CN109060885A - 一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其包括以下步骤：S11：仿生鱼放置于水体中，周期性休眠，或者周期性爬行、潜游或浮游；S12：机动式移动状态下，进行水体指标监测、分析及本地数据存储；S13：监测结果数据分析异常，执行S14步骤，如果结果正常，跳过S14步骤，执行S15步骤；S14：仿生鱼自动上浮，其部分区域露出水面，将监测结果数据以无线方式对外传输，进行监测警示；S15：仿生鱼在预设时间段自动上浮，仿生鱼设有太阳能板，露出水面用于对仿生鱼的供电系统进行电量补充，同时集中上报未上报的监测数据。

Description

一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，尤其涉及一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法。

背景技术

在生态环境、水体水质监测等技术领域，特别是布置有智能装备的工厂化水产养殖领域，一般都采用位置固定的在线监测设备，或者手持式的便携仪器，通过连接的传感器或者电极对特定水体区域进行测量。这种技术方案都存在一些缺陷，固定的在线监测，受限于位置及测量区域，还需要科学分析相应的测量点布置；而手持式的，位置不受限制，但需要人工参与，而且无法实现连续的动态的测量，无法形成一定时间期限内数据的连贯性。

在现有技术中，除了上述描述的技术缺陷外，还存在下述技术缺陷：

1．常见的水体指标监测，比如水体溶解氧监测，一般是通过短距离通讯模块组网动态收集监测数据，立即传给网关，再通过网关上的远程通讯模块集中上传云平台，或者直接在采集器上设置远程通讯模块动态上传云平台。这种不管监测结果异常与否，都实时上报数据，比较费电，对部分采用电池供电的采集器来说，非异常状态实时上报数据并不很科学。同时，短距离通讯模块组网或者广播传输，实时越强，各个通讯模块间的相互影响越大，加大功耗。

2．现有的采集器一般不在本地储存监测数据，或者本地设备的存储器容量有限，仅用于储存通讯异常，数据发不出去时的临时存储。

3．部分采集器直接采用市电供电，电源线很长，费用成本高，而且在水域使用不是很安全；部分采用太阳能供电，但由于采集器固定放置，长时间暴晒，对充电电池的使用寿命有一定的影响，也容易电量过充。

4．最重要的是，水下生物的活动有规律，在不同时间段会处于不同的活动区域，采用固定点监测获取的数据明显不是很科学，没有跟随水下生物在不同时间段集中出现的区域去测量，造成测量偏差，甚至数据误导。

5．数据异常的观察不够直观，现有技术一般采用显示界面警示、短信或者邮件、APP推送等报警方式，在水产养殖领域，无法做到巡塘人员的随机巡视就能直观发现异常，及时采取措施。

综上所述，现有技术中，水体指标监测存在测量手段不太科学、异常警示方式不够直观等技术缺陷。

发明内容

本发明针对上述技术问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种利用仿生鱼进行机动式潜伏测量、异常上浮变色警示及无线信号警示的水体指标监测的方法，并且可以设定不同时间段的机动测量轨迹，用于模拟跟踪水下生物的活动规律，同时，充分利用上浮期间，实现监测结果数据集中对外传输，并及时利用太阳能补充供电能量。

为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11：定时定点工作：仿生鱼放置于水体中，周期性休眠，或者周期性爬行、潜游或浮游；

S12：移动轨迹可设的机动式潜伏测量：机动式移动状态下，自由轨迹或者指定预设轨迹，进行水体指标监测、分析及本地数据存储；

S13：动态数据分析：监测结果数据分析，如果结果异常，执行S14步骤，如果结果正常，跳过S14步骤，执行S15步骤；

S14：异常现身变色及警示：仿生鱼自动上浮，其部分区域露出水面进行直观地变色警示，同时将监测结果数据以无线方式对外传输，发出无线警示信号；

S15：特定时间数据上报并补充能量：仿生鱼在预设时间段自动上浮，仿生鱼设有太阳能板，露出水面用于对仿生鱼的供电系统进行电量补充，同时集中上报未上报的监测数据；

S16：重复S11-S15的步骤。

进一步地，所述仿生鱼设有水质监测传感器和智能控制器，所述水质监测传感器与所述智能控制器连接，所述智能控制器从休眠状态唤醒，采集所述水质监测传感器感知的水质参数原始数据，所述原始数据在所述智能控制器中做进一步分析处理后，在所述仿生鱼定时上浮或者异常上浮时，通过无线通讯模块对外传输相关处理后的监测数据和/或状态。

