CN109246641A - 一种基于北斗通信系统的远洋渔业养殖水体巡测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗通讯系统的远洋渔业养殖水体巡测系统，包括主机浮标系统和水下巡弋系统，所述主机浮标系统包括浮标主体、置于浮标主体内的储能系统、置于浮标主体上部的用于吸收太阳能的吸能系统、置于浮标主体中部的监测平台实时联动系统、置于所述吸能系统四周的警示柱、位于警示柱上端的摄像系统、置于浮标主体底部的用于与所述水下巡弋系统相固定的固定机构和无线充电模块；所述水下巡弋系统包括水下巡弋器、置于水下巡弋器机身后部的能量系统和泵推系统、置于水下巡弋器机身中部的可伸缩作业臂、置于水下巡弋器机身前部的照明系统、水下影像传感器和水文探测模块。

Description

一种基于北斗通信系统的远洋渔业养殖水体巡测系统
技术领域
本发明涉及北斗通信系统应用领域，特别涉及一种基于北斗通信系统的远洋渔业养殖水体巡测系统。
背景技术
随着渔民捕捞强度逐渐增加，海洋污染范围不断扩大，我国海洋渔业资源的衰退现象日益严重，海水养殖业作为对海洋捕捞的补充，近年来得到了快速发展。致力于海洋牧场的研究、开发和应用已成为主要海洋国家的战略选择，也是世界发达国家渔业发展的主攻方向之一，这也使我国密切关注、研究海洋牧场的建设。
传统的人工巡弋方式为人工开船出海到达远洋养殖区域进行手动作业。但这种巡弋方式无法实时获取水文状况与养殖网箱的水下实时状态，而且在遭遇恶劣天气的情况下，人工无法驾船出海接近养殖区进行应急作业。在有多个海洋牧场的情况下，人工巡弋的方式显得更加繁琐复杂，巡弋人员在两个牧场之间往返就得浪费大量时间精力和燃油，若遇上不稳定的天气状况，巡弋人员的生命安全无法得到保障。这无法保证大规模养殖状态下对养殖器具实时维护与精准养殖，易造成不必要的浪费或养殖对象丢失。
现有技术问题和缺点主要表现在：
1、传统人工巡弋方式无法实时获取养殖区水文状况与养殖网箱的水下实时状态。
2、恶劣天气下人工无法驾船出海接近养殖区进行应急作业。
3、人工巡弋方式繁琐复杂，过程耗时长，造成人力资源的浪费。
4、无法保证大规模养殖状态下的日常实时维护与精准养殖，易造成不必要的浪费。
当前应用于民用级别的海洋无线信息沟通技术主要为GPRS技术，GPRS(GeneralPacket Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。
当前的GPRS提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、少量的数据传输。但我们远洋养殖需要传感系统实时监测水文信息和水下探查巡弋器进行相关数据的频繁回传，所以现有的GPRS通讯系统远远无法满足系统对于数据传输的需要。
北斗RDSS通信技术，其基本原理是采用基于到达时间(TOA)的三球交会测量,利用两颗已知的地球同步轨道卫星为两球心,两球心至用户的距离半径为两球面，另一球而是以地心为球心，以用户所在点至地心的距离为半径的球面,三个球面的交会点就是用户位置。这种导航定位方式与GPS、GLONASS所采用的被动式导航定位相比，虽然在覆盖范围、定位精度、容纳用户数量方面存在明显的不足,但其成本低廉，系统组建周期短，同时可将导航定位、双向数据通信和精密授时结合在一起,使系统不仅可全天候全天时提供区城有源导航定位还能进行双向数字报文通信和精密授时。另外，当用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时,不仅用户能知道自己的测定位置，而且其调度指挥或其他有关单位也可掌握用户所在位置，因此特别适用于需要导航与移动数据通信相结合的用户,如交通运输、调度指挥,搜索营救、地理信息实时查询等,而在救灾行动中起作用显现尤为明显。
作为北斗导航卫星定位系统的主要功能之一,不依赖于地面站设备.具有安全。可靠、全地区覆盖的特点，适合在地广人稀,移动信号覆盖不完善的地区使用。在全区域的位置监控、紧急通信、任务调动、野外探险、应急搜救等应用中提供了有力的技术支撑,是目前卫星通信中性价比最高的通信手段。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种基于北斗通信系统的远洋渔业养殖水体巡测系统。
