CN114877873A - 一种海洋浮标监测系统、方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种海洋浮标监测系统、方法、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种海洋浮标监测系统、方法、电子设备及存储介质，涉及浮标监测技术领域，本系统包括浮标数据采集模块、数据发射模块和供电模块；所述浮标数据采集模块根据地面中心控制端发送的采集指令对水上气象数据信息和水下水温数据信息进行采集；所述数据发射模块根据地面中心控制端发送的传输指令将采集的所述水上气象数据信息和所述水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站；所述供电模通过太阳能和波浪能为系统进行供电，当系统处理完成所述采集指令和所述发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态。本系统能够实现对近海海洋的多要素数据进行有效的监测，并在未运行状态下进入休眠状态，实现低功耗运行。

Description

一种海洋浮标监测系统、方法、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及浮标监测领域，具体而言，涉及一种海洋浮标监测系统、方法、电子设备及存储介质。
背景技术
浮标，指浮于水面的一种航标，是锚定在指定位置，用以标示航道范围、指示浅滩、碍航物或表示专门用途的水面助航标志。浮标在航标中数量最多，应用广泛，设置在难以或不宜设立固定航标之处。浮标，其功能是标示航道浅滩或危及航行安全的障碍物。装有灯具的浮标称为灯浮标，在日夜通航水域用于助航。有的浮标还装雷达应答器、无线电指向标、雾警信号和海洋调查仪器等设备。
海洋浮标是海洋环境自动观测平台，是现代海洋环境立体监测系统的重要组成部分。按浮标主要功能用途可划分为水温气象浮标、水质浮标、导航浮标、波浪浮标、海洋光学浮标、海冰浮标、声呐浮标、通信浮标等，我国目前已完成投放的浮标种类多，数量大，每年获取的监测数据也非常丰富，浮标监测数据的采集自然成为一个重点也是一个难点。这些浮标相对独立且采集的参数均不同，如何将多种浮标的数据进行采集并监测成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是如何实现对近海海洋的多要素数据进行有效的监测，并在未运行状态下进入休眠状态，实现低功耗运行。
为解决上述问题，本发明提供一种海洋浮标监测系统，包括浮标数据采集模块、数据发射模块和供电模块；
所述浮标数据采集模块根据地面中心控制端发送的采集指令对水上气象数据信息和水下水温数据信息进行采集；
所述数据发射模块根据地面中心控制端发送的传输指令将采集的所述水上气象数据信息和所述水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站；
所述供电模通过太阳能和波浪能为系统进行供电，当系统处理完成所述采集指令和所述发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态。
在上述系统中，地面中心控制端发送的采集指令和传输指令至浮标数据采集模块和数据发射模块，将采集的水上气象数据信息和水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站，当系统处理完成所述采集指令和所述发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态，实现对海洋传感器数据的监测，对数据进行设置，对浮标状态进行监控，可通过后台服务器对数据进行查询以及保存。
进一步地，所述预设数据采集流程为：
将浮标监测系统上电，判断浮标监测系统是否处于休眠状态，若是，则继续判断是否进入设置指令阶段，若否，则进入休眠状态，若是，则进入采集模式，发送采集指令至采集模块，继续判断采集模块是否接受到采集指令，若否，则进行预警提醒，若是，则采集模块开始采集数据信息，并发送传输指令至所述数据发射模块，对数据进行发送和保存；继续判断是否对浮标的六维信息进行测量，若否，则进入休眠状态，若是，则发送测量指令，判断采集模块是否接受到测量指令，若是，则进行测量，测量结束进入休眠状态，若否，则继续发送测量指令至采集模块；
判断是否进入设置指令阶段，若否，则发送设置指令，等待5s，判断是否进入设置，若是，则进入设置模式，读取配置文件，若设置模式结束，则进入休眠状态。
进一步地，所述采集模块包括：
温湿度传感单元，用于采集浮标周围的温湿度参数信息；
气压传感单元，用于采集压力参数信息和气温值信息，并对所述压力参数信息和所述气温值信息进行校正偏移量、气温依赖性的补偿运算，减少因环境变化造成的误差。
进一步地，所述采集模块还包括：
加速度传感单元，用于对浮标的六维信息进行测量，包括三个方向的平动和围绕三个方向轴的转动，浮标的传感器模块工作时，其摆动的方向和速度，浮标内部在平衡浮标的过程均根据六维信息的测量进行控制。
一种海洋浮标监测方法，包括步骤：
S1：根据地面中心控制端发送的采集指令对水上气象数据信息和水下水温数据信息进行采集；
