CN110715648A - 一种实现智能网络的海洋监测系统及其海洋监测设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种实现智能网络的海洋监测系统及其海洋监测设备，包括：悬浮装置，用于提供浮力；传感器，设置于悬浮装置上，用于监测海洋环境的目标数据；网络通讯模块，包括用于提供第一通讯网络的第一通讯模组和用于提供第二通讯网络的第二通讯模组，以根据海洋监测设备所处的近海位置或远海位置、和/或网络的信号强度，智能切换使用第一通讯网络或第二通讯网络传输目标数据。本申请可以根据海洋监测设备所处的位置、或者当前使用的网络的信号强度，进行网络切换，避免连接不稳定、监测设备容易丢失、容易出现断网的问题。本申请能够降低天气的影响，解决了网络连接不稳定的问题。

Description

一种实现智能网络的海洋监测系统及其海洋监测设备

技术领域

本申请涉及监控设备技术领域，特别是涉及一种实现智能网络的海洋监测系统及其海洋监测设备。

背景技术

近年来，我国一些沿海地区连续发生油库、危险品存放区爆炸事件所造成的污染严重威胁生态环境安全和人体健康。溢油事件发生后，油膜蔓延的速度、方向、及溢油量的实时跟踪，对第一时间进行污染控制起到决定性的因素，以往采用直升机和船只跟踪的方式，只能在一定程度上进行小范围和小尺度的跟踪监测，而实际应用中迫切需要一种中大尺度的检测跟踪手段。

各科研机构和高校及海洋管理部门在海洋监测和调查方面的工作都有巨幅提升。参与海试的仪器设备数量剧增，与此同时因为沉没、丢失、等原因造成的仪器流失问题也随之加大。特别是在潜标、浮标等高价值科研仪器的海试中，由于天气、海况等各种复杂因素造成的仪器无法发现和回收所造成的损失每年也达上数千万人民币以上。

海洋浮标是一种现代化的海洋观测设施，研制始于四十年代末～五十年代初。

六十年代，在海洋调查中开始试用海洋浮标。

七十年代中期，浮标技术趋于成熟，进入实用阶段。它浮于海面上并锚定在指定位置，用来收集海洋环境资料，并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力，并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。海洋浮标与卫星、飞机、调查船、潜水器及声波探测设备一起，组成了现代海洋环境主体监测系统。是目前在位置信息和典型水文信息监测方面主要应用的技术手段之一。

世界上有美国、俄罗斯、加拿大、英国、法国、西德、日本、挪威、荷兰、和澳大利亚等十多个国家在发展海洋浮标。据不完全统计，各国研制和使用的锚泊浮标有200多个，漂流浮标1000多个。其中主要市场占有并销售的集中在 Microstar FZS3-1、西班牙AMT公司MD03、拉格朗日漂流浮标、Marine Instruments表层漂流浮标、WOCE海洋浮标、日本ngk和法国NKE浮标。

在全球占主导地位的是美国的Argos系统，目前在全球海域已有160多万个不同类型的追踪浮标在运行。

我国从六、七十年代开始，分别开展了锚泊浮标和潜标的研制工作。在1965 年，通过全国会战研制了第一套H23型2m×1.5m(米)船形浮标。经历了2H23 型、HFB-1型、南浮1号、科浮2号、FZF2-1型、FZS1-1型几代浮标的演变。山东省科学院海洋仪器仪表研究所始建于1966年，是我国最早从事海洋技术理论研究和应用研究、海洋仪器设备研究、开发、生产的科研机构。主要是气象、水温、水质(化学、生物等)方面的研究。

1985年开始建设我国的海洋水文气象浮标网，从英国MAREX公司引进了 8套DS14型3m圆盘式浮标，同时在“七五”重点科技攻关项目中，研制了 FZF2-1型10m圆盘式浮标和FZS1-1型3m圆盘式浮标，浮标工作得到了较为迅速的发展。国家海洋技术中心主要研发在特殊环境下的浮标的研究，其主要方面有小型多参数海洋环境监测浮标-3m直径多参数海洋环境监测浮标。

该浮标继承了技术中心原有的浮标技术基础，并充分跟踪借鉴国际先进的浮标技术，采用小型圆盘形标体，具有以下一些特点：

1、小型化、多参数和水文剖面参数测量：计算机技术、低功耗和太阳能技术的应用，使得浮标装载的测量仪器设备实现了小型化和低功耗，给浮标小型化提供了足够的空间，并实现了多参数观测，同时有较好的水动力特性，能较为方便地满足水文剖面监测对浮标的要求。大大减小了浮标的制造和运行费用，使用方便、灵活，易于运输。

