CN111735922B - 基于水下机器人的水产养殖监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水产养殖技术领域，具体涉及基于水下机器人的水产养殖监测系统，包括：水上部分和水下部分，所述水上部分，包括：任务预置及干预系统，用于根据监测靶区及路径必达点，生成全局路径和水产监测任务；所述水下部分，包括：水下机器人，以及：所述动力推进系统，用于驱动水下机器人基于全局路径行进；所述水体监测系统，用于根据水产监测任务，针对养殖水体进行监测，得到水体监测信息；所述水体监测系统和动力推进系统都设置在水下机器人上。本发明能够实现大范围的水产养殖监测，且自动化水平高。

Description

基于水下机器人的水产养殖监测系统

技术领域

本发明涉及水产养殖技术领域，具体涉及基于水下机器人的水产养殖监测系统。

背景技术

近年来，作为国民动物性蛋白质摄入主要来源之一的水产品，其生产已愈来愈倚重于养殖，且随着科技的进步，我国水产养殖行业已发生了翻天覆地的变化，水产总量稳居世界第一。但是，水产养殖规模的扩大，也带来了诸多问题，如：土地和水资源短缺、养殖空间压缩、环境污染、病害传播、产品安全难以保障等。尤其是，高密度的人工放养式养殖，使得养殖水体内有害氮素大量积累，养殖环境恶化严重，对于养殖产品安全及养殖效率产生了严重的影响。因此，有效的水体环境及养殖产品监测对于水产养殖行业而言至关重要。

但是，目前中国水产养殖过程机械化、自动化、信息化程度较低，缺乏有效的自动化、智能化养殖装备。对于水产养殖监测而言，现有的水产养殖监测装备大多自动化程度不高，难以实现大范围、全水深的自动化、智能化监测，且普遍存在监测不及时，数据不准确等问题，导致水产养殖产量及效率不高。因此，急需应用范围广、自主性与机动性良好的水产养殖监测设备与系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，克服现有的技术的不足，提供基于水下机器人的水产养殖监测系统，其能够实现大范围的水产养殖监测，且自动化水平高。

为达到上述技术目的，本发明所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，包括：水上部分和水下部分，所述水上部分，包括：

任务预置及干预系统，用于根据监测靶区及路径必达点，生成全局路径和水产监测任务；

所述水下部分，包括：水下机器人，以及：

所述动力推进系统，用于驱动水下机器人基于全局路径行进；

所述水体监测系统，用于根据水产监测任务，针对养殖水体进行监测，得到水体监测信息；

所述水体监测系统和动力推进系统都设置在水下机器人上。

进一步地，所述水下部分，还包括：

艇载综合控制系统，用于根据全局路径，规划水下机器人的局部路径，从而控制动力推进系统；

以及，针对水体监测信息进行调度和处理；

所述水体监测系统与艇载综合控制系统相连。

更进一步地，所述水下部分，还包括：

导航定位系统，用于定位水下机器人，得到水下机器人的机器人状态信息和遇见的障碍物信息；

舱室监测系统，用于采集水下机器人耐压舱内的环境信息，并对舱内环境进行评估，得到舱室评估信息；

所述舱室监测系统、动力推进系统和导航定位系统分别与艇载综合控制系统相连。

再进一步地，所述艇载综合控制系统，包括：

局部运动规划单元，用于根据障碍物信息，在全局路径的基础上生成局部路径；

运动控制单元，用于根据局部路径和当前的机器人状态信息，生成对应的水下机器人的运动控制指令，并发送至动力推进系统。

还进一步地，所述艇载综合控制系统，还用于：

根据水体监测信息、舱室评估信息和机器人状态信息，进行综合评估及主动干预：

当水体监测信息异常时，生成使水下机器人上浮报警的第一干预指令；

当舱室评估信息或机器人状态信息异常时，生成使水下机器人应急回收的第二干预指令；

所述第一干预指令和第二干预指令，被传递至运动控制单元，用于改变运动控制指令。

又进一步地，所述水上部分，还包括：

岸基综合控制系统，用于将全局路径和水产监测任务下达至艇载综合控制系统；以及，接收艇载综合控制系统的状态信息，判定艇载综合控制系统无法进行综合评估及主动干预，或艇载综合控制系统主动干预无效时，由岸基综合控制系统执行综合评估及主动干预；

