CN111547190A - 蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法及云组件 - Google Patents

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CN111547190A CN202010266359.9A CN202010266359A CN111547190A CN 111547190 A CN111547190 A CN 111547190A CN 202010266359 A CN202010266359 A CN 202010266359A CN 111547190 A CN111547190 A CN 111547190A
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Abstract

本发明公开一种蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法及云组件，属于海洋监测技术领域，蜂窝式通讯的监控浮标包括浮力机构、无动力平衡机构、风力发电装置及信号平台，采用点对点或点对多点的通讯组网方法并利用云组件对浮标采集的海洋环境及浮标运行状态数据进行实时监控操纵。本发明减少了风向不垂直于叶片时对风力发电机产生的载荷噪音及磨损，提高风能利用率，使信号更加稳定、节能环保，且具备自组网、自愈合功能，可通过运动规划实现组队变形，抗干扰、长时间免维护、部署和施工成本低、自动化程度高，可统一协调管理调度及数据共享，保障目标海域监测及通信系统合理高效运行，应用范围广。

Description

蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法及云组件
技术领域
本发明属于海洋监测技术领域，具体涉及蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网 方法及云组件。
背景技术
海洋监控浮标是在浮标上搭载传感器监控海洋常规水文、气象、水质及运航 环境等要素，用以反映海洋环境情况，并通过浮标的通信系统实时发送到数据中 心。而随着经济发展及科技提升，人们对海洋资源的开发探索活动越来越频繁密 切，海上贸易、海上油田开采、海上水产养殖、海岛景区旅游等行业也迅速发展。 由于海上环境复杂多变，人们在获取丰富海洋资源的同时，也承担着海上突发事 故的高危风险。目前，我国海洋监控浮标系统及其通信技术尚处在较低层次的应 用阶段，只能满足普通海事活动的监测及常规通信需求。而且，现有各种通信系 统之间相互孤立，缺乏统一的协调管理机制，不能保障整个海洋通信系统合理、 高效地运行。针对上述问题，本发明提出一种能够满足统一调度、行动高效、传 输稳定、生存力强的蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法及云组件，具有实时、自动、长期、连续的特点，可为海洋环境保护、海洋牧场开发及防灾减灾等提供 决策支持及实时信息服务。
发明内容
本发明的目的在于提供蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法及云组件，采 用无动力运动平衡机构解决了因受风浪影响造成监控浮标上的风力发电装置的 叶片装置在不垂直受风而带来的载荷噪音及磨损现象、提高风能利用率，同时解 决了信号平台受风浪影响产生颠簸、震动、倾斜等造成的信号不稳定的现象；监 控浮标系采用点对点或点对多点的通讯组网方法，具备自组网、自愈合、自保护 功能，无需设置网络中心点或中继点，可通过运动轨迹规划实现组队变形，抗干 扰性强、适应范围广；利用云组件对浮标采集的海洋环境及浮标运行状态数据进 行实时操纵监控及数据共享，时效性好。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：蜂窝式通讯的监控浮标，包括 浮力机构、风力发电装置和锚，风力发电装置垂直安装在漂浮于海上的浮力机构 的上表面中间，锚安装于浮力机构下表面中间，其特征在于：浮力机构包括能够 进行自主移动的螺旋桨驱动装置；浮力机构和风力发电装置中间连接有平衡机构； 风力发电装置包括水平轴风力发电机，风力发电机的筒体下方连接有风力发电机 法兰，筒体上方通过摆动导杆机构连接有信号平台；锚为电动锚。
