CN114199944A - 一种网箱网衣破损监测与定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网箱网衣破损监测与定位系统，包括供电模块、水面监测模块、网箱、网衣检测模块、用户端，供电模块为水面检测模块、网箱、网衣检测模块供电；网箱由网衣线交织组成，网衣线内部含有绝缘层包裹的导线；网衣检测模块放置在水下网箱中，对水中的电流信号进行采样，根据电流的大小确定网衣的破损位置；水面监测模块用于接收网衣检测模块的检测数据，数据解析后向用户端发送报警信息；水面监测模块模块与网衣检测模块电连接，水面检测模块与用户端之间无线通信。本发明网箱发生破损时及时向养殖户报警并定位出网箱破损位置，使网箱破损被及时修复，减少养殖户的经济损失。本发明还公开了一种网箱网衣破损监测与定位方法。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程与信息技术融合领域，尤其涉及一种网箱网衣破损监测与定位系统及方法。
背景技术
近年来，中国确定了“以养为主”的渔业发展方针，中国海水养殖业取得了长足的发展，在世界海水养殖业中占据着重要地位，但过度捕捞、海水污染等问题导致海洋牧场渔业资源严重衰退。为了实现渔业的可持续发展，维护海洋生态平衡，海洋捕捞作业逐步从传统的粗犷过渡捕捞发展为集约式的海水网箱养殖。
目前海水网箱养殖已经有相当规模的配套设备，但网箱的网衣破损检测问题一直处于技术滞后状态。网箱长时间处于水下，由于水下海流涌动，网箱框架或底部沙石与网箱网衣相互摩擦等，使网箱网衣产生破损，如果网箱网衣破损不能被及时发现，将会造成养殖产品的大量逃逸，使得养殖户承受巨大的经济损失。
针对网箱网衣破损的问题，国内外的研究机构提出过一些设想用于解决此类问题。2019年上海海洋大学的陈宣成、2020年美国的Rui L.Pedroso de Lima提出在网箱中安放带有云台的摄像机构对网衣进行全方位监测来实现网衣破损检测，但该法受海水能见度影响较大，且少量的摄像头无法实现对网衣的全方位监测。2017年日本JAMSTEC提出利用带摄像头的水下机器人沿网衣爬行，将网衣表面情况传到水面监控室，可用于浑水，但机器人爬行速度慢，且可能发生机器人与网衣相互缠绕损伤网衣的情况。2017年日本东京大学提出使用声呐的方式，在网箱外侧设置警戒区，当网衣破损时，声波反射图将发生变化，但该法只有鱼类大量逃逸时，声波反射图才具有显著变化，并且声呐方法无法确定破损具体位置，上述方案仅在理论上具有显著优势，在工程应用能力上较为薄弱。
针对这些问题，提供一种全新的网箱网衣破损监测方法，可在浑水中监测网衣破损状况，在网衣破损时及时报警并定位出网衣破损位置。
发明内容
针对上述技术问题，本发明针提供了一种网箱网衣破损监测与定位系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种网箱网衣破损监测与定位系统，所述系统包括供电模块、水面监测模块、网箱和网衣检测模块，其中，
所述供电模块与所述水面检测模块、网箱、网衣检测模块连接，用于为所述水面检测模块、网箱、网衣检测模块供电；
所述网箱放置于海水中，由网衣线交织组成，所述网衣线内部含有绝缘层包裹的导线；
所述网衣检测模块放置在网箱中，包括水下传感器，所述水下传感器放置于网箱中央，对海水中的电流信号进行采样，根据采样的电流信号的大小移动网衣检测模块以此确定网衣线的破损位置；
所述水面监测模块用于接收网衣检测模块的电流信号，信号解析后向用户端发送报警信息；
所述网衣检测模块与所述水面监测模块模块电连接，所述水面检测模块与用户端之间无线通信。