所述任务预置及干预系统，还用于基于被动干预，生成第三干预指令；

所述第三干预指令，被传递至运动控制单元，用于改变运动控制指令；

所述岸基综合控制系统通过通信系统与艇载综合控制系统相连。

在上述技术方案中，所述养殖水体，包括：养殖水质和养殖产品；

所述水体监测信息，包括：水质监测信息和养殖产品监测信息；

所述水体监测信息异常，包括：水质监测信息异常，或养殖产品监测信息异常；

所述水体监测系统，包括：

水质监测系统，用于对养殖水质进行监测，得到水质监测信息；

视频监控系统，用于对养殖产品进行监测，得到养殖产品监测信息；

所述水质监测系统和视频监控系统分别与艇载综合控制系统相连。

进一步地，所述水质监测系统，包括：

多种水质监测传感器，用于采集养殖水质的各项指标的原始数据；

信号采集与隔离模块，用于针对各原始数据进行有效隔离处理，得到对应的传感器测量值；

数据分析与处理模块，用于基于系统量测模型与量测噪声模型，结合多传感器融合滤波及预测方法，对各传感器测量值进行分析处理，得到评估当前水质状态的水质监测信息，以及基于当前水质监测信息预测未来水质的时空变化趋势；

所述视频监控系统，包括：

摄像头，用于拍摄养殖产品的视频信息；

视频信息采集模块，用于采集摄像头拍摄的视频信息；

视频信息处理模块，用于生成处理后的视频信息。

更进一步地，所述水上部分，还包括：

视频显示系统，用于显示处理后的视频信息，供自动识别程序进行甄别；

水质显示与预警系统，用于显示养殖水质的各项指标的参数，以及，当水质监测信息异常时，显示报警信息；

数据管理系统，用于将舱室评估信息、水质监测信息、水下机器状态信息、遇见的障碍物信息和养殖产品监测信息进行存储。

所述视频显示系统、水质显示与预警系统分别与岸基综合控制系统连接。

优选地，所述通信系统，包括：岸基通信系统和艇载通信系统；

所述岸基通信系统与岸基综合控制系统相连，设置在岸基上；

所述艇载通信系统设置在水下机器人上；

所述岸基通信系统和艇载通信系统之间的通信方式包括：光纤通信、无线通信和水声通信；

所述基于水下机器人的水产养殖监测系统，还包括：

移动管理介质，用于对水上部分和水下部分进行监控和管理；

所述移动管理介质无线接入通信系统。

本发明面向不同形式的养殖水体及产品，实现远程监测及评估，且可实现区域覆盖式自主路径规划与跟踪控制，从而提供大范围养殖水体的全方位灵活监测。与现有技术相比，本发明可大幅提升水产养殖监测的范围、自主性与机动性，节省水产养殖劳动力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例中水体监测系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中系统实现路径规划与跟踪控制的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和3所示，本发明提供的基于水下机器人的水产养殖监测系统，包括：水上部分和水下部分，所述水上部分，包括：

任务预置及干预系统11，用于根据监测靶区及路径必达点，生成全局路径和水产监测任务；

所述水下部分，包括：水下机器人30，以及：

所述动力推进系统22，用于驱动水下机器人30基于全局路径行进；

所述水体监测系统，用于根据水产监测任务，针对养殖水体进行监测，得到水体监测信息；

所述水体监测系统和动力推进系统22都设置在水下机器人30上。

在本实施例中，任务预置及干预系统11能够生成全局路径和水产监测任务，分别发送至动力推进系统22和水体监测系统。动力推进系统22，包括但不限于：电池221、轴系222、推进器223和舵机224。动力推进系统22提供水下机器人30运动所需能源、推进力、操纵力矩等。水体监测系统被水下机器人30携带着完成水产监测任务。由此，本实施例能够实现大范围的水产养殖监测，且自动化水平高。