进一步地，所述仿生鱼上设有部分或者全部由电致变色材料制成的仿生鱼皮肤，所述由电致变色材料制成的仿生鱼皮肤与所述智能控制器连接，并由所述智能控制器通过控制改变电压大小促使其变色。

进一步地，步骤S11中，所述仿生鱼预设有监测周期，在非监测状态时，所述仿生鱼进入休眠状态；在启动水体指标监测时，所述仿生鱼同步处于机动式移动状态。

进一步地，步骤S11中，所述仿生鱼的爬行、潜游或浮游的活动轨迹可以预设，或者可以预设固定时间周期内的指定空间区域的活动轨迹。

进一步地，步骤S14中，所述仿生鱼自动上浮的时间或频次可以预设，用于适应各种水体指标监测间隔周期的需求。

进一步地，步骤S13中，监测结果数据分析并判断异常时，还包括有确认步骤，所述仿生鱼将自动并且机动式移动测量位置，再次进行测量确认。

进一步地，所述仿生鱼内设有天线，用于通过无线方式对外传输监测结果数据，所述天线与所述无线通讯模块连接。

进一步地，所述仿生鱼内设有声纳装置，所述声纳装置与所述智能控制器连接。

进一步地，所述仿生鱼内设有大容量存储器，用于存储监测结果数据，所述存储器与所述智能控制器连接。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，机动式潜伏测量、异常上浮警示，模拟水下生物的生活习性，比如缺氧时鱼虾的浮头等；平时监测时不需要管理或者干预，异常时才浮上来上报数据，省心省力，设备也省电；

（2）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，设有电致变色材料制成的仿生鱼皮肤，可以在监测数据出现异常并上浮时，通过改变电压，使所述仿生鱼的外皮肤出现不同颜色，用于直观警示，提示方式便捷可靠；

（3）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，可以设定不同时间段的机动测量轨迹，用于模拟跟踪水下生物的活动规律，可以设置在水下生物当时实际的生活区域进行监测，测量数据更加科学、合理、可靠；，比如对虾是活动在塘边四周的靠近塘底处，比如喂食时鱼虾会集中在某处，容易导致短时的局部水下缺氧状态；

（4）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，可以设定科学的周期性上浮周期和期限，用于实现监测结果数据集中上报，同时露出水面利用太阳能对设备本身供电能量进行补充；比如可以在中午12：00-14：00这个时间段，池塘此时的水体溶解氧是一天当中最高的，一般不会发生缺氧状态，此时可以不用监测数据，上浮露出水面，传输历史监测数据同时补充能量，用充电电池也不会过充，管理使用方便，电池续航时间更长，一举多得；

（5）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，设置有大容量存储器，可以本地存储历史数据，在必要时，可以随时导出相关数据，用于分析，也不会出现现有技术中常见的缺失某个时间段监测数据的情况，可以确保数据的完整性；

（6）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，功耗低，用电少，可以满足长时间的在线检测，不需要定期更换电池；

（7）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，当检测数据异常时，机动式更换监测地点，进行再次监测确认，其结果更加科学、可靠；

（8）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，由于本身是机动式测量，并不设置水体需有一定流速状态的前置条件，相比固定下的在线监测设备，测量的参数结果更加准确、科学；

（9）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，还可以通过仿生鱼内置的声呐装置，多个仿生鱼间在水下进行数据连网互动；

（10）本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，模拟水下生物生活习性，进行针对性的监测，手段更加科学，数据更加可靠，具有很强的实用价值和经济价值，可以大面积推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例的利用仿生鱼进行水体指标监测的方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例中的仿生鱼的结构示意图。

图3为图1步骤流程图中的部分步骤分解后的流程图。

图2中：1-鱼头及鱼背上方区域、2-背鳍、3-鱼腹部位、4-尾鳍部位、5-胸鳍部位、101-太阳能板、201-陶瓷天线、301-鱼眼睛部位、102-红外传感器、103-LED指示灯。

具体实施方式

下面将对具体实施方式所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，附图是本发明一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的附图。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本发明描述中的术语“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，可以是一体地连接、固定连接或者是可拆卸连接；可以是通过机械结构或者电子直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示和暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确本实施方式中限定。

