CN111476994B - 水下监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下监测系统，包括岸基控制器和水下接驳盒，所述水下接驳盒通过级联扩展；其中，所述水下接驳盒分别通过海缆连接前一级的水下接驳盒和后一级的水下接驳盒以通信和传递电力，第一级的水下接驳盒通过海缆连接所述岸基控制器以通信和传递电力。本发明的水下监测系统，包含的水下接驳盒可以根据需要进行级联扩展，各节点的水下接驳盒之间由海缆连接，通过海缆将岸基控制器的电力逐级传递至各个节点的水下接驳盒，同时通过海缆将各个节点水下接驳盒的检测数据传输至岸基控制器，实现监测系统的灵活扩展，并满足更高速率通信要求。

Description

水下监测系统
技术领域
本发明涉及水下监测网络技术领域，具体涉及一种水下监测系统。
背景技术
经过多年的研究与发展，海洋环境监测在技术手段、监测方法、目标设定上取得了长足的进步，对水文气象参数、水质生物状态参数、物理化学参数等海洋要素监测提供了有效地解决方案，相继衍生出一些新的水下探测技术，如海底原位观测。传统监测技术(自容式原位观测)受制于能源供给与数据传输，无法实现长期实时在线监测。东海海底观测小衢山试验站、南海海底观测试验系统等项目，通过海缆与岸基联网解决能源供给与数据传输限制，提供了一种对海洋环境要素监测的新的解决方案。两者的成功建设与运行，在一定程度上填补了我国在海底有缆方面的技术空白。但是，存在两个方面的技术缺陷：第一，系统整体扩展性不强；第二，整套系统在低成本下高速率数据传输受到一定限制，其具体表现在：光纤通信能够实现高速率数据传输，但光纤通信的成本高；电力载波通信的成本远低于光纤通信，但电力载波通信无法进行高速率的数据传输。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够级联扩展、满足更高速率通信要求的水下监测系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水下监测系统，包括岸基控制器和水下接驳盒，所述水下接驳盒通过级联扩展；其中，所述水下接驳盒分别通过海缆连接前一级的水下接驳盒和后一级的水下接驳盒以通信和传递电力,第一级的水下接驳盒通过海缆连接所述岸基控制器以通信和传递电力。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述水下接驳盒与前一级的水下接驳盒之间根据通信距离选择载波通信或者光纤通信；以及，所述水下接驳盒与后一级的水下接驳盒之间根据通信距离选择载波通信或者光纤通信；其中，选择载波通信的水下接驳盒配置有双通道载波通信设备。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述海缆还包括两个导电线芯，由所述海缆连接的两端通过所述导电线芯传递电力。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述水下接驳盒内均设有数据采集控制器，且所述水下接驳盒内的所述数据采集控制器能够扩展至多个，所述水下接驳盒内的多个数据采集控制器均各自独立的与水下检测仪器连接以供电和数据传输。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述岸基控制器给级联扩展的所有水下接驳盒供电；其中，所述水下接驳盒的供电由前一级的水下接驳盒控制。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述水下接驳盒均包括开关模块和主控模块，所述开关模块用于控制后一级的水下接驳盒的电力接通或者断开；所述主控模块用于当后一级的水下接驳盒出现故障时控制所述开关模块以断开后一级水下接驳盒的电力。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述水下接驳盒均包括监测模块，所述监测模块连接主控模块，其用于监测所述水下检测仪器的运行状态，所述主控模块用于当所述水下检测仪器运行异常时判断出所述水下接驳盒出现故障。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述水下接驳盒将由水下检测仪器采集的检测数据和由所述监测模块获取的运行状态数据通过前一级的水下接驳盒透传至所述岸基控制器。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述水下接驳盒内均设有电源模块，所述电源模块由冗余降压电源模组提供前级输入电压，再经过DC/DC转换成多种输出电源；其中，所述多种输出电源包括内部电源和外部电源；所述内部电源用于水下接驳盒内各功能模块供电的电源转换，所述外部电源用于水下检测仪器供电的电源转换。
