CN113532530B - 海洋水文实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供海洋水文实时监测系统，包括潜水器，所述潜水器设有若干组，所述系统包括主控单片机、GIS通信模块和远控控制台，所述主控单片机通过GIS通信模块与远程控制台建立通信连接，所述主控单片机设置在潜水器上，所述潜水器上设有检测组件，所述检测组件分别与主控单片机电连接，所述主控单片机包括数据获取模块与数据分析模块，所述数据获取模块用于获取来自检测组件检测到的数据，所述数据分析模块用于管理和分析来自数据获取模块的数据，所述潜水器包括驱动模块，本发明通过潜水器的驱动模块的驱动下潜水器到达海底，再依靠设置在潜水器上的检测组件对海底水文环境进行实时监测，并且通过GIS通信模块把监测数据传输到和远控控制台。

Description

海洋水文实时监测系统

技术领域

本发明涉及海洋水文技术领域，尤其涉及海洋水文实时监测系统。

背景技术

海洋水文主要的研究的对象有:海水温度、盐度、海流、潮汐、海浪、透明度、水色、海发光、海冰以及海洋大气相互作用等，21世纪是“海洋世纪”,在全球陆地资源日趋紧张和环境不断恶化的今大,世界各国纷纷将目光转向海洋。海洋环境立体监测和信息服务，可以提高对灾害性海洋环境的监测和预警能力,提高对海上工程的作业环境保障能力。通过对海洋环境要素的监测，可以掌握海域中污染物的种类数量和浓度,污染物在海洋环境中的迁移转化规律,提出防治污染的技术和措施,为实现海洋环境保护监督管理科学化、定量化奠定基础。海洋环境监测又是海洋环境科学研究的重要组成部分。海洋环境监测数据及信息产品具有真实性和客观性，能够确切地反映海洋环境质量状况或污染程度,可为海洋环境科学研究提供可靠的环境信息。

现有的海洋水文实时监测系统，主要依靠测量船及各类浮标进行海洋水文环境的监测,然而测量船及各类浮标容易受到环境因素的影响，不仅无法对海底的水文环境进行监测，还不能全天候的进行监测，例如在暴风雨下测量船及各类浮标就难于对海洋海底环境进行实时的监测,还无法实现对海洋环境的远程实时监测，导致了海洋环境发生变化时难以及时发现。

发明内容

鉴以此，本发明的目的在于提供海洋水文实时监测系统，以至少解决以上问题。

本发明采用的技术方案如下：

海洋水文实时监测系统，包括潜水器，所述潜水器设有若干组，多组潜水器可以更加准确对海洋水底水文环境进行监测，使监测的范围更广，所述系统包括主控单片机、GIS通信模块和远控控制台，所述主控单片机通过GIS通信模块与远程控制台建立通信连接，所述主控单片机设置在潜水器上，所述潜水器上设有检测组件，所述检测组件分别与主控单片机电连接，所述主控单片机包括数据获取模块与数据分析模块，所述数据获取模块用于获取来自检测组件检测到的数据，所述数据分析模块用于管理和分析来自数据获取模块的数据，所述潜水器包括驱动模块，所述驱动模块包括分别与主控单片机电连接的两个电动涡轮和两个电动滑轨，所述两个电动滑轨分别对称设置在潜水器的外壳两侧上，所述两个电动涡轮分别设置在两个电动滑轨上，所述潜水器的头部设有钻取装置，所述钻取装置包括第一腔体、钻取电机和转头，所述钻取电机的固定端设置在第一腔体内，转动端与转头相连接，所述钻取电机与主控单片机电连接。

进一步的，所述潜水器包括发电装置，所述发电装置包括蓄电池、充电电路、第一固定板、第二固定板、第一电动推杆、第二电动推杆、第一万向转台和第二万向转台，所述第一固定板和第二固定板的一端分别滑动设置在两个电动滑轨上，所述第一固定板和第二固定板的另外一端分别与第一万向转台以及第二万向转台相连接，所述第一万向转台和第二万向转台分别与两个电动涡轮铰连接，所述第一电动推杆和第二电动推杆的一端分别设置在第一万向转台与第二万向转台上，所述所述第一电动推杆和第二电动推杆的另外一端分别与两个电动涡轮相连接，所述蓄电池通过充电电路分别与两个电动涡轮电连接，并且与主控单片机电连接，所述第一电动推杆和第二电动推杆分别与主控单片机电连接。

