CN111887185A - 一种深远海智能养殖平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种深远海智能养殖平台，包括支撑架平台，支撑架平台底部设置有漂浮机构和牵引装置，支撑架平台上设置有控制装置；其中漂浮机构用于支撑支撑架平台悬浮于海面上并控制支撑架平台上升和下沉，其包括压载水舱和高压气罐，高压气罐与压载水舱连接；牵引装置设置在支撑架平台的中心位置，牵引装置包括提拉锁止机构和弹性牵引件；提拉锁止机构与支撑架平台固定连接，弹性牵引件的一端与提拉锁止机构连接，另一端与位于水底的水底固定基础连接；控制装置与远端控制系统通信连接，用于接收由远端控制系统发送的控制指令。本发明能够通过远程控制系统发送控制指令来进行远程操控，其智能化水平高。

Description

一种深远海智能养殖平台
技术领域
本发明涉及深远海养殖平台技术领域，特别是一种深远海智能养殖平台。
背景技术
由于耕地日益减少和淡水资源匮乏，我国淡水渔业的发展已受到越来越多的制约，同时，近岸海水养殖的空间和环境制约也日趋明显。大规模海水养殖集中在近岸浅水海域的狭小空间范围内，带来了产业冲突、生态损失、病害风险、质量安全等一系列问题。因此，海水养殖从近岸向离岸、向深远海拓展已经成为我国海水养殖产业发展的必然选择。
目前，也有一些深远海的养殖平台在使用，但是目前的深远海养殖平台智能化水平普遍偏低，仅能实现基本的养殖功能，大部分操作行为依然需要工人进行；不能满足现代深远海养殖平台智能化发展的需要。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种深远海智能养殖平台。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种深远海智能养殖平台，包括支撑架平台，支撑架平台底部设置有漂浮机构和牵引装置，支撑架平台上设置有控制装置；
其中漂浮机构用于支撑支撑架平台悬浮于海面上并控制支撑架平台上升和下沉，其包括压载水舱和高压气罐，高压气罐与压载水舱连接；
牵引装置设置在支撑架平台的中心位置，牵引装置包括提拉锁止机构和弹性牵引件；
提拉锁止机构与支撑架平台固定连接，弹性牵引件的一端与提拉锁止机构连接，另一端与位于水底的水底固定基础连接；
控制装置与远端控制系统通信连接，用于接收由远端控制系统发送的控制指令；
控制装置还分别与压载水舱的阀门、高压气罐以及提拉锁止机构连接，用于根据接收的控制指令控制载水舱的阀门的开关，以及高压气罐以及提拉锁止机构的启停。
在一种实施方式中，支撑架平台的底部还设置有网箱，网箱开口向上，其开口边缘固定在支撑架平台底部。
其中网箱的开口上设置有防逃结构，用于防止当网箱沉入海底时网箱中养殖的鱼外逃。
在一种实施方式中支撑架平台上还设有储物仓和桁架导轨，桁架导轨的一端与储物仓连接，另一端延伸至支撑架平台的外边缘；
桁架导轨用于将物资从停靠在支撑架边缘的船舶运输至储物仓中。
在一种实施方式中，支撑架平台还包括登录码头，登录码头设置于支撑架平台的一外边缘上；用于停靠船舶或者供人员登录到支撑架平台上。
在一种实施方式中，述支撑架平台上还设置有观景平台，供游客登录观光。
在一种实施方式中，支撑架平台上设置有通信基站，用于供设备通过通信基站与远端控制系统进行通信连接。
在一种实施方式中，智能养殖平台还包括环境检测系统，环境检测系统包括基于无线传感器网络的数据采集节点，用于采集智能养殖平台及其附近海域的环境数据；
数据采集节点包括传感器组和通信模组，传感器组用于感知数据采集节点所处环境的环境数据，通信模组用于获取的环境数据发送到通信基站，由通信基站同于发送到远端控制系统。
在一种实施方式中，传感器组包括图像传感器、温度传感器、浪高传感器、降雨量传感器、气压传感器、水流速度传感器、风速传感器等中的一种或多种。
本发明的有益效果为：
1)智能养殖平台以支撑架平台为养殖平台的基础，并在支撑架平台上设置能够通过控制装置进行远程控制的漂浮机构，其中漂浮机构采用压载水舱配合高压气罐的方式，支撑养殖平台漂浮于海面上；在漂浮机构的支撑下，支撑架平台远离水面后不会受到风浪的冲击，同时支撑架平台采用的支撑架结构能让波动的波浪穿过，以减少支撑架平台受到波浪的冲击力大大减小，在水面上的漂浮效果更加平稳。
