CN115123501A - 一种防打捞自升降海洋监测单元及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋监测浮标，特别是一种防打捞自升降海洋监测单元及监测方法。包括密封仓体，其中，还包括供电模块、控制模块、监测模块和浮标升降模块，密封仓体包括顶部的控制仓、位于中部的浮力调节仓和位于底部的配重仓，密封仓体的顶部设有透明半球罩，透明半球罩的内部形成密闭的控制仓，控制模块和监测模块均设置在控制仓内，浮标升降模块设置在浮力调节仓内。其既能实现海洋环境数据的动态获取，又能自动隐浮标体，实现隐藏功能，避免海洋监测单元被“捕捞”。
Description
技术领域
本发明涉及海洋监测浮标，特别是一种防打捞自升降海洋监测单元及监测方法。
背景技术
海洋环境调查是人们探索海洋、认识海洋、利用海洋的基本手段，随着人类从浅海进入深海，对海洋参数的获取显得尤为重要。温度、盐度、叶绿素、甲烷等海洋参数包含着重要的海洋信息，是进行科学研究、军事防御、国防建设等必须要了解的海洋基础信息。随着科技的发展，以浮标为主体的新兴的现代化海洋监测技术，逐步受到各个海洋国家的重视和利用。与其他监测手段或海洋工程载体相比，海洋浮标能承受恶劣的海洋环境，且浮标具有较长工作寿命，可对海洋环境进行自动、连续、长期的同步监测。它作为离岸监测的重要工具，能够与调查船、调查飞机以及海洋观测站一起，进行全方位、立体综合的监测海洋环境各要素，具有比较直观、简便和经济的特点。
但目前利用浮标获取深海海洋参数存在严重问题，即深海浮标暴露在海面上，容易被渔民和过往船只发现并打捞，从而造成海洋监测系统破坏和数据丢失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种防打捞自升降海洋监测单元及监测方法，其既能实现海洋环境数据的动态获取，又能自动隐浮标体，实现隐藏功能，避免海洋监测单元被“捕捞”。
本发明的技术方案是：一种防打捞自升降海洋监测单元，包括密封仓体，其中，还包括供电模块、控制模块、监测模块和浮标升降模块，密封仓体包括顶部的控制仓、位于中部的浮力调节仓和位于底部的配重仓，密封仓体的顶部设有透明半球罩，透明半球罩的内部形成密闭的控制仓，控制模块和监测模块均设置在控制仓内，浮标升降模块设置在浮力调节仓内；
所述浮标升降模块包括磁场屏蔽板、磁力发生器Ⅰ、浮力仓上密封盖、永磁活塞、浮力仓下密封盖和磁力发生器Ⅱ，磁场屏蔽板固定设置在浮力调节仓的顶部，浮力仓上密封盖与浮力调节仓上部的内侧仓壁固定密封连接，浮力仓下密封盖与浮力调节仓下部的内侧仓壁固定密封连接，浮力仓上密封盖和浮力仓下密封盖之间设有永磁活塞，永磁活塞与浮力调节仓下部的内侧仓壁滑动密封连接，浮力仓上密封盖的顶部表面固定有磁力发生器Ⅰ，浮力仓下密封盖的底部表面固定有磁力发生器Ⅱ；
所述永磁活塞和浮力仓下密封盖之间的浮力调节仓的侧壁处设有出水口，出水口处设有出水口单向阀，浮力调节仓的底部与配重支架固定连接，浮力仓下密封盖与配重支架之间形成配重仓，浮力仓下密封盖上设有进水口，进水口处设有进水管道，进水管道穿过配重支架与外部连通，进水管道上设有进水口单向阀，配重支架上设有数个配重环。
本发明中，所述太阳能板设置在控制仓内，磁力发生器Ⅱ和蓄电池均设置配重仓内，蓄电池固定在配重支架上。
所述监测模块包括数个单目摄像头，单目摄像头围绕太阳能板的环形外侧均匀间隔设置。
所述控制模块包括微电子控制器，微电子控制器分别与太阳能板、蓄电池、单目摄像头电连接。
所述磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ分别通过电线与蓄电池连接，浮力调节仓的侧壁内设有中央管道，电线贯穿于中央管道。
本发明还包括一种利用上述防打捞自升降海洋监测单元进行监测的方法，其中，包括以下步骤；
S1.对整个监测单元进行安装，并将该监测单元放置于指定的海洋监测区域；
S2.当监测单元上浮于海面，对指定海域进行监测的同时，通过单目摄像头对海面情况进行监测，根据监测情况，控制整个监测单元的浮力大小，从而实现监测单元的上升或下降：
当单目摄像头没有监测到海面有船舶出现时，永磁活塞靠近浮力调节仓下部的浮力仓下密封盖，永磁活塞和浮力仓下密封盖之间海水量少，此时整个监测单元的质量小，处于上浮状态，同时太阳能板处于打开状态，太阳能板将光能转化为电能，转化后的电能储蓄在蓄电池中；
当单目摄像头监测到海面有船舶出现时，单目摄像头开始高频捕捉图像，并将捕捉的图像传送至微电子控制器，微电子控制器根据单目摄像头捕捉的图像，判断船舶是否有进一步靠近的可能性，当微电子控制器判断船舶有进一步靠近的动向时，微电子控制器控制蓄电池，通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流方向和电流大小，控制永磁活塞向上运动，永磁活塞向上运动过程中产生的吸力，使海水不断通过进水口不断进入永磁活塞和浮力仓下密封盖之间，整个监测单元的质量不断变大，监测单元下沉，太阳能板关闭；
