CN105651955A - 水下环境检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的水下环境检测方法，包括：步骤一，将检测水域划分为多个检测层；步骤二，检测目标的检测层的水体参数值，并根据需要检测水下环境；和步骤三，根据相应的检测层的水体参数检测值和摄像检测情况分析水下环境。由于将检测水域划分为多个检测层，因此可以根据每个检测层的水体参数检测值和摄像检测情况分析例如水体参数检测值对水中生物的影响，并可以绘制溶氧值和摄像检测情况的对应图标，来实时指导水体参数检测值对水中生物的影响，提高针对性，提高检测的准确性，从而可以进一步为例如水中生物的生产提供指导性检测。

Description

水下环境检测方法及装置

技术领域

本发明涉及水下环境检测技术领域，特别地涉及一种进行水体参数检测和视频监控的方法，还涉及一种水下环境检测装置。

背景技术

近年来，随着鱼塘等水中生物养殖的不断扩大，有效地检测水下环境以提高水中生物的成活率尤其重要。在水下环境检测中，溶氧值或PH值等水体参数值的检测尤为重要。

目前，例如一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁结构包括主安装箱、溶氧检测与控制的结构和功能附件。主安装箱由溶氧检测水路、溶氧传感器清洗箱体、漂浮箱体和箱体顶盖构成。溶氧检测与控制机构由溶氧传感器、驱动舵机和若干安装连接件构成。功能附件包括抽水管路总成、抽水电机总成和电路控制模块。使用时，利用抽水装置将待检测水抽到溶氧检测水路中供溶氧传感器检测溶氧值。

例如，另外一种用于溶氧检测的水质取样器包括溶氧传感器和安装有循环泵的清洗器，在清洗器的上方设有管套，溶氧传感器安装在管套内并与清洗器的出水口连接，清洗器的进水口处设有过滤网，过滤网与进水口之间设有过滤罩。使用时，通过管套及压盖对溶氧传感器进行压紧固定，并完成水样的抽取和检测。

通过上述两种结构可以有效地实现例如溶氧值的检测。并且随着科技的不断发展，目前还可以通过例如水下视频监控器进行水下环境检测。

例如一种无线水下视频监控器包括箱体、上、下支撑片、螺杆、蓄电池、网络视频监控器、透明玻璃罩及三个功能孔。透明玻璃罩安设于箱体的上面，且透明玻璃罩与箱体之间密封压紧连接。上、下支撑片置于箱体内，且上、下支撑片之间通过螺杆连接。蓄电池固定在下支撑片上，网络视频监控器固定在上支撑片上，并与透明玻璃罩的位置相对应。三个功能孔分别为电源开关、无线端口及蓄电池充电端口，并分别进行密封。通过上述结构可以实现水下摄像。

但是，通过溶氧等水体参数或视频监控还不能进一步有效地提高水下环境的检测。

因此，如何解决现有技术中不能有效地提高检测水下环境的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种水下环境检测方法，通过将检测水域划分为多个检测层，并根据需要对各检测层进行水体参数检测和摄像视频检测，从而提高水下环境检测的准确度。

本发明的水下环境检测方法，包括：

步骤一，将检测水域划分为多个检测层；

步骤二，通过水体参数监控器检测目标的检测层的水体参数值，并根据需要通过视频监控器检测水下环境；和

步骤三，根据相应的检测层的水体参数检测值和摄像检测情况分析水下环境。

在一个实施例中，在步骤一中，根据电机的电机轴的转动圈数测量所述检测水域的水深，并将所述检测水域沿水面至水底方向划分为多个所述检测层。

在一个实施例中，在步骤一中，根据公式(1)测量所述检测水域的水深，

L＝2πRn_总；公式(1)