2)智能养殖平台的控制操作能够通过远程控制系统发送控制指令来进行远程操控，智能化水平高。
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为本发明智能养殖平台的结构图；
图2为本发明智能养殖平台中漂浮机构的局部放大结构图；
图3为本发明一种实施方式中的支撑架平台结构图；
图4为本发明另一种实施方式中的支撑架平台结构图；
图5为本发明控制装置的框架结构图；
图6为本发明环境检测系统的框架结构图。
附图标记：
1-支撑架平台，2-漂浮机构，3-牵引装置，4-控制装置，5-桁架导轨，6-储物仓，7-通信基站，21-压载水舱，22-高压气罐，31-提拉锁止机构，32-弹性牵引件。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1、图2、图5，其示出一种深远海智能养殖平台，包括支撑架平台1，支撑架平台1底部设置有漂浮机构2和牵引装置3，支撑架平台1上设置有控制装置4；
其中漂浮机构2用于支撑支撑架平台1悬浮于海面上并控制支撑架平台1上升和下沉，其包括压载水舱21和高压气罐22，高压气罐22与压载水舱21连接；
牵引装置3设置在支撑架平台1的中心位置，牵引装置3包括提拉锁止机构31和弹性牵引件32；
提拉锁止机构31与支撑架平台1固定连接，弹性牵引件32的一端与提拉锁止机构31连接，另一端与位于水底的水底固定基础连接；
控制装置4与远端控制系统通信连接，用于接收由远端控制系统发送的控制指令；
控制装置4还分别与压载水舱21的阀门、高压气罐22以及提拉锁止机构31连接，用于根据接收的控制指令控制载水舱的阀门的开关，以及高压气罐22以及提拉锁止机构31的启停。
本发明上述实施方式，以支撑架平台1为养殖平台的基础，并在支撑架平台1上设置能够通过控制装置4进行远程控制的漂浮机构2，其中漂浮机构2采用压载水舱21配合高压气罐22的方式，支撑养殖平台漂浮于海面上；在漂浮机构2的支撑下，支撑架平台1远离水面后不会受到风浪的冲击，同时支撑架平台1采用的支撑架结构能让波动的波浪穿过，以减少支撑架平台1受到波浪的冲击力大大减小，在水面上的漂浮效果更加平稳；
当台风天气来临时，需要将养殖平台沉入到低于海面一定深度的位置(如低于海平面10米)，以减少台风对养殖平台的冲击；通过控制装置4控制压载水舱21的阀门打开，压载水仓开始注水以减少压载水舱21的浮力，当注水量到达一定程度后，支撑架平台1的重力约等于或稍微大于压载水舱21提供的浮力时，通过控制装置4控制提拉锁止机构31开始收紧弹性牵引件32，以使得养殖平台在自身重力以及紧弹性牵引件32的拉力的作用下缓慢下沉至指定深度，当到达指定深度后，通过控制装置4控制提拉锁止机构31开锁紧并固定收紧弹性牵引件32的长度，以使得养殖平台在海水中保持指定的深度；
当台风过后，通过控制装置4控制高压气罐22向压载水舱21中注入高压气体以将压载水舱21中的海水排出，以增加压载水舱21的浮力，同时控制提拉锁止机构31放松增加弹性牵引件32的长度，整个养殖平台在浮力的作用下缓慢上浮至海平面上。
其中控制装置4的控制操作能够通过远程控制系统发送控制指令来进行远程操控，其智能化水平高。
在一种实施方式中，支撑架平台1的底部还设置有网箱，网箱开口向上，其开口边缘固定在支撑架平台1底部。
其中网箱的开口上设置有防逃结构，用于防止当网箱沉入海底时网箱中养殖的鱼外逃。
在一种实施方式中，弹性牵引件32包括弹性牵引绳和弹性牵引链。
在一种实施方式中，参见图3，支撑架平台1上还设有储物仓6和桁架导轨5，桁架导轨5的一端与储物仓6连接，另一端延伸至支撑架平台1的外边缘；
桁架导轨5用于将物资从停靠在支撑架边缘的船舶运输至储物仓6中。
针对对养殖平台网箱中养殖的鱼类等进行喂养的问题，现有技术中，通常是通过运输船将鱼料等运输至养殖平台后，由人工将鱼料等物资搬到养殖平台上进行撒料喂养。由于鱼料的数量十分庞大，因此工作人员在搬运的过程中十分不方便。为解决上述问题，上述实施方式中，在支撑架平台1上还设置有桁架轨道，通过桁架轨道实现鱼料的运输，同时还设置有储物仓6，能够有效地对鱼料等物资进行存储，避免在海洋中因潮湿、暴雨等环境对物资造成的影响，一方面降低了人工操作难度，另一方面也提高了养殖物资的存放可靠性和便捷性。
