CN103995271A - 水下监测设备意外上浮预警搜索系统和搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下监测设备意外上浮预警搜索系统和搜索方法。本发明解决现有技术存在搜索成功率低的问题，其技术方案要点是：包括终端装置和中心监测站，主控模块与定位器、通信模块、传感器以及指示灯电连接，指示灯、传感器、通信模块、主控模块和定位器均有电源模块供电，通信模块、主控模块、定位器和电源模块均填设与海床基内，指示灯设置在海床基的上表面，传感器包括压力传感器和光敏传感器，光敏传感器设置与海床基的上表面，压力传感器设置与海床基内，中心监测站包括无线通信模块和中心站，无线通信模块与中心站电连接，无线通信模块通过无线通信网络与通信模块通信连接。本发明搜索成功率高。

Description

水下监测设备意外上浮预警搜索系统和搜索方法

技术领域

本发明涉及水下监测设备在线跟踪监测装置，尤其涉及一种水下监测设备意外上浮预警搜索系统和搜索方法。

背景技术

我国是一个海洋大国，拥有18000多公里的漫长海岸线，6500多个沿海岛屿，海域辽阔，资源丰富。基于水下环境监测设备的海洋环境监测对于利用海洋，开发海洋，保护海洋环境、防灾减灾和保卫国家海上主权都有着重要作用。水下环境监测设备应用领域广泛，种类繁多，如海床基观测平台、ROV、AUV等。大多数水下监测设备虽只是一个观测平台，但是搭载了很多精密昂贵的探测仪器、声通信设备、定位和卫星通信设备造价昂贵，造价通常在数百万元。但是在很多实际应中，水下监测设备往往会由于自身故障，或是外力碰撞等客观原因造成出现意外上浮，甚至是失踪的情况，给企业和国家带来巨大损失。

中国专利公告号：CN203243362U，公开日2012年12月17日，公开了一种溢油浮标监控系统，它由浮标水上终端设备、通信网络、数据处理中心、英特网、监控平台组成；浮标水上终端设备通过通信网络连接到数据处理中心，数据处理中心又通过英特网与监控平台相连；?该浮标水上终端设备，分为溢油跟踪浮标、溢油报警浮标和化学品泄漏报警浮标；溢油跟踪浮标能跟踪海上溢油的漂移，溢油报警浮标能准确检测到水上溢油并报警，化学品泄露报警浮标用于监测水上化学品泄露污染事故的预测预警；该通信网络是指浮标与数据处理中心之间实现信息传送的无线通信网络；该通信网络采用卫星通信网，它们是海事卫星、铱星以及GSM移动通信网、短信、GPRS、3G和4G；该数据处理中心具有数据处理及网络服务器的功能，数据处理中心采用DELLPowerEdgeTMR720服务器，数据处理中心与浮标之间的通信采用卫星通信网络和GSM无线移动通信网络，数据处理中心与监控平台的之间的通信采用英特网实现数据与信息的传送；该监控平台是使用人员人机交互的监控界面，在电子海图上直观的显示浮标，并对浮标发送控制指令，接收和处理浮标数据。此技术方案，存在结构复杂，可靠性差，容易被腐蚀的问题。同时此技术方案，只能对现有溢油的污染进行判断，缺少对溢油速度的预测和估算，对于编制应急方案很是不利的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决目前的技术方案存在结构复杂，可靠性差，容易被腐蚀的问题，提供一种水下监测设备意外上浮预警搜索系统和搜索方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下监测设备意外上浮预警搜索系统，包括终端装置和中心监测站，所述的终端装置包括海床基、指示灯、传感器、通信模块、主控模块、定位器和电源模块，所述的主控模块与定位器、通信模块、传感器以及指示灯电连接，所述指示灯、传感器、通信模块、主控模块和定位器均有所述的电源模块供电，所述的通信模块、主控模块、定位器和电源模块均填设与所述的海床基内，所述的指示灯设置在海床基的上表面，所述传感器包括压力传感器和光敏传感器，所述光敏传感器设置与所述海床基的上表面，所述压力传感器设置与所述海床基内，所述中心监测站包括无线通信模块和中心站，所述的无线通信模块与中心站电连接，所述无线通信模块通过无线通信网络与所述通信模块通信连接。