如图1所示，所述水下部分，还包括：

艇载综合控制系统20，用于根据全局路径，规划水下机器人30的局部路径，从而控制动力推进系统22；

以及，针对水体监测信息进行调度和处理；

所述水体监测系统与艇载综合控制系统20相连。

在本实施例中，艇载综合控制系统20能够完成系统的综合调度、信息综合处理以及水下机器人30的运动规划控制等功能。

如图1所示，所述水下部分，还包括：

导航定位系统24，用于定位水下机器人30，得到水下机器人30的机器人状态信息和遇见的障碍物信息；

舱室监测系统21，用于采集水下机器人30耐压舱内的环境信息，并对舱内环境进行评估，得到舱室评估信息；

所述舱室监测系统21、动力推进系统22和导航定位系统24分别与艇载综合控制系统 20相连。

在本实施例中，所述导航定位系统24，包括但不限于：惯导241、GPS定位系统242、DVL测速装置243、深度计244和避碰声呐245。导航定位系统24的功能包括：水下机器人位置、姿态、深度、速度、障碍物等信息的实时采集及融合处理。舱室监测系统21能够实现水下机器人30耐压舱体内的温湿度、漏水、烟雾等信息采集与舱室环境评估。

如图3所示，所述艇载综合控制系统20，包括：

局部运动规划单元201，用于根据障碍物信息，在全局路径的基础上生成局部路径；

运动控制单元202，用于根据局部路径和当前的机器人状态信息，生成对应的水下机器人30的运动控制指令，并发送至动力推进系统22。

所述艇载综合控制系统20，还用于：

根据水体监测信息、舱室评估信息和机器人状态信息，进行综合评估及主动干预：

当水体监测信息异常时，生成使水下机器人30上浮报警的第一干预指令；

当舱室评估信息或机器人状态信息异常时，生成使水下机器人30应急回收的第二干预指令；

所述第一干预指令和第二干预指令，被传递至运动控制单元202，用于改变运动控制指令。

在本实施例中，第一干预指令代表水体监测信息异常，也就是代表当前水质状态异常。此时，水下机器人30无需再进行水下监测活动，需要上浮至水面进行报警处理。第二干预指令代表舱室评估信息或机器人状态信息异常，也就是代表水下机器人30出现了故障。此时，水下机器人30无法再进行水下监测活动，需要上浮至水面进行应急回收修理。

运动控制单元202在接收到第一干预指令或第二干预指令后，都需要改变运动控制指令，从而控制动力推进系统22去改变水下机器人30原本的行驶状态，使水下机器人30上浮至水面。

如图1所示，所述水上部分，还包括：

岸基综合控制系统10，用于将全局路径和水产监测任务下达至艇载综合控制系统20；以及，接收艇载综合控制系统20的状态信息，判定艇载综合控制系统20无法进行综合评估及主动干预，或艇载综合控制系统20主动干预无效时，由岸基综合控制系统10执行综合评估及主动干预；

所述任务预置及干预系统11，还用于基于被动干预，生成第三干预指令；

所述第三干预指令，被传递至运动控制单元202，用于改变运动控制指令；

所述岸基综合控制系统10通过通信系统与艇载综合控制系统20相连。

在本实施例中，岸基综合控制系统10还能够实现一部分艇载综合控制系统20的功能。一般情况下，主动干预的实现由艇载综合控制系统20实现，但是当艇载综合控制系统20无法完成综合评估及主动干预，或者完成综合评估及主动干预之后，没有效果的情况下，就需要岸基综合控制系统10代替艇载综合控制系统20实现综合评估及主动干预。此时，岸基综合控制系统10执行如下操作：