监控浮标采用弹簧体和万向机构形成的无动力运动平衡机构，可带动其上方 安装的风力发电装置和信号平台在不断起伏的海面进行重力自适应，且当风向不 断变化时，实现风力发电装置的叶片装置轴心始终平行于风向，信号平台在该平 衡机构作用下始终相对于平稳，具有减震作用，且摆动导杆机构通过采集的浮力 机构和风力发电装置的累加倾角可调节信号平台始终平行于海面线，该机构反应 灵敏、环保不耗电，且能够提高风能利用率并减少风向不平行于叶片装置轴心带 来的载荷噪音及磨损、信号稳定、适应性强；利用风力发电装置维持浮标自身的 所有用电设备的续航工作，发电环保且安装成本低、受天气影响小；监控浮标锚 固后可进行定位及运动轨迹规划、散热及密封性能好、防撞击及抗倾覆；采用全 向无线蜂窝式通讯的监控浮标，监控浮标利用其上携带的传感器采集海洋环境数 据实时发送给监控平台进行监控，实现通讯连接进行数据共享并操控，实时响应快、有利于监测及数据共享，可实现对重点海洋环境参数、海域环境状况、海洋 功能区环境状况进行综合评价，对海洋灾害风险等级进行评价预警等。
作为优选，摆动导杆机构的机架水平铰接于风力发电机的上方并在该机架上 安装有倾角传感器，摆动导杆机构的导杆轴线在初始状态时平行于风力发电机的 筒体轴线，且导杆沿风力发电机的叶片装置轴线方向摆动。
摆动导杆机构通过倾角传感器采集浮力机构和风力发电装置的累加倾角数 据调节信号平台始终平行于海面线，有助于保持通讯信号稳定。
作为优选，信号平台包括连接于摆动导杆机构的导杆上表面的安装平台，安 装平台上表面并排安装有警示灯和天线；天线为收发蜂窝式通讯信号的全向天线。
警示灯用于警示往来船只防撞，采用收发蜂窝式通讯信号的全向天线可实现 信号无缝覆盖、相互干扰小、提高频率利用率且保证通信质量。
作为优选，浮力机构依次上下同轴分布有带等径外圆法兰安装面的上层浮体、 电器安装板和下层浮体，各法兰安装面相互连接并由开口朝向轴心的U形环状 橡胶圈包围密封；上层浮体和下层浮体的法兰安装面均连接有直径相等且小于或 等于橡胶圈内径的圆柱形壳体，开口相对设置；电器安装板的法兰安装面中间连 接有方形凹槽的壳体，方形凹槽开口朝上并坐落于下层浮体内；电器安装板将上 层浮体和下层浮体形成的腔室划分为上下两层空间；电器安装板位于上层浮体和 下层浮体圆柱形壳体内部的法兰安装面上安装有至少一个控制板，方形凹槽内腔 下表面安装有发电机和蓄电器，方形凹槽内腔对侧位置对称安装有两个螺旋桨驱 动装置。
橡胶圈在防撞击的同时提供了密封作用，电器安装板中间连接为方形凹槽， 有利于扩大安装面积，降低重心实现双层保护，下沉式与水面接触面积大，更有 利于散热。
作为优选，螺旋桨驱动装置包括固接于方形凹槽内腔侧面的L形电机安装 支架，电机安装支架上的电机驱动传动机构从动轮上固接的输出轴转动，带动与 输出轴另一侧连接的螺旋桨实现正反向转动，传动机构优选锥齿轮啮合传动；螺 旋桨的轴线垂直并相交于浮力机构轴线；螺旋桨位于电器安装板法兰安装面与下 层浮体之间形成的下层空间中；下层浮体的下表面开有供螺旋桨通过并与水接触 的方槽口。
螺旋桨驱动装置的搅动可使下层空间水流循环加快散热，采用锥齿轮啮合传 动使结构更加紧凑，并通过控制电机正反转，驱动监控浮标进行运动轨迹规划到 达指定位置。螺旋桨沿监控浮标几何中心位置附近的质心对称布置，有利于路径 运算规划，且螺旋桨位于下层空间内，不易破环；方槽口用于水流涌入浮力机构 下层空间实现螺旋桨驱动，并浸入海水可降低重心抗倾覆。
作为优选，平衡机构包括分别与上层浮体的中间上表面和中间下表面连接的 环形的凸台和限位块一；凸台上表面环向均布若干弹簧体，弹簧体上方连接有开 口向下的环形凹槽状安装座；安装座的上表面与风力发电机法兰连接，安装座的 弹簧连接面与万向机构的连接法兰连接；限位块一下方连接有限位块二，限位块 一与限位块二中间形成一球形孔，万向机构的球体可相对该球形孔的球心进行全 方位运动，球体与连接法兰之间通过圆柱体连接轴同轴连接；上层浮体的中间开 有直径大于连接轴外径且小于球体直径的通孔。