 

本发明终端装置通过特定的固定发明固定在水下监测设备上，当监测设备在水下处于正常工作状态时，终端装置的压力传感器检测到水压在某一设定范围内，此时终端装置处于低功耗模式，终端装置会根据程序设定定时唤醒去检测海水压力。当监测设备遇到意外情况发生上浮，上浮至水面后压力传感器检测到压力值减少至一个特定范围，此时触犯本发明的报警模式，在该模式下终端装置会打开GPS接收模块接收位置信息，打开通信模块（3G或北斗）实时向外传输当前位置信息和报警信息，同时打开光敏接收发明判断当前光线强弱，如果是处于夜晚或光线很弱的条件下则自动开启灯闪，红色的高亮LED告警灯会每隔一定时间闪烁一次，方便搜寻监测设备。一旦打开GPS模块，所有的实时位置信息会被自动存储在本发明内置的存储卡内。当中心监测站接收到传送回的GPS信息和告警信息后，会自动显示当前设备的位置和告警信息，分析给出漂浮在海面上设备的移动方向预测。中心客户端通信模块可以选择3G或是北斗通信方式，接收端采用交流220V供电。

作为优选，所述定位器包括北斗定位模块和GPS定位模块，所述无线通信模块包括北斗通信模块和3G公网通信模块，所述北斗定位模块和GPS定位模块均与所述的主控模块电连接，所述北斗通信模块和3G公网通信模块均与所述的中心站连接。本发明的数据主要是通过两种无线传输方式进行远距离数据传输，一种是基于3G公网的无线数据传输，一种是基于北斗系统的卫星传输，这两种方式可任选其一。无线数据传输，传输距离远，在无线信号覆盖范围内数据稳定可靠，但是当船舶处于远海时由于3G信号质量的原因，会影响到数据传输的完整性，因此3G传输方式可以用于近岸或者近海海域的设备上。如果设备是用在远海海域则推荐使用套依靠北斗卫星系统的数据传输来保证数据传输的连续性和完整性。北斗系统是我国具有自主知识产权的卫星导航定位系统，利用北斗系统进行数传也是未来远距离数据传输的一个必然趋势。3G通信模块和北斗模块可以根据不同情况选择使用。

作为优选，所述海床基上贴设有抢救二维码，所述的抢救二维码上覆盖有透明塑胶片。这样设置，可以在被渔民意外捞起时，帮助渔民进行简单处理，只需要手机扫一扫，使用起来方便快捷的多。

作为优选，所述水下监测设备意外上浮预警搜索系统还包括备用机械报警装置，所述机械报警装置包括备用海床基连接部、备用北斗定位通讯模块、备用电池、固定接触片、活动接触片、复位弹簧和弹簧钢片，备用北斗定位通讯模块、备用电池、固定接触片、活动接触片、复位弹簧和弹簧钢片均固定在所述备用海床基连接部内，海床基连接部与所述海床基的下表面连接，所述备用电池为蓄电池，所述备用电池的正极与固定接触片连接，所述活动接触片与所述备用北斗定位通讯模块连接，所述备用北斗定位通讯模块还与所述备用电池的负极连接，所述弹簧钢片呈弧形，所述弹簧钢片设置在所述备用海床基连接部下表面的中部，所述弹簧钢片的中部与所述复位弹簧的一端抵接，所述复位弹簧的另一端与所述备用海床基连接部上表面抵接，所述活动接触片的固定端与所述弹簧钢片连接，所述活动接触片的连接片位置与所述固定接触片的位置相对应。这样设置，设置一个机械触发的结构，结构稳定性和电池用电都得到了保证，在主要工作电路因工作损坏的时候，这个机械触发结构可以以最小最直接的方法得到压力值的变化数据，然后由复位弹簧将活动接触片顶出来，活动接触片和固定接触片结合，形成回路给备用北斗定位通讯模块，达到定位的作用，结构稳定性非常高，由于此电池不负担额外工作，也能使用很久，安全性好。

作为优选，所述主控模块包括存储器和主控芯片，所述主控芯片为DSP和ARM芯片，所述存储器与所述的主控芯片连接，所述主控芯片的删除信号输入端通过导线与所述活动接触片连接，所述主控芯片的电源输入端也还与所述的活动接触片连接。

