CN109178219A - 一种海上搜救ais组网通信浮标组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上AIS组网通信搜救浮标组，利用AIS组网通信技术，在事发地短时间内快速形成一个小范围通信网络，所述子浮标通过AIS通信方式及时将温度、位置等信息发送给主浮标，主浮标将接收到的信息和自身的信息进行汇总，通过北斗模块发送至北斗接收机，实现遇险者实时定位的功能；本发明能够解决海上搜救中风压漂移模型预测轨迹不准确的问题，同时，采用高度模块化设计即可以保证经济性又能便于模块移植，减少相关科研机构的研发时间，本发明整个使用过程简单、便捷、可靠，有效提高了搜救效率，降低了搜救成本，具有很好的实用价值和推广价值。

Description

一种海上搜救AIS组网通信浮标组

技术领域

本发明涉及海上漂流浮标技术领域,尤其是涉及一种海上AIS组网通信搜救浮标组及其应用。

背景技术

随着我国的海上贸易量逐年增加，海运经济的发展和海上活动的日益增多，海上险情也呈逐年增加的趋势。一旦事故发生，就必须进行海上搜救工作。海上搜救分为海上搜寻和海上救助，在整个搜救过程中，搜寻是最昂贵、最危险和最复杂的任务，通常这也是发现和救助幸存者的唯一途径。因此，对于海上突发事件的救助，及早确定遇险者的位置不仅可以提高搜救成功率，还可以降低搜救成本。当前，海上搜救部门大多采用风压漂移模型预测轨迹，但此模型存在一定缺陷，轨迹预测误差较大。

为了避免因风压模型预测轨迹不准，导致搜救效率低、成本高的问题，需要表层漂流浮标装置来辅助修正模拟的轨迹，从而使模拟的轨迹更贴近实际情况。目前，具有此功能的表层漂流浮标种类较少，它们大多用于海洋表层洋流跟踪或溢油追踪，对其它海上漂移对象尤其是海难发生后落水人员的搜救跟踪应用较少；同时，市场上表层漂流浮标产品大都运用铱星、海事卫星、Argos等通信方式，制作方式不一，成本高。基于上述问题，本发明提供了一种海上AIS组网通信搜救浮标组。

发明内容

本发明为了解决因风压模型预测轨迹不准，导致搜救效率低、成本高的问题，发明了一种新的表层漂流浮标装置。充分利用微控制单元的强大功能、AIS的近距离信息交互功能和北斗远距离通信功能，制作出一组高度模块化的、成本低的海上搜救跟踪浮标，可以有效修正模拟轨迹，同时，温度信息可以为科学救援提供指导，具有很好的实用价值和推广价值。

为了实现以上目的，本发明提供了一种海上AIS组网通信搜救浮标组。所述的海上AIS组网通信搜救浮标组由主浮标和子浮标组成：

主浮标包括：主浮标浮标筒、主浮标内部构件；所述主浮标浮标筒包括：筒身、筒盖；所述筒盖包括：底盖、主浮标顶盖、亚克力板；所述的主浮标内部构件包括：主浮标定位通讯模块、启动装置、主浮标水密装置、支撑装置、电源、配重块、温度传感器；所述主浮标定位通讯模块包括：AIS天线、北斗天线、北斗模块、AIS模块、微控制单元、FPGA、电路板；所述启动装置包括：船型开关；所述主浮标水密装置包括：密封圈、第一水密连接器、第二水密连接器；所述支撑装置包括：铜螺柱；所述电源包括：锂电池组；所述配重块包括：铅块；所述温度传感器包括：螺纹温度传感器；

所述船型开关，放在主浮标定位通讯模块上部，需人工启动；所述的主浮标定位通讯模块位于电源上部；所述的第二水密连接器一端连接定位通讯模块，一端连接电源模块；所述支撑装置铜螺柱位于主浮标定位通讯模块和电源模块之间；所述的电源模块由5号可充电锂电池组成，位于支撑装置下方；所述配重块位于主浮标浮标筒底部，用于调节主浮标的重心和浮心。