进一步的，所述发电装置还包括温差发电片，所述温差发电片的热端设置在钻取电机上，冷端设置在潜水器的外壳上，所述温差发电片通过充电电路与蓄电池电连接。

进一步的，所述检测组件包括但不局限于分别与主控单片机电连接的水深传感器、水温传感器、水速传感器、水压传感器和侧扫声呐。

进一步的，所述数据分析模块依据水深传感器、水温传感器、水速传感器、水压传感器和侧扫声呐检测到的水深、水温、水流速、水压和侧扫地形数据建立起地形高程模型，所述主控单片机将地形高程模型通过GIS通信模块发送到远控控制台上，所述远程控制台通过地图软件将地形高程模型进行可视化展示。

进一步的，所述潜水器上还设有弹射装置，所述弹射装置包括第二腔体、电磁阀和气囊，所述气囊设置在第二腔体内并且由电磁阀间隔开，所述电磁阀与主控单片机电连接。

进一步的，所述潜水器上还设有清洁装置，所述清洁装置包括加热器和圆形刮板，所述圆形刮板环绕设置在两个电动滑轨上，所述加热器设置在外壳的内壁上并且与主控单片机电连接。

进一步的，所述潜水器还包括碰撞组件，所述碰撞组件包括与主控单片机电连接的声光提示器和碰撞传感器。

进一步的，所述潜水器外壳外壁上设有防腐涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种海洋水文实时监测系统，在需要对海底水文环境进行监测时，远程控制台通过GIS通信模块给主控单片机发送信号指令，主控单片机给电动涡轮发送信号指令，电动涡轮驱动潜水器往海底下潜，到达海底时，主控单片机再给钻取电机发动信号指令，钻取电机进行正向转动从而带动转头对海底的海床进行钻取，进而将潜水器稳固在海底，潜水器上设置的检测组件就可以长时间稳固对海底的水文环境进行检测，主控单片机上的数据获取模块将来自检测组件检测到的数据传输到数据分析模块，数据分析模块再将管理和分析好的检测数据通过GIS通信模块传输到远程控制台，从而实现控制台对海底水文环境的实时监测，在潜水器完成海底水文环境的监测时，主控单片机给钻取电机发送信号指令，钻取电机进行反方向转动从而使转头脱离掉海床，同时，主控单片机给电动滑轨发送信号指令，电动滑轨带动电动涡轮沿着滑轨往海床方向移动，从而电动涡轮可以驱动潜水器进行上浮。该系统依靠潜水器长时间稳固并且实时的对海底水文环境的监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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优选实施例，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他的附图。