本发明的有益效果：
本发明的水下监测系统，包含的水下接驳盒可以根据需要进行级联扩展，各节点的水下接驳盒之间由海缆连接，通过海缆将岸基控制器的电力逐级传递至各个节点的水下接驳盒，同时通过海缆将各个节点水下接驳盒的检测数据传输至岸基控制器，实现监测系统的灵活扩展，并满足更高速率通信要求。
附图说明
图1是本发明优选实施例中水下监测系统的结构框图；
图2是本发明优选实施例中海缆的截面示意图；
图3是本发明优选实施例中水下接驳盒内部结构框图。
图中标号说明：
10-岸基控制器；
20a，20b，20c，20d-水下接驳盒，21-双通道载波通信设备，22-数据采集控制器，23-开关模块，24-主控模块，25-监测模块，26-电源模块；
30-海缆，31-通信线芯，32-导电线芯；
40-水下检测仪器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例公开一种水下监测系统，由岸基控制器10和多个水下节点组网而成，各个水下节点均配置水下接驳盒，用于控制和检测水下数据(包括环境数据、生物数据等)。上述岸基控制器10配置有电力转换设备和通信设备，通过电力转换设备将市电输入的220VAC转换为合适水下节点的设备(包括水下接驳盒)使用的电力，通过通信设备和水下节点的设备进行通信。
参照图1所示，各个节点的水下接驳盒(20a，20b，20c，20d)通过级联扩展；其中，上述水下接驳盒20c分别通过海缆30连接前一级的水下接驳盒20b和后一级的水下接驳盒20d、第一级的水下接驳盒20a通过海缆30连接上述岸基控制器10以通信和传递电力。各节点的水下接驳盒之间由海缆30连接，通过海缆30将岸基控制器10的电力逐级传递至各个节点的水下接驳盒，同时通过海缆将各个节点水下接驳盒的检测数据传输至岸基控制器10，实现监测系统的灵活扩展。另一方面，各节点级联通信相较于各节点与岸基控制器10分别独立通信具有更高的通信速率，并由于级联通信减少了海缆使用量进而降低系统组网成本。
参照图2所示，上述海缆30包括两个通信线芯31和两个导电线芯32，上述两个通信线芯31绞合为双绞通信线，由上述海缆30连接的两端通过上述双绞通信线实现双通道通信，由上述海缆30连接的两端通过上述导电线芯31传递电力。双绞通信线相较于平行线大幅度提高通信速率。
上述水下接驳盒20c与前一级的水下接驳盒20b之间根据通信距离选择载波通信或者光纤通信；以及，上述水下接驳盒20c与后一级的水下接驳盒20d之间根据通信距离选择载波通信或者光纤通信。水下接驳盒级联组网时，根据实际通信距离选择通信方式，比如，两个节点短距离通信(比如1KM以内)时选择载波通信；长距离通信(比如5KM以外)时选择光纤通信。其中，选择载波通信的水下接驳盒配置有双通道载波通信设备21，双通道载波通信设备21采用OFDM载波技术通信，双绞通信线和OFDM载波技术的使用能够提高载波通信的通信速率。比如，传统1KM通信距离内载波通信的传输速率只能在1Mbps左右，本发明双绞通信线和OFDM载波技术的使用，1KM通信距离内的传输速率能达到40-50Mbps。
第二方面，上述水下接驳盒(20a，20b，20c，20d)内均设有数据采集控制器22，且上述水下接驳盒(20a，20b，20c，20d)内的上述数据采集控制器22能够扩展至多个，上述水下接驳盒(20a，20b，20c，20d)内的多个数据采集控制器22均各自独立的与水下检测仪器40连接以供电和数据传输。水下接驳盒内的数据采集控制器22独立与水下检测仪器连接进行供电和数据传输，进一步拓宽监测系统的扩展灵活性，且各数据采集控制器各自独立运行，任一数据采集控制器或者水下检测仪器出现故障不会影响水下接驳盒内其它设备的正常运行。