还需要说明的是，“仿生鱼”的语义定义。在本发明的描述中，所述仿生鱼属于微型水下机器人范畴，其形状设计成类似水下生物，但并不局限于外壳形状、结构或者其组合，可以根据实际需要，设计成不同的外观形状和结构。本发明是描述一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，本身并不对所述仿生鱼的结构、外观等进行任何限制。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了不同的实施方式或者实施例，用于实现本发明的不同结构或者不同实现方法。为了简化本发明的公开，下文中对特定实施例的部件和设置进行描述。

如图1所示，结合图3，一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其包括以下步骤：

S11：定时定点工作：仿生鱼放置于水体中，周期性休眠，或者周期性爬行、潜游或浮游；

S12：移动轨迹可设的机动式潜伏测量：机动式移动状态下，自由轨迹或者指定预设轨迹，进行水体指标监测、分析及本地数据存储；在本步骤中，相对于现有技术的固定式监测，还需要水体有一定流速的前置条件，测量手段更加科学；

S13：动态数据分析：监测结果数据分析，所述仿生鱼内置有算法及相应的监测指标异常区间范围，当判定结果属于异常状态时，执行S14步骤，如果结果正常，跳过S14步骤，执行S15步骤；

S14：异常现身变色及警示：仿生鱼自动上浮，其部分区域露出水面进行直观地变色警示，特别是背鳍部位离开水面，可增强无线信号强度，并将监测结果数据以无线方式对外传输，发出无线警示信号；远程终端或者云平台接收到异常信息，及时做出应急反应；

S15：特定时间数据上报并补充能量：仿生鱼在预设时间段，优选地，当监测水体水质指标中的溶解氧参数时，预设时间段设为12：00-14点之间，此时水体溶解氧是一天内最强的，可以不进行测量，所述仿生鱼自动上浮，其鱼背上设有太阳能板，露出水面用于对仿生鱼的供电系统进行电量补充，同时集中上报未上报的监测数据。

在本发明的较佳实施例中，所述仿生鱼设有水质监测传感器和智能控制器，所述水质监测传感器与所述智能控制器连接，所述智能控制器从休眠状态唤醒，采集所述水质监测传感器感知的水质参数原始数据，所述原始数据在所述智能控制器中做进一步分析处理后，在所述仿生鱼定时上浮或者异常上浮时，通过无线通讯模块对外传输相关处理后的监测数据和/或状态。

在本发明的较佳实施例中，所述仿生鱼上设有部分或者全部由电致变色材料制成的仿生鱼皮肤，所述由电致变色材料制成的仿生鱼皮肤与所述智能控制器连接，并由所述智能控制器控制其变色。在本发明的较佳实施例中，所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，在步骤S11中，所述仿生鱼预设有监测周期，在非监测状态时，所述仿生鱼进入休眠状态；在启动水体指标监测时，所述仿生鱼同步处于机动式移动状态。

优选地，当进行水体指标的动态测量时，为了提高测量的准确性，一般要求水体是处于流动状态，或者监测传感器处于移动状态，在本实施例中，通过所述仿生鱼的适当游动，用于提高监测结果的准确性。这是本发明与现有技术的监测手段最明显的区别特性之一。

在本发明的较佳实施例中，所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，在步骤S11中，所述仿生鱼的爬行、潜游或浮游的活动轨迹可以预设，或者可以预设固定时间周期内的指定空间区域的活动轨迹。优选地，所述仿生鱼可以结合所述仿生鱼内置的地理信息系统（GIS）和GPS，预设有某个区域内的活动轨迹，或者进行定时定点的控制，用于模拟特定水生动物的生存情况或者习惯。比如水体以养殖对虾为主，则所述仿生鱼可以在预设池塘轮廓后，将其机动式工作的范围限制在池塘四周靠近塘边的区域，并且所述仿生鱼移动的方式，以模拟爬行方式为主，相对于模拟鱼类的以潜游为主的方式有所区别，同时，其对应测量的深度可以设为更靠近塘底一点。