图1是本发明实施例提供的海洋水文实时监测系统的潜水器整体结构示意图。

图2是本发明实施例提供的海洋水文实时监测系统整体电路结构示意图。

图中，1是远程控制台，2是GIS通信模块，3是主控单片机，4是声光提示器，5是水速传感器，6是加热器，7是碰撞传感器，8是电动涡轮，9是电动滑轨，10是蓄电池，11是第一电动推杆，12是第二电动推杆，13是水深传感器，14是水温传感器，15是水压传感器，16是侧扫声纳，17是电磁阀，18是钻取电机，19是第一万向转台，20是第二万向转台，21是第一固定板，22是气囊，23是第二腔体，24是第二固定板，25是圆形刮板，27是第一腔体，28是温差发电片，29是潜水器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参照图1和图2，本发明提供一种海洋水文实时监测系统，所述潜水器29设有若干组，所述系统包括主控单片机3、GIS通信模块2和远控控制台，所述主控单片机3通过GIS通信模块2与远程控制台1建立通信连接，所述主控单片机3设置在潜水器29上，所述潜水器29上设有检测组件，所述检测组件分别与主控单片机3电连接，所述主控单片机3包括数据获取模块与数据分析模块，所述数据获取模块用于获取来自检测组件检测到的数据，所述数据分析模块用于管理和分析来自数据获取模块的数据，所述潜水器29包括驱动模块，所述驱动模块包括分别与主控单片机3电连接的两个电动涡轮8和两个电动滑轨9，所述两个电动滑轨9分别对称设置在潜水器29的外壳两侧上，所述两个电动涡轮8分别设置在两个电动滑轨9上，该电动涡轮8可以进行正转和反转，正转用于下潜，方砖用于上浮，在潜水器29进行下潜时，两个电动涡轮8在主控单片机3的指令下，进行涡轮正转下潜，在潜水器29上浮时，主控单片机3可以给电动滑轨9发送信号指令，电动滑轨9带动两个电动涡轮8沿着滑轨进行下移，从而电动涡轮8就从尾部变成了头部，进行反转上浮，通过电动涡轮8的头尾置换可以方便了潜水器29的下潜和上浮，所述潜水器29的头部设有钻取装置，所述钻取装置包括第一腔体27、钻取电机18和转头，所述钻取电机18的固定端设置在第一腔体27内，转动端与转头相连接，所述钻取电机18与主控单片机3电连接。

示例性地，在需要对海底水文环境进行监测时，远程控制台1通过GIS通信模块2给主控单片机3发送信号指令，主控单片机3给电动涡轮8发送信号指令，电动涡轮8驱动潜水器29往海底下潜，到达海底时，主控单片机3再给钻取电机18发动信号指令，钻取电机18进行正向转动从而带动转头对海底的海床进行钻取，进而将潜水器29稳固在海底，潜水器29上设置的检测组件就可以长时间稳固对海底的水文环境进行检测，主控单片机3上的数据获取模块将来自检测组件检测到的数据传输到数据分析模块，数据分析模块再将管理和分析好的检测数据通过GIS通信模块2传输到远程控制台1，从而实现控制台对海底水文环境的实时监测，在潜水器29完成海底水文环境的监测时，主控单片机3给钻取电机18发送信号指令，钻取电机18进行反方向转动从而使转头脱离掉海床，同时，主控单片机3给电动滑轨9发送信号指令，电动滑轨9带动电动涡轮8沿着滑轨往海床方向移动，从而电动涡轮8可以驱动潜水器29进行上浮。

所述潜水器29包括发电装置，所述发电装置包括蓄电池10、充电电路、第一固定板21、第二固定板24、第一电动推杆11、第二电动推杆12、第一万向转台19和第二万向转台20，所述第一固定板21和第二固定板24的一端分别滑动设置在两个电动滑轨9上，所述第一固定板21和第二固定板24的另外一端分别与第一万向转台19以及第二万向转台20相连接，所述第一万向转台19和第二万向转台20分别与两个电动涡轮8铰连接，所述第一电动推杆11和第二电动推杆12的一端分别设置在第一万向转台19与第二万向转台20上，所述所述第一电动推杆11和第二电动推杆12的另外一端分别与两个电动涡轮8相连接，该电动涡轮8为圆形风车形状的涡轮，所述蓄电池10通过充电电路分别与两个电动涡轮8电连接，并且与主控单片机3电连接，所述第一电动推杆11和第二电动推杆12分别与主控单片机3电连接，示例性地，潜水器29长时间在海底工作续航性是一个重要的问题，为了保证潜水器29的蓄电池10续航性，可以利用海底的海流进行发电提高潜水器29的续航性，在潜水器29固定在海床上进行检测水文环境时，主控单片机3给第一电动推杆11和第二电动推杆12发送信号指令，第一电动推杆11和第二电动推杆12分别把两个电动涡轮8立起来，进而涡轮利用水离牵动涡轮进行旋转，旋转的涡轮再经过充电电路为蓄电池10进行充电，两个电动涡轮8设置在第一万向转台19和第二万向转台20上，两个电动涡轮8的的转片能随水流方向改变，使其总是迎着水流，进而可以持续的进行发电，保证蓄电池10的续航性。

