CN111781324A - 一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统 - Google Patents

一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统 Download PDF

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CN111781324A CN202010676535.6A CN202010676535A CN111781324A CN 111781324 A CN111781324 A CN 111781324A CN 202010676535 A CN202010676535 A CN 202010676535A CN 111781324 A CN111781324 A CN 111781324A
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Abstract

本发明涉及海洋环境监控技术领域，提供了一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，该系统包括环境监测模块、污染评估模块和远程控制模块；环境监测模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，污染评估模块与环境监测模块相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并将评估结果传输给远程控制模块；远程控制模块与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向污染评估模块下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态。本发明能够实现对海洋水质环境的有效监测，并将监测结果传输给远程控制模块，保证了及时发现海洋水质污染从而提前处理。

Description

一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统
技术领域
本发明涉及海洋环境监控技术领域，具体涉及一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统。
背景技术
海洋水质监测可以实现对海洋水质环境进行监测，这对于及早发现海洋污染并进行及时的处理和保护都有着重要的意义。现有海洋环境监测方式主要有现场人工采样、专用监测船或浮标原位监测的方式，这些方式存在着消耗大量劳动力、监测效率低和成本高等缺点，因此，开发一种能够实时有效的进行海洋水质环境监测系统对于环境保护和大范围的水质监测有着重要的研究价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，该系统包括环境监测模块、污染评估模块和远程控制模块；环境监测模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，污染评估模块与环境监测模块相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并将评估结果传输给远程控制模块；远程控制模块与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向污染评估模块下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态；所述环境监测模块包括汇聚节点和用于采集所监测海洋环境位置的传感器节点，所述汇聚节点收集各传感器节点采集的数据并发送至所述污染评估模块。
在一种能够实现的方式中，所述污染评估模块包括控制单元、异常数据分析单元和环境评估单元；所述控制单元用于根据远程控制模块下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述异常数据分析单元用于将数据与对应的预设数据阈值范围进行比较，将超出对应的预设数据阈值范围的数据标记为异常数据；所述环境评估单元用于根据异常数据进行海洋环境的评估。
在一种能够实现的方式中，所述根据异常数据进行海洋环境的评估，包括：当异常数据的数量超出预设的安全数量阈值时，判定海洋环境受到污染。
进一步地，所述根据异常数据进行海洋环境的评估，还包括：当异常数据所属的类型数量超出预设的类型数量阈值时，判定海洋环境受到污染。
在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括用于监测水质情况的第一传感器组件和用于监测环境情况的第二传感器组件，所述第一传感器组件包括用于分别监测水质酸碱值、溶解氧和盐度的传感器，所述第二组传感器组件包括用于分别监测水温和叶绿素浓度的传感器。
本发明的有益效果为：结构简单，灵活方便，通过各模块之间的相互配合，能够实现对海洋水质环境的有效监测，并将监测结果传输给远程控制模块，保证了及时发现海洋水质污染从而提前处理。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统的结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的污染评估模块的结构示意框图。
附图标记：
环境监测模块1、污染评估模块2、远程控制模块3、控制单元10、异常数据分析单元20、环境评估单元30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，该系统包括环境监测模块1、污染评估模块2和远程控制模块3；环境监测模块1用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，污染评估模块2与环境监测模块1相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并将评估结果传输给远程控制模块2；远程控制模块2与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向污染评估模块2下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态；所述环境监测模块1包括汇聚节点和用于采集所监测海洋环境位置的传感器节点，所述汇聚节点收集各传感器节点采集的数据并发送至所述污染评估模块2。
在一种可能实现的方式中，如图2所示，所述污染评估模块2包括控制单元10、异常数据分析单元20和环境评估单元30；所述控制单元10用于根据远程控制模块4下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述异常数据分析单元20用于将数据与对应的预设数据阈值范围进行比较，将超出对应的预设数据阈值范围的数据标记为异常数据；所述环境评估单元30用于根据异常数据进行海洋环境的评估。
在一种能够实现的方式中，所述根据异常数据进行海洋环境的评估，包括：当异常数据的数量超出预设的安全数量阈值时，判定海洋环境受到污染。
