CN114184225A - 一种船艇拖曳阵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船艇拖曳阵系统，包括：拖缆、拖体、刚性连接杆及水听器阵列；拖体的一端通过拖缆与船艇连接，另一端通过刚性连接杆与水听器阵列连接；其中，拖体设有摄像装置和照明装置；水听器阵列设有罗经、传感器和水听器。本发明提供的船艇拖曳阵系统，能够根据实际场景调整系统的上升、下降和航行轨迹，以提升海洋生物的定位与跟踪能力，工作方式更加灵活，可测量范围更广；通过在拖体上集成摄像装置和照明装置，能够准确识别海洋生物的物种和丰度，水体的温度、盐度及深度数据，从而为海洋生物的行为学研究提供基础资料和数据支撑；通过将水听器阵列与拖体刚性连接，保证了阵列姿态的稳定性，同时能减少噪声干扰，使监测结果更准确。

Description

一种船艇拖曳阵系统

技术领域

本发明涉及海洋生态环境监测领域，尤其涉及一种船艇拖曳阵系统。

背景技术

近年来，随着船舶运输、桥梁建设、风电场建设及风电机组运行等近岸人类活动的增多，巨大的海洋噪声对哺乳动物生存造成严重威胁。为了对海洋哺乳动物实施有效的资源养护和管理，必须及时获取它们的分布、位置以及丰度等信息，因此，必须研制高效的海洋哺乳动物监测装备，借此观察海洋哺乳动物的出没、生命活动的季节性、种群结构和密度、规避行为等，进而采取有效的补救措施最大程度降低不利影响。

目前，海洋动物监测大多采用固定式被动声学监测系统，该系统利用水听器(阵列)收集海洋哺乳动物的音频数据以进行监测和分析。然而，该系统往往存在其自身的缺点：第一，监测手段单一，获取的数据类型、数量有限，当面临复杂的海洋环境时，难以保证监测和识别的准确性，特别是物种辨识和种群丰度估计问题。第二，监测范围较小，效率较低，这种固定式被动声学监测系统缺乏机动性，只能监测水听器周围的小部分区域，若要进行较大范围监测则需耗费大量的人力物力，可实施性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船艇拖曳阵系统，以解决现有声学监测系统在监测海洋动物时存在的监测数据不全面、识别结果不准确、监测效率低以及监测成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种船艇拖曳阵系统，包括：

拖缆、拖体、刚性连接杆及水听器阵列；

所述拖体的一端通过所述拖缆与船艇连接，另一端通过所述刚性连接杆与所述水听器阵列连接；其中，

所述拖体设有摄像装置和照明装置；

所述水听器阵列设有罗经、传感器和水听器。

作为优选地，所述拖体的材料包括碳纤维。

作为优选地，所述拖体包括基座、设在所述基座上的顶板及设在所述顶板上的背鳍。

作为优选地，所述顶板的两翼呈三角形且带有弧度，所述背鳍呈直角梯形。

作为优选地，所述拖体还包括拖鱼，设在所述顶板上，用于控制所述拖体的上升、下降及航行轨迹。

作为优选地，在所述拖体上还设有温盐深传感器。

作为优选地，所述水听器阵列包括三条水听器结构、用于支撑和连接所述三条水听器结构的支撑骨架。

作为优选地，所述刚性连接杆包括三条；其中，三条所述刚性连接杆的一端分别连接三条所述水听器结构，另一端分别连接所述顶板的两翼、所述背鳍。

作为优选地，每条所述水听器结构由整流罩包裹。

作为优选地，每条所述水听器结构设有水听器、罗经及深度传感器。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的监测系统由自动绞车拖曳工作，船艇航行过程中可以根据实际场景，调整系统的上升、下降和航行轨迹等，以提升海洋生物的定位与跟踪能力，具有更加灵活的工作方式，可测量范围更广。

2)在监测系统的拖体上集成了摄像装置、照明装置和温盐深传感器等感知设备，捕捉的视频图像数据有利于判别海洋生物的物种和丰度，水体的温度、盐度、深度数据可以为海洋生物的行为学研究提供基础资料和数据支撑，与现有技术相比，监测手段更加多样化。

3)本发明中三条水听器结构组成的水听器阵列与拖体刚性连接，较好地保证阵列姿态的稳定性；且水听器阵列远离船艇，减少了噪声的干扰；水听器数量可以根据需求调整，灵活性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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是本发明某一实施例提供的船艇拖曳阵系统的结构示意图；