所述发电装置还包括温差发电片28，所述温差发电片28的热端设置在钻取电机18上，冷端设置在潜水器29的外壳上，所述温差发电片28通过充电电路与蓄电池10电连接，示例性地，在海底水温较低，为了充分的进行发电，可以利用选取电机进行转动时钻取电机18产生的热能和海底的低温水形成的温度差进行温差发电，通过温差发电增加了蓄电池10的电能，保证了潜水器29的续航性，有利于长时间的对海底的水文环境进行监测。

所述检测组件包括但不局限于分别与主控单片机3电连接的水深传感器13、水温传感器14、水速传感器5、水压传感器15和侧扫声呐16，水深传感器13可以检测到海底的深度，水速传感器5可以检测到海底的水流速度，水压传感器15可以检测到海底的水压数据，侧扫声纳16可以检测到海底的地形数据，通过上述的传感器可以为监测海底水文环境提供了准确的数据依据。

所述数据分析模块依据水深传感器13、水温传感器14、水速传感器5、水压传感器15和侧扫声呐16检测到的水深、水温、水流速、水压和侧扫地形数据建立起地形高程模型，所述主控单片机3将地形高程模型通过GIS通信模块2发送到远控控制台上，所述远程控制台1通过地图软件将地形高程模型进行可视化展示，示例性地，远程控制台1通过地形高程模型可以清楚的了解到该海底的水文环境，并且通过远程控制台1上的绘图软件载体进行绘图，可以可视化的掌握海底的水文环境。

所述潜水器29上还设有弹射装置，所述弹射装置包括第二腔体23、电磁阀17和气囊22，所述气囊22设置在第二腔体23内并且由电磁阀17间隔开，所述电磁阀17与主控单片机3电连接，为了保证潜水器29的安全，如果在上浮的过程中发生电动涡轮8损坏的突发事件，导致潜水器29无法上浮到海面上时，主控单片机3给电磁阀17发送信号指令，电磁阀17打开第二腔体23，从而第二腔体23内气囊22进行打开，通过气囊22可以带动故障的潜水器29上浮到海面上，潜水器29上浮的过程是否出现差错，可以在一定的时间内该潜水器29还没有上浮到水面时，则说明电动涡轮8发生了故障。

所述潜水器29上还设有清洁装置，所述清洁装置包括加热器6和圆形刮板25，所述圆形刮板25环绕设置在两个电动滑轨9上，所述加热器6设置在外壳的内壁上并且与主控单片机3电连接，示例性地，在海底作业的潜水器29可能会受到海底贝类的附着，该贝类的附着极大的影响了潜水器29的性能，因此有必要对贝类的附着进行清理，当圆形刮板25在电动滑轨9的带动下沿着潜水器29外壳进行运动，如果运动过程中有贝类附着在潜水器29外壳上，则圆形刮板25会遇到阻碍，说明潜水器29外壳上已经附着了贝类，为了清理掉附着的贝类，主控单片机3给加热器6发送信号指令，加热器6对潜水器29的外壳进行加热，通过加热把附着的贝类清理掉，保障了潜水器29的清洁。

所述潜水器29还包括碰撞组件，所述碰撞组件包括与主控单片机3电连接的声光提示器4和碰撞传感器7，在海底工作的潜水器29可能会遇到大型海底生物的侵袭，如果遇到大型海底生物的侵袭潜水器29时，设置在潜水器29上的碰撞传感器7可以检测到碰撞时，主控单给声光提示器4发送信号指令，声光提示器4进行声光驱逐大型海底生物，保证潜水器29的安全。