S2：根据地面中心控制端发送的传输指令将采集的所述水上气象数据信息和所述水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站；
S3：通过太阳能和波浪能为系统进行供电，当系统处理完成所述采集指令和所述发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态。
进一步地，所述预设数据采集流程为：
将浮标监测系统上电，判断浮标监测系统是否处于休眠状态，若是，则继续判断是否进入设置指令阶段，若否，则进入休眠状态，若是，则进入采集模式，发送采集指令至采集模块，继续判断采集模块是否接受到采集指令，若否，则进行预警提醒，若是，则采集模块开始采集数据信息，并发送传输指令至所述数据发射模块，对数据进行发送和保存；继续判断是否对浮标的六维信息进行测量，若否，则进入休眠状态，若是，则发送测量指令，判断采集模块是否接受到测量指令，若是，则进行测量，测量结束进入休眠状态，若否，则继续发送测量指令至采集模块；
判断是否进入设置指令阶段，若否，则发送设置指令，等待5s，判断是否进入设置，若是，则进入设置模式，读取配置文件，若设置模式结束，则进入休眠状态。
进一步地，所述步骤S1包括：
S11：采集浮标周围的温湿度参数信息；
S12：采集压力参数信息和气温值信息，并对所述压力参数信息和所述气温值信息进行校正偏移量、气温依赖性的补偿运算，减少因环境变化造成的误差。
进一步地，所述步骤S1还包括：
S13：对浮标的六维信息进行测量，包括三个方向的平动和围绕三个方向轴的转动，浮标的传感器模块工作时，其摆动的方向和速度，浮标内部在平衡浮标的过程均根据六维信息的测量进行控制。
一种电子设备，所述电子设备包括：存储器：用于存储可执行指令；处理器：用于运行所述存储器存储的可执行指令时，实现上述方案中任一项所述的海洋浮标监测方法。
一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时实现上述方案中任一项所述的海洋浮标监测方法。
本发明采用上述技术方案至少包括以下有益效果：
本发明具有自动、长期、连续收集海洋环境资料的能力，对近海海洋的多要素数据进行有效的监测，并在未运行状态下进入休眠状态，实现低功耗运行且延长浮标的有效工作时长。实现对海洋传感器数据的监测，对数据进行设置，对浮标状态进行监控，数据查询以及保存等功能。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的海洋浮标监测系统结构图一；
图2为本发明实施例一提供的海洋浮标监测系统结构图二；
图3为本发明实施例二提供的海洋浮标监测方法流程图一；
图4为本发明实施例二提供的海洋浮标监测方法流程图二。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本实施例提供了一种海洋浮标监测系统，如图1至图2所示，本系统包括浮标数据采集模块、数据发射模块和供电模块；
浮标数据采集模块根据地面中心控制端发送的采集指令对水上气象数据信息和水下水温数据信息进行采集；
数据发射模块根据地面中心控制端发送的传输指令将采集的水上气象数据信息和水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站；
供电模通过太阳能和波浪能为系统进行供电，当系统处理完成采集指令和发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态。
其中，预设数据采集流程为：
将浮标监测系统上电，判断浮标监测系统是否处于休眠状态，若是，则继续判断是否进入设置指令阶段，若否，则进入休眠状态，若是，则进入采集模式，发送采集指令至采集模块，继续判断采集模块是否接受到采集指令，若否，则进行预警提醒，若是，则采集模块开始采集数据信息，并发送传输指令至数据发射模块，对数据进行发送和保存；继续判断是否对浮标的六维信息进行测量，若否，则进入休眠状态，若是，则发送测量指令，判断采集模块是否接受到测量指令，若是，则进行测量，测量结束进入休眠状态，若否，则继续发送测量指令至采集模块；
判断是否进入设置指令阶段，若否，则发送设置指令，等待5s，判断是否进入设置，若是，则进入设置模式，读取配置文件，若设置模式结束，则进入休眠状态。
具体的，为了保证系统能够长时间、稳定运行，除了采用太阳能以及波浪能进行设备供电之外，系统采用了低功耗运行措施，按照预设数据采集流程，当控制系统处理完各种指令，便进入休眠状态。
具体的，海洋浮标运行在海面上，需要面对变幻莫测的气候和错综复杂的海洋状况，因此其远距离通讯设备也需要较强的可靠性以及稳定性。从我国开始设计制造海洋浮标以来，采用过多种通信方式，大概分为三类：卫星通讯(海事卫星、北斗卫星导航系统、Argos卫星通信系统)、移动网络通信(CDMA、GPRS)无线电通信(VHF)，后两种受到通信距离的限制，不能用于深远海的数据通信，因为当前主流浮标多采用卫星通信的方式。考虑到北斗卫星导航作为我国自主系统，保密性较强，更有保障，因此本系统采用北斗卫星系统。本系统采用点到点传输的结构模式来实现通信功能，采用一点对多点的模式实现接收系统和数据传输功能，从而实现对浮标的监测和控制。