其中，L为所述检测水域的水深；

n_总为电机轴的转动的总圈数；

R为缠绕绳缆的电机轴的半径。

在一个实施例中，在步骤一中，检测所述检测水域的水深之前，在与所述电机轴连接的绳缆的自由端设置用于检测所述绳缆是否到达水底的水体底部探测器。

在一个实施例中，检测所述检测水域的水深之前，将所述水体参数监控器与所述水体底部探测器固定在同一绳缆的自由端，并且在测量水深之后，水体参数监控器从靠近水底的所述检测层进行水体参数检测。

在一个实施例中，在步骤二中，先确定水体参数值的正常范围值，然后再进行水体参数检测，其中当实际的水体参数检测值超出正常范围值时，再进行摄像检测。

在一个实施例中，在步骤二中，根据公式(2)计算所述水体参数监控器或所述视频监控器所述的检测层，

c＝np/n_总；公式(2)

其中，c为水体参数监控器或视频监控器所处的检测层；

n为电机轴的实际转动圈数；

p为所述检测层的层数；

n_总为测量所述检测水域的水深时电机轴的转动的总圈数。

在一个实施例中，在步骤二中，连续进行相邻的所述检测层的水体参数检测，其中根据公式(3)将所述水体参数监控器移动到相邻的检测层，

n_cl＝n_c±n_总/p；公式(3)

其中，n_c为水体参数监控器所处的检测层的电机转动圈数；

n_cl为水体参数监控器需要移动到的相邻检测层的电机目标转动圈数；

p为所述检测层的层数；

n_总为测量水深时电机轴所转动的总圈数。

在一个实施例中，所述水体参数检测值包括溶氧值、PH值和温度值中的一种或多种。

在一个实施例中，在步骤三中，水体参数检测值和摄像检测情况通过无线通信网络或以太网有线网络传输至控制单元。

在一个实施例中，重复对所述检测水域进行多次检测，其中在每次检测中，对各所述检测层检测一次。

本发明的水下环境检测装置包括：

水体参数监控器和视频监控器；

至少两个电机，一个所述电机通过绳缆与所述水体参数监控器连接，一个所述电机通过绳缆与所述视频监控器连接；

多维度水体探测变送器，传输所述水体参数监控器和视频监控器的数据；和

控制单元，接收所述水体参数监控器和视频监控器的数据，并控制电机的开启和关闭。

在一个实施例中，所述多维度水体探测变送器包括与所述水体参数监控器连接的水体传感器采集转换电路、与所述视频监控器连接的视频采集转换电路，和传输信息的双通道冗余通信模块。

在一个实施例中，还包括与所述水体参数监控器设置在同一所述绳缆的水体底部探测器。

相对于现有技术，本发明的水下环境检测方法中先将检测水域划分为多个检测层，然后可以根据需要检测目标检测层的水体参数检测值，并检测水下环境情况。当测出水体检测值和摄像情况后，根据相应层的水体检测值和摄像情况分析溶氧检测值对水中生物的影响情况。由于将检测水域划分为多个检测层，因此可以根据每个检测层的水体参数检测值和摄像检测情况分析例如水体参数检测值对水中生物的影响，并可以绘制溶氧值和摄像检测情况的对应图标，来实时指导水体参数检测值对水中生物的影响，提高针对性，提高检测的准确性，从而可以进一步为例如水中生物的生产提供指导性检测。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的水下环境检测装置的示意图，

图2是本发明的水下环境检测方法中对多维度探测变送器进行初始化标定的流程图，

图3是本发明的水下环境检测方法中进行水体检测的流程图，

其中，水体参数监控器-1，视频监控器-2，

电机-3，多维度水体探测变送器-4，

控制单元-5，水面浮筒-6，

水体底部探测器-7，水质检测传感器探头-11，

探头清洁器-12，镜头清洁器-21，

水体传感器采集转换电路-41，视频采集转换电路-42，

无线通信网络模块-43，以太网有线通信网络模块-44，

水面-a，水底-b。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明实施例的水下环境检测方式中，先将检测水域划分多个检测层，然后可以根据需要通过水体参数监控器1(如图1中所示)检测目标检测层的水体参数检测值，并通过视频监控器2(如图1中所示)检测水下环境情况。当测出水体检测值和摄像情况后，根据相应层的水体检测值和摄像情况分析溶氧检测值对水中生物(例如鱼塘中的鱼)的影响情况。由于将检测水域划分为多个检测层，因此可以根据每个检测层的水体参数检测值和摄像检测情况分析例如水体参数检测值对水中生物的影响，并可以绘制溶氧值和摄像检测情况的对应图标，来实时指导水体参数检测值对水中生物的影响，提高针对性，提高检测的准确性，从而可以进一步为例如水中生物的生产提供指导性检测。