图2是本发明又一实施例提供的船艇拖曳阵系统的结构示意图；

图3是本发明某一实施例提供的拖体的侧视图；

图4是本发明某一实施例提供的拖体的前视图；

图5是本发明某一实施例提供的拖体的仰视图；

图6是本发明某一实施例提供的水听器阵列的结构示意图。

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作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。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的船艇拖曳阵系统的结构示意图。具体地，本实施例中的船艇拖曳阵系统包括：

拖缆01、拖体02、刚性连接杆03及水听器阵列04；

拖体02的一端通过拖缆01与船艇连接，另一端通过刚性连接杆03与水听器阵列04连接；其中，

拖体02设有摄像装置021和照明装置022；

水听器阵列04设有罗经041、传感器042和水听器043。

需要说明的是，针对海洋动物的监测，尤其是海洋哺乳动物，目前采用的监测系统主要为固定式被动声学监测系统。其中，被动声学监测(Passive Acoustic Monitoring,PAM)系统采用一种非侵入方式收集海洋哺乳动物的音频数据，在水中布放水听器或多个水听器组成的阵列，用来检测、识别、定位与跟踪海洋哺乳动物。当前主要的PAM系统大多采用自容式设计，即将水听器或多个水听器组成的阵列锚定在海中，记录和存储音频数据，一段时间后进行回收并分析数据，因此会导致布放和回收成本很高。同时，由于海洋哺乳动物活动范围很广，这种被动声学监测系统只是选定某一区域固定监测，当需要调整区域时需要重新布置，这样以来就会导致监测范围局限，且效率很低。因此，本发明实施例旨在提供一种船艇拖曳阵系统，能够增加监测范围，提高效率节约监测成本，并且保证获取准确的监测数据。

具体地，如图1所示，在该船艇拖曳阵系统中，实现监测作用的主要是水听器阵列04和拖体02。其中，在拖体02上设有摄像装置021和照明装置022。摄像装置021主要用于采集海里的视频信息，因为现有的被动声学监测系统中往往只采集海洋的音频，在复杂的海洋环境下，仅用声音很难辨别是哪个物种在发声。例如，当发声率较高时，很难辨别是多个生物同时发声还是单个生物多次发声。因此本实施例中结合摄像装置021，能够获取海洋环境的视频信息，用于后续判别海洋生物的物种和丰度，水体的温度、盐度、深度等数据分析工作。可以理解的是，在低于海平面一定高度的海洋环境中，其光线往往较暗，可见度很低。为了能够清楚的进行摄像，在本实施例中的拖体02上还设有照明装置022，当处于亮度较低的海洋环境中，照明装置022会根据自动检测的结果去调整照明光线的亮度等参数。

进一步地，拖体02通过刚性连接杆03与水听器阵列04刚性连接，以确保水听器阵列04的稳定性。其中，在水听器阵列04上设有罗经041、传感器042和水听器043，用于感知水听器阵列04的姿态、深度数据和采集海洋中的音频。需要说明的是，水听器043其实是一种水声换能器，水声换能器的作用是将电信号转换为水声信号或将水声信号转换为电信号，其在声纳中的地位类似于无线电设备中的天线，是在水下发射和接收声波的声学器件。其中，将电信号转换成水声信号的换能器，用来向水中辐射声波，称为发射换能器。将声信号转换成电信号的换能器，用来接收水中的声信号，称为接收换能器，也叫水听器043。

上述内容均为数据采集装置，而在实际应用中，若是先采集数据存储本地，而后返回陆地再进行数据分析，往往会导致人工干预行为的滞后，无法及时对于海洋环境的不利状况及时做出干预。为了解决该问题，本实施例中，在船艇上还设有船载监控平台，当水听器阵列04和拖体02分别采集到音频数据和视频数据时，会无线传输至监控平台，然后船艇工作人员可通过船载平台实时分析和处理数据，如此能够大幅度提升监测效率，并能及时掌握海洋动物的运动状态以及判断海洋环境是否安全，是否需要人工及时干预等。

请参阅图2，为了帮助更好理解本发明提供的船艇拖曳阵系统，图2提供了连接关系更为清楚的船艇拖曳阵系统的结构示意图。如图2所示，在实际应用时，船艇首先选择某一海面区域静止，然后布置船艇拖曳阵系统的布置。其中，船艇拖曳阵系统的拖缆01与拖体02连接，并通过船艇的自动绞车投入海面以下。拖体02通过刚性连接杆03与水听器阵列04刚性连接。

在某一可选的具体实施方式中，拖体02的材料包括碳纤维。需要说明的是，碳纤维是一种含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，耐高温居所有化纤之首。其主要用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