进一步地，所述供电模块包括直流稳压电源，所述直流稳压电源的正极连接网箱，直流稳压电源的的负极连接水面监测模块，所述水面监测模块通过导线与网衣检测模块相连。
进一步地，所述水下传感器模块包括铜合金金属球体、球形塑料框架和分布在所述球形塑料框架上的多个水下电流传感器，所述电流传感器上设有指示灯；所述铜合金金属球体置于所述球形塑料框架中央，所述水下电流传感器等间隔的固定在所述球形塑料框架的表面，所述铜合金金属球体与水下电流传感器通过导线并联。
进一步地，所述水面检测模块包括水面电流传感器、模/数转换器、串口通信单元、蓝牙模块，所述水面电流传感器通过导线接收水下传感器检测到的电流信号；所述模/数转换器将所述电流信号转换成数字信号，并通过串口通信单元将数字信号发送至蓝牙模块；所述蓝牙模块用于将数字信号传输到用户端。
进一步地，所述网箱为无顶盖式圆柱体网箱。
本发明还公开了一种网箱网衣破损监测与定位方法，包括以下步骤：
步骤S1.对水面监测模块、网箱和网衣检测模块供电；
步骤S2.网衣检测模块监测海水中是否有电流产生，若否，重复步骤S2；
步骤S3.电流通过导线传递至水面检测模块；
步骤S4.水面监测模块发送警告信息至用户端；
步骤S5.相关人员发现破损位置并及时修补。
进一步地，所述步骤S5中，相关人员通过网衣检测模块电流传感器指示灯亮度判断破损位置，其中，与网箱破损处距离最近的电流传感器指示灯亮度最大，以此确定破损位置。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
网衣采用金属埋线法，利用海水的导电性，网衣未破损时系统不导通，网衣破损实电流由破损处经过海水与金属体导通构成回路，电流传至水面监测模块，发送警告信息，利用电流传感器流过电流越大，传感器指示灯亮度越大的特性，移动网衣检测模块，在传感器指示灯达到最亮的位置确定网衣破损位置；此发明系统耗能省，成本低，不会对养殖品造成损害，可在各种水下环境中使用，并解决了网箱网衣破损的实时检测与定位问题；在网箱中，监测精度能达到米数量级，延时在数秒内，大大降低因网衣破损导致鱼类逃逸而为养殖户带来的经济损失。
附图说明
图1为本发明网箱网衣破损检测系统的结构示意图；
图2为本发明网箱网衣破损检测系统的网衣部分结构正视图；
图3为本发明网箱网衣破损检测系统的网衣线剖面图；
图4为本发明网箱网衣破损检测方法的流程图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：
10、供电模块；20、水面检测模块；30、网衣；31、网线；32、绝缘层；33、金属导线；40网衣检测模块；50、铜合金金属球体。
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，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
参照图1-图3，图1为本发明网箱网衣破损检测系统的结构示意图；图2为本发明网箱网衣破损检测系统的网衣部分结构正视图；图3为本发明网箱网衣破损检测系统的网衣线剖面图。
一种网箱网衣破损监测与定位系统，所述系统包括供电模块10、水面监测模块20、网箱30和网衣检测模块40。
供电模块10与所述水面检测模块20、网箱、网衣检测模块40连接，为所述水面检测模块20、网箱30、网衣检测模块40供电，这里的供电模块优选直流稳压电源，保证系统工作稳定；直流稳压电源正极连接网箱30，负极连接水面监测模块20，水面监测模块20通过导线与网衣检测模块40相连。