采用弹簧体和万向机构形成的无动力运动平衡机构，可带动其上方安装的风 力发电装置和信号平台在不断起伏的海面进行重力自适应，实现风力发电装置的 叶片装置轴心始终平行于风向及信号平台始终相对于稳定，具有减震作用，该机 构结构简单、反应灵敏、时效性好、环保不耗电，且能够提高风能利用率并减少 风向不平行于叶片装置轴心带来的载荷噪音及磨损、信号稳定、适应性强、成本 低。
作为优选，限位块一与限位块二接触面过球形孔的球心，且两者总高小于球 体外径尺寸；安装座的下表面低于凸台的上表面，安装座的内径大于凸台的外径。
以球形孔的球心面划分两个机构方便安装，且在球体转动时，限位块一与限 位块二总高小于球体外径尺寸可使其内部走线孔中的线缆不被干涉。安装座下表 面低于凸台上表面，其内径大于凸台外径，可防雨水进入平衡机构的同时，也可 实现安装座在万向机构和多个弹簧体的作用下进行小幅度运动保持安装座的平 衡及稳定。
作为优选，限位块一、限位块二、万向机构、安装座及风力发电机法兰均与 浮力机构同轴，且万向机构、安装座及风力发电机法兰沿轴心贯穿有走线孔。结 构稳定、运动可靠，走线孔方便风力发电装置和信号平台上的线缆通过。
一种利用上述蜂窝式通讯的监控浮标进行的通讯组网方法，包括以下步骤：
步骤一：将多个监控浮标投放于海图上满足投放条件的目标海域，监控浮标 利用其上携带的传感器采集海洋环境数据及浮标定位数据实时发送给监控平台， 如岸边基站或目标船或海洋平台，进行监控；
步骤二：当监控平台或浮标处于监控浮标的通讯服务范围内时，自动与对应 范围内的监控浮标组建点对点或点对多点的无线通讯连接；当超出通讯服务范围 内时，断开通讯连接；
步骤三：每隔一段时间监控平台采集浮标定位数据，当监测到通讯断开时， 通过控制板上的数据处理装置计算偏离坐标差，且判断
当
Figure BDA0002441405300000041
时，不起锚移动，风力 发电装置继续发电；
当
Figure BDA0002441405300000042
时，起锚后螺旋桨驱动 装置将偏离的监控浮标驱回至既定位置后重新锚固后建立通讯连接；
式中，Q为蓄电池电量，单位Wh；P1为螺旋桨电机功率，单位W；S为螺 旋桨螺距，单位m；n为螺旋桨转速即电机转速，单位r/h；P2电动锚电机功率， 单位W；H为海图上的目标海域内水深最大值，单位m；v2为电动锚上升或下 放速度，单位m/h；以监控平台天线信号源位置为原点建立正交坐标系OXYZ， 垂直海平面向上为Z向，(x，y)为浮标在XOY面的即时位置，r1为监控平台天 线信号源原点OXY面信号覆盖半径，单位m；r2为浮标天线143信号源OXY 面信号覆盖半径，单位m；
Figure BDA0002441405300000051
Q＝UC，U为电池电压，单 位V，C为电池电容，单位Ah；v1＝n·S为螺旋桨前进速度，单位m/h。
该通讯组网方法抗干扰性强、稳定性强、可长时间免维护、部署和施工成本 低，能够组建点对点或点对多点的无线网络，具备自组网、自愈合功能，适应范 围广。
一种利用上述蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法的云组件，包括设置于 监控平台上用于与蜂窝式通讯的监控浮标进行通讯的云端服务器，控制板上的数 据存储装置通过通讯组网方法将其上采集的存储数据传送给云端服务器，云端服 务器反馈信息给监控浮标的控制板上的数据处理装置进行响应操作。
可将浮标采集的海洋环境及浮标运行状态数据实时发送给云端服务器，对海 洋环境和浮标运行状态进行实时监控；实现对浮标运行及维护方面的有效管理， 保证浮标系统的正常运行；并基于采集的海洋环境数据，依据相关监控规范与评 价分析模型生成各类海洋信息产品，对目标海洋环境参数、海域环境状况、海洋 功能区环境状况进行综合评价，对海洋灾害风险等级进行评价预警等；且可实现 信息数据在不同监控平台及机构部门的共享，时效性好、响应快、效率高。