，用于获取数据以及信号发射；以及串口通信模块，连接于所述控制单元，用于发射和接收其他声信标通过接驳盒传输的信号数据，可选的，所述水下接驳盒之间通过海底光纤电缆进行通信。
[0009]进一步，基于所述短基线定位系统被应用于所述仿生海鳗的水下导航，通过测量水下基阵各个阵元与应答器信号的往返时间来计算距离信息，通过测量应答器到三个及以上数量的阵元之间的距离，来对应答器进行定位。
[0010]进一步，所述一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统，在海洋牧场区域一点释放所述仿生海鳗，根据所述远程终端在坐标系上建立的运动模型，并且水下基阵定位系统确定所述仿生海鳗位置，确认作业区域全部在信号作用范围内与航程路线规划内其情况下，所述仿生海鳗根据需要探测的水域，对海洋牧场水下特定区域进行定点图像拍摄和所述图像数据的识别处理以及水域数据采集，并将数据传入管理数据库。
[0011]进一步，水域数据采集依赖于各类传感器，包括电流传感器、电压传感器、pH值传感器、水温传感器、水深传感器以及图像拍摄传感器，pH值传感器、水温传感器、水深传感器，分别安装在仿生海鳗底部且浸没到水中，pH值传感器实时检测水域的pH值并发送给主控制器，水温传感器实时检测水域的水温并发送给主控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统，其特征在于，包括仿生海鳗机器本体、水下移动通信端、远程终端；所述仿生海鳗机器本体包括主控制器、动力设备、环境数据采集模块、图像采集模块、图像处理模块、本地指令存储模块、障碍物检测模块、转向计算模块、航向辅助模块、第一通信模块和电源；所述主控制器分别与所述动力设备、所述障碍物检测模块、所述航向辅助模块、所述第一通信模块、所述图像采集模块、所述图像处理模块、所述环境数据采集模块连接，所述水下移动通信端包括水下接驳盒、水下基阵和应答器；所述水下接驳盒承载水下基阵并固定，其主要功能是实现信息的中继、分配及控制，用于与声信标通过海底光纤复合缆进行数据通信；以及电池组，用于供电；所述远程终端包括第二通信模块、显示模块、人机交互模块、远程指令生成模块。2.根据权利要求1所述的一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统，其特征在于，所述动力设备包括第一舵机、第二舵机、第三舵机。3.根据权利要求1所述的一种应用于海洋牧场的资源环境监测系统，其特征在于，所述水下移动通信端，包括控制单元；电池管理单元，连接于所述控制单元，用于管理所述电池组以及采集电压数据；数据采集
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发射单元，连接于所述控制单元，用于获取数据以及信号发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：周楠，勾艺萌，孔祥洪，陈新军，刘必林，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：新型
国别省市：