本发明的技术方案为：一种基于北斗通讯系统的远洋渔业养殖水体巡测系统，包括实时测定水文数据的水下巡弋系统、接收来自水下巡弋系统测定的水文数据并对其数据进行整合分析的主机浮标系统和接收整合分析后的水文数据的监测平台；所述主机浮标系统通过北斗RDSS通信多网融合技术与监测平台进行实时联动，该监测平台依托动态大数据分析海洋信息后实时将养殖区状态反馈给用户并提出相应改进机制供用户决策，用户决策指令再回传至主机浮标系统，主机浮标系统将决策指令传达至水下巡弋系统；所述北斗RDSS通讯多网融合技术为采用数字电台通信、移动通信和北斗RDSS通信功能，根据各个信道的作用距离、通信带宽和使用限制条件不同，在应用中上层软件自动匹配选取适合的通信方式最终达到三网融合通信由海向陆传输信息。
进一步的，所述主机浮标系统包括浮标主体、北斗RDSS通信天线、用于监测海洋状态的传感系统、用于吸收太阳能的吸能系统、将吸能系统吸收到的能量进行存储为主机浮标系统提供能源供给的储能系统、对收集的数据进行传输的通讯系统、对采集的数据进行整合分析的数据处理主体、对海域进行全天候监测的监测系统、用于与所述水下巡弋系统相固定的固定机构和无线电充电模块；所述通讯系统包括RDSS通讯、数字电台或移动通讯方式；
所述水下巡弋系统包括水下巡弋器、用于拍摄水面以下场景的摄像系统、用于回传水文状况的模块化传感系统、置于水下巡弋器密封舱内的弹缩式机械臂、实现水下巡弋系统和主机浮标系统的水下通讯的通讯模组；
所述水下巡弋系统通过模块化传感系统实时测定水文数据，并通过所述通讯模组将水文数据传输至主机浮标系统，该主机浮标系统通过数据处理主体对采集到的相关数据进行整合后结合实地信号情况择优选择RDSS通讯、数字电台或移动通讯方式将数据回传至监测平台；
所述监测平台对弹缩式机械臂进行远程遥控；
在阳光充足的情况下，水下巡弋器与主机浮标系统桥接，进行无线充电。
进一步的，所述通讯系统对收集的数据进行整合传输，包括水下通讯机和水下数据传输链。
进一步的，所述监测系统对海域进行全天候监测，包括360°红外全景摄像系统和LED警示柱。
进一步的，所述传感系统包括搭载多种海洋传感系统用于监测海水的动态数据的海洋传感系统和负责海面以上的气象数据勘测的气象传感器。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、利用北斗RDSS通信多网融合技术技术，保障水下巡弋器与监测平台的实时联动，同时保证采集的相关海洋水文数据的相对安全。
2、水下巡弋系统能够利用摄像系统实时监测水下状态，利用自身携带的模块化传感系统回传水文状况，可依据不同使用场景模块化安装传感器。
3、水下巡弋器搭载水下作业弹缩式机械臂，在恶劣海况下能够通过监测平台远程遥控进行干预性操作，避免养殖过程中造成不可逆损失。
4、巡弋器在阳光充足的情况下可与主机浮标系统桥接，进行无线充电，利用抓钩与主机浮标系统进行固定，防止充电过程位移。
5、主机浮标系统安装360°全景红外摄像系统，对养殖区进行无死角监控，对不明生物的接近及时预警，机身安装太阳能板，不依赖外部供电。
附图说明
图1远场多网融合原理；
图2北斗RDSS通信多网融合技术应用模式原理；
图3巡弋系统侧视图；
图4主机系统侧视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。
如图2所示，本发明融合数字电台通信、移动通信和北斗RDSS通信功能，根据各个信道的作用距离、通信带宽和使用限制条件不同,在应用中上层软件自动匹配选取适合的通信方式最终达到三网融合通信由海向陆传输信息的效果。