在一种实施方式中，支撑架平台1还包括登录码头，登录码头设置于支撑架平台1的一外边缘上；用于停靠船舶或者供人员登录到支撑架平台1上。
在一种实施方式中，述支撑架平台1上还设置有观景平台，供游客登录观光。
同时，为进一步开发养殖平台的旅游资源，在支撑架平台1上还能够设置相应的观景平台以进行旅游资源开发。提高了智能养殖平台的多样性。
在一种实施方式中，参见图4，支撑架平台1上设置有通信基站7，用于供设备通过通信基站7与远端控制系统进行通信连接。
上述实施方式中，在支撑架平台1上还设置有用于实现无线数据传输的通信基站7，通过通信基站7接收远端控制系统发送的控制指令，并传输到相应的设备中，能够提高远程数据传输的稳定性。同时通信基站7也能够为基于智能养殖平台搭建的环境检测系统提供稳定的通信支持。
其中，为保持通信基站7的稳定性，通信基站7将设置在另外的漂浮机构2上或者距离支撑架平台1水平高度相对较大的位置，以使得支撑架平台1在下沉至海平面以下时，通信基站7也不会沉入海中，以保证通信基站7的工作性能。
在一种实施方式中，参见图6，智能养殖平台还包括环境检测系统，环境检测系统包括基于无线传感器网络的数据采集节点，用于采集智能养殖平台及其附近海域的环境数据；
数据采集节点包括传感器组和通信模组，传感器组用于感知数据采集节点所处环境的环境数据，通信模组用于获取的环境数据发送到通信基站7，由通信基站7同于发送到远端控制系统。
在一种实施方式中，传感器组包括图像传感器、温度传感器、浪高传感器、降雨量传感器、气压传感器、水流速度传感器、风速传感器等中的一种或多种。所述数据采集节点采集的环境数据包括通过上述传感器组获取的环境数据。
在一种实施方式中，数据采集节点还包括定位单元，用于获取自身的定位信息。
其中数据采集节点被设置在能够漂浮于海面的漂浮装置上或者能够潜伏海底的潜水装置上，以满足不同环境数据采集的需求。
以智能养殖平台为基础，其还设置有环境检测系统，用于采集智能养殖平台及其附近海域的环境数据，将检测到的环境数据及时发送到远端控制平台，供管理人员及时了解养殖平台附近海域的环境信息，以及做出相应的控制、管理措施。能够对智能养殖平台的环境进行全面监控，并以智能养殖平台为基础，同时对其附近海域的环境信息进行检测，实现智能养殖平台与深远海域检测的相结合，提高了养殖平台的多功能综合性能。
在一种实施方式中，所述支撑架平台1上还设置有太阳充电板，为支撑架平台1上的设备提供电能。
在一种实施方式中，所述数据采集节点还包括太阳能充电设备，所述太阳能充电设备用于为数据采集节点中的传感器组和通信模组充电。
同时，为保证能量的补充，上述实施方式中还设置有太阳能充电板为设备进行充电，以提高各设备的工作时长和稳定性。
针对环境检测系统中包含有数量庞大的数据采集节点，对此，为了提高数据采集节点之间的数据传输效能，在一种实施方式中，所述无线传感器网络为分簇结构的无线传感器网络；其中该分簇结构的分簇方案包括：
全体数据采集节点每隔设定的时间周期统一执行一次簇头选举，以选定下一时间周期内无线传感器网络的分簇结构，包括：
1)数据采集节点将自身状态信息广播发送到其通信范围内的其他邻居数据采集节点中；以及接收由邻居数据采集节点广播的其它数据采集节点的状态信息；
2)根据接收到的邻居数据采集节点的状态信息，分别计算各邻居数据采集节点的性能状态分数，并从中选取性能状态分数最高的邻居数据采集节点，向其发送投票信息；
其中，采用的邻居数据采集节点性能状态分数计算函数为：
Figure BDA0002626385760000061
式中，Y(n)表示第n个邻居数据采集节点的性能状态分数，其中n＝1,2,…,N，N表示该数据采集节点的通信范围内的邻居数据采集节点的总数；Eone(n)表示第n个邻居数据采集节点与通信基站7进行一次单位数据交互所需的能量，Es(n)表示第n个邻居数据采集节点的剩余能量，T(n)表示第n个邻居数据采集节点的太阳能充电因子，当该第n个邻居数据采集节点中配备有太阳能充电板时，T(n)＝1,否则T(n)＝0，d(n)表示该数据采集节点与第n个邻居数据采集节点之间的距离，L(n)表示第n个邻居数据采集节点的通信范围半径，R(n)表示第n个邻居数据采集节点与通信基站7之间的距离；