子浮标包括：子浮标浮标筒、子浮标内部构件；所述子浮标浮标筒包括：筒身、筒盖；所述筒盖包括：底盖、子浮标顶盖、亚克力板；所述的子浮标内部构件包括：子浮标定位通讯模块、启动装置、子浮标水密装置、支撑装置、电源、配重块、温度传感器；所述子浮标定位通讯模块包括：AIS天线、GPS内置天线、AIS模块、GPS模块、微控制单元、电路板；所述的子浮标水密装置包括：密封圈、第一水密连接器；其余模块均与主浮标相同；

所述船型开关，放在子浮标定位通讯模块上部，需人工启动；所述的子浮标定位通讯模块位于电源上部；所述支撑装置铜螺柱位于子浮标定位通讯模块和电源模块之间；所述的电源模块由5号可充电锂电池组成，位于支撑装置下方；所述配重块位于子浮标浮标筒底部，用于调节子浮标的重心和浮心。

所述主浮标浮标筒和子浮标的浮标筒为一个抗压的圆柱筒；所述主浮标浮标筒的筒身和底盖为PE材质，主浮标顶盖为铝合金材质，外加一个圆形亚克力板；所述子浮标浮标筒的筒身和底盖为PE材质，子浮标顶盖为PE材质，外加一个圆形亚克力板。所述主浮标内部构件和子浮标内部构件分别放置在主浮标浮标筒和子浮标浮标筒内，所述主浮标顶盖和子浮标顶盖采用法兰结构浮标筒连接，所述底盖采用热熔技术与浮标筒连接，所述主浮标定位通讯模块和子浮标定位通讯模块通过支撑装置铜螺柱固定在浮标筒内。

主浮标的工作流程：所述螺纹温度传感器将温度信息传送至FPGA系统，再经由微控制单元传送至AIS模块，所述北斗模块内置的GPS模块用于获取位置信息，经由微控制单元发送至AIS模块，所述AIS天线将接收到的子浮标位置、温度信息放置在AIS模块，所述AIS模块将所有信息汇总经微控制单元传送至北斗模块，最后北斗模块将所有的信息发送至北斗接收机；

子浮标的工作流程：所述螺纹温度传感器将温度信息通过微控制单元传送至AIS模块，所述GPS模块用于获取位置信息，经由微控制单元发送至AIS模块，所述AIS天线将AIS模块中的位置、温度信息发送至主浮标。

进一步地，所述微控制单元又称单片微型计算机或者单片机，该单元有可与通信模块连接的通信I/O口，通信模块与天线连接将信号发射出去，实现与接收模块的通信。

进一步地，所述的FPGA系统，即现场可编程门阵列，用于接收处理温度数据，并通过MCU将温度数据传给AIS模块，可以简化电路设计，缩短开发周期。

进一步地，所述的温度传感为螺纹温度传感器，在浮标筒外部，与底盖螺纹连接，用于测量浮标周围的温度。

本发明一种海上AIS组网通信搜救浮标组的有益效果在于：本发明能够修正落水人员的模拟漂流轨迹，从而使救援人员快速找到落水人员，减少人员伤亡，提高救援效率，降低救援成本；运用北斗通信可以减少浮标对国外通信系统的依赖，促进我国北斗卫星导航系统的应用；采用模块化设计，能在短时间内为用户提供一个可靠的、采样有保障的、针对性强的浮标；引入AIS组网通信技术，是AIS通信技术在表层漂流浮标应用上的创新。本发明整个使用过程简单、便捷、可靠，可有效提高海事搜救机构的搜救效率，具有很好的实用价值和推广价值。

本发明的其它潜在价值：可将高度模块化的功能模块直接移植到别的漂移对象上，节省科研机构的研制时间；可直接将浮标与别的设备结合，提供实时位置信息与各种参数；FPGA系统便于扩展传感器，可使浮标集搜救与海洋资料搜集功能于一体，为智能化浮标奠定基础。