网箱30放置在海水中，由网衣线交织组成，所述网衣线内部含有绝缘层包裹的导线；优选的，如图3所述，最外层31为网线，中间层32为绝缘层，最内侧33为金属导线。将海水看作导体，网箱未破损时系统不导通；网箱破损时，破损处的导线与铜合金金属球体50通过海水构成回路。其中，网箱为无顶盖式圆柱体网箱，网箱为无顶盖式圆柱体网箱的溶氧量将会增加，有利于养殖品的存活与生长。其中，圆柱形网箱直径12m，高7m。
网衣检测模块40放置在网箱30中，包括水下传感器，所述水下传感器放置于网箱中央，对海水中的电流信号进行采样，根据采样的电流信号的大小移动网衣检测模块以此确定网衣线的破损位置。具体的，所述水下传感器模块包括铜合金金属球体50、球形塑料框架和分布在所述球形塑料框架上的多个水下电流传感器，所述电流传感器上设有指示灯；所述铜合金金属球体置于所述球形塑料框架中央，不与框架等其他结构接触，所述水下电流传感器等间隔的固定在所述球形塑料框架的表面，所述铜合金金属球体与水下电流传感器通过导线并联，水下电流传感器不断对海水中的电流信号进行采样，检测水中的电流，多个水下电流传感器与网箱破损处距离各不相同，检测到电流大小不相同，根据水下电流传感器明亮特性，将网衣检测模块按水下电流传感器指示灯最亮的方向移动，当与网箱破损处距离减小时，指示灯亮度增大，直至移动到网箱边缘，指示灯亮度达到最大处即网箱破损位置。其中，铜合金金属球体50直径10cm，球形塑料框架直径30cm。
水面监测模块20用于接收网衣检测模块40的电流信号，信号解析后向用户端发送报警信息；水面监测模块20通过浮漂放置在网箱水面中央，水面检测模块20包括水面电流传感器、模/数转换器、串口通信单元、蓝牙模块，所述水面电流传感器通过导线接收水下传感器的电流信号，模/数转换器将所述电流信号转换成数字信号，并通过串口通信单元将数字信号发送至蓝牙模块；蓝牙模块用于将数字信号传输到用户端，提醒养殖人员网箱网衣发生破损。其中，浮漂为直径80cm、高30cm的圆锥体。
网衣检测模块40与水面监测模块20模块电连接，优选导线连接；水面检测模块20与用户端之间无线通信，优选蓝牙通讯。
本实施例的工作原理如下：
网衣线内部含有绝缘层包裹的导线，当网箱未发生破损时，供电模块、水面监测模块、网箱、网衣检测模块构成的系统为断路状态，海水中没有电流，因此网衣检测模块的水下传感器没有检测到电流，指示灯没有亮起，水面监测模块不会发送报警信息；当网箱长时间处于水下，在海流等作用下，网箱框架或底部沙石与网箱发生摩擦导致网箱破损，裸露出网衣线绝缘层内部的导线，此时破损位置与框架中的铜合金金属球体通过海水导电产生一定的电流，该电流被固定在框架上的水下电流传感器检测到，水下电流传感器指示灯亮起，电流通过导线传递至水面检测模块，水面检测模块通过蓝牙将报警信息发送至养殖户的手机，提醒养殖人员网箱网衣线某处发生破损。
框架表面分布的多个水下电流传感器与网箱破损位置距离不同，水下电流传感器距离破损位置越近，接收电流越大，距离网箱破损位置最近的指示灯亮度最大；相关人员潜入网箱按照水下电流传感器指示灯最亮的方向移动网衣检测模块，当网衣检测模块不断靠近网箱破损处，水下电流传感器指示灯亮度不断增加，直至移动到网箱边缘，在水下电流传感器亮度达到最大的位置搜索定位网箱破损位置并及时修补。
实施例2
参照图4，图4为本发明网箱网衣破损检测方法的流程图。一种网箱网衣破损监测与定位方法，包括以下步骤：
步骤S1.对水面监测模块、网箱和网衣检测模块供电；
步骤S2.网衣检测模块监测海水中是否有电流产生，若否，重复步骤S2；
步骤S3.电流通过导线传递至水面检测模块；
步骤S4.水面监测模块发送警告信息至用户端；
步骤S5.相关人员发现破损位置并及时修补。
其中，所述步骤S5中，相关人员通过网衣检测模块电流传感器指示灯亮度判断破损位置，其中，与网箱破损处距离最近的电流传感器指示灯亮度最大，以此确定破损位置。