请参阅图3-5，在某一具体实施例中，为了更好阐述拖体02的结构，分别提供了拖体02的侧视图、前视图及仰视图。如图3所示，该拖体02包括基座、设在基座上的顶板以及设在顶板上的背鳍。其中，在顶板靠前位置设有拖缆01挂环，用于与拖缆01连接。摄像装置021主要安装在基座的最前端，前置摄像头位于基座的下方。进一步地，该拖体02还包括拖鱼，设在顶板上方，用于控制拖体02的上升、下降及航行轨迹等。在某一可选的具体实施方式中，拖鱼的长、宽、高可分别设为1.2m、1.4m、0.87m。

在某一可选的具体实施方式中，在基座下方还设有水密舱。需要说明的是，水密舱是指在规定水压力下能保持不透水的舱壁和甲板所围蔽的舱室。水密舱应尽量减少开口，所有开口都有妥善的水密设备，并能有效封闭。其主要作用是保证拖体02的浮态和稳性，使其具有一定的抗沉性。

在某一可选的具体实施方式中，拖体02可设置温盐深传感器，用于记录海上生物所处的海洋环境参数。

进一步，如图4所示，在某一具体实施例中，顶板的两翼呈三角形且带有弧度，背鳍呈直角梯形。可以理解的是，两翼向下弯曲保证整个系统姿态的稳定性，背鳍和两翼的黑块表示与三根刚性杆的连接点。

在某一具体实施例中，水听器阵列04包括三条水听器043结构、用于支撑和连接三条水听器043结构的支撑骨架，如图6所示，其中，刚性连接杆03包括三条；且三条刚性连接杆03的一端分别连接三条水听器043结构，另一端分别连接顶板的两翼、背鳍的黑块位置。

在某一可选的具体实施方式中，每条水听器043结构由整流罩包裹。其中，整流罩用于水听器043结构的有效载荷，以防止水听器043结构受海水动力、声振等有害环境的影响。其中，每条水听器043结构设有两个水听器043、一个罗经041及一个深度传感器，分别记录音频信号、水听器阵列04的姿态(航向、横摇、纵倾)、水听器阵列04的深度数据，所有传感器042数据通过信号线连接到水密舱，之后通过拖缆01传递到船载平台，用来解算海洋生物的三维坐标位置。三条水听器阵列04由支撑骨架进行固定，以保证阵列姿态的稳定性。需要说明的是，本实施例中设有两个水听器043只是一种优选方式，在实际应用中，水听器043数量可以根据实际的应用需要进行调整，在此不作任何限定。

本发明实施例提供的船艇拖曳阵系统，能够根据实际场景调整系统的上升、下降和航行轨迹，以提升海洋生物的定位与跟踪能力，工作方式更加灵活，可测量范围更广；通过在拖体02上集成摄像装置021和照明装置022，能够准确识别海洋生物的物种和丰度，水体的温度、盐度及深度数据，从而为海洋生物的行为学研究提供基础资料和数据支撑；通过将水听器阵列04与拖体02刚性连接，保证了阵列姿态的稳定性，同时能减少噪声干扰，使监测结果更准确。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船艇拖曳阵系统，其特征在于，包括：

拖缆、拖体、刚性连接杆及水听器阵列；

所述拖体的一端通过所述拖缆与船艇连接，另一端通过所述刚性连接杆与所述水听器阵列连接；其中，

所述拖体设有摄像装置和照明装置；

所述水听器阵列设有罗经、传感器和水听器。

2.根据权利要求1所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，所述拖体的材料包括碳纤维。

3.根据权利要求1所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，所述拖体包括基座、设在所述基座上的顶板及设在所述顶板上的背鳍。

4.根据权利要求3所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，所述顶板的两翼呈三角形且带有弧度，所述背鳍呈直角梯形。

5.根据权利要求3所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，所述拖体还包括拖鱼，设在所述顶板上，用于控制所述拖体的上升、下降及航行轨迹。

6.根据权利要求3所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，在所述拖体上还设有温盐深传感器。

7.根据权利要求4所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，所述水听器阵列包括三条水听器结构、用于支撑和连接所述三条水听器结构的支撑骨架。

8.根据权利要求7所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，所述刚性连接杆包括三条；其中，三条所述刚性连接杆的一端分别连接三条所述水听器结构，另一端分别连接所述顶板的两翼、所述背鳍。

9.根据权利要求7所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，每条所述水听器结构由整流罩包裹。

10.根据权利要求7所述的船艇拖曳阵系统，其特征在于，每条所述水听器结构设有水听器、罗经及深度传感器。

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