当单目摄像头监测到船舶离开后，微电子控制器控制蓄电池，通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流方向和电流大小，控制永磁活塞向下运动，整个监测单元的重量不断减小，监测单元上浮，太阳能板再次打开，继续监测单元的监测任务。
上述步骤S2中，通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流方向，改变磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ产生的磁极方向，磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ产生的磁场使永磁活塞沿浮力调节仓的内侧壁向上或向下运动；
通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流大小，改变磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ产生的磁场强度，进而控制永磁活塞向上或向下运动的速度，通过控制永磁活塞的向上运动的速度，准确地控制海水的进水量或排水量。
本发明的有益效果是：
该监测单元实现海洋环境数据的动态获取的同时，还可以通过监测附近的船舶，控制该监测单元自动上浮或下沉，有效地避免该监测单元被捕捞，因此本发明可用于特定相关环境下的目标监测，例如：军事敏感区域、航道安全监测、海洋科学研究等。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
图3是该监测单元处于下沉状态时的内部结构示意图；
图4是该监测单元处于上浮状态时的内部结构示意图。
图中：1透明半球罩；2太阳能板；3微电子控制器；4磁场屏蔽板；5磁力发生器Ⅰ；6浮力仓上密封盖；7中央管道；8永磁活塞；9浮力仓下密封盖；10磁力发生器Ⅱ；11配重支架；12配重环；13进水口；14蓄电池；15进水口单向阀；16出水口单向阀；17出水口；18密封仓体；19控制仓；20浮力调节仓；21配重仓。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如图1至图2所示，本发明所述的一种防打捞自升降海洋监测单元包括密封仓体18、供电模块、控制模块、监测模块和浮标升降模块，控制模块分别与供电模块、监测模块和浮标升降模块电连接。密封仓体18包括顶部的控制仓19、位于中部的浮力调节仓20和位于底部的配重仓21，密封仓体18的顶部设有透明半球罩1，透明半球罩1的内部形成密闭的控制仓19，控制模块和监测模块均设置在控制仓19内。浮标升降模块设置在浮力调节仓20内。供电模块包括太阳能板2和蓄电池14，太阳能板2负责将光能转化为电能，转化后的电能储蓄在蓄电池14中，其中太阳能板2设置在控制仓19内，蓄电池14则设置在底部的配重仓21内。监测模块包括数个单目摄像头，本实施例中，单目摄像头围绕太阳能板2的环形外侧均匀间隔设置，本实施例中设有四个单目摄像头，相邻两单目摄像头之间的夹角呈90°。
浮标升降模块包括磁场屏蔽板4、磁力发生器Ⅰ5、浮力仓上密封盖6、永磁活塞8、浮力仓下密封盖9和磁力发生器Ⅱ10，磁场屏蔽板4固定设置在浮力调节仓20的顶部，用于屏蔽浮标升降模块内的磁力线，避免该监测单元内的其他模块在工作过程中受到磁力线的干扰。浮力仓上密封盖6与浮力调节仓20上部的内侧仓壁之间固定密封连接，浮力仓下密封盖9与浮力调节仓20下部的内侧仓壁之间固定密封连接，浮力仓上密封盖6和浮力仓下密封盖9之间设有永磁活塞8，永磁活塞8与浮力调节仓20下部的内侧仓壁之间滑动密封连接。浮力仓上密封盖6的顶部表面固定有磁力发生器Ⅰ5，浮力仓下密封盖9的底部表面固定有磁力发生器Ⅱ10，磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10分别通过电线与蓄电池14连接，磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10可以将蓄电池14传输过来的电流转化为磁场。通过控制蓄电池14传输电流的大小时，可以通过磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10改变磁场强度；通过控制蓄电池14传输电流的大小时，可以通过磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10改变磁极。通过改变磁场强度和磁极，控制位于两磁力发生器之间的永磁活塞8的动作，进而控制排水体积，控制整个监测单元的浮力大小。本实施例中，浮力调节仓20的侧壁内设有中央管道7，以便于电线通过。