当水体监测信息异常时，生成使水下机器人30上浮报警的第一干预指令发送至运动控制单元202；

当舱室评估信息或机器人状态信息异常时，生成使水下机器人30应急回收的第二干预指令；

所述第一干预指令和第二干预指令，被传递至运动控制单元202，用于改变运动控制指令。

在本实施例中，当岸基综合控制系统10和艇载综合控制系统20都无法实现主动干预，或者实现主动干预无效后，且水体监测信息、舱室评估信息或机器人状态信息出现异常后，就需要工作人员参与被动干预行为了。此时，工作人员向任务预置及干预系统11发送主动干预命令，使得任务预置及干预系统11生成第三干预指令。第三干预指令传递至运动控制单元202后改变运动控制指令，从而改变水下机器人30原本的行驶状态，使水下机器人30上浮至水面。

所述养殖水体，包括：养殖水质和养殖产品；

所述水体监测信息，包括：水质监测信息和养殖产品监测信息；

所述水体监测信息异常，包括：水质监测信息异常，或养殖产品监测信息异常。

如图3所示，在本实施例所述的水产养殖监测系统实现自主路径规划与跟踪控制的过程如下：

步骤1、基于监测任务和养殖环境选定关键靶区及路径必达点，并由任务预置及干预系统11生成全局规划路径和预置任务；

步骤2、任务预置及干预系统11通过岸基综合控制系统10将全局路径任务下达至艇载综合控制系统20；

步骤3、艇载综合控制系统20中的局部运动规划单元201依据导航定位系统获取的障碍物信息进行局部避障规划，生成局部路径；

步骤4、艇载综合控制系统20中的运动控制单元201结合局部路径，以及导航定位系统24获取的位置、姿态、深度、速度等水下机器人30状态，生成运动控制指令；从而，驱动动力推进系统22中的推进器223、舵机224等执行机构，实现对水下机器人30的有效跟踪控制；

步骤5、岸基综合控制系统10或艇载综合控制系统20对水下机器人30和养殖水体的状态进行综合评估，一旦发现养殖水体或水下机器人30自身出现非常严重的紧急工况，可由艇载综合控制系统20、岸基综合控制系统10自主决策，或者任务预置及干预系统11 被动干预，使水下机器人30提前结束路径规划与跟踪控制任务，上浮报警。

本实施例可实现养殖水体关键靶区覆盖式自主路径规划与跟踪控制，从而实现全方位、变水深自主灵活监测。

如图1和2所述，所述水体监测系统，包括：

水质监测系统23，用于对养殖水质进行监测，得到水质监测信息；

视频监控系统25，用于对养殖产品进行监测，得到养殖产品监测信息；

所述水质监测系统23和视频监控系统25分别与艇载综合控制系统20相连。

在本实施例中，水质监测系统23能够实现养殖水体内温度、pH 值、溶解氧、氨氮、硫化物等多种水质参数的实时采集、处理及综合分析。视频监控系统25，包括但不限于：摄像头251、云台252、补光灯253、视频采集254和处理模块255。视频监控系统25能够实现养殖产品的视频信息采集、处理及传输，从而为养殖产品生长状态综合评估提供依据。

所述水质监测系统23，包括：

多种水质监测传感器231，用于采集养殖水质的各项指标的原始数据；

信号采集与隔离模块232，用于针对各原始数据进行有效隔离处理，得到对应的传感器测量值；

数据分析与处理模块233，用于基于系统量测模型与量测噪声模型，结合多传感器融合滤波及预测方法，对各传感器测量值进行分析处理，得到评估当前水质状态的水质监测信息，以及基于当前水质监测信息预测未来水质的时空变化趋势。