Figure BDA0002626385760000062
和
Figure BDA0002626385760000063
分别表示设定的能量权重因子以及结构权重因子，其中
Figure BDA0002626385760000064
3)数据采集节点统计其接收到的由邻居数据采集节点向其发送的投票信息的数量获取总票数；统计完毕后将自身获得的总票数广播至其通信范围内的其他邻居数据采集节点中；以及接收由邻居数据采集节点广播的各邻居数据采集节点的总票数；
4)当数据采集节点自身获得的投票总票数与其通信范围内的其他邻居数据采集节点的投票数相比，符合设定的要求时，将该数据采集节点当选为簇头节点，簇头节点向其通信范围内的邻居数据采集节点广播其簇头节点当选信息，当非当选簇头节点的邻居数据采集节点在接收到簇头节点发送的当选信息后，与该簇头节点建立通信连接关系，成为该簇头节点的子节点；
其中其子节点将采集的环境数据发送到簇头节点，由簇头节点发送到通信基站7，通过通信基站7将环境数据发送到远端控制系统。
其中，数据采集节点的状态信息包括：该数据采集节点的定位信息，通信半径，剩余能量信息，太阳能板搭载信息，与通信基站7进行一次单位数据交互所需的能量信息。以及上述方案中提及到的可能需要的信息
其中，上述通信范围包括数据采集节点的一跳通信范围；上述该数据采集节点与第n个邻居数据采集节点之间的距离d(n)，以及第n个邻居数据采集节点与通信基站7之间的距离R(n)，均为根据节点的定位信息以及通信基站7的定位信息计算所得。
针对深远海域中数据采集节点的数据传输环境相对于较差(例如覆盖范围广、基础设施少、网络覆盖不全面等)因此传统的通过总台对数据采集节点进行集中分配以及分簇控制的方式在针对深远海域的环境下效果并不理想，因此上述实施方式中，提出了一种无需通过总台集中控制的无线传感器网络数据传输分簇方式，该分簇方式由数据采集节点自发完成，无需通过总台完成，当到达设定的时间时，各数据采集节点同时执行上述分簇指令并在各数据采集节点中完成分簇计算，便能完成自适应的簇头节点选择以及完成相应的分簇结构，适应力强，能够适应深远海域环境检测系统的需求。
具体地，上述提供的分簇方式中，还提出了一种分簇效果好的簇头节点评选方案，该方案中能够通过数据采集节点间的状态信息交互后，自适应地选取处性能最佳的数据采集节点当选为簇头节点；其中采用的邻居数据采集节点性能状态分数计算函数能够准确地在数据采集节点间的状态信息交互后，计算邻居数据采集节点的性能，根据这种“第三方反映”的方式，评选出性能最佳的数据采集节点作为簇头节点进行分簇，其分簇结构合理，分簇效率高，能够从整体上提高环境检测系统的数据传输性能。
在一种实施方式中，该设定的要求为：Z(0)＞maxn∈[1,N](Z(n))；其中，Z(0)表示该数据采集节点自身获得的投票总票数；Z(n)第n个邻居数据采集节点获得的投票总票数，其中n＝1,2,…,N，N表示该数据采集节点的通信范围内的邻居数据采集节点的总数。
在一种实施方式中，该设定的要求为：
Figure BDA0002626385760000071
其中，NUMn∈[1,N](Z(0)＞Z(n))表示当n＝1,2,…,N时，满足Z(0)＞Z(n)的数量，其中N表示该数据采集节点的通信范围内的邻居数据采集节点的总数；Z(0)表示该数据采集节点自身获得的投票总票数，Z(n)第n个邻居数据采集节点获得的投票总票数，λ表示设定的阈值因子，其中λ∈[0.7,0.9]。
上述实施方式中，为了避免在分簇时存在被遗留的孤岛节点，因此提出了一种改进的簇头当选机制，其结合数据采集节点的性能状态分数以及邻居节点的总数，自适应地调节簇头节点的总数，使得簇头节点的分布更加合理，进一步提高环境检测系统的数据传输性能。
在一种实施方式中，该设定的要求为：
Figure BDA0002626385760000072
其中，NUMn∈[1,N](Z(0)＞Z(n))表示当n＝1,2,…,N时，满足Z(0)＞Z(n)的数量，其中N表示该数据采集节点的通信范围内的邻居数据采集节点的总数；Z(0)表示该数据采集节点自身获得的投票总票数，Z(n)第n个邻居数据采集节点获得的投票总票数，λ表示设定的阈值因子，其中λ∈[0.7,0.9]，τ表示分簇宽容度因子，其中τ＝[1,2].