所述潜水器29外壳外壁上设有防腐涂层，防腐涂层的设计可以保障潜水器29的工作年限，有效避免出现海水腐蚀掉潜水器29的问题。

上述实施例中，所述电动涡轮8、电动滑轨9、蓄电池10、第一电动推杆11、第二电动推杆12、温差发电片28、水深传感器13、水温传感器14、水速传感器5、水压传感器15、电磁阀17侧扫声呐16、加热器6声光提示器4和碰撞传感器7可以采用本领域技术人员公知的现有型号；所述主控单片机3可以采用STM32单片机；所述钻取电机18为市面上常见现有的正反转电机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、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.海洋水文实时监测系统，包括潜水器，其特征在于，所述潜水器设有若干组，所述系统包括主控单片机、GIS通信模块和远控控制台，所述主控单片机通过GIS通信模块与远程控制台建立通信连接，所述主控单片机设置在潜水器上，所述潜水器上设有检测组件，所述检测组件分别与主控单片机电连接，所述主控单片机包括数据获取模块与数据分析模块，所述数据获取模块用于获取来自检测组件检测到的数据，所述数据分析模块用于管理和分析来自数据获取模块的数据，所述潜水器包括驱动模块，所述驱动模块包括分别与主控单片机电连接的两个电动涡轮和两个电动滑轨，所述两个电动滑轨分别对称设置在潜水器的外壳两侧上，所述两个电动涡轮分别设置在两个电动滑轨上，所述潜水器的头部设有钻取装置，所述钻取装置包括第一腔体、钻取电机和转头，所述钻取电机的固定端设置在第一腔体内，转动端与转头相连接，所述钻取电机与主控单片机电连接；

所述潜水器包括发电装置，所述发电装置包括蓄电池、充电电路、第一固定板、第二固定板、第一电动推杆、第二电动推杆、第一万向转台和第二万向转台，所述第一固定板和第二固定板的一端分别滑动设置在两个电动滑轨上，所述第一固定板和第二固定板的另外一端分别与第一万向转台以及第二万向转台相连接，所述第一万向转台和第二万向转台分别与两个电动涡轮铰连接，所述第一电动推杆和第二电动推杆的一端分别设置在第一万向转台与第二万向转台上，所述所述第一电动推杆和第二电动推杆的另外一端分别与两个电动涡轮相连接，所述蓄电池通过充电电路分别与两个电动涡轮电连接，并且与主控单片机电连接，所述第一电动推杆和第二电动推杆分别与主控单片机电连接。

2.根据权利要求1所述的海洋水文实时监测系统，其特征在于，所述发电装置还包括温差发电片，所述温差发电片的热端设置在钻取电机上，冷端设置在潜水器的外壳上，所述温差发电片通过充电电路与蓄电池电连接。

3.根据权利要求1所述的海洋水文实时监测系统，其特征在于，所述检测组件包括但不局限于分别与主控单片机电连接的水深传感器、水温传感器、水速传感器、水压传感器和侧扫声呐。

4.根据权利要求3所述的海洋水文实时监测系统，其特征在于，所述数据分析模块依据水深传感器、水温传感器、水速传感器、水压传感器和侧扫声呐检测到的水深、水温、水流速、水压和侧扫地形数据建立起地形高程模型，所述主控单片机将地形高程模型通过GIS通信模块发送到远控控制台上，所述远程控制台通过地图软件将地形高程模型进行可视化展示。

5.根据权利要求1所述的海洋水文实时监测系统，其特征在于，所述潜水器上还设有弹射装置，所述弹射装置包括第二腔体、电磁阀和气囊，所述气囊设置在第二腔体内并且由电磁阀间隔开，所述电磁阀与主控单片机电连接。

6.根据权利要求1所述的海洋水文实时监测系统，其特征在于，所述潜水器上还设有清洁装置，所述清洁装置包括加热器和圆形刮板，所述圆形刮板环绕设置在两个电动滑轨上，所述加热器设置在外壳的内壁上并且与主控单片机电连接。

7.根据权利要求1所述的海洋水文实时监测系统，其特征在于，所述潜水器还包括碰撞组件，所述碰撞组件包括与主控单片机电连接的声光提示器和碰撞传感器。

8.根据权利要求1所述的海洋水文实时监测系统，其特征在于，所述潜水器外壳外壁上设有防腐涂层。

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