一种水下监测设备意外上浮预警搜索方法，适用于权利要求5所述的水下监测设备意外上浮预警搜索系统，所述的抢救二维码包括中心监测站查询地址和随机码，所述的随机码由人工设定，所述中心监测站中存储有与随机码相对应的校验码以及与此校验码相匹配的备注信息，包括以下步骤：

定位步骤一：中心监测站检测登陆中心监测站的设备是否开启定位装置，如果未开启定位装置则由中心监测站发送通知，要求登陆中心监测站的设备开启定位装置，重复此步骤，直至登陆中心监测站的设备开启定位装置或断开连接为止；

定位步骤二：所述中心监测站在接收查询时记录查询设备的当前位置和MAC地址；

定位步骤三：中心监测站根据随机码推算出终端装置的ID，中心监测站对比此ID的终端装置中定位器定位的位置记录，中心监测站根据定位器定位的位置记录和当前位置确定搜索范围。

作为优选，实时追踪步骤：

步骤一：中心监测站和终端装置均上电初始化，中心监测站与数据传输装置建立连接，读取预设的参数，确定定位数据传输的时间间隔；

步骤二：GPS定位装置工作，确定终端装置当前时间的位置，数据传输装置将获取的当前经纬度信息传输至中心监测站；

步骤三：中心监测站提取当前时间点对应的经纬度数值、当前时间点前一个时间点录入的经纬度值作为参数代入卡尔曼算法，如果有反馈数据则将反馈数据也作为参数带入卡尔曼算法进行预估计，获得预估计值；

步骤四：中心监测站计算得出预估计协方差矩阵；

步骤五：根据步骤四所得的结果计算得出卡尔曼增益矩阵；

步骤六：中心监测站根据卡尔曼增益矩阵更新预估计值；

步骤七：中心监测站根据更新后的预估计值重新得出协方差矩阵；

步骤八：中心监测站得出误差值和预测的下一时间点位置的经纬度数值，同时中心监测站将当前的误差值作为反馈数据进行保存，当下一个定位数据传输的时间到来时重新跳转执行步骤三。

本发明的实质性效果是：本发明结构简单，可靠性好，搜索成功率高。

附图说明

图1是本发明中终端装置的一种结构示意图；

图2是本发明中机械报警装置的一种结构示意图。

图中：1、海床基，2、备用海床基连接部，3、指示灯，4、光敏传感器，5、复位弹簧，6、活动接触片，7、固定接触片，8、备用北斗定位通讯模块。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

一种水下监测设备意外上浮预警搜索系统（参见附图1和2），包括终端装置和中心监测站，所述的终端装置包括海床基1、指示灯3、传感器、通信模块、主控模块、定位器和电源模块，所述的主控模块与定位器、通信模块、传感器以及指示灯电连接，所述指示灯、传感器、通信模块、主控模块和定位器均有所述的电源模块供电，所述的通信模块、主控模块、定位器和电源模块均填设与所述的海床基内，所述的指示灯设置在海床基的上表面，所述传感器包括压力传感器和光敏传感器4，所述光敏传感器设置与所述海床基的上表面，所述压力传感器设置与所述海床基内，所述中心监测站包括无线通信模块和中心站，所述的无线通信模块与中心站电连接，所述无线通信模块通过无线通信网络与所述通信模块通信连接。所述定位器包括北斗定位模块和GPS定位模块，所述无线通信模块包括北斗通信模块和3G公网通信模块，所述北斗定位模块和GPS定位模块均与所述的主控模块电连接，所述北斗通信模块和3G公网通信模块均与所述的中心站连接。所述海床基上贴设有抢救二维码，所述的抢救二维码上覆盖有透明塑胶片。所述水下监测设备意外上浮预警搜索系统还包括备用机械报警装置，所述机械报警装置包括备用海床基连接部2、备用北斗定位通讯模块8、备用电池、固定接触片7、活动接触片6、复位弹簧5和弹簧钢片，备用北斗定位通讯模块、备用电池、固定接触片、活动接触片、复位弹簧和弹簧钢片均固定在所述备用海床基连接部内，海床基连接部与所述海床基的下表面连接，所述备用电池为蓄电池，所述备用电池的正极与固定接触片连接，所述活动接触片与所述备用北斗定位通讯模块连接，所述备用北斗定位通讯模块还与所述备用电池的负极连接，所述弹簧钢片呈弧形，所述弹簧钢片设置在所述备用海床基连接部下表面的中部，所述弹簧钢片的中部与所述复位弹簧的一端抵接，所述复位弹簧的另一端与所述备用海床基连接部上表面抵接，所述活动接触片的固定端与所述弹簧钢片连接，所述活动接触片的连接片位置与所述固定接触片的位置相对应。所述主控模块包括存储器和主控芯片，所述主控芯片为DSP和ARM芯片，所述存储器与所述的主控芯片连接，所述主控芯片的删除信号输入端通过导线与所述活动接触片连接，所述主控芯片的电源输入端也还与所述的活动接触片连接。