水体检测值可以包括溶氧值、PH值和温度值中的一种或多种。由于一般溶氧值和PH值对水体生物的影响较大，因此在一般情况下仅检测溶氧值和PH值即可，以提高工作效率，减少维护成本。在对例如鱼塘等水中生物的养殖密度较大的水域进行检测时，尤其需要检测溶氧值，以减少因缺氧等造成水中生物死亡的情况发生。

在检测水域中，由于从水面a至水底b的温度、压强和水体生物等参数不同，因此造成例如溶氧值或PH值等水体参数在不同高度具有不同的值。因此，沿检测水域的水面a至水底b的方向将检测水域划分为多个检测层。并且在从水面a至水底b方向划分检测层时，容易区分检测层，而且测量的水体参数值的参考性较强，测量误差较小，可以更好地为水中生物的养殖提供指导性。

当从水面a至水底b的方向划分检测层时，每个检测层的水深可以大致在0.5-1m之间。由于当检测水域为例如鱼塘时，鱼的养殖密度较大，而且水深大于1m后各个检测值的变化较大，因此将每个检测层的水深设置在0.5-1m之间。

在测量检测水域的水深时，可以根据电机3的电机轴的总转动圈数计算检测水域的水深。即，在电机3轴上缠绕绳缆，在绳缆接触水面a时将电机3的电机轴的转动圈数记为例如零，然后通过电机轴转动下放绳缆，并记录绳缆位于水底b时电机轴的转动圈数，进而测量出检测水域的水深。通过上述方式测量水深时，便于通过电机轴的转动圈数计算出水体参数监控器1或视频监控器2所处的检测层，结构简单，使用方便，省事省力。

计算检测水域的水深时，可以根据公式(1)计算。

L＝2πRn_总；公式(1)

其中，L为从水面a到水底b的距离；

n_总为电机轴转动的总圈数；

R为缠绕绳缆的电机轴的半径。

计算水体参数监控器1或视频监控器2所处的检测层时，可以根据公式(2)计算。

c＝np/n_总；公式(2)

其中，c为水体参数监控器1或视频监控器2所处的检测层；

n为电机3的电机轴的实际转动圈数；

p为检测层的层数；

n_总为测量水深时电机轴所转动的总圈数。

另外，在对检测水域测量水深之前，可以先在与电机3的电机轴连接的绳缆的自由端(延伸至水底b的一端)设置例如水体底部探测器7。在测量水深过程中，通过水体底部探测器7发送绳缆是否到达水底b的信号。水体底部探测器7检测灵敏，检测误差小，可以有效地提高在操作过程中的准确度。

在具体检测过程中，可以先根据需要进行水体参数检测，然后根据需要确定是否进行摄像检测。当例如水体参数检测值的范围低于或高于设定的范围时，将视频监控器2下放至所需的检测层进行检测，并根据实际检测的情况分析水体参数检测值对水中生物造成的影响。

在进行水体检测时，可以连续地进行相邻层的检测。即，在检测完其中一个检测层的水体参数后，确定是否进行视频检测。当需要进行视频检测时，对该检测层进行视频检测，待视频检测完成后，向上或向下移动水体参数监控器1到与该检测层相邻的检测层进行检测。在不需要进行视频检测时，直接向上或向下移动水体参数检测机到与该检测层相邻的检测层进行检测。如此设置，可以通过自动控制的方式对检测水域的水体参数和视频情况进行采集，待采集完成后通过水体参数检测值和视频情况分析检测水域的情况。