上述岸基控制器10给级联扩展的所有水下接驳盒供电；其中，上述水下接驳盒的供电由前一级的水下接驳盒控制。具体的，参照图3所示，上述水下接驳盒均包括开关模块23和主控模块24，上述开关模块23用于控制后一级的水下接驳盒的电力接通或者断开；上述主控模块24用于当后一级的水下接驳盒出现故障时控制上述开关模块23以断开后一级水下接驳盒的电力。
本实施例优选技术方案中，上述水下接驳盒均包括监测模块25，上述监测模块25连接主控模块24，其用于监测上述水下检测仪器40的运行状态，上述主控模块24用于当上述水下检测仪器40运行异常时判断出上述水下接驳盒出现故障。此处水下检测仪器40运行异常包括过流或者过压或者短路，一旦监测到水下检测仪器40运行异常，主控模块24控制开关模块23以断开后一级水下接驳盒的电力，实现快读保护，保证水下接驳盒高可靠性运行。
上述水下接驳盒(20a，20b，20c，20d)将由水下检测仪器采集的检测数据和由上述监测模块获取的运行状态数据通过前一级的水下接驳盒透传至上述岸基控制器10。通信数据透传至岸基控制器10，保证传输质量的同时不对传输数据做业务处理，利于进一步提高通信速率。
另外，参照图3所示，上述水下接驳盒内均设有电源模块26，上述电源模块由冗余降压电源模组提供前级输入电压，再经过DC/DC转换成多种输出电源；其中，上述多种输出电源包括内部电源和外部电源；比如，实现DC24V/5V/3.3V的电压转换；上述内部电源用于水下接驳盒内各功能模块供电的电源转换，上述外部电源用于水下检测仪器40供电的电源转换。比如，转换输出12V/24V电压，输出功率可按水下检测仪器使用功率进行配置，比如，30～60W。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种水下监测系统，包括岸基控制器和水下接驳盒，其特征在于：所述水下接驳盒通过级联扩展；其中，所述水下接驳盒分别通过海缆连接前一级的水下接驳盒和后一级的水下接驳盒以通信和传递电力,第一级的水下接驳盒通过海缆连接所述岸基控制器以通信和传递电力；
所述水下接驳盒内均设有数据采集控制器，且所述水下接驳盒内的所述数据采集控制器能够扩展至多个，所述水下接驳盒内的多个数据采集控制器均各自独立的与水下检测仪器连接以供电和数据传输；
所述海缆包括两个通信线芯，所述两个通信线芯绞合为双绞通信线，由所述海缆连接的两端通过所述双绞通信线实现双通道通信；
所述海缆还包括两个导电线芯；
所述水下接驳盒与前一级的水下接驳盒之间根据通信距离选择载波通信或者光纤通信，以及，所述水下接驳盒与后一级的水下接驳盒之间根据通信距离选择载波通信或者光纤通信；选择载波通信的水下接驳盒配置有双通道载波通信设备；其中，当两个节点的水下接驳盒的通信距离为1KM以内时，选择载波通信；当两个节点的水下接驳盒的通信距离为5KM以外时，选择光纤通信。
2.如权利要求1所述的水下监测系统，其特征在于：由所述海缆连接的两端通过所述导电线芯传递电力。
3.如权利要求1所述的水下监测系统，其特征在于：所述岸基控制器给级联扩展的所有水下接驳盒供电；其中，所述水下接驳盒的供电由前一级的水下接驳盒控制。
4.如权利要求3所述的水下监测系统，其特征在于：所述水下接驳盒均包括开关模块和主控模块，所述开关模块用于控制后一级的水下接驳盒的电力接通或者断开；所述主控模块用于当后一级的水下接驳盒出现故障时控制所述开关模块以断开后一级水下接驳盒的电力。
5.如权利要求4所述的水下监测系统，其特征在于：所述水下接驳盒均包括监测模块，所述监测模块连接主控模块，其用于监测所述水下检测仪器的运行状态，所述主控模块用于当所述水下检测仪器运行异常时判断出所述水下接驳盒出现故障。
6.如权利要求5所述的水下监测系统，其特征在于：所述水下接驳盒将由水下检测仪器采集的检测数据和由所述监测模块获取的运行状态数据通过前一级的水下接驳盒透传至所述岸基控制器。
7.如权利要求1所述的水下监测系统，其特征在于：所述水下接驳盒内均设有电源模块，所述电源模块由冗余降压电源模组提供前级输入电压，再经过DC/DC转换成多种输出电源；其中，所述多种输出电源包括内部电源和外部电源；所述内部电源用于水下接驳盒内各功能模块供电的电源转换，所述外部电源用于水下检测仪器供电的电源转换。
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