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用蜂窝式通讯的监控浮标，利用 无动力运动平衡机构解决了因受风浪影响造成监控浮标上的风力发电装置的叶 片装置不垂直受风而带来的载荷噪音及磨损现象，提高风能利用率；同时利用该 平衡机构及摆动导杆机构消除了信号平台在浮力机构和风力发电装置上的累积 倾角，使信号平台始终平行于海面线，免受颠簸、震动、倾斜等造成的信号不稳 定的情况，结构简单、反应灵敏、时效性好、成本低、环保不耗电；采用螺旋桨 驱动装置设计进行运动轨迹规划，该监控浮标散热及密封性能好、防撞击、抗倾 覆，浮力机构内部结构提供有多层保护，可实现监测、定位及数据共享功能；该 监控浮标组成的监控浮标系采用点对点或点对多点的通讯组网方法，具备自组网、 自愈合、自保护功能，无需设置网络中心点或中继点，可通过自保护判断条件进 行运动轨迹规划实现组队变形，抗干扰性强、稳定性强、可长时间免维护、部署 和施工成本低、适应范围广；利用云组件对浮标采集的海洋环境及浮标运行状态 数据进行实时操纵监控及数据共享，时效性好、响应快、效率高。本发明整体自 动化程度高、可进行统一协调管理调度及数据共享，保障目标海域监测及通信系 统合理、高效地运行，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的监控浮标结构示意图；
图2为本发明的浮力机构和平衡机构剖视图；
图3为本发明的螺旋桨驱动装置结构示意图；
图4为本发明的平衡机构结构示意图；
图5为本发明的摆动导杆机的机构示意图；
图6为本发明的监控浮标系通讯组网方法示意图；
图7为本发明的实施例一中第一组异常浮标移动后信号强度分布图；
图8为本发明的实施例一中六组采样段异常浮标移动后信号稳定比。
附图标记说明：监控浮标1；浮力机构11；平衡机构12；风力发电装置13； 信号平台14；锚15；上层浮体111；电器安装板112；下层浮体113；橡胶圈114； 螺旋桨驱动装置115；控制板116；发电机117；蓄电器118；凸台1111；电机 1151；电机安装支架1152；传动机构1153；输出轴1154；螺旋桨1155；限位块 一121；限位块二122；万向机构123；安装座124；弹簧体125；球体1231；走 线孔1232；连接轴1233；连接法兰1234；风力发电机法兰131；风力发电机132； 摆动导杆机构133；倾角传感器1331；安装平台141；警示灯142；天线143。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：
实施例1：
如图1-7所示，蜂窝式通讯的监控浮标，包括浮力机构11、风力发电装置 13和锚15，风力发电装置13垂直安装在漂浮于海上的浮力机构11的上表面中 间，锚15安装于浮力机构11下表面中间，其特征在于：浮力机构11包括能够 进行自主移动的螺旋桨驱动装置115；浮力机构11和风力发电装置13中间连接 有平衡机构12；风力发电装置13包括水平轴风力发电机132，风力发电机132 的筒体下方连接有风力发电机法兰131，筒体上方通过摆动导杆机构133连接有 信号平台14；锚15为电动锚。
该监控浮标采用弹簧体和万向机构形成的无动力运动平衡机构12，可带动 其上方安装的风力发电装置13和信号平台14在不断起伏的海面进行重力自适应， 且当风向不断变化时，实现风力发电装置13的叶片装置轴心始终平行于风向， 信号平台14在该平衡机构12作用下始终相对于平稳，具有减震作用，且摆动导 杆机构133通过采集的浮力机构和风力发电装置的累加倾角可调节信号平台始 终平行于海面线，该机构反应灵敏、环保不耗电，且能够提高风能利用率并减少 风向不平行于叶片装置轴心带来的载荷噪音及磨损、信号稳定、适应性强；利用 风力发电装置13维持浮标自身的所有用电设备的续航工作，发电环保且安装成 本低、受天气影响小；监控浮标可进行定位及运动轨迹规划、散热及密封性能好、 防撞击及倾覆；采用全向无线蜂窝式通讯的监控浮标，锚固后的监控浮标利用其 上携带的传感器采集海洋环境数据实时发送给监控平台对海洋环境进行实时监 控，实现通讯连接进行数据共享并操控，实时响应快、有利于监测及数据共享， 可实现对重点海洋环境参数、海域环境状况、海洋功能区环境状况进行综合评价， 及对海洋灾害风险等级进行评价预警等。
摆动导杆机构133的机架水平铰接于风力发电机132的上方并在该机架上安 装有倾角传感器1331，摆动导杆机构133的导杆轴线在初始状态时平行于风力 发电机132的筒体轴线，且导杆沿风力发电机132的叶片装置轴线方向摆动。
摆动导杆机构通过倾角传感器1331采集浮力机构和风力发电装置的累加倾 角数据调节信号平台始终平行于海面线，有助于保持通讯信号稳定。