2、首次使用了国际上先进的弹性绷紧系留系统：利用连接在系留系统中的弹性元件的调节作用，使系留索处于绷紧状态。浮标始终运动在水面，随波性良好，使波浪参数的测量更加准确；

3、应用感应耦合数据传输技术，进行水下剖面测量数据实时传输：采用技术先进的感应耦合传输式温盐深传感器，安装在水下系留索的不同深度，利用包塑系留钢索与海水构成感应回路，通过系留缆将测量数据传输到浮标数据舱内，实现了从水面到水下的立体实时观测。

4、性能优越的低功耗高可靠数据采集处理器，应用于小型浮标进行海流剖面测量：主要监测参数如下：风速、风向、气温、湿度、气压、表层温度、盐度、剖面温度、盐度、波浪参数、海流剖面等。

1986年，我国完成FSS1-2型千米测流潜标系统的研制工作，基本掌握了系统设计、制造、布放、回收等技术；“七五”期间开展了深海测流潜标系统实用技术研究，使潜标系统的相关技术得到了较大的发展，提高了潜标系统对船舶的适应性和海区适应性。并在中日联合黑潮调查中，多次应用了海洋调查潜标系统。

2000年开始以中科院、青岛海洋所等机构开始研发浮标系统的关键技术，在定位，位置信息传送、搭载传感器等方面有了长足的进步。2012年8月4日中国第五次北极科考队在北纬70度、东经3度的挪威海布放了中国首个极地大型海洋观测浮标，这也是中国首次将自主研发的浮标和观测技术推广到北极海域，并利用大型浮标对海气相互作用进行连续观测。

但是，现有技术中，用于海洋监测的海洋浮标，一般是以北斗卫星模组进行网络通信，组网单一、连接不稳定、容易出现丢失、断网等情况，而且容易被恶劣的天气环境影响工作性能。因此，本技术领域亟需提供一种新的海洋监测用的监测设备。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种实现智能网络的海洋监测系统及其海洋监测设备，可以有效地避免现有技术中使用北斗卫星模组进行通信时，由于组网单一而导致的连接不稳定、监测设备容易丢失、容易出现断网的问题，能够有效地解决网络使用的问题，而且能够降低恶劣天气所造成的影响，提高系统设备的工作稳定性能。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种实现智能网络的海洋监测设备，所述海洋监测设备包括：

悬浮装置，用于提供使所述海洋监测设备悬浮于海洋环境的浮力；

传感器，设置于所述悬浮装置上，用于监测所述海洋环境的目标数据；

网络通讯模块，所述网络通讯模块包括用于提供第一通讯网络的第一通讯模组和用于提供第二通讯网络的第二通讯模组，以根据所述海洋监测设备所处的近海位置或远海位置、和/或网络的信号强度，智能切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络传输所述目标数据。

为解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种实现智能网络的海洋监测系统，所述海洋监测系统采用上述的海洋监测设备，所述海洋监测系统还包括：

云计算服务器，与所述海洋监测设备通过所述网络通讯模块实现网络连接，并用于对所述传感器检测的目标数据进行处理；

和/或大数据平台，用于处理/存储所述目标数据。

上述实现智能网络的海洋监测系统及其海洋监测设备，所述网络通讯模块设置的第一通讯模组和第二通讯模组，可以根据所述海洋监测设备所处的近海位置或远海位置、或网络的信号强度，智能切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络进行网络通信。通过这种方式，本申请可以根据海洋监测设备所处的位置、或者当前使用的网络的信号强度，而择优地进行网络切换，避免连接不稳定、监测设备容易丢失、容易出现断网的问题。本申请利用双网络、智能切换的组合方式，能够降低恶劣天气所造成的影响，解决了网络连接不稳定的问题，并有效地提高系统设备的工作稳定性能。

附图说明

图1为一实施例中海洋监测设备的部分结构剖面视图；

图2为图1所示实施例中Ⅰ部分放大结构示意图；

图3为图1所示实施例中Ⅱ部分放大结构示意图；

图4为一实施例中海洋监测设备的结构示意图；

图5为图4所示海洋监测设备的剖面结构示意图，其中，还标示了海洋监测设备的重心位置区域120。

具体实施方式

在一个实施例中，请参阅图1到图3，图1为一实施例中海洋监测设备的部分结构剖面视图，图2为图1所示实施例中Ⅰ部分放大结构示意图，图3为图1 所示实施例中Ⅱ部分放大结构示意图。