附图说明

图1为海上AIS组网通信搜救浮标组主浮标的三维结构示意图；

图2为海上AIS组网通信搜救浮标组子浮标的三维结构示意图；

图3为海上AIS组网通信搜救浮标组主浮标的剖视图；

图4为海上AIS组网通信搜救浮标组子浮标的剖视图；

图5为海上搜救AIS组网通信浮标组主浮标工作模式图；

图6为海上搜救AIS组网通信浮标组子浮标工作模式图；

图7为海上搜救AIS组网通信浮标组工作模式图；

图8为主浮标数据采集系统总体设计框图。

图中：

1代表主浮标浮标筒；2代表主浮标内部构件；3代表子浮标浮标筒；4代表子浮标内部构件；11代表底盖；12代表筒身；13代表主浮标顶盖；14代表亚克力板；21代表主浮标定位通讯模块；22代表主浮标水密装置；23代表支撑装置；24代表电源；25代表配重块；26代表温度传感器；211代表AIS天线；212代表北斗天线；213代表北斗模块；214代表AIS模块；215代表微控制单元；216代表FPGA系统；217代表电路板；221代表第一水密连接器；222代表第二水密连接器；223代表密封圈；231代表铜螺柱；31代表子浮标顶盖；41代表子浮标定位通讯模块；42代表子浮标水密装置；411代表GPS内置天线；412代表GPS模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种海上AIS组网通信搜救浮标组，结合图1至图8，对本实施例进行详细阐述。

如图1和图3所示，所述的海上AIS组网通信搜救浮标组包括：主浮标、子浮标；所述主浮标包括：主浮标浮标筒1、主浮标内部构件2；所述主浮标浮标筒1包括：底盖11、筒身12、主浮标顶盖13、亚克力板14；所述的主浮标内部构件2包括：主浮标定位通讯模块21、启动装置、主浮标水密装置22、支撑装置23、电源24、配重块25、温度传感器26；所述主浮标定位通讯模块包括：AIS天线211、北斗天线212、北斗模块213、AIS模块214、微控制单元215、FPGA系统216、电路板217；所述启动装置包括：船型开关；所述主浮标水密装置22包括：第一水密连接器221、第一水密连接器222、密封圈223；所述支撑装置23包括：铜螺柱231；所述电源24包括：可充电锂电池组；所述配重块25包括：铅块；所述温度传感器26包括：螺纹温度传感器。

所述船型开关，放在主浮标定位通讯模块21上部，需人工启动；所述的主浮标定位通讯模块21位于电源24上部；所述的第二水密连接器222一端连接主浮标定位通讯模块21，一端连接电源24；所述支撑装置铜螺柱231位于主浮标定位通讯模块21和电源24之间；所述的电源24由5号可充电锂电池组成，位于支撑装置23下方；所述配重块25由小铅块构成，位于主浮标浮标筒1底部，用于调节主浮标的重心和浮心。

如图2和图4所示，所述子浮标包括：子浮标浮标筒3、子浮标内部构件4，如图2所示；所述子浮标浮标筒3包括：底盖11、筒身12、子浮标顶盖31、亚克力板14；所述的子浮标内部构件4包括：子浮标定位通讯模块41、启动装置、子浮标水密装置42、支撑装置23、电源24、配重块25、温度传感器26；所述子浮标定位通讯模块包括：AIS天线211、GPS内置天线411、AIS模块214、GPS模块412、微控制单元215、电路板217；所述的子浮标水密装置42包括：第一水密连接器221、密封圈223；其余模块均与主浮标相同。

所述船型开关，放在子浮标定位通讯模块41上部，需人工启动；所述的子浮标定位通讯模块41位于电源24上部；所述支撑装置铜螺柱231位于子浮标定位通讯模块41和电源24之间；所述的电源24由5号可充电锂电池组成，位于支撑装置23下方；所述配重块25由小铅块构成，位于子浮标浮标筒3底部，用于调节子浮标的重心和浮心。

所述的主浮标定位通讯模块21，有三层电路板，北斗模块213位于最上层，AIS模块214和微控制单元215位于第二层，FPGA系统216位于最底层；北斗天线212放置在主浮标顶盖13第一层的凹槽内，AIS天线211放置在北斗天线212上，AIS天线211部分在主浮标顶盖13内，部分通过亚克力板14中间的孔延伸在外部，为了保证水密性，在AIS天线211穿过亚克力板14的部分使用了第一水密连接器221。