在相邻的检测层进行检测时，可以根据公式(3)在相邻的检测层移动。

c1＝c±n_总/p；公式(2)

其中，c为水体参数监控器1所处的检测层；

c1为水体参数监控器1需要移动到的相邻检测层；

p为检测层的层数；

n_总为测量水深时电机轴所转动的总圈数。

通过上述方法计算，便于实现自动控制，减少人工操作，结构简单，使用方便，省事省力。

另外，水体参数检测值和视频检测情况可以通过无线通信网络或以太网有线网络传输至控制单元5。在具体使用过程中可以优先选用无线通信网络传输信息，当无线通信网络不稳定时再通过以太网有线网络传输。如此设置，可以减少信息未传输至信息接收单元的可能性，减少数据遗漏的情况，以进一步提高数据分析时的准确性。

进一步地，可以从水底b至水面a或者从水面a至水底b方向逐层对各个检测层进行检测，待对各检测层检测完成后，再重复几次从水底b至水面a或者从水面a至水底b方向逐层对各个检测层的检测。如此设置，为数据分析提供依据，提高指导性，进一步提高检测准确性。

如图1所示，本发明的水下环境检测装置包括水体参数监控器1和视频监控器2，多维度水体探测变送器4，控制单元5和至少两个电机3。其中，水体参数监控器1和视频监控器2可以通过不同的绳缆与不同的电机3连接。即水体参数监控器1和视频监控器2可以不同时移动，两者可以根据需要分别移动。在设置有电机3后，可以通过电机3的电机轴的转动圈数测量检测区域的水深和水体参数监控器1和视频监控器2所处的检测层，结构简单，使用方便，省事省力。

电机3可以为例如两个正反转减速电机3。水体参数监控器1和视频监控器2分别通过不同的绳缆与不同的正反转减速电机3连接，以通过正反转减速电机3带动水体参数监控器1和视频监控器2在检测水域移动(除可以上下移动外，还可以通过正反转减速电机3带动其前后、左右移动)。正反转减速电机3的结构简单，成本低，使用方便。当然，电机3还可以为步进电机3。

多维度水体探测变送器4包括与水体参数监控器1连接的水体传感器采集转换电路41、与视频监控器2连接的视频采集转换电路42、用于传输数据的双通道冗余通信模块。通过多维度水体探测变送器4实现数据采集，和数据传输等作用。

双通道冗余通信模块可以包括无线通信网络模块43和/或以太网有线通信网路模块44。此处优先选用双通道冗余通信模块包括无线通信网络模块43和以太网有线通信网路模块44。在具体使用过程中可以优先选用无线通信网络模块43传输信息，当无线通信网络不稳定时再通过以太网有线通信网络模块44传输。如此设置，可以减少信息未传输至控制单元5的可能性，减少数据遗漏的情况，以进一步提高数据分析时的准确性。无线通信网络模块43可以为GPRS、3G或4G网络。

控制单元5可以包括电脑51、服务器/数据中心52、无线基站53和供电模块数据路由器54等。无线基站53接收无线通信网络模块43传输的数据，而供电模块数据路由器54通过光纤、以太网线接收以太网有线网络通信模块44传输的数据，并最终将数据传输给电脑51。通过控制单元5接收数据，并存储等，并实现电机3的开启和关闭，控制各个模块之间的协调合作，完成数据采集、存储等。

另外，多维度水体探测变送器4还包括与水体参数监控器1设置在同一绳缆的水体底部探测器7，以在检测水深时，通过水体底部探测器7检测绳缆是否到达水底b，提高检测的准确性。在将水体参数监控器1和水体底部探测器7设置在同一绳缆上时，可以在检测好水深后，需要对检测层逐层检测时，从水底b至水面a的方向移动绳缆并带动水体参数监控器1运动。这样，在检测水深后不需要再将水体参数监控器1移出水面a，而且如此设置结构简单，使用方便，成本较低。水体底部探测器7可以使用红外线、激光或者超声波等技术进行测距。