参阅图2，其中，采集模块包括：
温湿度传感单元，用于采集浮标周围的温湿度参数信息；
气压传感单元，用于采集压力参数信息和气温值信息，并对压力参数信息和气温值信息进行校正偏移量、气温依赖性的补偿运算，减少因环境变化造成的误差。
具体的，本系统中温湿度传感单元采用AM2302数字温湿度传感器。它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术相结合，确保产品卓越的稳定性和可靠性。
具体的，本系统中气压传感单元主要用来采集大气压力值，采用的是BMP180系列数字气压传感器。内部包括压阻传感器单元、ADC转换器单元、控制单元和E2PROM四部分。E2PROM中存储11个16字节的校准系数，传感器所测的压力和气温值可利用其内部数据进行校正偏移量、气温依赖性等补偿运算，从而减少因环境变化造成的误差。
其中，采集模块还包括：
加速度传感单元，用于对浮标的六维信息进行测量，包括三个方向的平动和围绕三个方向轴的转动，浮标的传感器模块工作时，其摆动的方向和速度，浮标内部在平衡浮标的过程均根据六维信息的测量进行控制。
具体的，本系统中的加速度传感单元选用InvenSense公司推出的MPU6050系列传感器，该传感器内置有三轴陀螺仪(三轴角速度)和三轴加速度传感单元，同时还可监测温度数据。MPU6050内部芯片置有DMP模块(Digital Motion Processer数字运动处理器)，对传感器数据进行滤波、融合处理，它直接通过I2C接口向主控器输出姿态解算后的姿态数据，降低主控器的运算量。其姿态解算频率最高可达200Hz，适合用于对姿态控制实时要求较高的领域。
具体的，基于无线传输的浮标采集系统通过安装多路传感器，实现对海洋数据的实时监测、显示界面多样化。能够实现数据保存的功能，方便用户后期进行装置优化。系统将采集到的的数据以及前次使用时的参数储存在系统中，每次使用时直接读取。通过labview提供的Mathscript接口，利用matlab强大的数据分析功能，对海洋参数进行分析。
本系统通过浮标数据采集模块采集数据和数据发射模块，具备自动、长期、连续收集海洋环境资料的能力，对近海海洋的多要素数据进行有效的监测，并在未运行状态下进入休眠状态，实现低功耗运行且延长浮标的有效工作时长。实现对海洋传感器数据的监测，对数据进行设置，对浮标状态进行监控，数据查询以及保存等功能。
实施例二
本实施例提供了一种海洋浮标监测方法，如图3至图4所示，本方法包括步骤：
S1：根据地面中心控制端发送的采集指令对水上气象数据信息和水下水温数据信息进行采集；
S2：根据地面中心控制端发送的传输指令将采集的水上气象数据信息和水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站；
S3：通过太阳能和波浪能为系统进行供电，当系统处理完成采集指令和发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态。
具体的，地面中心控制端发送的采集指令和传输指令至浮标数据采集模块和数据发射模块，将采集的水上气象数据信息和水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站，当系统处理完成所述采集指令和所述发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态，实现对海洋传感器数据的监测，对数据进行设置，对浮标状态进行监控，可通过后台服务器对数据进行查询以及保存。
其中，预设数据采集流程为：
将浮标监测系统上电，判断浮标监测系统是否处于休眠状态，若是，则继续判断是否进入设置指令阶段，若否，则进入休眠状态，若是，则进入采集模式，发送采集指令至采集模块，继续判断采集模块是否接受到采集指令，若否，则进行预警提醒，若是，则采集模块开始采集数据信息，并发送传输指令至数据发射模块，对数据进行发送和保存；继续判断是否对浮标的六维信息进行测量，若否，则进入休眠状态，若是，则发送测量指令，判断采集模块是否接受到测量指令，若是，则进行测量，测量结束进入休眠状态，若否，则继续发送测量指令至采集模块；
判断是否进入设置指令阶段，若否，则发送设置指令，等待5s，判断是否进入设置，若是，则进入设置模式，读取配置文件，若设置模式结束，则进入休眠状态。
参阅图4，其中，步骤S1包括：
S11：采集浮标周围的温湿度参数信息；
S12：采集压力参数信息和气温值信息，并对压力参数信息和气温值信息进行校正偏移量、气温依赖性的补偿运算，减少因环境变化造成的误差。
其中，步骤S1还包括：
S13：对浮标的六维信息进行测量，包括三个方向的平动和围绕三个方向轴的转动，浮标的传感器模块工作时，其摆动的方向和速度，浮标内部在平衡浮标的过程均根据六维信息的测量进行控制。
一种电子设备，电子设备包括：存储器：用于存储可执行指令；处理器：用于运行存储器存储的可执行指令时，实现上述方案中任一项的海洋浮标监测方法。
一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，可执行指令被处理器执行时实现上述方案中任一项的海洋浮标监测方法。
