一种海洋观测浮标的主动示廓装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种海洋观测浮标的主动示廓装置及方法，由嵌入式微处理器、LED驱动模块、光照度传感器、LED灯带、485总线协议模块、AIS接收模块、定位模块组成，其中，嵌入式微处理器分别和LED驱动模块、光照度传感器、485总线协议模块、AIS接收模块、定位模块相连，LED驱动模块和LED灯带相连。所述的嵌入式微处理器每秒执行数据合规性判别检查，定时执行主动示廓分析控制模块，根据船舶和浮标距离归一化结果的加权计算，调整LED驱动功率、亮时长、灭时长。采用本发明专利技术的有益效果是：根据周围船舶的距离远近动态调整LED灯带功率和亮灭时长，达到以较少的能源消耗实现较好的标体示廓效果。少的能源消耗实现较好的标体示廓效果。少的能源消耗实现较好的标体示廓效果。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋观测浮标的主动示廓装置及方法


[0001]本专利技术涉及海洋观测浮标领域，具体涉及一种海洋观测浮标的主动示廓装置及方法。

技术介绍

[0002]浮标，指锚定在指定位置、浮于水面的一种装置。根据其具体功能不同，可区分为导航助航航标（以下简称助航航标）、海洋观测浮标（以下简称观测浮标）。
[0003]助航航标是指标示航道方向、界限与碍航物的标志，包括过河标、沿岸标、导标、过渡导标、首尾导标、侧面标、左右通航标、示位标、泛滥标和桥涵标等。是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志。应遵循GB 12708
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1991《航标灯光信号颜色》、GB 15359
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2021《中国海区灯船和大型助航浮标制式》、GB 16161
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2021《中国海区水上助航标志形状显示规定》、GB 17381
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2020《视觉航标表面色规定》、GB 24418
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2020《中国海区可航行水域桥梁助航标志》等国家标准。目前，一般由标体以及搭载在标体上的航标灯装置组成，航标灯装置包括太阳能板、蓄电池、LED灯、定位模块、通讯模块等，部分还配备有AIS收发模块。
[0004]观测浮标是一种现代化的海洋观测设施，它浮于海面上并锚定在指定位置，用来收集海洋环境资料，并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。应遵循GB/T 14914.2
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2019《海洋观测规范 第2部分:海滨观测》、GB/T 14914.3
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2021《海洋观测规范 第3部分：浮标潜标观测》以及HY/T 142
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2011《大型海洋环境监测浮标》、HY/T 143
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2011《小型海洋环境监测浮标》等国家和行业标准。目前，一般由标体以及搭载在标体上的观测仪器组成，观测仪器包括太阳能板、蓄电池、定位模块、通讯模块、海洋水文观测模块（监测对象：潮汐、海浪、海流、海冰、海水温度﹑盐度、深度）、海洋气象观测模块（监测对象：风、气压、气温、相对湿度、降水量、海面有效能见度、云、雾、天气现象）以及海洋其他观测项目（监测对象：海发光、水色、噪声、辐照度﹑海面照度、海面高度等）。已成为海洋观测的最重要基础设施，促进海洋数据获取方式从“考察”向“观测”转变。
[0005]助航航标和观测浮标，两者组成的共性部分有太阳能板、蓄电池、定位模块、通讯模块；其中，定位模块或GPS定位、或北斗定位，通讯模块或4G网络、或北斗短报文。两者都是安装在标体的、集光机电于一体的成套装备，是典型的低功耗、优性能、小型化、高可靠的无人值守型自动化装备。但两者的功能定位不同，一般情况下，助航航标上不会搭载观测浮标上海洋观测设备，但观测浮标为安全计可能会搭载助航航标上的或航标灯、或AIS收发模块。
[0006]漂浮在海上的助航航标和观测浮标，尤其观测浮标搭载了价值不菲的海洋观测设备，为此，文献CN111200548A公开了一种应用于海洋观测浮标RS485总线的485协议集中器，由一个嵌入式微处理器、485芯片、电源开关、LDO电源芯片、232芯片、SDI12、地址拨码开关、4芯接插件芯片、电阻及电阻对网络组成，可与现有大多数成熟的海洋观测智能化设备数据通讯，数据协议解析灵活；文献CN111232132A公开了一种海洋观测浮标的控制系统及其控
制方法，通过RS485总线上的485协议集中器实现与不同接口、不同数据协议的智能化设备数据通讯，具有安装工艺简单、易于扩展、易于维护、通讯稳定等优点；但观测浮标事实上构成影响船舶航行的碍航物，预防碰撞发生保障设施安全是需要重点考虑的问题。文献CN112046683A公开了一种高稳定性的海上浮标，通过设置环绕于仪器舱设置的缓冲圈，使得浮标上搭载的仪器设备可得到有效的防碰撞保护，解决现有技术中海上浮标抗风浪能力较弱、仪器舱缺乏足够保护的问题，从而整体上的稳定性、防护性能都有较大提升。
[0007]近年来，助航航标采用主动显形示廓技术，有助于自我保护。文献CN109850073A公开了一种浮标夜间显形系统及方法，提高浮标夜间的显形能力，主动显形供船员识别。文献CN305995633S设计一种四叉型航标灯架夜间显形装置，通过显形装置上LED光源和浮标灯架上用于显示浮标外形的望板相结合，增加航标夜间轮廓亮化显形面积，增强浮标显形的实际效果。将主动显形示廓技术应用于观测浮标有利于向过往船舶提示其存在，提高其可见性，进而保障安全。然而为实现这一目标，必须需要平衡好观测浮标的显形示廓装置与海洋观测设备功率分配，特别是，如果显形示廓装置能够以较少的能源消耗实现较好的示廓效果，那么显然可以显著提升观测浮标的生存力。