在本发明的较佳实施例中，所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，在步骤S14中，所述仿生鱼自动上浮的时间或频次可以预设，用于适应各种水体指标监测间隔周期的需求；优选地，在指定的时间周期范围内，可以根据实际需求，设定所述仿生鱼露出水面的次数及维持时间，用于对外传输相应的监测结果数据，如果实际需求要求监测的时间间隔短，则相应地提升所述仿生鱼上浮次数。

在本发明的较佳实施例中，所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，在步骤S13中，监测结果数据分析并判断异常时，还包括有确认步骤，所述仿生鱼将自动机动式转移测量位置，再次进行测量确认。

在本发明的较佳实施例中，所述仿生鱼内设有天线，用于通过无线方式对外传输监测结果数据。优选地，所述天线采用陶瓷天线，并且全封闭在所述仿生鱼的背鳍部位；所述仿生鱼内设有声纳装置；所述仿生鱼内设有大容量存储器，用于存储监测结果数据，所述声纳装置及所述存储器都分别与所述智能控制器连接。

根据不同的使用场合，所述水质监测传感器选用不同类型的传感器或者是传感器组合。在水产养殖领域应用，优选地，所述水质监测传感器至少包括有溶解氧传感器或者多参数复合传感器。

较佳实施例一：

下述所描述的所述仿生鱼的结构、外观、部件或者其组合，只是用于对本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法的解释，其目的是加深本发明的技术方案的理解，并不能理解于对本发明的技术方案的限制。

如图2所示，是本发明的较佳实施例之一。在本实施例中，所述仿生鱼设有防水鱼皮，优选地，所述仿生鱼的尾鳍部位4采用柔性橡胶材质制成。所述仿生鱼的鱼头及鱼背上方区域1设置有柔性太阳能板101，所述仿生鱼的尾鳍部位4可以设置有驱动装置，通过驱动仿生尾鳍的摆动，实现所述仿生鱼的机动式游动，所述仿生鱼内部设置有两个内腔和对应气囊，通过所述气囊充气或充水程度实现所述仿生鱼的下潜或者上浮，所述仿生鱼的背鳍2上设置有陶瓷天线201，所述仿生鱼的鱼腹部位3内置有活动节，在鱼眼睛部位301上分别按需设有水体指标监测传感器。所述仿生鱼的胸鳍部位5还可以设置为有爬行结构组件。在所述仿生鱼的内腔中，设置有控制单元，以及与所述控制单元连接的通讯单元、驱动单元、供电单元，所述水体指标监测传感器与所述控制单元连接，所述供电单元包括有充电电路和电源管理电路，所述充电电路连接所述太阳能板101，所述电源管理电路分别为所述控制单元、所述通讯单元及所述驱动单元供电，所述通讯单元连接所述陶瓷天线201。

在所述仿生鱼的头部或者嘴部，设置有红外传感器102和LED指示灯103，所述红外传感器102和所述LED指示灯103与所述控制单元连接，用于机动式游动时壁障。在设定运行活动轨迹时，是通过所述仿生鱼内置的GPS及GIS实现，并结合所述仿生鱼内置的时钟单元，进行时间段及对应区域的设置，所述时钟单元内置有时钟芯片，所述时钟单元与所述控制单元连接。

在本实施例中，优选地，所述仿生鱼的背鳍2可以采用电致变色材料制成，外层套有防水透明的一层仿生鱼皮肤。当监测数据异常时，通过改变其电压，实现其变色，从而在所述仿生鱼上浮时，优先出现背鳍2部位，也便于更直观显示当前监测数据的异常情况。

在本实施例中，本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，机动式潜伏测量、异常上浮警示，模拟水下生物的生活习性，比如缺氧时鱼虾的浮头等；平时监测时不需要管理或者干预，异常时才浮上来上报数据，省心省力，设备也省电；可以设定不同时间段的机动测量轨迹，用于模拟跟踪水下生物的活动规律，可以设置在水下生物当时实际的生活区域进行监测，测量数据更加科学、合理、可靠；，比如对虾是活动在塘边四周的靠近塘底处，比如喂食时鱼虾会集中在某处，容易导致短时的局部水下缺氧状态；可以设定科学的周期性上浮周期和期限，用于实现监测结果数据集中上报，同时露出水面利用太阳能对设备本身供电能量进行补充；比如可以在中午12：00-14：00这个时间段，池塘此时的水体溶解氧是一天当中最高的，一般不会发生缺氧状态，此时可以不用监测数据，上浮露出水面，传输历史监测数据同时补充能量，用充电电池也不会过充，管理使用方便，电池续航时间更长，一举多得。