信号平台14包括连接于摆动导杆机构133的导杆上表面的安装平台141， 安装平台141上表面并排安装有警示灯142和天线143；天线143为收发蜂窝式 通讯信号的全向天线。
警示灯142用于警示往来船只防撞，采用收发蜂窝式通讯信号的全向天线可 实现信号无缝覆盖、相互干扰小、提高频率利用率且保证通信质量。
浮力机构11依次上下同轴分布有带等径外圆法兰安装面的上层浮体111、 电器安装板112和下层浮体113，各法兰安装面相互连接并由开口朝向轴心的U 形环状橡胶圈114包围密封；上层浮体111和下层浮体113的法兰安装面均连接 有直径相等且等于橡胶圈114内径的圆柱形壳体，开口相对设置；电器安装板 112的法兰安装面中间连接有方形凹槽的壳体，方形凹槽开口朝上并坐落于下层 浮体113内；电器安装板112将上层浮体111和下层浮体113形成的腔室划分为 上下两层空间；电器安装板112位于上层浮体111和下层浮体113圆柱形壳体内 部的法兰安装面上安装有多个控制板116，方形凹槽内腔下表面安装有发电机 117和蓄电器118，方形凹槽内腔对侧位置对称安装有两个螺旋桨驱动装置115。
橡胶圈114在防撞击的同时提供了密封作用；电器安装板112中间连接为方 形凹槽，有利于扩大安装面积，降低重心实现双层保护，下沉式与水面接触面积 大，更有利于散热。
螺旋桨驱动装置115包括固接于方形凹槽内腔侧面的L形电机安装支架 1152，电机安装支架1152上的电机1151驱动传动机构1153从动轮上固接的输 出轴1154转动，从而带动与输出轴1154另一侧连接的螺旋桨1155实现正反向 转动，传动机构1153为锥齿轮啮合传动；螺旋桨1155的轴线垂直并相交于浮力 机构11轴线；螺旋桨1155位于电器安装板112法兰安装面与下层浮体113之间 形成的下层空间中；下层浮体113的下表面开有供螺旋桨1155通过并与水面接 触的方槽口。
螺旋桨驱动装置115的搅动可使下层空间水流循环加快散热，采用锥齿轮啮 合传动使结构更加紧凑，并通过控制板116控制电机正反转，驱动监控浮标1 进行运动轨迹规划到达指定位置。螺旋桨1155沿监控浮标1几何中心位置附件 的质心对称布置，有利于路径运算规划，且螺旋桨1155位于下层空间内，不易 破环；方槽口用于水流涌入浮力机构11下层空间实现螺旋桨1155驱动，并浸入 海水降低重心抗倾覆。
平衡机构12包括分别与上层浮体111的中间上表面和中间下表面连接的环 形的凸台1111和限位块一121；凸台1111上表面环向均布八个弹簧体125，弹 簧体125上方连接有开口向下的环形凹槽状安装座124；安装座124的上表面与 风力发电机法兰131连接，安装座124的弹簧连接面与万向机构123的连接法兰 1234连接；限位块一121下方连接有限位块二122，限位块一121与限位块二 122中间形成一球形孔，万向机构123的球体1231可相对该球形孔的球心进行 全方位运动，球体1231与连接法兰1234之间通过圆柱体连接轴1233同轴连接； 上层浮体111的中间开有直径大于连接轴1233外径且小于球体1231直径的通孔。
采用弹簧体和万向机构形成的无动力运动平衡机构12，可带动其上方安装 的风力发电装置13和信号平台14在不断起伏的海面进行重力自适应，实现风力 发电装置13的叶片装置轴心始终平行于风向及信号平台14始终相对于稳定，具 有减震作用，该机构结构简单、反应灵敏、时效性好、环保不耗电，且能够提高 风能利用率并减少风向不平行于叶片装置轴心带来的载荷噪音及磨损、信号稳定、 适应性强、成本低。
限位块一121与限位块二122接触面过球形孔的球心，且两者总高小于球体 1231外径尺寸；安装座124的下表面低于凸台1111的上表面，安装座124的内 径大于凸台1111的外径。
以球形孔的球心面划分两个机构方便安装，且在球体1231转动时，限位块 一121与限位块二122总高小于球体1231外径尺寸可使其内部走线孔1232中的 线缆不被干涉。安装座124下表面低于凸台1111上表面，其内径大于凸台1111 外径，可防雨水进入平衡机构12的同时，也可实现安装座124在万向机构123 和多个弹簧体125的作用下进行小幅度运动保持安装座124的平衡及稳定。