所述的子浮标定位通讯模块41，AIS模块214、GPS模块412和微控制单元215集成在一块电路板217上，GPS天线411放置在子浮标顶盖31第一层的凹槽内，AIS天线211放置在GPS天线411上，AIS天线211部分在子浮标顶盖31内，部分通过亚克力板14中间的孔延伸在外部，为了保证水密性，AIS天线211穿过亚克力板14的部分处理方法与主浮标一致。

所述主浮标浮标筒1和子浮标的浮标筒3为一个抗压的圆柱筒；所述主浮标浮标筒的筒身12和底盖11为PE材质，主浮标顶盖13为铝合金材质，外加一个圆形亚克力板14；所述子浮标浮标筒的筒身12和底盖11为PE材质，子浮标顶盖31为PE材质，外加一个圆形亚克力板14。所述主浮标内部构件2和子浮标内部构件4分别放置在主浮标浮标筒1和子浮标浮标筒3内，所述主浮标顶盖13和子浮标顶盖31采用法兰结构与浮标筒连接，所述底盖11采用热熔技术与浮标筒连接，所述主浮标定位通讯模块21和子浮标定位通讯模块41通过支撑装置铜螺柱231固定在浮标筒内。

发生事故时，打开浮标组顶盖13和31，手动启动开关，然后上紧顶盖，将海上AIS组网通信搜救浮标组抛入失事海域即可正常工作。

图5-7展示了海上AIS组网通信搜救浮标组的工作流程：

子浮标工作流程：所述螺纹温度传感器26将温度信息经过微控制单元处理传送至AIS模块214，所述GPS模块412获取位置信息，经微控制单元发送至AIS模块214，所述AIS天线211将AIS模块214中的位置、温度信息发送至主浮标。如图5所示

主浮标工作流程：所述螺纹温度传感器26将温度信息传送至FPGA系统216，再经由微控制单元传送至AIS模块214，所述北斗模块213中内置GPS模块用于获取位置信息，经由微控制单元发送至AIS模块，所述AIS天线211将接收到的子浮标位置、温度信息放置在AIS模块214，所述AIS模块214将所有信息汇总经微控制单元传送至北斗模块213，最后北斗模块213将所有的信息发送至北斗接收机。如图6所示

综上所述，子浮标将采集的数据信息通过AIS通信方式发给主浮标，主浮标再将自身的信息和获取的所有信息通过北斗通信方式发送至北斗接收机，如图7所示。

图8是主浮标数据采集系统总体设计框图，主要由输入调理电路、A/D 转换电路、FPGA系统和微控制单元控制电路组成。被采集的模拟信号经由调理电路输入到A/D 转换芯片，进行模数转换，在FPGA系统的控制下送入到FPGA内嵌的FIFO 存储模块中并通知微控制单元立即取走数据，传输至AIS模块，AIS模块将所有信息汇总后再经由微控制单元传输至北斗模块，最后通过北斗通信传输至上位机进行实时处理。FPGA系统的使用为后期传感器种类的扩展提供了便利。

未来，浮标将结合人工智能，拓展更多的功能，比如浮标与其它电子设备结合起来，弥补电子设备的不足；加载更多的传感器，如压力、盐度等传感器，实现浮标用途多样化；优化采集数据，进行合理分析。合理利用海洋能，实现长时间和大范围的工作，制作出真正的智能化浮标。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海上AIS组网通信搜救浮标组，其特征在于，由主浮标和子浮标组成；

主浮标包括：主浮标浮标筒、主浮标内部构件；所述主浮标浮标筒包括：筒身、筒盖；所述筒盖包括：底盖、主浮标顶盖、亚克力板；所述的主浮标内部构件包括：主浮标定位通讯模块、启动装置、主浮标水密装置、支撑装置、电源、配重块、温度传感器；所述主浮标定位通讯模块包括：AIS天线、北斗天线、北斗模块、AIS模块、微控制单元、FPGA、电路板；所述启动装置包括：船型开关；所述主浮标水密装置包括：密封圈、第一水密连接器、第二水密连接器；所述支撑装置包括：铜螺柱；所述电源包括：锂电池组；所述配重块包括：铅块；所述温度传感器包括：螺纹温度传感器；