此外，水体参数监控器1可以包括水质检测传感器探头11(溶氧、PH)，和探头清洁器12等。视频监控器2上还可以设置镜头清洁器21。水体参数监控器1和视频监控器2的使用方法与现有技术相同，本文不再赘述。

水下环境检测装置还可以包括水面浮筒6，以减少水体参数监控器1和视频监控器2的晃动等。

下面结合具体实施例对水下环境检测方法的操作步骤进行完整描述。

如图2所示，下按照下述步骤对多维度水体探测变送器4进行初始化标定。

步骤s001，启动多维度水体探测变送器4，并初始化标定检测，首先标定与多维度水体探测变送器4连接的水体参数传感器探头11，使水体参数传感器探头11进入正常工作状态；

步骤s002，控制与水体参数监控器1连接的电机3(此处称为探测电机31)和与视频监控器2连接的电机3(此处称为视频电机32)正向转动到检测水域的水面a，然后将探测电机31和视频电机32的转动圈数都记为零；

步骤s003，控制探测电机31反向转动，使与水体参数监控器1连接的绳缆逐渐下放，并启动水体底部探测器7，以探测检测水域的水底b区域，同时对探测电机31的反向转动圈数计数；

步骤s004，当水体底部探测器7未探测到水底b区域时，继续进行步骤s003；当水体底部探测器7已经探测到水底b区域时，进行步骤s005；

步骤s005，停止探测电机31的反向转动，同时保存探测电机31的反向转动圈数，作为水底b区域的探测电机31的转动总圈数(目标圈数)；

步骤s006，根据探测的精确度和环境情况，设定探测电机31在每个检测层的探测周期(例如，在每个检测层检测10分钟，在该检测层无异样时，10分钟后移动至下一个待检测的检测层)，和探测电机31在检测水域的每次移动的距离百分比(即，探测电机31每次需要移动20％的距离时，则将检测水域划分为5层)。由此根据电机3的总转动圈数，计算出探测电机31每次移动时的转动圈数；

步骤s007，多维度水体探测变送器4初始化结束，转入工作状态。

当上述步骤完成后，对多维度水体探测变送器4的工作状态进行如下算法，如图3所示。

步骤s001，确定探测电机31在检测水域的水面a时的转动圈数是否为零？当为零时，进行步骤s002，当不为零时，进行步骤s003；

步骤s002，修改探测电机31的转动方向为反向转动，并且目标转动圈数根据设定按设定周期逐次增加，然后进入步骤s005；

步骤s003，探测电机31到达检测水域的水底b时是否为初始化标定的反向目标圈数？当是反向目标圈数时，进行步骤s004，当不是反向目标圈数时，进行步骤s005；

步骤s004，修改探测电机31的转动方向为正向转动，并且目标转动圈数根据设定按设定周期逐次增加，然后进行步骤s005；

步骤s005，探测电机31按设定的转动方向转动到目标圈数位置，并在到达的检测层进行水体参数检测；

步骤s006，该检测层的溶氧值是否过低？当溶氧值不低时，进入步骤s007，当溶氧值较低时，进入步骤s009；

步骤s007，该检测层的水体PH参数是否异常波动？当波动正常时，进行步骤s008，当波动异常场进入步骤s009；

步骤s008，该检测层的其他水体参数探测是否异常？当异常时，进行步骤s009，当正常时，进行步骤s012；

步骤s009，根据视频电机32的当前转动位置计算，控制视频电机32的转动方向和转动圈数到该检测层，进行视频采集、拍摄，并将视频数据通过通信网络传回控制单元5；

步骤s010，视频采集和数据传输是否结束？当未结束时，进行步骤s011，当结束时，进行步骤s012；

步骤s011，保持探测电机31停留在该检测区域，直至视频采集和数据传输结束；

步骤s012，探测在该检测层的探测周期是否结束？当未结束时，返回步骤s005，当结束后返回步骤s001，对其他的检测层进行检测。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种水下环境检测方法，其特征在于，包括：