永磁活塞8和浮力仓下密封盖9之间的浮力调节仓20的侧壁处设有出水口17，出水口17处设有出水口单向阀16。浮力调节仓20的底部与配重支架11固定连接，浮力仓下密封盖9与配重支架11之间形成配重仓21。磁力发生器Ⅱ10和蓄电池14均设置配重仓21内，蓄电池14固定在配重支架11上。浮力仓下密封盖9上设有进水口13，进水口13处设有进水管道，进水管道穿过配重支架11与外部连通，进水管道上设有进水口单向阀15。配重支架11上设有数个配重环12，通过配重环12对整个监测单元起到了配重作用。
控制模块包括微电子控制器3，微电子控制器3分别与太阳能板2、蓄电池14、单目摄像头14电连接，单目摄像头14将其监测到的海面环境输送至微电子控制器3，微电子控制3对接收到的图片进行处理并分析，对海面情况进行分析，判断是否有船只靠近，然后根据判断，对太阳能板2和蓄电池14进行控制，并改变磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10的磁极方向和磁力强度，对永磁活塞8的升降方向和升降速度进行控制，永磁活塞8升降过程中，海水会按照一定的速度进入或者排出浮力调节仓20，从而对整个监测单元的浮力大小进行准确控制。
本发明还包括一种利用上述防打捞自升降海洋监测单元进行监测的方法，该方法包括以下步骤。
第一步，对整个监测单元进行安装，并将该监测单元放置于海洋的指定区域内。
第二步，当监测单元上浮于海面，对指定海域进行监测的同时，通过单目摄像头对海面情况进行监测，根据监测情况，控制整个监测单元的浮力大小，从而实现监测单元的上升或下降。
当单目摄像头没有监测到海面有船舶出现时，此时监测单元的内部结构如4所示，此时永磁活塞8位于浮力调节仓20的下部，永磁活塞8靠近浮力调节仓20下部的浮力仓下密封盖9，此时只能有极少量的海水通过进水口13进入永磁活塞8和浮力仓下密封盖9之间，并且永磁活塞8和浮力仓下密封盖9之间的海水量保持恒定状态，此时整个监测单元的质量较小，处于上浮状态。同时太阳能板2处于打开状态，太阳能板2将光能转化为电能，转化后的电能储蓄在蓄电池14中，此时整个监测单元处于正常的监测状态。
当单目摄像头监测到海面有船舶出现时，单目摄像头开始高频捕捉图像，并将捕捉的图像传送至微电子控制器3，微电子控制器3根据单目摄像头捕捉的图像，进一步判断船舶是否有进一步靠近的可能性。当微电子控制器3判断船舶有进一步靠近的动向时，微电子控制器3控制蓄电池14，通过改变蓄电池14传输至磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10的电流方向，改变磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10产生的磁极方向，磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10产生的磁场使永磁活塞8沿浮力调节仓20的内侧壁向上运动，同时通过改变蓄电池14传输至磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10的电流大小，改变磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10产生的磁场强度，进而控制永磁活塞8向上运动的速度。同时微电子控制3控制太阳能板2关闭。
永磁活塞8向上运动过程中产生的吸力，使海水不断通过进水口13不断进入永磁活塞8和浮力仓下密封盖9之间，通过控制永磁活塞8的向上运动的速度，可以准确地控制海水的进水量。随着海水不断进入浮力调节仓20内，整个监测单元的质量不断变大，监测单元开始下沉，通过控制永磁活塞8的上升高度，可以使监测单元准确地下降并停留在指定高度。此时整个监测单元的内部结构如图3所示。
当单目摄像头监测到船舶离开后，微电子控制器3控制蓄电池14，通过改变蓄电池14传输至磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10的电流方向和电流大小，从而改变磁力发生器Ⅰ5和磁力发生器Ⅱ10产生的磁极方向和磁场强度，控制永磁活塞8向下运动，永磁活塞8向下运动过程中产生的压力，使永磁活塞8和浮力仓下密封盖9之间的海水不断通过出水口17从浮力调节仓20内排出，整个监测单元的重量不断减小，使整个监测单元再次上浮至海面。同时微电子控制3控制太阳能板2打开，继续监测单元的监测任务。
以上对本发明所提供的一种防打捞自升降海洋监测单元及监测方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种防打捞自升降海洋监测单元，包括密封仓体(18)，其特征在于，还包括供电模块、控制模块、监测模块和浮标升降模块，密封仓体(18)包括顶部的控制仓(19)、位于中部的浮力调节仓(20)和位于底部的配重仓(21)，密封仓体(18)的顶部设有透明半球罩(1)，透明半球罩(1)的内部形成密闭的控制仓(19)，控制模块和监测模块均设置在控制仓(19)内，浮标升降模块设置在浮力调节仓(20)内；