所述船型开关，放在主浮标定位通讯模块上部，需人工启动；所述的主浮标定位通讯模块位于电源上部；所述的第二水密连接器一端连接定位通讯模块，一端连接电源模块；所述支撑装置铜螺柱位于主浮标定位通讯模块和电源模块之间；所述的电源模块由5号可充电锂电池组成，位于支撑装置下方；所述配重块位于主浮标浮标筒底部，用于调节主浮标的重心和浮心;

子浮标包括：子浮标浮标筒、子浮标内部构件；所述子浮标浮标筒包括：筒身、筒盖；所述筒盖包括：底盖、子浮标顶盖、亚克力板；所述的子浮标内部构件包括：子浮标定位通讯模块、启动装置、子浮标水密装置、支撑装置、电源、配重块、温度传感器；所述子浮标定位通讯模块包括：AIS天线、GPS内置天线、AIS模块、GPS模块、微控制单元、电路板；所述的子浮标水密装置包括：密封圈、第一水密连接器；其余模块均与主浮标相同；

所述船型开关，放在子浮标定位通讯模块上部，需人工启动；所述的子浮标定位通讯模块位于电源上部；所述支撑装置铜螺柱位于子浮标定位通讯模块和电源模块之间；所述的电源模块由5号可充电锂电池组成，位于支撑装置下方；所述配重块位于子浮标浮标筒底部，用于调节子浮标的重心和浮心。

2.根据权利要求1所述的海上搜救AIS组网通信浮标组，其特征在于：所述主浮标浮标筒和子浮标的浮标筒为一个抗压的圆柱筒；所述主浮标浮标筒的筒身和底盖为PE材质，主浮标顶盖为铝合金材质，外加一个圆形亚克力板；所述子浮标浮标筒的筒身和底盖为PE材质，子浮标顶盖为PE材质，外加一个圆形亚克力板；

所述主浮标内部构件和子浮标内部构件分别放置在主浮标浮标筒和子浮标浮标筒内，所述主浮标顶盖和子浮标顶盖采用法兰结构浮标筒连接，所述底盖采用热熔技术与浮标筒连接，所述主浮标定位通讯模块和子浮标定位通讯模块通过支撑装置铜螺柱固定在浮标筒内。

3.根据权利要求1所述的海上搜救AIS组网通信浮标组，其特征在于：主浮标的工作流程：所述螺纹温度传感器将温度信息传送至FPGA系统，再经由微控制单元传送至AIS模块，所述北斗模块中内置GPS模块用于获取位置信息，经由微控制单元将信息传送至AIS模块，所述AIS天线将接收到的子浮标位置、温度信息放置在AIS模块，所述AIS模块将所有信息汇总经微控制单元传送至北斗模块，最后北斗模块将所有的信息发送至北斗接收机；

子浮标的工作流程：所述螺纹温度传感器将温度信息通过微控制单元传送至AIS模块，所述GPS模块用于获取位置信息，经由微控制单元发送至AIS模块，所述AIS天线将AIS模块中的位置、温度信息发送至主浮标。

4.根据权利要求1所述的海上搜救AIS组网通信浮标组，其特征在于，所述微控制单元又称单片微型计算机或者单片机，该单元有可与通信模块连接的通信I/O口，通信模块与天线连接将信号发射出去，实现与接收模块的通信。

5.根据权利要求1所述的海上搜救AIS组网通信浮标组，其特征在于，所述的FPGA系统，即现场可编程门阵列，用于接收处理温度数据，并通过微控制单元将温度数据传给AIS模块，可以简化电路设计，缩短开发周期。

6.根据权利要求1所述的海上搜救AIS组网通信浮标组，其特征在于，所述的温度传感为螺纹温度传感器，在浮标筒外部，与底盖螺纹连接，用于测量浮标周围的温度。