本发明网箱网衣采用金属埋线法，网衣线内部含有绝缘层包裹的导线，同时利用海水的导电性，网箱未破损时系统不导通，网箱破损时电流由破损处经过海水与铜合金金属球体导通构成回路，电流传至水面监测模块，发送警告信息，相关人员潜入网箱按照水下电流传感器指示灯最亮的方向移动网衣检测模块，当网衣检测模块不断靠近网箱破损处，水下电流传感器指示灯亮度不断增加，直至移动到网箱边缘，在水下电流传感器亮度达到最大的位置搜索定位网箱破损位置并及时修补。此发明系统耗能省，成本低，不会对养殖品造成损害，可在各种水下环境中使用，并解决了网箱网衣破损的实时检测与定位问题；在网箱中，监测精度能达到米数量级，延时在数秒内，大大降低因网衣破损导致鱼类逃逸而为养殖户带来的经济损失。
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)
1.一种网箱网衣破损监测与定位系统，其特征在于，所述系统包括供电模块、水面监测模块、网箱、网衣检测模块、用户端，其中，
所述供电模块与所述水面检测模块、网箱、网衣检测模块连接，用于为所述水面检测模块、网箱、网衣检测模块供电；
所述网箱放置于海水中，由网衣线交织组成，所述网衣线为内部含有绝缘层包裹的导线；
所述网衣检测模块放置在网箱中，包括水下传感器，所述水下传感器放置于网箱中央，对海水中的电流信号进行采样，根据采样的电流信号的大小移动网衣检测模块以此确定网衣线的破损位置；
所述水面监测模块用于接收网衣检测模块的电流信号，信号解析后向用户端发送报警信息；
所述网衣检测模块与所述水面监测模块电连接，所述水面检测模块与用户端之间无线通信。
2.根据权利要求1所述的一种网箱网衣破损监测与定位系统，其特征在于，所述供电模块包括直流稳压电源，所述直流稳压电源的正极连接网箱，直流稳压电源的的负极连接水面监测模块，所述水面监测模块通过导线与网衣检测模块相连。
3.根据权利要求1所述的一种网箱网衣破损监测与定位系统，其特征在于，所述水下传感器模块包括铜合金金属球体、球形塑料框架和分布在所述球形塑料框架上的多个水下电流传感器，所述电流传感器上设有指示灯；所述铜合金金属球体置于所述球形塑料框架中央，所述水下电流传感器等间隔的固定在所述球形塑料框架的表面，所述铜合金金属球体与水下电流传感器通过导线并联。
4.根据权利要求3所述的一种网箱网衣破损监测与定位系统，其特征在于，所述水面检测模块包括水面电流传感器、模/数转换器、串口通信单元、蓝牙模块，所述水面电流传感器通过导线接收水下传感器检测到的电流信号；所述模/数转换器将所述电流信号转换成数字信号，并通过串口通信单元将数字信号发送至蓝牙模块；所述蓝牙模块用于将数字信号传输到用户端。
5.根据权利要求1所述的一种网箱网衣破损监测与定位系统，其特征在于，所述用户端包括但不限于手机。
6.根据权利要求1所述的一种网箱网衣破损监测与定位系统，其特征在于，所述网箱为无顶盖式圆柱体网箱。
7.一种网箱网衣破损监测与定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.对水面监测模块、网箱和网衣检测模块供电；
步骤S2.网衣检测模块监测海水中是否有电流产生，若否，重复步骤S2；
步骤S3.电流通过导线传递至水面检测模块；
步骤S4.水面监测模块发送警告信息至用户端；
步骤S5.相关人员发现破损位置并及时修补。
8.根据权利要求7所述的一种网箱网衣破损监测与定位方法，其特征在于，所述步骤S5中，相关人员通过网衣检测模块中电流传感器指示灯亮度判断破损位置，其中，与网箱破损处距离最近的电流传感器指示灯亮度最大，以此确定破损位置。
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