本方法具有自动、长期、连续收集海洋环境资料的能力，对近海海洋的多要素数据进行有效的监测，并在未运行状态下进入休眠状态，实现低功耗运行且延长浮标的有效工作时长。实现对海洋传感器数据的监测，对数据进行设置，对浮标状态进行监控，数据查询以及保存等功能。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海洋浮标监测系统，其特征在于，包括浮标数据采集模块、数据发射模块和供电模块；
所述浮标数据采集模块根据地面中心控制端发送的采集指令对水上气象数据信息和水下水温数据信息进行采集；
所述数据发射模块根据地面中心控制端发送的传输指令将采集的所述水上气象数据信息和所述水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站；
所述供电模通过太阳能和波浪能为系统进行供电，当系统处理完成所述采集指令和所述发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态。
2.根据权利要求1所述的海洋浮标监测系统，其特征在于，所述预设数据采集流程为：
将浮标监测系统上电，判断浮标监测系统是否处于休眠状态，若是，则继续判断是否进入设置指令阶段，若否，则进入休眠状态，若是，则进入采集模式，发送采集指令至采集模块，继续判断采集模块是否接受到采集指令，若否，则进行预警提醒，若是，则采集模块开始采集数据信息，并发送传输指令至所述数据发射模块，对数据进行发送和保存；继续判断是否对浮标的六维信息进行测量，若否，则进入休眠状态，若是，则发送测量指令，判断采集模块是否接受到测量指令，若是，则进行测量，测量结束进入休眠状态，若否，则继续发送测量指令至采集模块；
判断是否进入设置指令阶段，若否，则发送设置指令，等待5s，判断是否进入设置，若是，则进入设置模式，读取配置文件，若设置模式结束，则进入休眠状态。
3.根据权利要求1所述的海洋浮标监测系统，其特征在于，所述采集模块包括：
温湿度传感单元，用于采集浮标周围的温湿度参数信息；
气压传感单元，用于采集压力参数信息和气温值信息，并对所述压力参数信息和所述气温值信息进行校正偏移量、气温依赖性的补偿运算，减少因环境变化造成的误差。
4.根据权利要求3所述的海洋浮标监测系统，其特征在于，所述采集模块还包括：
加速度传感单元，用于对浮标的六维信息进行测量，包括三个方向的平动和围绕三个方向轴的转动，浮标的传感器模块工作时，其摆动的方向和速度，浮标内部在平衡浮标的过程均根据六维信息的测量进行控制。
5.一种海洋浮标监测方法，其特征在于，包括步骤：
S1：根据地面中心控制端发送的采集指令对水上气象数据信息和水下水温数据信息进行采集；
S2：根据地面中心控制端发送的传输指令将采集的所述水上气象数据信息和所述水下水温数据信息上传至地面接收站和用户接收站；
S3：通过太阳能和波浪能为系统进行供电，当系统处理完成所述采集指令和所述发送指令后，按照预设数据采集流程进入休眠状态。
6.根据权利要求5所述的海洋浮标监测方法，其特征在于，所述预设数据采集流程为：
将浮标监测系统上电，判断浮标监测系统是否处于休眠状态，若是，则继续判断是否进入设置指令阶段，若否，则进入休眠状态，若是，则进入采集模式，发送采集指令至采集模块，继续判断采集模块是否接受到采集指令，若否，则进行预警提醒，若是，则采集模块开始采集数据信息，并发送传输指令至所述数据发射模块，对数据进行发送和保存；继续判断是否对浮标的六维信息进行测量，若否，则进入休眠状态，若是，则发送测量指令，判断采集模块是否接受到测量指令，若是，则进行测量，测量结束进入休眠状态，若否，则继续发送测量指令至采集模块；
判断是否进入设置指令阶段，若否，则发送设置指令，等待5s，判断是否进入设置，若是，则进入设置模式，读取配置文件，若设置模式结束，则进入休眠状态。
7.根据权利要求5所述的海洋浮标监测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11：采集浮标周围的温湿度参数信息；
S12：采集压力参数信息和气温值信息，并对所述压力参数信息和所述气温值信息进行校正偏移量、气温依赖性的补偿运算，减少因环境变化造成的误差。
8.根据权利要求7所述的海洋浮标监测方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
S13：对浮标的六维信息进行测量，包括三个方向的平动和围绕三个方向轴的转动，浮标的传感器模块工作时，其摆动的方向和速度，浮标内部在平衡浮标的过程均根据六维信息的测量进行控制。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
存储器：用于存储可执行指令；
处理器：用于运行所述存储器存储的可执行指令时，实现权利要求5至8任一项所述的海洋浮标监测方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，其特征在于，所述可执行指令被处理器执行时实现权利要求5至8任一项所述的海洋浮标监测方法。
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