一种水下监测设备意外上浮预警搜索方法，适用于上述的水下监测设备意外上浮预警搜索系统，所述的抢救二维码包括中心监测站查询地址和随机码，所述的随机码由人工设定，所述中心监测站中存储有与随机码相对应的校验码以及与此校验码相匹配的备注信息，包括以下步骤：

定位步骤一：中心监测站检测登陆中心监测站的设备是否开启定位装置，如果未开启定位装置则由中心监测站发送通知，要求登陆中心监测站的设备开启定位装置，重复此步骤，直至登陆中心监测站的设备开启定位装置或断开连接为止；

定位步骤二：所述中心监测站在接收查询时记录查询设备的当前位置和MAC地址；

定位步骤三：中心监测站根据随机码推算出终端装置的ID，中心监测站对比此ID的终端装置中定位器定位的位置记录，中心监测站根据定位器定位的位置记录和当前位置确定搜索范围。

还包括以下实时追踪步骤：

步骤一：中心监测站和终端装置均上电初始化，中心监测站与数据传输装置建立连接，读取预设的参数，确定定位数据传输的时间间隔；

步骤二：GPS定位装置工作，确定终端装置当前时间的位置，数据传输装置将获取的当前经纬度信息传输至中心监测站；

步骤三：中心监测站提取当前时间点对应的经纬度数值、当前时间点前一个时间点录入的经纬度值作为参数代入卡尔曼算法，如果有反馈数据则将反馈数据也作为参数带入卡尔曼算法进行预估计，获得预估计值；

步骤四：中心监测站计算得出预估计协方差矩阵；

步骤五：根据步骤四所得的结果计算得出卡尔曼增益矩阵；

步骤六：中心监测站根据卡尔曼增益矩阵更新预估计值；

步骤七：中心监测站根据更新后的预估计值重新得出协方差矩阵；

步骤八：中心监测站得出误差值和预测的下一时间点位置的经纬度数值，同时中心监测站将当前的误差值作为反馈数据进行保存，当下一个定位数据传输的时间到来时重新跳转执行步骤三。

例如： 

假设K时刻本实施例在B点，K-1时刻在A点，K+1时刻在C点。通过A点和B点建立的直角坐标系算出偏移角度a，通过C点和B点算出偏移角度b。把角度a和b带入卡尔曼算法计算出中间的误差值，根据计算出的误差值推算出冲C点漂移到D点所偏移的角度，从而确定D点所在位置。当K+2时刻数据发送过来，也就是D点数据。算出D点和C点的偏移角度，在把算出的角度带入卡尔曼算法计算出误差值，推算出K+3时刻的偏移角度，依次类推算出一小时，两个小时候的本实施例所在位置。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种水下监测设备意外上浮预警搜索系统，其特征在于：包括终端装置和中心监测站，所述的终端装置包括海床基、指示灯、传感器、通信模块、主控模块、定位器和电源模块，所述的主控模块与定位器、通信模块、传感器以及指示灯电连接，所述指示灯、传感器、通信模块、主控模块和定位器均有所述的电源模块供电，所述的通信模块、主控模块、定位器和电源模块均填设与所述的海床基内，所述的指示灯设置在海床基的上表面，所述传感器包括压力传感器和光敏传感器，所述光敏传感器设置与所述海床基的上表面，所述压力传感器设置与所述海床基内，所述中心监测站包括无线通信模块和中心站，所述的无线通信模块与中心站电连接，所述无线通信模块通过无线通信网络与所述通信模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的水下监测设备意外上浮预警搜索系统，其特征在于：所述定位器包括北斗定位模块和GPS定位模块，所述无线通信模块包括北斗通信模块和3G公网通信模块，所述北斗定位模块和GPS定位模块均与所述的主控模块电连接，所述北斗通信模块和3G公网通信模块均与所述的中心站连接。