在本实施例中，数据分析与处理模块233可以基于当前水质监测信息预测未来水质的时空变化趋势，是指可根据已掌握的水质历史资料和当前监测数据，基于现代预测算法，对水质在未来空间和时间的发展趋势进行估计和预测，根据预测结果制定相应的水质改善措施。

在本实施例中，水质监测系统23由多种水质监测传感器231，信号采集与隔离模块232，及数据分析与处理模块233组成。多种水质监测传感器231集成于水下机器人30的耐压舱之外的透水部分，信号采集与隔离模块232及数据分析与处理模块233集成于水下机器人30的耐压舱内。

水质监测传感器231，包括但不限于：温度传感器2311、pH 值传感器2312、溶解氧传感器2313、氨氮传感器2314和硫化物传感器2315。多种水质监测传感器231，可实现养殖水体多种水质信息实时采集。

水质监测分为如下步骤：

Step1、由温度传感器2311、pH 值传感器2312、溶解氧传感器2313、氨氮传感器2314、硫化物传感器2315进行水质信息采集；

Step2、采集到的原始数据通过信号采集与隔离模块232进行有效隔离处理，得到隔离后的传感器测量值；

Step3、数据分析与处理模块233基于系统量测模型与量测噪声模型，采用多传感器融合滤波及预测的方法对所采集的水质信息进行有效分析、处理及预测，以消除传感器的量测误差，提高水质量测及预测的准确性；

Step4、艇载综合控制系统20对处理后的水质数据进行综合分析，一旦发现当前或预测水质异常，能够及时进行异常水质报警。

需要说明的是，为避免传感器故障及量测偏差对水质监测的影响，可在水下机器人上集成多个同类别的水质监测传感器23。基于多传感器的测量数据进行融合滤波，以提高测量的可靠性和准确度。

如图1和2，所述视频监控系统25，包括：

摄像头251，用于拍摄养殖产品的视频信息；

视频信息采集模块254，用于采集摄像头251拍摄的视频信息；

视频信息处理模块245，用于生成处理后的视频信息。

在本实施例中，视频监控系统25实现养殖产品的视频信息采集与传输，由摄像头251、补光灯252、云台253及视频信息采集254与处理模块255组成。摄像头251、补光灯252及云台253安装在水下机器人30的耐压舱之外，视频信息采集254与处理模块255集成在水下机器人的耐压舱内。

在养殖产品视频监控过程中，首先，由摄像头251在补光灯252和云台253的辅助下进行摄像；然后，由视频信息采集模块254和视频信息处理模块255对养殖产品的视频信息进行采集和处理；最后，通过光纤传输至水上部分，进行视频显示。

需要说明的是，通过艇载综合控制系统20，可实现云台253转动控制，补光灯252光照调节，以及摄像头251的变焦控制。视频信息传输至水上部分之后，由自动识别程序对视频信息进行进一步甄别，以评估养殖产品的生长状态，为科学喂养及捕捞作业等提供依据。在另外的实施例中，若不使用自动识别程序，也可由人工识别代替。

如图1所示，所述水上部分，还包括：

视频显示系统12，用于显示处理后的视频信息，供自动识别程序进行甄别；

水质显示与预警系统13，用于显示养殖水质的各项指标的参数，以及，当水质监测信息异常时，显示报警信息；

数据管理系统14，用于将舱室评估信息、水质监测信息、水下机器状态信息、遇见的障碍物信息和养殖产品监测信息进行存储。

所述视频显示系统12、水质显示与预警系统13分别与岸基综合控制系统10连接。

在本实施例中，视频显示系统12显示水下视频监控系统25采集处理后的养殖视频信息，便于自动识别程序进行分析和综合判断。数据管理系统14存储及管理水下机器人30采集的各种数据，便于操作人员进行数据追溯和分析。水质显示与预警系统13显示各种水质参数及异常水质状态报警信息。