在本实施例中，本申请实现智能网络的海洋监测设备包括但不限于悬浮装置(未标示)、传感器(图未示)和网络通讯模块(图未示)。

需要说明的是，所述悬浮装置用于提供使所述海洋监测设备悬浮于海洋环境的浮力。其中，所述悬浮装置可以根据天气情况而自动调节悬浮的位置，比如风平浪静时可以大部分浮出于水面、而波涛汹涌时则可以调节浮力而潜入水中隐藏。或者，可以根据监测对象的不同，而自动调整其悬浮位置。

所述传感器设置于所述悬浮装置上，用于监测所述海洋环境的目标数据。其中，所述传感器可以根据所监测的对象，而选择性地设置在所述悬浮装置的外表面、内部，其连接方式也可以为可拆卸式、固定焊接、螺纹连接等。本实施例的传感器可以用于监测风速、风向、气温、湿度、气压、表层温度、盐度、剖面温度、盐度、波浪参数、海流剖面等。当然，在优选的实施例中，还可以用于拍摄照片、录制视频等，在此不作限定。

所述网络通讯模块包括用于提供第一通讯网络的第一通讯模组和用于提供第二通讯网络的第二通讯模组，以根据所述海洋监测设备所处的近海位置或远海位置、和/或网络的信号强度，智能切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络传输所述目标数据。

需要指出的是，所述悬浮装置长期处于水面漂浮，受日照、波浪影响姿态始终处于不稳定的摇摆状态，不利于信号的发送和接受，特别是在极端气象天候时如台风、大潮等情况下，还要兼顾来自未知物体的碰撞和冲击所造成的结构性损伤。

因此，其材料和结构的设置方式都需要综合考虑上述因素，如图1所示，本实施例的所述悬浮装置包括连接设置的上盖体11和悬浮主体12，所述上盖体 11和悬浮主体12之间采用O形密封圈110进行密封连接。

本实施例O形密封圈110的填充位置、面平整光洁且作精密处理，保障不大于0.02mm(毫米)的加工精度。此外，所述上盖体11、悬浮主体12与O形密封圈110之间保障0.6mm的间歇配合，以实现IP68级别以上的防水防尘要求，且可耐压防水不小于10m。

其中，所述悬浮主体12的材料可以为POM(polyformaldehyde，聚甲醛，热塑性结晶聚合物，誉为“超钢”或者“赛钢”，聚氧亚甲基)材料，以利用其良好的电气性质和复原性、润滑性及良好的耐磨性、尺寸稳定性优、机械强度高、较高的疲劳强度和环境抵抗性，耐有机溶剂性佳、耐反覆冲击性强等特点。

在本实施例中，为了使网络更加稳定，如图5所示，所述移动通讯模组和所述北斗通信模组的收发天线20可以固定设置于所述上盖体11内，以通过浮力支撑突出于海水平面，避免被海水影响、干扰网络通信连接。

请进一步参阅图4，所述悬浮装置还包括悬浮体14，套设于所述悬浮主体 12上，并位于所述悬浮装置的重心位置区域120处，通过这种方式，可以提高悬浮装置的结构强度和浮力。此外，所述悬浮体14通过紧固件的方式夹持固定于所述悬浮主体12上。其中，所述紧固件可以包括相对设置的上紧固件141、下紧固件142，所述上紧固件141、下紧固件142分别与所述悬浮主体12紧密连接，并将所述悬浮体14夹持固定于所述悬浮主体12上。

需要指出的是，本实施例还可以设置电池21等质量较大的部件，这部分部件优选地均紧邻重心位置区域120处设置，而使得整体重心偏下，保证设备不会产生过多的摇摆、翻转动作。

在图4中，所述悬浮装置还包括防侧翻悬挂物15、连接所述悬浮主体12设置的下盖体14，所述下盖体14和悬浮主体12之间采用另一O形密封圈130进行密封连接，所述下盖体14部分或全部位于所述悬浮主体12下方，所述防侧翻悬挂物15连接所述下盖体14设置。

本实施例所述另一O形密封圈130的填充位置、面平整光洁且作精密处理，保障不大于0.02mm的加工精度。此外，所述下盖体13、悬浮主体12与所述另一O形密封圈130之间保障0.6mm的间歇配合，以实现IP68级别以上的防水防尘要求，且可耐压防水不小于10m。