数字电台是数字式无线数据传输电台的简称，是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数字电台的使用从最早的按键电码、模拟电台加无线电MODEM,发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数据(300～1200bps)到高速数据(NX64K～NXE1)。因此通过数字电台,可以传输包括遥控逼测数据、动态图像等数据。数字电台的优点主要有两个：第一是通信带宽大，可以传输图像语音等信息；第二是无接人限制，因此可以在团体内实现数据的实时共享。但是数字电台有其距离限制，目前普通的数字电台对讲在空旷地区的有效应用距离大约在5km,适合于海洋牧场与远洋养殖的数据通信。
北斗RDSS通信的特点是不依赖于地面设施,通信距离没有限制。结合上述技术各自的优缺点,在终端使用设计时针对用户发出的通信请求进行识别,根据通信请求的距离、数据量大小不同，自动选取不同的通信方式。例如用户A要发送给B一条短信,如果A和B属于同一个团队之间,具有数字电台连接，则优先通过数字电台进行数据传输,如果A和B之间的距离超过了数字电台的作用范围，则首先进行自我判断,判断自己如果在移动通信覆盖范围内,则通过移动进行数据传输,如果此时不在移动通信覆盖范围内,则通过北斗RDSS通信方式进行传输,如果B不是北斗RDSS用户,只是通过手机(移动通信)与外界联系,则可以通过专用通信服务平台将数据转发到目标手机上。如果A发送的是语音或图像信息,则只能在数字电台和移动通信两个信道中进行判断选择,如果两个信道都不满足,则会告知用户数据无法及时发送,选择等待发送或取消发送。利用数字电台,用户还可以将数据同时发送给多个目标用户,从而实现团队间的数据共享功能。基于数字电台、移动通信和北斗RDSS通信的多网融合技术工作原理如图2所示。
在实际使用中，我们通过蓝牙和WIFI不同识别方式的区分，在应用中根据接入方式将两个信道进行了分离，从而使两个显控单元在接入同一个北斗RDSS终端时，也能够独立与终端进行数据交流,而不至于混为一体。
通过多网融合技术，能够充分使用各个信道的通信能力，在偏远无移动信号地区使用时也能够在一定程度上减轻对北斗RDSS通信的依赖程度,通过上层软件和通信服务平台的自动配合，使用户在使用时减少了对不同信道的手动选择,提升了用户的体验效果。北斗RDSS通信多网融合技术的应用模式如图2所示。
通过将多种通信技术融合使用，可实现单个或多个用户同时使用北斗RDSS通信终端时，不同使用需求最佳通信信道的自动匹配，多个信道配合使用,互补所短,通过终端软件和通信服务平台的自动兼容。
如图3和图4所示，本系统分为水下巡弋系统与主机浮标系统两部分。
水下巡弋系统包括水下巡弋器、耐压摄像头11、水文传感器12、弹缩式机械臂13、无线充电模组14、通信模组15、尾舵片16、LED探灯17、水平舵片18、模组传感系统19、锂电池组110、动力仓111和泵喷推进组112，该耐压摄像头11与LED探灯17配合拍摄水面以下场景；水文传感器12和模组传感系统19可依据客户需求配置模块化传感系统；密封舱搭载弹缩式机械臂13，可实现简单动作；通信模组15实现水下巡弋系统与主机浮标系统的水下通信；尾舵片16控制尾部方向；水平舵片18控制巡弋系统水平；动力仓111为推进电机。
主机浮标系统以浮标为主身包括通讯天线21、海洋传感系统22、稳定舵23、气象传感器24、全景摄像头25、太阳能板26、LED警示柱27、水平通讯机28、水下数据传输链29、数据处理主体210、锂电池211、抓钩212和无线电充电模组213；该海洋传感系统22搭载多种海洋传感系统，用于监测海水的动态数据；稳定舵23可以控制主机浮标系统的平衡；气象传感器24负责海面以上的气象数据勘测；全景摄像头25和LED警示柱27能够7*24h进行海域监测；太阳能板26吸收能量并存入锂电池211，为主机浮标系统提供能源供给；水平通讯机28和水下数据传输链29可以整合传输搜集的相关数据；数据处理主体210负责采集信息的整合分析；锂电池211储存电能，保障机组运行；抓钩212和无线电充电模组213配合，实现对水下巡弋系统的蓄能。