所述通信系统，包括：岸基通信系统15和艇载通信系统26；

所述岸基通信系统15与岸基综合控制系统10相连，设置在岸基上；

所述艇载通信系统26设置在水下机器人30上；

所述岸基通信系统15和艇载通信系统26之间的通信方式包括：光纤通信、无线通信和水声通信；

所述基于水下机器人的水产养殖监测系统，还包括：

移动管理介质16，用于对水上部分和水下部分进行监控和管理；

所述移动管理介质16无线接入通信系统。

在本实施例中，岸基通信系统15除水上光纤部分之外，还包括：岸基无线网络模块151、岸基水声通信模块152、岸基无线网络天线153和岸基水声换能器154。岸基无线网络模块151和岸基无线网络天线153实现岸基通信系统15的水上无线通信功能；岸基水声通信模块152和岸基水声换能器154实现岸基通信系统15的岸基水声通信功能。艇载通信系统26除水下光纤部分之外，还包括：艇载无线网络模块261、艇载水声通信模块 262、艇载无线网络天线263和艇载水声换能器264。艇载无线网络模块261和艇载无线网络天线263实现艇载通信系统26的水下无线通信功能；艇载水声通信模块262和艇载水声换能器264实现艇载通信系统26的水下水声通信功能。

在本实施例中，水上部分与水下部分之间通过光纤、无线网络及水声通信进行信息交互。当水下机器人30执行养殖产品生长状态监控时，需要通过视频在线观察养殖产品，由于视频传输所需网络带宽较大，此时通过光纤通信实现水上水下信息交互；当水下机器人30执行大范围的自主水质监测巡航时，对水下机器人30机动灵活性要求较高，此时需要去掉光纤连接，根据水下机器人30所处深度选用无线通信或水声通信；若水下机器人 30位于近水面，水下机器人30上的艇载无线通信天线263露出水面，可采用无线通信方式，若水下机器人30远离近水面，采用水声通信方式，从而实现不同水深覆盖式监测及无线传输。

所述基于水下机器人的水产养殖监测系统，还包括：

移动管理介质16，用于针对水上部分和水下部分进行监控和管理；

所述移动管理介质16无线接入通信系统。

在本实施例中，移动管理介质16，包括：手机、平板等，可通过无线网络接入系统，实现远距离无线监控及管理。岸基上的被动干预可通过移动管理介质16实现。

综上，本实施例可面向不同形式的养殖水域，实现关键靶区覆盖式自主路径规划与跟踪控制，从而使水下机器人30成为一种机动灵活的水体全方位监测载体。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM 存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，包括：水上部分和水下部分，所述水上部分，包括：

任务预置及干预系统(11)，用于根据监测靶区及路径必达点，生成全局路径和水产监测任务；

所述水下部分，包括：水下机器人(30)，以及，

动力推进系统(22)，用于驱动水下机器人(30)基于全局路径行进；

水体监测系统，用于根据水产监测任务，针对养殖水体进行监测，得到水体监测信息；

所述水体监测系统和动力推进系统(22)都设置在水下机器人(30)上；

所述水下部分，还包括：艇载综合控制系统(20)；

所述艇载综合控制系统(20)，包括：

局部运动规划单元(201)，用于根据障碍物信息，在全局路径的基础上生成局部路径；

运动控制单元(202)，用于根据局部路径和当前的机器人状态信息，生成对应的水下机器人(30)的运动控制指令，并发送至动力推进系统(22)；

所述艇载综合控制系统(20)，用于根据水体监测信息、舱室评估信息和机器人状态信息，进行综合评估及主动干预：

当水体监测信息异常时，生成使水下机器人(30)上浮报警的第一干预指令；

当舱室评估信息或机器人状态信息异常时，生成使水下机器人(30)应急回收的第二干预指令；

所述第一干预指令和第二干预指令，被传递至运动控制单元(202)，用于改变运动控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，所述