限位块一121、限位块二122、万向机构123、安装座124及风力发电机法 兰131均与浮力机构11同轴，且万向机构123、安装座124及风力发电机法兰 131沿轴心贯穿有走线孔1232。结构稳定、运动可靠，走线孔1232方便风力发 电装置13和信号平台14上的线缆通过。
一种利用上述蜂窝式通讯的监控浮标进行的通讯组网方法，包括以下步骤：
步骤一：将六个监控浮标1投放于海图上满足投放条件的目标海域成正六边 形分布，监控浮标1利用其上携带的传感器采集海洋环境数据及浮标定位数据实 时发送给目标船进行监控；
步骤二：当目标船或浮标处于监控浮标1的通讯服务范围内时，自动与对应 范围内的监控浮标1组建点对点或点对多点的无线通讯连接；当超出通讯服务范 围内时，断开通讯连接；
步骤三：每隔一段时间监控平台采集浮标定位数据，当监测到通讯断开时， 通过控制板116上的数据处理装置计算偏离坐标差，且判断当
Figure BDA0002441405300000091
Figure BDA0002441405300000092
时，不起锚移动，风力发电装置13继续发 电；当
Figure BDA0002441405300000093
时，起锚后螺旋桨驱动 装置115将偏离的监控浮标1驱回至既定位置后重新锚固后建立通讯连接。
式中，Q为蓄电池电量，单位Wh；P1为螺旋桨电机功率，单位W；S为螺 旋桨螺距，单位m；n为螺旋桨转速即电机转速，单位r/h；P2电动锚电机功率， 单位W；H为海图上的目标海域内水深最大值，单位m；v2为电动锚上升或下 放速度，单位m/h；以目标船天线信号源位置为原点建立正交坐标系OXYZ，垂 直海平面向上为Z向，(x，y)为浮标在XOY面的即时位置；r1为监控平台天线 信号源原点OXY面信号覆盖半径，单位m；r2为浮标天线143信号源OXY面信号覆盖半径，单位m；
Figure BDA0002441405300000101
Q＝UC，U为电池电压，单位 V，C为电池电容，单位Ah；v1＝n·S为螺旋桨前进速度，单位m/h。
每隔两分钟采样一次，除去未发生信号减弱及因无法满足移动用电量不进行 移动的点，共连续采集六组异常点，每组采集三十个采样点，如图7所示为第一 组采样点异常浮标移动后信号强度分布，图8所示为六组采样段异常浮标移动后 信号稳定比，结果显示由于海面风浪影响平均有96％的浮标能够进行起锚移动重 组建立通讯连接，信号强度达到-65dB以上，满足自愈组网功能，有助于对监控 浮标进行监控保护，防止不当操作造成漂移出目标海域。该通讯组网方法抗干扰 性强、稳定性强、可长时间免维护、部署和施工成本低，能够组建点对点或点对 多点的无线网络，具备自组网、自愈合功能，适应范围广。
一种利用上述蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法的云组件，包括设置于 目标船上用于与蜂窝式通讯的监控浮标进行通讯的云端服务器，控制板116上的 数据存储装置通过通讯组网方法将其上采集的存储数据传送给云端服务器，云端 服务器反馈信息给监控浮标1的控制板116上的数据处理装置进行响应操作。
可将浮标采集的海洋环境及浮标运行状态数据实时发送给云端服务器，对海 洋环境和浮标运行状态进行实时监控；实现对浮标运行及维护方面的有效管理， 保证浮标系统的正常运行；并基于采集的海洋环境数据，依据相关监控规范与评 价分析模型生成各类海洋信息产品，对目标海洋环境参数、海域环境状况、海洋 功能区环境状况进行综合评价，对海洋灾害风险等级进行评价预警等；且可实现 信息数据在不同监控平台及机构部门的共享，时效性好、响应快、效率高。
实施例2：
本发明的蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法及云组件实际使用时，将蜂 窝式通讯的监控浮标投放于海图上满足投放条件的目标海域，监控浮标1采用风 力发电装置13进行发电满足自身供电需求，并利用其上携带的传感器采集海洋 环境及浮标运行状态数据；当目标船或监控浮标系的监控浮标1个体处于该组建 的监控浮标系的通讯服务范围内时，自动与对应范围内的监控浮标1组建点对点 或点对多点的无线通讯连接；当超出该监控浮标系通讯服务范围内时，断开通讯 连接，同时通过控制板116上的数据处理装置计算偏离坐标差，且判断当