3.根据权利要求1所述的水下监测设备意外上浮预警搜索系统，其特征在于：所述海床基上贴设有抢救二维码，所述的抢救二维码上覆盖有透明塑胶片。

4.根据权利要求3所述的水下监测设备意外上浮预警搜索系统，其特征在于：所述水下监测设备意外上浮预警搜索系统还包括备用机械报警装置，所述机械报警装置包括备用海床基连接部、备用北斗定位通讯模块、备用电池、固定接触片、活动接触片、复位弹簧和弹簧钢片，备用北斗定位通讯模块、备用电池、固定接触片、活动接触片、复位弹簧和弹簧钢片均固定在所述备用海床基连接部内，海床基连接部与所述海床基的下表面连接，所述备用电池为蓄电池，所述备用电池的正极与固定接触片连接，所述活动接触片与所述备用北斗定位通讯模块连接，所述备用北斗定位通讯模块还与所述备用电池的负极连接，所述弹簧钢片呈弧形，所述弹簧钢片设置在所述备用海床基连接部下表面的中部，所述弹簧钢片的中部与所述复位弹簧的一端抵接，所述复位弹簧的另一端与所述备用海床基连接部上表面抵接，所述活动接触片的固定端与所述弹簧钢片连接，所述活动接触片的连接片位置与所述固定接触片的位置相对应。

5.根据权利要求4所述的水下监测设备意外上浮预警搜索系统，其特征在于：所述主控模块包括存储器和主控芯片，所述主控芯片为DSP和ARM芯片，所述存储器与所述的主控芯片连接，所述主控芯片的删除信号输入端通过导线与所述活动接触片连接，所述主控芯片的电源输入端也还与所述的活动接触片连接。

6.一种水下监测设备意外上浮预警搜索方法，适用于权利要求5所述的水下监测设备意外上浮预警搜索系统，其特征在于：所述的抢救二维码包括中心监测站查询地址和随机码，所述的随机码由人工设定，所述中心监测站中存储有与随机码相对应的校验码以及与此校验码相匹配的备注信息，包括以下步骤：

定位步骤一：中心监测站检测登陆中心监测站的设备是否开启定位装置，如果未开启定位装置则由中心监测站发送通知，要求登陆中心监测站的设备开启定位装置，重复此步骤，直至登陆中心监测站的设备开启定位装置或断开连接为止；

定位步骤二：所述中心监测站在接收查询时记录查询设备的当前位置和MAC地址；

定位步骤三：中心监测站根据随机码推算出终端装置的ID，中心监测站对比此ID的终端装置中定位器定位的位置记录，中心监测站根据定位器定位的位置记录和当前位置确定搜索范围。

7.根据权利要求6所述的水下监测设备意外上浮预警搜索方法，其特征在于：还包括以下实时追踪步骤：

步骤一：中心监测站和终端装置均上电初始化，中心监测站与数据传输装置建立连接，读取预设的参数，确定定位数据传输的时间间隔；

步骤二：GPS定位装置工作，确定终端装置当前时间的位置，数据传输装置将获取的当前经纬度信息传输至中心监测站；

步骤三：中心监测站提取当前时间点对应的经纬度数值、当前时间点前一个时间点录入的经纬度值作为参数代入卡尔曼算法，如果有反馈数据则将反馈数据也作为参数带入卡尔曼算法进行预估计，获得预估计值；

步骤四：中心监测站计算得出预估计协方差矩阵；

步骤五：根据步骤四所得的结果计算得出卡尔曼增益矩阵；

步骤六：中心监测站根据卡尔曼增益矩阵更新预估计值；

步骤七：中心监测站根据更新后的预估计值重新得出协方差矩阵；

步骤八：中心监测站得出误差值和预测的下一时间点位置的经纬度数值，同时中心监测站将当前的误差值作为反馈数据进行保存，当下一个定位数据传输的时间到来时重新跳转执行步骤三。