所述浮标升降模块包括磁场屏蔽板(4)、磁力发生器Ⅰ(5)、浮力仓上密封盖(6)、永磁活塞(8)、浮力仓下密封盖(9)和磁力发生器Ⅱ(10)，磁场屏蔽板(4)固定设置在浮力调节仓(20)的顶部，浮力仓上密封盖(6)与浮力调节仓(20)上部的内侧仓壁固定密封连接，浮力仓下密封盖(9)与浮力调节仓(20)下部的内侧仓壁固定密封连接，浮力仓上密封盖(6)和浮力仓下密封盖(9)之间设有永磁活塞(8)，永磁活塞(8)与浮力调节仓(20)的内侧仓壁滑动密封连接，浮力仓上密封盖(6)的顶部表面固定有磁力发生器Ⅰ(5)，浮力仓下密封盖(9)的底部表面固定有磁力发生器Ⅱ(10)；
所述永磁活塞(8)和浮力仓下密封盖(9)之间的浮力调节仓(20)的侧壁处设有出水口(17)，出水口(17)处设有出水口单向阀(16)，浮力调节仓(20)的底部与配重支架(11)固定连接，浮力仓下密封盖(9)与配重支架(11)之间形成配重仓(21)，浮力仓下密封盖(9)上设有进水口(13)，进水口(13)处设有进水管道，进水管道穿过配重支架(11)与外部连通，进水管道上设有进水口单向阀(15)，配重支架(11)上设有数个配重环(12)。
2.根据权利要求1所述的防打捞自升降海洋监测单元，其特征在于，所述太阳能板(2)设置在控制仓(19)内，磁力发生器Ⅱ(10)和蓄电池(14)均设置配重仓(21)内，蓄电池(14)固定在配重支架(11)上。
3.根据权利要求1所述的防打捞自升降海洋监测单元，其特征在于，所述监测模块包括数个单目摄像头，单目摄像头围绕太阳能板(2)的环形外侧均匀间隔设置。
4.根据权利要求3所述的防打捞自升降海洋监测单元，其特征在于，所述控制模块包括微电子控制器(3)，微电子控制器(3)分别与太阳能板(2)、蓄电池(14)、单目摄像头电连接。
5.根据权利要求1所述的防打捞自升降海洋监测单元，其特征在于，所述磁力发生器Ⅰ(5)和磁力发生器Ⅱ(10)分别通过电线与蓄电池(14)连接，浮力调节仓(20)的侧壁内设有中央管道(7)，电线贯穿于中央管道(7)。
6.一种利用上述防打捞自升降海洋监测单元进行监测的方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1.对整个监测单元进行安装，并将该监测单元放置于指定的海洋监测区域；
S2.当监测单元上浮于海面，对指定海域进行监测的同时，通过单目摄像头对海面情况进行监测，根据监测情况，控制整个监测单元的浮力大小，从而实现监测单元的上升或下降：
当单目摄像头没有监测到海面有船舶出现时，永磁活塞靠近浮力调节仓下部的浮力仓下密封盖，永磁活塞和浮力仓下密封盖之间海水量少，此时整个监测单元的质量小，处于上浮状态，同时太阳能板处于打开状态，太阳能板将光能转化为电能，转化后的电能储蓄在蓄电池中；
当单目摄像头监测到海面有船舶出现时，单目摄像头开始高频捕捉图像，并将捕捉的图像传送至微电子控制器，微电子控制器根据单目摄像头捕捉的图像，判断船舶是否有进一步靠近的可能性，当微电子控制器判断船舶有进一步靠近的动向时，微电子控制器控制蓄电池，通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流方向和电流大小，控制永磁活塞向上运动，永磁活塞向上运动过程中产生的吸力，使海水不断通过进水口不断进入永磁活塞和浮力仓下密封盖之间，整个监测单元的质量不断变大，监测单元下沉，太阳能板关闭；
当单目摄像头监测到船舶离开后，微电子控制器控制蓄电池，通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流方向和电流大小，控制永磁活塞向下运动，整个监测单元的重量不断减小，监测单元上浮，太阳能板再次打开，继续监测单元的监测任务。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，上述步骤S2中，通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流方向，改变磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ产生的磁极方向，磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ产生的磁场使永磁活塞沿浮力调节仓的内侧壁向上或向下运动；
通过改变蓄电池传输至磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ的电流大小，改变磁力发生器Ⅰ和磁力发生器Ⅱ产生的磁场强度，进而控制永磁活塞向上或向下运动的速度，通过控制永磁活塞的向上运动的速度，准确地控制海水的进水量或排水量。
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