Figure BDA0002441405300000111
时，不起锚移动，风力发电装 置13继续发电；当
Figure BDA0002441405300000112
时，起锚后 螺旋桨驱动装置115将偏离的监控浮标1驱回至既定位置重新锚固后建立通讯连 接，将采集数据实时发送给位于该监控浮标系通讯范围内的目标船上的云端服务 器对海洋环境进行实时监控，同时云端服务器反馈信息给监控浮标1的控制板 116上的数据处理装置进行响应操作。
该监控浮标有助于风力发电装置减少因风载荷产生的噪声及磨损，提高风能 利用率、信号稳定、抗干扰性强，其监控浮标系的通讯组网方法可长时间免维护、 部署和施工成本低，具备自组网、自愈合功能，适应范围广，通过该通讯组网方 法及其云组件可实现对浮标运行及维护方面的有效管理，保证浮标系统的正常运 行；并基于采集的海洋环境数据，依据相关监控规范与评价分析模型生成各类海 洋信息产品，对目标海洋环境参数、海域环境状况、海洋功能区环境状况进行综 合评价，对海洋灾害风险等级进行评价预警等；且可实现信息数据在不同监控平 台及机构部门的共享，时效性好、响应快、效率高。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再 详细赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。 因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权 利要求限定。

Claims (10)

1.蜂窝式通讯的监控浮标，包括浮力机构(11)、风力发电装置(13)和锚(15)，所述风力发电装置(13)垂直安装在漂浮于海上的所述浮力机构(11)的上表面中间，所述锚(15)安装于所述浮力机构(11)下表面中间，其特征在于：
所述浮力机构(11)包括能够进行自主移动的螺旋桨驱动装置(115)；
所述浮力机构(11)和风力发电装置(13)中间连接有平衡机构(12)；
所述风力发电装置(13)包括水平轴风力发电机(132)，所述风力发电机(132)的筒体下方连接有风力发电机法兰(131)，筒体上方通过摆动导杆机构(133)连接有信号平台(14)；
所述锚(15)为电动锚。
2.根据权利要求1所述的蜂窝式通讯的监控浮标，其特征在于：所述摆动导杆机构(133)的机架水平铰接于所述风力发电机(132)的上方并在该机架上安装有倾角传感器(1331)，所述摆动导杆机构(133)的导杆轴线在初始状态时平行于所述风力发电机(132)的筒体轴线，且导杆沿所述风力发电机(132)的叶片装置轴线方向摆动。
3.根据权利要求1所述的蜂窝式通讯的监控浮标，其特征在于：所述信号平台(14)包括连接于所述摆动导杆机构(133)的导杆上表面的安装平台(141)，所述安装平台(141)上表面并排安装有警示灯(142)和天线(143)；所述天线(143)为收发蜂窝式通讯信号的全向天线。
4.根据权利要求1所述的蜂窝式通讯的监控浮标，其特征在于：所述浮力机构(11)依次上下同轴分布有带等径外圆法兰安装面的上层浮体(111)、电器安装板(112)和下层浮体(113)，各法兰安装面相互连接并由开口朝向轴心的U形环状橡胶圈(114)包围密封；所述上层浮体(111)和所述下层浮体(113)的法兰安装面均连接有直径相等且小于或等于所述橡胶圈(114)内径的圆柱形壳体，开口相对设置；所述电器安装板(112)的法兰安装面中间连接有方形凹槽的壳体，方形凹槽开口朝上并坐落于所述下层浮体(113)内；所述电器安装板(112)将所述上层浮体(111)和所述下层浮体(113)形成的腔室划分为上下两层空间；所述电器安装板(112)位于所述上层浮体(111)和所述下层浮体(113)圆柱形壳体内部的法兰安装面上安装有至少一个控制板(116)，方形凹槽内腔下表面安装有发电机(117)和蓄电器(118)，方形凹槽内腔对侧位置对称安装有两个所述螺旋桨驱动装置(115)。