在本实施例中，本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，设有电致变色材料制成的仿生鱼皮肤，可以在监测数据出现异常并上浮时，通过改变电压，使所述仿生鱼的外皮肤出现不同颜色，用于直观警示，提示方式便捷可靠。

在本实施例中，本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，设置有大容量存储器，可以本地存储历史数据，在必要时，可以随时导出相关数据，用于分析，也不会出现现有技术中常见的缺失某个时间段监测数据的情况，可以确保数据的完整性；并且功耗低，用电少，可以满足长时间的在线检测，不需要定期更换电池；当检测数据异常时，机动式更换监测地点，进行再次监测确认，其结果更加科学、可靠。

在本实施例中，本发明的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，由于本身是机动式测量，并不设置水体需有一定流速状态的前置条件，相比固定下的在线监测设备，测量的参数结果更加准确、科学；还可以通过仿生鱼内置的声呐装置，多个仿生鱼间在水下进行数据连网互动；模拟水下生物生活习性，进行针对性的监测，手段更加科学，数据更加可靠，具有很强的实用价值和经济价值，可以大面积推广使用。

以上所述仅为本发明较佳实施例，只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，但并不能以此限制本发明的保护范围。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明涵盖范围。

Claims (10)

1.一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11：定时定点工作：仿生鱼放置于水体中，周期性休眠，或者周期性爬行、潜游或浮游；

S12：移动轨迹可设的机动式潜伏测量：机动式移动状态下，自由轨迹或者指定预设轨迹，进行水体指标监测、分析及本地数据存储；

S13：动态数据分析：监测结果数据分析，如果结果异常，执行S14步骤，如果结果正常，跳过S14步骤，执行S15步骤；

S14：异常现身变色及警示：仿生鱼自动上浮，其部分区域露出水面进行直观地变色警示，同时将监测结果数据以无线方式对外传输，发出无线警示信号；

S15：特定时间数据上报并补充能量：仿生鱼在预设时间段自动上浮，仿生鱼设有太阳能板，露出水面用于对仿生鱼的供电系统进行电量补充，同时集中上报未上报的监测数据；

S16：重复S11-S15的步骤。

2.根据权利要求1所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，所述仿生鱼设有水质监测传感器和智能控制器，所述水质监测传感器与所述智能控制器连接，所述智能控制器从休眠状态唤醒，采集所述水质监测传感器感知的水质参数原始数据，所述原始数据在所述智能控制器中做进一步分析处理后，在所述仿生鱼定时上浮或者异常上浮时，通过无线通讯模块对外传输相关处理后的监测数据和/或状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，所述仿生鱼上设有部分或者全部由电致变色材料制成的仿生鱼皮肤，所述由电致变色材料制成的仿生鱼皮肤与所述智能控制器连接，并由所述智能控制器通过控制改变电压大小促使其变色。

4.根据权利要求1所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，步骤S11中，所述仿生鱼预设有监测周期，在非监测状态时，所述仿生鱼进入休眠状态；在启动水体指标监测时，所述仿生鱼同步处于机动式移动状态。

5.根据权利要求1所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，步骤S11中，所述仿生鱼的爬行、潜游或浮游的活动轨迹可以预设，或者可以预设固定时间周期内的指定空间区域的活动轨迹。

6.根据权利要求1所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，步骤S14中，所述仿生鱼自动上浮的时间或频次可以预设，用于适应各种水体指标监测间隔周期的需求。

7.根据权利要求1所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，步骤S13中，监测结果数据分析并判断异常时，还包括有确认步骤，所述仿生鱼将自动并且机动式移动测量位置，再次进行测量确认。

8.根据权利要求1~7任一所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，所述仿生鱼内设有天线，用于通过无线方式对外传输监测结果数据，所述天线与所述无线通讯模块连接。

9.根据权利要求1~7任一所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，所述仿生鱼内设有声纳装置，所述声纳装置与所述智能控制器连接。

10.根据权利要求1~7任一所述的一种利用仿生鱼进行水体指标监测的方法，其特征在于，所述仿生鱼内设有大容量存储器，用于存储监测结果数据，所述存储器与所述智能控制器连接。