在优选的实施例中，所述传感器为九轴姿态传感器，用于检测并输出加速度数据、磁力计数据、陀螺仪数据、以欧拉角表示的姿态角、以四元数表示的姿态角和运动加速度。

需要说明的是，所述第一通讯模组为移动通讯模组，第二通讯模组为北斗通信模组，其中，所述移动通讯模组优选地用于实现近海位置的网络通讯，所述北斗通信模组用于实现远海位置的网络通讯。

进一步而言，所述移动通讯模组包括3G/4G/5G移动通信收发模块，所述北斗通信模组集成包括RDSS射频收发芯片、功放芯片和基带电路，并用于兼容接收RDSS(RadioDetermination Satellite Service，卫星无线电测定业务)、 RNSS/GPS，RNSS(RadioNavigation Satellite System，卫星无线电导航业务卫星导航信号)，GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)。通过此种方式，本实施例所述网络通讯模块集成度高、功耗低、兼容接收RDSS、RNSS/GPS卫星导航信号，实现实时高精度定位、测速等，同时利用北斗通信的短报文传送功能实现数据传送，通过北斗基站连接互联网终端(比如笔记本电脑、台式电脑、平板电脑甚至手机等)，也可以上传至数据处理中心，以实现远海条件下的海洋监测需求。而3G/4G/5G移动通信收发模块通过移动通信基站，直接连接移动互联网，将目标数据上传至数据处理中心等。

不难理解的是，在近海位置，比如近岸的、沿岸、江河湖流域的3G/4G网络具备很高的信号覆盖，且数据传输的携带能力强大，因此在这部分位置优选地采用移动通讯模组，可实时传送位置信息、综合传感器目标数据及高清视频影像等。而在远海位置，比如远离海岸线和离岛的海区，采用所述北斗通信模组、利用北斗卫星短报文通讯模式可覆盖我国及亚太大部分海区。

值得一提的是，所述网络通讯模块还可以包括控制模组，用于根据所述海洋监测设备所处的位置切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络、和/或根据所述第一通讯网络或第二通讯网络的信号强度切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络。

举例而言，当设备处于远海而3G/4G/5G通讯网络覆盖不到的区域时，控制模组会进行信号扫描确认没有3G/4G/5G通讯网络信号时，将自主切换到所述北斗通信模组的北斗短报文通讯模式，并将未发送的存留数据信息，转换到短报文模式利用北斗短报文发送位置信息并附带发送传感器的目标数据信息。其中，是在远海当海况原因造成一定时间无法传送信息时，本实施例海洋监测设备可以先将实时的目标数据进行信息缓存，等待海况转好后北斗卫星信号接收正常时再进行发送。

其中，为了节约设备的内部空间，所述移动通讯模组和所述北斗通信模组共用同一发射机，所述发射机择一导通所述移动通讯模组或所述北斗通信模组，所述北斗通信模组的收发天线20为四频组合天线。

需要说明的是，所述网络通讯模块还用于进行定位，其具体可以采用 ATGM331模块，所述ATGM331模块是BDS(北斗卫星导航系统)/GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球卫星导航系统)的总称，通过这种方式，本申请可以实现六合一多模卫星导航定位功能，可以包含32个跟踪通道，可以同时接收六个卫星导航系统的GNSS信号，并且实现联合定位、导航与授时等。

本申请可以根据海洋监测设备所处的位置、或者当前使用的网络的信号强度，而择优地进行网络切换，避免连接不稳定、监测设备容易丢失、容易出现断网的问题。本申请利用双网络、智能切换的组合方式，能够降低恶劣天气所造成的影响，解决了网络连接不稳定的问题，并有效地提高系统设备的工作稳定性能。

在一个实施例中，本申请还提供一种实现智能网络的海洋监测系统，所述海洋监测系统可以采用任一上述实施例所述的海洋监测设备，所述海洋监测系统包括但不限于云计算服务器和/或大数据平台。

所述云计算服务器与所述海洋监测设备通过所述网络通讯模块实现网络连接，并用于对所述传感器检测的目标数据进行处理。所述大数据平台，用于处理/存储所述目标数据。

需要说明的是，本实施例所述云计算服务器可以采用中兴通讯的云计算ZXCLOUD，具体可以采用如ZXCLOUD E9000刀片服务器，此外，本实施例还可以采用云存储如ZXCLOUD KS10000的EB(艾字节)级别的海量存储。此外，所述大数据平台可以采用中兴通讯大数据平台GoldenData，以此可提供海量数据的采集、存储、计算、分析等端到端功能的一站式处理平台。

