CN111861280A - 应用水下机器人的海洋环境污染监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋环境监控技术领域，提供了应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，该系统包括污染监测模块、中央处理器和远程监控终端；污染监测模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，中央处理器与污染监测模块相连接，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监控终端；远程监控终端与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向中央处理器下发各种控制信号，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监控终端，保证了及时发现海洋水质污染从而提前处理。
Description
技术领域
本发明涉及海洋环境监控技术领域，具体涉及应用水下机器人的海洋环境污染监测系统。
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，本发明提供应用水下机器人的海洋环境污染监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，该系统包括污染监测模块、中央处理器和远程监控终端；污染监测模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，中央处理器与污染监测模块相连接，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监控终端；远程监控终端与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向中央处理器下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态。
在一种能够实现的方式中，所述中央处理器包括控制单元、数据比较单元和分析评估单元；所述控制单元用于根据远程监控终端下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述数据比较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；所述分析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，所述污染监测模块包括汇聚节点、簇头及传感器节点，所述簇头用于收集簇内传感器节点采集的数据，所述汇聚节点将所述簇头收集的数据发送至所述中央处理器；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监控终端，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应用水下机器人的海洋环境污染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中央处理器的结构示意框图。
附图标记：
污染监测模块1、中央处理器2、远程监控终端3、控制单元10、数据比较单元20、分析评估单元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应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，该系统包括污染监测模块1、中央处理器2和远程监控终端3；污染监测模块1用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，中央处理器2与污染监测模块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监控终端2；远程监控终端2与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向中央处理器2下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态。
在一种可能实现的方式中，如图2所示，所述中央处理器2包括控制单元10、数据比较单元20和分析评估单元30；所述控制单元10用于根据远程监控终端4下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述数据比较单元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；所述分析评估单元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，所述污染监测模块1包括汇聚节点、簇头及传感器节点，所述簇头用于收集簇内传感器节点采集的数据，所述汇聚节点将所述簇头收集的数据发送至所述中央处理器2；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应用水下机器人的海洋环境污染监测系统结构简单，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监控终端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，簇头与汇聚节点的距离小于预设的距离阈值时，所述簇头直接与汇聚节点通信；簇头与汇聚节点的距离不小于预设的距离阈值时，所述簇头间接与汇聚节点通信，所述簇头将位于其通信范围内且相对于其距离汇聚节点更近的其他簇头作为备选节点，并在各备选节点中选择距离其最远的备选节点作为下一跳节点，将所收集的输电线路监测数据发送至该下一跳节点。
在一种能够实现的方式中，簇头每过一个预设周期，与其簇内传感器节点且位于其通信范围内的其他簇头进行信息交互，获取它们的能量信息，并根据能量信息判断自身是否满足能量条件，若不满足，所述簇头在其簇内重新选择一个传感器节点作为新的簇头，自身成为所在簇内的传感器节点，所述能量条件为：
式中，Pe为簇头e的当前剩余能量，Pei为簇头e所在簇内第i个传感器节点的当前剩余能量，me为簇头e所在簇内的传感器节点的数量，Peb为簇头e通信范围内的第b个其他簇头的当前剩余能量，ne簇头e通信范围内的其他簇头的数量。
本实施例通过簇头与其周边的节点的能量情况进行比较，设定了能量条件，簇头每过一个预设周期根据能量信息判断自身是否满足能量条件，若不满足，所述簇头在其簇内重新选择一个传感器节点作为新的簇头，有利于避免簇头因协助转发输电线路监测数据而快速消耗能量，从而有利于平衡网络内各节点之间的能量，延长采集和传送输电线路监测数据的工作周期。
在一种能够实现的方式中，所述簇头在其簇内重新选择一个传感器节点作为新的簇头，具体为：
(1)簇头将当前剩余能量大于
的传感器节点作为备选节点；
(2)簇头按照下列公式计算各备选节点的位置优势值，并选取位置优势值的传感器节点作为新的簇头：
式中，Zj表示备选节点j的位置优势值，d1为簇头到其所在簇内最远传感器节点的距离，d2为簇头到汇聚节点的距离，d(j,sink)为备选节点j到汇聚节点的距离，d(j,k)为备选节点j到其簇头所在簇内除备选节点j外的第k个传感器节点的距离，sj为簇头所在簇内除备选节点j外的传感器节点数量，u为设定的权重系数，且0＜u＜0.5；
(2)簇头选择位置优势值最大的备选节点作为该下一跳节点。
本实施例创新性地设定了簇头的更新机制，该机制通过将当前剩余能量满足要求的传感器节点作为备选节点，并基于各备选节点的位置优势值进行新的簇头选择，有利于使得新选出的簇头具有较好的稳定性，尽量减少因簇头更换而带来不利的影响。其中，本实施例设定了位置优势值的计算公式，该计算公式基备选节点与周围节点、汇聚节点之间的位置关系进行位置优势值的计算，能够较好地衡量备选节点收集数据时的位置优势情况。
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.应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，其特征是，包括污染监测模块、中央处理器和远程监控终端；污染监测模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，中央处理器与污染监测模块相连接，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监控终端；远程监控终端与水下机器人通信连接，用于存储接收到的数据并向中央处理器下发各种控制信号，从而改变水下机器人的活动状态。
2.根据权利要求1所述的应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，其特征是，所述中央处理器包括控制单元、数据比较单元和分析评估单元；所述控制单元用于根据远程监控终端下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态；所述数据比较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；所述分析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所述的应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，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所述的应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，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任一项所述的应用水下机器人的海洋环境污染监测系统，其特征是，所述污染监测模块包括汇聚节点、簇头及传感器节点，所述簇头用于收集簇内传感器节点采集的数据，所述汇聚节点将所述簇头收集的数据发送至所述中央处理器；
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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