技术实现思路

[0008]为达到上述目的，本专利技术的设计技术方案是：一种海洋观测浮标的主动示廓装置，由嵌入式微处理器、LED驱动模块、光照度传感器、LED灯带、485总线协议模块、AIS接收模块、定位模块组成，其中，嵌入式微处理器分别和LED驱动模块、光照度传感器、485总线协议模块、AIS接收模块、定位模块相连，LED驱动模块和LED灯带相连。所述海洋观测浮标的主动示廓装置，可以根据周围AIS船舶的距离动态调整LED驱动功率和亮灭时长。
[0009]所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置，装置中485总线协议模块连接到观测浮标内部485总线网络；具体地，LED灯带固定在支架上，沿观测浮标的外廓布置。
[0010]所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置，获得当前定位数据和时间数据的通道有2个，即485总线协议模块和定位模块，优选485总线协议模块。所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置中的嵌入式微处理器，通过2个通道中任一个通道获得定位数据包后，进行定位数据包解码，获得当前定位数据和时间数据。进一步地，所述的嵌入式微处理器，如果选择通过485总线协议模块获得定位数据包，则控制关闭定位模块，否则就控制打开定位模块。
[0011]所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置，获得AIS报文数据包的通道有2个模块，即485总线协议模块和AIS接收模块，优选485总线协议模块。所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置中的嵌入式微处理器，通过2个通道中任一个通道获得AIS报文数据包后，进行AIS报文数据包解码，获得船舶的水上移动通信业务标识码MMSI（Maritime Mobile Service Identify）、位置数据和时间数据。进一步地，所述的嵌入式微处理器，如果选择通过485总线协议模块获得AIS报文数据包时，则控制关闭AIS接收模块，否则就控制打开AIS接收模块。
[0012]所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置，控制LED灯带闪烁亮或灭的通道有2个，即485总线协议模块和光照度传感器，优选485总线协议模块。所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置中的嵌入式微处理器，如果通过485总线协议模块获得控制LED灯带闪烁亮或灭指令，就控制LED灯带闪烁亮或灭操作，并控制关闭光照度传感器；否则没有通过485本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋观测浮标的主动示廓装置及方法，可以根据周围AIS船舶的距离动态调整与本装置相联的LED灯带的驱动功率和亮灭时长，其特征在于：1）所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置由嵌入式微处理器、LED驱动模块、光照度传感器、LED灯带、485总线协议模块、AIS接收模块、定位模块组成，其中，嵌入式微处理器分别和LED驱动模块、光照度传感器、485总线协议模块、AIS接收模块、定位模块相连，LED驱动模块和LED灯带相连；2）所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置中的嵌入式微处理器，内部设置有由位置时间结构体nt_XYT定义的数据缓冲区myXYT[m]，m的范围：5～500，其中，myXYT[0]保存海洋观测浮标的MMSI码、经度、纬度、数据时间，myXYT[1]～myXYT[m]保存其他船舶的MMSI码、经度、纬度、数据时间；所述位置时间结构体nt_XYT，由MMSI码、经度、纬度、数据时间组成；myXYT[1]～myXYT[m]的初始值均为0；3）所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置中的嵌入式微处理器，设置有由LED配置结构体nt_LEDCFG定义的数据缓冲区myLED[n]，n的范围：10～600；所述LED配置结构体nt_LEDCFG，由驱动功率因子LEDPower、亮时长LEDOn、灭时长LEDOff组成，其中，LEDPower为整型、无量纲，LEDOn为整型，单位为毫秒，LEDOff为整型，单位为毫秒；4）所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置中的嵌入式微处理器，每秒定时执行数据合规性判别检查，具体步骤如下：T1：myXYT[i].MMSI不为0（i=1～m），计算DeltaT，DeltaT=abs（myXYT[i].Time
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myXYT[0].Time）；T2：如果DeltaT>360，则myXYT[i].MMSI=0；T3：重复T1，直到遍历结束；5）所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置中的嵌入式微处理器，每秒钟定时执行主动示廓分析控制模块，具体步骤如下：W1：定义一个变量Count、一个距离值数组变量Distance[m]；这些变量均初始化为0；W2：遍历myXYT[1]～myXYT[m]，若为非0数据记录，则用其成员变量X、Y与myXYT[0].X、myXYT[0].Y计算获得船舶和浮标之间的距离值，保存在Distance[Count]，Count++；W3：遍历Distance[0] ～Distance[Count
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1]进行除以Knot归一化处理，Knot范围：100～1000，结果对应保存在Distance[0] ～Distance[Count
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1]；W4：对Distance[0]～Distance[Count
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1]求加权平均值；W5：对W3结果取整数；W6：用步骤W4获得的结果作为序号i，从myLED[i].LEDPower、myLED[i].LEDOn、myLED[i].LEDOff读取获得LED驱动功率、亮时长、灭时长数据，然后用这些数值分别设置LED驱动功率电路、定时器TimerLED_ON中断周期、定时器TimerLED_Off中断周期。2.根据权利要求1所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置及方法，其特征在于所述一种海洋观测浮标的主动示廓装置，获得当前定位数据和时间数据的通道有2个，即485...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪城，杨小强，黄江龙，吴允平，吴品煌，刘华松，朱程枫，刘伟，应海芳，
申请(专利权)人：福建师范大学福州市海洋与渔业技术中心，
类型：发明
国别省市：