本实施例可以利用所述平台的可管理、运维监控、资源调度能力、统一安全管理、多租户/开放服务等优势，可按业务场景进行灵活选择服务组件，并可提供配套咨询、运维支持服务。通过这种方式，本申请可实现从多个数据源(海洋监测设备)采集上来的目标数据，转换成适合所述海洋监测系统的存储和分析格式并装载存储到大数据平台；接着，云计算服务器作为一个海量数据处理与分析的平台，融合分布式存储与计算、分布式数据仓库以及互联网云计算服务等，以云计算服务的形式实现海量数据的分享与处理。

值得一提的是，本实施例采用的云计算ZXCLOUD，可以进行面向海量数据处理和大规模计算类型的复杂应用，提供任务编排、执行的功能，其具体以 Java Web(用Java技术解决相关web互联网领域的技术总和)应用程序的形式运行在Java servlet容器，并使用数据库来存储工作流定义、当前运行的工作流实例，本实施例的云计算ZXCLOUD可以自动检测故障和系统热点，重试失败任务，保证系统功能的稳定并可靠运行直到完成。

本实施例的海洋监测系统可以进行海洋观测、灾害预计预报、通讯、水文和大气等数据获取及演算演示等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种实现智能网络的海洋监测设备，其特征在于，所述海洋监测设备包括：

悬浮装置，用于提供使所述海洋监测设备悬浮于海洋环境的浮力；

传感器，设置于所述悬浮装置上，用于监测所述海洋环境的目标数据；

网络通讯模块，所述网络通讯模块包括用于提供第一通讯网络的第一通讯模组和用于提供第二通讯网络的第二通讯模组，以根据所述海洋监测设备所处的近海位置或远海位置、和/或网络的信号强度，智能切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络传输所述目标数据。

2.根据权利要求1所述的海洋监测设备，其特征在于，所述第一通讯模组为移动通讯模组，第二通讯模组为北斗通信模组。

3.根据权利要求2所述的海洋监测设备，其特征在于，所述移动通讯模组包括3G/4G/5G移动通信收发模块，所述北斗通信模组集成包括RDSS射频收发芯片、功放芯片和基带电路，并用于兼容接收RDSS、RNSS/GPS卫星导航信号。

4.根据权利要求3所述的海洋监测设备，其特征在于，所述网络通讯模块还包括控制模组，用于根据所述海洋监测设备所处的位置切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络、和/或根据所述第一通讯网络或第二通讯网络的信号强度切换使用所述第一通讯网络或第二通讯网络。

5.根据权利要求3所述的海洋监测设备，其特征在于，所述移动通讯模组和所述北斗通信模组共用同一发射机，所述发射机择一导通所述移动通讯模组或所述北斗通信模组，所述北斗通信模组的收发天线为四频组合天线。

6.根据权利要求3或5所述的海洋监测设备，其特征在于，所述悬浮装置包括连接设置的上盖体和悬浮主体，所述上盖体和悬浮主体之间采用O形密封圈进行密封连接。

7.根据权利要求6所述的海洋监测设备，其特征在于，所述移动通讯模组和所述北斗通信模组的收发天线固定设置于所述上盖体内，以通过浮力支撑突出于海水平面。

8.根据权利要求6所述的海洋监测设备，其特征在于，所述悬浮装置还包括悬浮体，套设于所述悬浮主体上，并位于所述悬浮装置的重心位置区域，所述悬浮体通过紧固件的方式夹持固定于所述悬浮主体上。

9.根据权利要求8所述的海洋监测设备，其特征在于，所述悬浮装置还包括防侧翻悬挂物、连接所述悬浮主体设置的下盖体，所述下盖体和悬浮主体之间采用O形密封圈进行密封连接，所述下盖体部分或全部位于所述悬浮主体下方，所述防侧翻悬挂物连接所述下盖体设置。

10.根据权利要求1所述的海洋监测设备，其特征在于，所述传感器为九轴姿态传感器，用于检测并输出加速度数据、磁力计数据、陀螺仪数据、以欧拉角表示的姿态角、以四元数表示的姿态角和运动加速度。

11.一种实现智能网络的海洋监测系统，其特征在于，所述海洋监测系统采用根据权利要求1-10任一项所述的海洋监测设备，所述海洋监测系统还包括：

云计算服务器，与所述海洋监测设备通过所述网络通讯模块实现网络连接，并用于对所述传感器检测的目标数据进行处理；

和/或大数据平台，用于处理/存储所述目标数据。

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