进一步地，所述根据异常数据进行海洋环境的评估，还包括：当异常数据所属的类型数量超出预设的类型数量阈值时，判定海洋环境受到污染。
在一种能够实现的方式中，所述传感器节点包括用于监测水质情况的第一传感器组件和用于监测环境情况的第二传感器组件，所述第一传感器组件包括用于分别监测水质酸碱值、溶解氧和盐度的传感器，所述第二组传感器组件包括用于分别监测水温和叶绿素浓度的传感器。
本发明上述实施例设置的系统结构简单，灵活方便，通过各模块之间的相互配合，能够实现对海洋水质环境的有效监测，并将监测结果传输给远程控制模块3，保证了及时发现海洋水质污染从而提前处理。
在一种能够实现的方式中，汇聚节点向网络内各传感器节点广播信息，该信息包括预设的距离阈值；
各传感器节点通过周期性地交换信息获取邻居节点标识及位置信息，其中定义在传感器节点传输范围内的其他传感器节点为其邻居节点；传感器节点与汇聚节点的距离不超过距离阈值时，传感器节点直接将采集的数据传递至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点的距离超过距离阈值时，传感器节点将采集的数据通过多跳的形式传递至汇聚节点，具体为：
(1)传感器节点按照下列公式确定自己的等级：
Figure BDA0002584259230000031
式中，di,o为传感器节点i到汇聚节点的距离，dT表示距离阈值，
Figure BDA0002584259230000032
为取整函数，表示对
Figure BDA0002584259230000033
进行取整；
(2)传感器节点在比自身等级低的邻居节点中随机选择下一跳节点。
本实施例提出了传感器节点将采集的数据通过多跳的形式传递至汇聚节点的路由机制，该路由机制根据传感器节点到汇聚节点的距离确定传感器节点的等级，并基于随机选择的方式在比自身等级低的邻居节点中选择下一跳节点。通过该路由机制进行数据的多跳传输，简单便捷，并且能够限制传输路径的长度，避免因随机选择的方式导致路径过长而带来无谓的能量消耗。
在一种能够实现的方式中，汇聚节点按照预设的周期定期获取与其直接通信的传感器节点的能量信息，并基于所述能量信息按照下列公式更新当前的距离阈值，将更新后的距离阈值广播至网络内的各传感器节点，各传感器节点根据更新后的距离阈值重新确定与汇聚节点的路由方式以及自身的等级：
Figure BDA0002584259230000041
式中，dT(a+1)为汇聚节点在第a+1个周期更新的距离阈值，dT(a)为汇聚节点在第a个周期更新的距离阈值，u为基于能量的距离阈值影响系数，u的取值范围为[0.10,0.150，G(a)为在第a个周期与汇聚节点直接通信的传感器节点数量，Eb为在第a个周期与汇聚节点直接通信的第b个传感器节点的剩余能量，G(a+1)为在第a+1个周期与汇聚节点直接通信的传感器节点数量，Ec为在第a+1个周期与汇聚节点直接通信的第2个传感器节点的剩余能量，Et为预设的能耗阈值，
Figure BDA0002584259230000042
为判断取值函数，当
Figure BDA0002584259230000043
Figure BDA0002584259230000044
时，
Figure BDA0002584259230000045
当
Figure BDA0002584259230000046
Figure BDA0002584259230000047
时，
Figure BDA0002584259230000048
其中，若传感器节点的当前的下一跳节点的等级不低于该传感器节点的等级，所述传感器节点重新选择下一跳节点。
本实施例基于与汇聚节点直接通信的传感器节点的能量信息进行距离阈值的定期更新，并相应地提出了距离阈值的更新公式，该更新公式考虑了邻近的两个周期之间的与汇聚节点直接通信的传感器节点的平均能耗。本实施例各传感器节点根据更新后的距离阈值重新确定与汇聚节点的路由方式以及自身的等级，有利于在整体上降低与汇聚节点直接通信的传感器节点的能耗速率，延长数据采集和传输的工作周期，进而有利于提高海洋环境智能监测系统的稳定性。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，各模块可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，其特征是，包括环境监测模块、污染评估模块和远程控制模块；环境监测模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，污染评估模块与环境监测模块相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并将评估结果传输给远程控制模块；远程控制模块与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向污染评估模块下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态；所述环境监测模块包括汇聚节点和用于采集所监测海洋环境位置的传感器节点，所述汇聚节点收集各传感器节点采集的数据并发送至所述污染评估模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，其特征是，所述污染评估模块包括控制单元、异常数据分析单元和环境评估单元；所述控制单元用于根据远程控制模块下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述异常数据分析单元用于将数据与对应的预设数据阈值范围进行比较，将超出对应的预设数据阈值范围的数据标记为异常数据；所述环境评估单元用于根据异常数据进行海洋环境的评估。
3.根据权利要求2所述的一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，其特征是，所述根据异常数据进行海洋环境的评估，包括：当异常数据的数量超出预设的安全数量阈值时，判定海洋环境受到污染。
4.根据权利要求3所述的一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，其特征是，所述根据异常数据进行海洋环境的评估，还包括：当异常数据所属的类型数量超出预设的类型数量阈值时，判定海洋环境受到污染。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于水下机器人的海洋环境智能监测系统，其特征是，所述传感器节点包括用于监测水质情况的第一传感器组件和用于监测环境情况的第二传感器组件，所述第一传感器组件包括用于分别监测水质酸碱值、溶解氧和盐度的传感器，所述第二组传感器组件包括用于分别监测水温和叶绿素浓度的传感器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114638507A (zh) * 2022-03-21 2022-06-17 中环宇恩(广东)生态科技有限公司 一种智能海洋平台检测系统及方法

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