同时，为了避免仅有一个数据采集节点票数最高，其余邻居数据采集节点票数依次递减导致最终仅有一个簇头节点的情形，上述实施方式中对设定的要求进行了调整，避免了当某一节点处于簇头节点范围时，其无法进一步成为其覆盖区域的邻居数据采集节点的簇头节点的情况，提高了分簇性能。
在一种实施方式中，当数据采集节点同时接收到多个簇头节点发送的当选信息时，其选择性能状态分数最高的簇头节点建立通信连接关系。
在一种实施方式中，当数据采集结点当选为簇头节点后，其将直接与通信基站7进行通信连接；其子节点将采集的环境数据发送到簇头节点，由簇头节点直接发送到通信基站7，通过通信基站7将环境数据发送到远端控制系统；
在一种实施方式中，簇头节点还包括通过簇头节点间多跳的的传输方式，将环境数据传输到通信基站7。
在一种实施方式中，当数据采集节点在设定的时间内没有接收到簇头节点发送的当选信息时，其选择性能状态分数最高的邻居数据采集节点建立连接，由选择的该邻居数据采集节点作为中继节点，将数据发送到该中继节点后，由该中继节点进行进一步数据传输。
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分析，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 (8)

1.一种深远海智能养殖平台，其特征在于，包括支撑架平台，所述支撑架平台底部设置有漂浮机构和牵引装置，所述支撑架平台上设置有控制装置；
其中所述漂浮机构用于支撑所述支撑架平台悬浮于海面上并控制所述支撑架平台上升和下沉，其包括压载水舱和高压气罐，所述高压气罐与所述压载水舱连接；
所述牵引装置设置在所述支撑架平台的中心位置，所述牵引装置包括提拉锁止机构和弹性牵引件；
所述提拉锁止机构与支撑架平台固定连接，所述弹性牵引件的一端与所述提拉锁止机构连接，另一端与位于水底的水底固定基础连接；
所述控制装置与远端控制系统通信连接，用于接收由远端控制系统发送的控制指令；
所述控制装置还分别与所述压载水舱的阀门、高压气罐以及提拉锁止机构连接，用于根据接收的控制指令控制所述载水舱的阀门的开关，以及所述高压气罐和提拉锁止机构的启停。
2.根据权利要求1所述的一种深远海智能养殖平台，其特征在于，所述支撑架平台的底部还设置有网箱，所述网箱开口向上，其开口边缘固定在所述支撑架平台底部。
其中所述网箱的开口上设置有防逃结构，用于防止当网箱沉入海底时网箱中养殖的鱼外逃。
3.根据权利要求1所述的一种深远海智能养殖平台，其特征在于，所述支撑架平台上还设有储物仓和桁架导轨，所述桁架导轨的一端与所述储物仓连接，另一端延伸至支撑架平台的外边缘；
所述桁架导轨用于将物资从停靠在支撑架边缘的船舶运输至储物仓中。
4.根据权利要求1所述的一种深远海智能养殖平台，其特征在于，所述支撑架平台还包括登录码头，所述登录码头设置于所述支撑架平台的一外边缘上；用于停靠船舶或者供人员登录到支撑架平台上。
5.根据权利要求1所述的一种深远海智能养殖平台，其特征在于，述支撑架平台上还设置有观景平台，供游客登录观光。
6.根据权利要求1所述的一种深远海智能养殖平台，其特征在于，所述支撑架平台上设置有通信基站，用于供设备通过所述通信基站与远端控制系统进行通信连接。
7.根据权利要求6所述的一种深远海智能养殖平台，其特征在于，所述智能养殖平台还包括环境检测系统，所述环境检测系统包括基于无线传感器网络的数据采集节点，用于采集所述智能养殖平台及其附近海域的环境数据；
所述数据采集节点包括传感器组和通信模组，所述传感器组用于感知所述数据采集节点所处环境的环境数据，所述通信模组用于获取的环境数据发送到通信基站，由通信基站同于发送到远端控制系统。
8.根据权利要求7所述的一种深远海智能养殖平台，其特征在于，所述传感器组包括图像传感器、温度传感器、浪高传感器、降雨量传感器、气压传感器、水流速度传感器、风速传感器中的一种或多种。
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