5.根据权利要求1或4所述的蜂窝式通讯的监控浮标，其特征在于：所述螺旋桨驱动装置(115)包括固接于方形凹槽内腔侧面的L形电机安装支架(1152)，所述电机安装支架(1152)上的电机(1151)驱动传动机构(1153)从动轮上固接的输出轴(1154)转动，带动与输出轴(1154)另一侧连接的螺旋桨(1155)实现正反向转动，所述传动机构(1153)优选锥齿轮啮合传动；所述螺旋桨(1155)的轴线垂直并相交于所述浮力机构(11)轴线；所述螺旋桨(1155)位于所述电器安装板(112)法兰安装面与所述下层浮体(113)之间形成的下层空间中；所述下层浮体(113)的下表面开有供所述螺旋桨(1155)通过并与水接触的方槽口。
6.根据权利要求1或4所述的蜂窝式通讯的监控浮标，其特征在于：所述平衡机构(12)包括分别与所述上层浮体(111)的中间上表面和中间下表面连接的环形凸台(1111)和限位块一(121)；所述凸台(1111)上表面环向均布若干弹簧体(125)，所述弹簧体(125)上方连接有开口向下的环形凹槽状安装座(124)；所述安装座(124)的上表面与所述风力发电机法兰(131)连接，所述安装座(124)的弹簧连接面与万向机构(123)的连接法兰(1234)连接；所述限位块一(121)下方连接有限位块二(122)，所述限位块一(121)与所述限位块二(122)中间形成一球形孔，所述万向机构(123)的球体(1231)可相对该球形孔的球心进行全方位运动，所述球体(1231)与所述连接法兰(1234)之间通过圆柱体连接轴(1233)同轴连接；所述上层浮体(111)的中间开有直径大于所述连接轴(1233)外径且小于所述球体(1231)直径的通孔。
7.根据权利要求6所述的蜂窝式通讯的监控浮标，其特征在于：所述限位块一(121)与所述限位块二(122)接触面过球形孔的球心，且两者总高小于所述球体(1231)外径尺寸；所述安装座(124)的下表面低于所述凸台(1111)的上表面，所述安装座(124)的内径大于所述凸台(1111)的外径。
8.根据权利要求6所述的蜂窝式通讯的监控浮标，其特征在于：所述限位块一(121)、所述限位块二(122)、所述万向机构(123)、所述安装座(124)及所述风力发电机法兰(131)均与所述浮力机构(11)同轴，且所述万向机构(123)、所述安装座(124)及所述风力发电机法兰(131)沿轴心贯穿有走线孔(1232)。
9.一种通讯组网方法，其特征在于：利用权利要求1至8所述的蜂窝式通讯的监控浮标进行的通讯组网方法包括以下步骤：
步骤一：将多个监控浮标(1)投放于海图上满足投放条件的目标海域，所述监控浮标(1)利用其上携带的传感器采集海洋环境数据及浮标定位数据实时发送给监控平台进行监控；
步骤二：当监控平台或浮标处于所述监控浮标(1)的通讯服务范围内时，自动与对应范围内的所述监控浮标(1)组建点对点或点对多点的无线通讯连接；当超出通讯服务范围内时，断开通讯连接；
步骤三：每隔一段时间监控平台采集浮标定位数据，当监测到通讯断开时，通过所述控制板(116)上的数据处理装置计算偏离坐标差，且
当
Figure FDA0002441405290000031
时，不起锚移动，所述风力发电装置(13)继续发电；
当
Figure FDA0002441405290000032
时，起锚后所述螺旋桨驱动装置(115)将偏离的所述监控浮标(1)驱回至既定位置后重新锚固后建立通讯连接；
式中，Q为蓄电池电量，单位Wh；P1为螺旋桨电机功率，单位W；S为螺旋桨螺距，单位m；n为螺旋桨转速即电机转速，单位r/h；P2电动锚电机功率，单位W；H为海图上的目标海域内水深最大值，单位m；v2为电动锚上升或下放速度，单位m/h；以监控平台天线信号源位置为原点建立正交坐标系OXYZ，垂直海平面向上为Z向，(x，y)为浮标在XOY面的即时位置，r1为监控平台天线信号源原点OXY面信号覆盖半径，单位m；r2为浮标天线143信号源OXY面信号覆盖半径，单位m；
Figure FDA0002441405290000033
10.一种云组件，其特征在于：利用权利要求1至9所述的蜂窝式通讯的监控浮标、通讯组网方法的云组件，包括设置于监控平台上用于与所述蜂窝式通讯的监控浮标进行通讯的云端服务器，所述控制板(116)上的数据存储装置通过所述通讯组网方法将其上采集的存储数据传送给云端服务器，云端服务器反馈信息给所述监控浮标(1)的所述控制板(116)上的数据处理装置进行响应操作。
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