艇载综合控制系统(20)，还用于根据全局路径，规划水下机器人(30)的局部路径，从而控制动力推进系统(22)；

以及，针对水体监测信息进行调度和处理；

所述水体监测系统与艇载综合控制系统(20)相连。

3.根据权利要求2所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，所述水下部分，还包括：

导航定位系统(24)，用于定位水下机器人(30)，得到水下机器人(30)的机器人状态信息和遇见的障碍物信息；

舱室监测系统(21)，用于采集水下机器人(30)耐压舱内的环境信息，并对舱内环境进行评估，得到舱室评估信息；

所述舱室监测系统(21)、动力推进系统(22)和导航定位系统(24)分别与艇载综合控制系统(20)相连。

4.根据权利要求3所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，所述水上部分，还包括：

岸基综合控制系统(10)，用于将全局路径和水产监测任务下达至艇载综合控制系统(20)；以及，接收艇载综合控制系统(20)的状态信息，判定艇载综合控制系统(20)无法进行综合评估及主动干预，或艇载综合控制系统(20)主动干预无效时，由岸基综合控制系统(10)执行综合评估及主动干预；

所述任务预置及干预系统(11)，还用于基于被动干预，生成第三干预指令；

所述第三干预指令，被传递至运动控制单元(202)，用于改变运动控制指令；

所述岸基综合控制系统(10)通过通信系统与艇载综合控制系统(20)相连。

5.根据权利要求4所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，所述养殖水体，包括：养殖水质和养殖产品；

所述水体监测信息，包括：水质监测信息和养殖产品监测信息；

所述水体监测信息异常，包括：水质监测信息异常，或养殖产品监测信息异常；

所述水体监测系统，包括：

水质监测系统(23)，用于对养殖水质进行监测，得到水质监测信息；

视频监控系统(25)，用于对养殖产品进行监测，得到养殖产品监测信息；

所述水质监测系统(23)和视频监控系统(25)分别与艇载综合控制系统(20)相连。

6.根据权利要求5所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，所述水质监测系统(23)，包括：

多种水质监测传感器(231)，用于采集养殖水质的各项指标的原始数据；

信号采集与隔离模块(232)，用于针对各原始数据进行有效隔离处理，得到对应的传感器测量值；

数据分析与处理模块(233)，用于基于系统量测模型与量测噪声模型，结合多传感器融合滤波及预测方法，对各传感器测量值进行分析处理，得到评估当前水质状态的水质监测信息，以及基于当前水质监测信息预测未来水质的时空变化趋势；

所述视频监控系统(25)，包括：

摄像头(251)，用于拍摄养殖产品的视频信息；

视频信息采集模块(254)，用于采集摄像头(251)拍摄的视频信息；

视频信息处理模块(245)，用于生成处理后的视频信息。

7.根据权利要求6所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，所述水上部分，还包括：

视频显示系统(12)，用于显示处理后的视频信息，供自动识别程序进行甄别；

水质显示与预警系统(13)，用于显示养殖水质的各项指标的参数，以及，当水质监测信息异常时，显示报警信息；

数据管理系统(14)，用于将舱室评估信息、水质监测信息、水下机器状态信息、遇见的障碍物信息和养殖产品监测信息进行存储；

所述视频显示系统(12)、水质显示与预警系统(13)分别与岸基综合控制系统(10)连接。

8.根据权利要求4所述的基于水下机器人的水产养殖监测系统，其特征在于，所述通信系统，包括：岸基通信系统(15)和艇载通信系统(26)；

所述岸基通信系统(15)与岸基综合控制系统(10)相连，设置在岸基上；

所述艇载通信系统(26)设置在水下机器人(30)上；

所述岸基通信系统(15)和艇载通信系统(26)之间的通信方式包括：光纤通信、无线通信和水声通信；

所述基于水下机器人的水产养殖监测系统，还包括：

移动管理介质(16)，用于对水上部分和水下部分进行监控和管理；

所述移动管理介质(16)无线接入通信系统。

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