将检测水域划分为多个检测层；

通过水体参数监控器检测目标的检测层的水体参数值，并根据需要通过视频监控器检测水下环境；和

根据相应的检测层的水体参数检测值和摄像检测情况分析水下环境。

2.根据权利要求1所述的水下环境检测方法，其特征在于，在将检测水域划分为多个检测层中，

根据电机的电机轴的转动圈数测量所述检测水域的水深，并将所述检测水域沿水面至水底方向划分为多个所述检测层。

3.根据权利要求2所述的水下环境检测方法，其特征在于，在将检测水域划分为多个检测层中，根据公式(1)测量所述检测水域的水深，

公式(1)：L＝2πRn_总；

其中，L为所述检测水域的水深；

n_总为电机轴的转动的总圈数；

R为缠绕绳缆的电机轴的半径。

4.根据权利要求2所述的水下环境检测方法，其特征在于，在将检测水域划分为多个检测层中，

检测所述检测水域的水深之前，在与所述电机轴连接的绳缆的自由端设置用于检测所述绳缆是否到达水底的水体底部探测器。

5.根据权利要求4所述的水下环境检测方法，其特征在于，检测所述检测水域的水深之前，将所述水体参数监控器与所述水体底部探测器固定在同一绳缆的自由端，并且在测量水深之后，水体参数监控器从靠近水底的所述检测层进行水体参数检测。

6.根据权利要求1所述的水下环境检测方法，其特征在于，通过水体参数监控器检测目标的检测层的水体参数值，并根据需要通过视频监控器检测水下环境中，

先确定水体参数值的正常范围值，然后再进行水体参数检测，其中当实际的水体参数检测值超出正常范围值时，再进行摄像检测。

7.根据权利要求1所述的水下环境检测方法，其特征在于，在步骤二中，根据公式(2)计算所述水体参数监控器或所述视频监控器所述的检测层，

公式(2)：c＝np/n_总；

其中，c为水体参数监控器或视频监控器所处的检测层；

n为电机轴的实际转动圈数；

p为所述检测层的层数；

n_总为测量所述检测水域的水深时电机轴的转动的总圈数。

8.根据权利要求1所述的水下环境检测方法，其特征在于，在通过水体参数监控器检测目标的检测层的水体参数值，并根据需要通过视频监控器检测水下环境中，

连续进行相邻的所述检测层的水体参数检测，其中根据公式(3)将所述水体参数监控器移动到相邻的检测层，

公式(3)：n_cl＝n_c±n_总/p；

其中，n_c为水体参数监控器所处的检测层的电机转动圈数；

n_cl为水体参数监控器需要移动到的相邻检测层的电机目标转动圈数；

p为所述检测层的层数；

n_总为测量水深时电机轴所转动的总圈数。

9.根据权利要求2所述的水下环境检测方法，其特征在于，所述水体参数检测值包括溶氧值、PH值和温度值中的一种或多种。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的水下环境检测方法，其特征在于，在步骤三中，水体参数检测值和摄像检测情况通过无线通信网络或以太网有线网络传输至控制单元。

优选地，重复对所述检测水域进行多次检测，其中在每次检测中，对各所述检测层检测一次。

优选地，包括：

水体参数监控器和视频监控器；

至少两个电机，其中一个所述电机通过绳缆与所述水体参数监控器连接，其中另一个所述电机通过绳缆与所述视频监控器连接；

多维度水体探测变送器，传输所述水体参数监控器和视频监控器的数据；和

控制单元，接收所述水体参数监控器和视频监控器的数据，并控制电机的开启和关闭。

优选地，所述多维度水体探测变送器包括与所述水体参数监控器连接的水体传感器采集转换电路、与所述视频监控器连接的视频采集转换电路，和传输信息的双通道冗余通信模块。

优选地，还包括与所述水体参数监控器设置在同一所述绳缆的水体底部探测器。