水下巡弋器日常生产模式在养殖区不断巡航，如遇突发状况弹缩式机械臂13弹出进行干预性操作，多种水文传感器12实时测定水文数据，发送至主机浮标系统，主机浮标系统通过水平通讯机28整理数据后通过水下数据传输链29回传监测平台，平台依托动态大数据分析海洋信息后实时将养殖区状态反馈给用户并提出相应改进机制，实现传统远洋渔业的信息化变革。
本发明利用北斗RDSS通信技术，保障水下巡弋器与监测平台的实时联动，同时保证采集的相关海洋水文数据的相对安全。水下巡弋系统能够利用影像实时监测水下状态，利用自身携带的水文传感器回传水文状况，依据不同使用场景模块化安装传感器。水下巡弋器搭载水下作业专用机械臂，在恶劣海况下能够通过监测平台远程遥控进行干预性操作，避免养殖过程中造成不可逆损失。巡弋器利用锂电池作为动力源，在阳光充足的情况下可与主机浮标系统桥接，进行无线充电，利用抓钩与主机固定，防止充电过程位移。主机浮标系统安装360°全景红外摄像系统，对养殖区进行无死角监控，对不明生物的接近及时预警，机身安装太阳能板，不依赖外部供电。
使用本系统，整套设备架设调试用时70分钟，能在15分钟内完成10*10m区域范围的水域的态势感知与海洋环境测定，用户能够在大陆利用移动终端联网进行养殖区海洋数据的接收与监测。相较于传统人工监测能够节省90％的时间，节约65％以上的燃油。

Claims (5)

1.一种基于北斗通讯系统的远洋渔业养殖水体巡测系统，其特征在于：包括实时测定水文数据的水下巡弋系统、接收来自水下巡弋系统测定的水文数据并对其数据进行整合分析的主机浮标系统和接收整合分析后的水文数据的监测平台；所述主机浮标系统通过北斗RDSS通信多网融合技术与监测平台进行实时联动，该监测平台依托动态大数据分析海洋信息后实时将养殖区状态反馈给用户并提出相应改进机制供用户决策，用户决策指令再回传至主机浮标系统，主机浮标系统将决策指令传达至水下巡弋系统；所述北斗RDSS通讯多网融合技术为采用数字电台通信、移动通信和北斗RDSS通信功能，根据各个信道的作用距离、通信带宽和使用限制条件不同，在应用中上层软件自动匹配选取适合的通信方式最终达到三网融合通信由海向陆传输信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗通讯系统的远洋渔业养殖水体巡测系统，其特征在于：所述主机浮标系统包括浮标主体、北斗RDSS通信天线、用于监测海洋状态的传感系统、用于吸收太阳能的吸能系统、将吸能系统吸收到的能量进行存储为主机浮标系统提供能源供给的储能系统、对收集的数据进行传输的通讯系统、对采集的数据进行整合分析的数据处理主体、对海域进行全天候监测的监测系统、用于与所述水下巡弋系统相固定的固定机构和无线电充电模块；所述通讯系统包括RDSS通讯、数字电台或移动通讯方式；
所述水下巡弋系统包括水下巡弋器、用于拍摄水面以下场景的摄像系统、用于回传水文状况的模块化传感系统、置于水下巡弋器密封舱内的弹缩式机械臂、实现水下巡弋系统和主机浮标系统的水下通讯的通讯模组；
所述水下巡弋系统通过模块化传感系统实时测定水文数据，并通过所述通讯模组将水文数据传输至主机浮标系统，该主机浮标系统通过数据处理主体对采集到的相关数据进行整合后结合实地信号情况择优选择RDSS通讯、数字电台或移动通讯方式将数据回传至监测平台；
所述监测平台对弹缩式机械臂进行远程遥控；
在阳光充足的情况下，水下巡弋器与主机浮标系统桥接，进行无线充电。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗通讯系统的远洋渔业养殖水体巡测系统，其特征在于：所述通讯系统对收集的数据进行整合传输，包括水下通讯机和水下数据传输链。
4.根据权利要求2所述的一种基于北斗通讯系统的远洋渔业养殖水体巡测系统，其特征在于：所述监测系统对海域进行全天候监测，包括360°红外全景摄像系统和LED警示柱。
5.根据权利要求2所述的一种基于北斗通讯系统的远洋渔业养殖水体巡测系统，其特征在于：所述传感系统包括搭载多种海洋传感系统用于监测海水的动态数据的海洋传感系统和负责海面以上的气象数据勘测的气象传感器。
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