CN115265657A - 一种深远海养殖网箱综合监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鱼类养殖监测系统，旨在提供一种深远海养殖网箱综合监测系统，其技术方案要点是包括剖面监测系统、雷达监测系统、气象监测系统、水下生物识别系统、传输系统、水下机器人系统、水下聚鱼系统、水上无人机系统和系统平台，剖面监测系统用于监测水下视频、水质、水文参数；雷达监测系统用于跟踪、探测海上动态目标；气象监测系统用于监测网箱所在地的气象环境；水下生物识别系统用于展示鱼群分布、运动情况；传输系统用于将监测到的数据传输系统平台；水下机器人系统用于对网箱进行清洗；水下聚鱼系统用于对水下鱼群进食进行监测；水上无人机系统用于巡检海上网箱状态；系统平台作为各个系统的终端，对各个系统进行统一控制。

Description

一种深远海养殖网箱综合监测系统

技术领域

本发明涉及鱼类养殖领域，更具体地说，它涉及一种深远海养殖网箱综合监测系统。

背景技术

养殖网箱监测系统是一套基于海洋物联网技术，集海域水质、水文多参数实时在线监测、高清水下视频影像采集、海面气象监测、海上平台视频监控、雷达及光电摄像机联动海域看护、无线远程数据传输、大数据分析于一体的综合性全方位海洋平台监测系统。

目前现有的养殖网箱监测系统功能并不完善，监测技术不成熟，只能对海洋牧场中水域水质、水文等进行单一平面监控，无法整体深度监测海洋牧场情况，同时对外来船只监测力度较小，当有未知船只航行进海洋牧场中时，不能及时发现，从而存在风险，同时在获得监测数据后的信息传输方面，技术也不成熟，存在信息传输不及时以及信息缺失等现象。

海洋牧场中的组件，例如线缆、网箱需要在初期布置，布置完成后长时间设置于海洋中，需要专门的系统工具进行清洁，更重要的是由于海洋环境的恶劣和不稳定性使得网箱在实际使用过程中存在着较高的损坏风险，针对损坏的网箱，需要及时进行发现和修复，如果未及时发现处理，会造成鱼群逸散，成本损失，现有技术无法及时发现破损网箱以及对破损网箱的精确定点，因此亟需一种全面的、多功能型的深远海养殖网箱综合监测系统。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种深远海养殖网箱综合监测系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种深远海养殖网箱综合监测系统，包括剖面监测系统、雷达监测系统、气象监测系统、水下生物识别系统、传输系统、水下机器人系统、水下聚鱼系统、水上无人机系统和系统平台，剖面监测系统用于监测水下视频、水质、水文参数，针对不同深度水浴实行剖面监测；雷达监测系统用于对海上动态目标进行全自动跟踪、探测，并记录动态目标的位置、航向、航速数据信息，通过生成图像信息对海鱼进行实时监测；气象监测系统用于实时监测网箱所在地的气象环境，并起到对气象情况的预防作用，为网箱人员室外作业提供气象参考；水下生物识别系统用于展示鱼群分布、运动情况，并生成监测数据报表，对报表中数据录入系统存储；传输系统用于将监测到的水质数据、水下影像视频传输至云端服务器；水下机器人系统用于对网箱进行智能清洗；水下聚鱼系统用于对水下鱼群进行监测，提供水下补光、延长鱼群进食时间；水上无人机系统用于通过无人机巡航对海上网箱的状态进行巡检；系统平台作为各个系统的终端，对各个系统进行统一控制。

本发明进一步设置为：剖面监控系统包括牵引绞车、水下监测仪、流速水文监测仪和单点流速仪，水下监测仪、流速水文监测仪和单点流速仪分别与牵引绞车固定连接，牵引绞车用于牵引水下仪器进行上升、下降运行，从而实现海域各剖面深度的观测，水下监测仪包括水下摄像机、水下照明灯、CTD 传感器、PH传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器和浊度传感器组成；流速水文监测仪通过多普勒原理进行流速测量；单点流速仪用于流向测量，通过超声波反射进行测试，并将其转换为流速。

本发明进一步设置为：雷达监测系统包括雷达主机、光电摄像机、主控设备、声光报警装置以及软件系统，雷达主机、光电摄像机和主控设备连接，主控设备和声光报警装置、软件系统连接，雷达主机配合光电摄像机对看护海域进行视频采集，声光报警装置配合软件系统监测保护海域。

本发明进一步设置为：气象监测系统包括气象仪传感器和设置于气象仪传感器上的驳接盒，气象仪传感器用于监测海面风速、风向、温度、湿度、气压和降雨量，并将采集的数据输送至系统平台，驳接盒用于提供电力供给及通信链路。

本发明进一步设置为：水下生物识别系统包括多波束声呐监控系统、双目视觉摄像系统和可移动水下摄像系统三个子系统，多波束声呐监控系统用于对网箱中的鱼群数量统计和鱼群运动分析，多波束声呐监控系统包括多波束声呐监控单元、多波束声呐监控系统布放系统、多波束声呐监控系统驳接盒和多波束声呐监控系统服务器；双目视觉摄像系统用于识别鱼类种类、计算鱼类尺寸及重量分布，双目视觉摄像系统包括双目视觉摄像机、双目视觉摄像系统绞车、双目视觉摄像系统驳接盒和双目视觉摄像系统数据服务器；可移动水下摄像系统用于采集网箱水下环境，并将采集到的实时视频传输至系统平台。

本发明进一步设置为：传输系统采用微波传输信息，用于将系统的水质监测数据、水下视频影像、雷达光电系统监测信息、气象监测信息、水下生物监测信息实时上传到系统平台。

本发明进一步设置为：水下机器人系统包括定位系统、吊放管理系统和集控管理系统，吊放管理系统通过定位系统与集控管理系统连接，定位系统包括巡检机器人、网衣清洗机器人和定位通讯装置；吊放管理系统包括机器人接驳盒、机器人绞车和处理服务器。

本发明进一步设置为：水下聚鱼灯系统包括供电系统、控制系统和灯体系统，灯体系统、供电系统与控制系连接，统供电系统用于维持水下聚鱼灯系统正常使用；控制系统用于进行光敏、网络控制；灯体用于集养殖鱼、增加鱼群进食时间。

本发明进一步设置为：水上无人机系统包括无人机、摄像机和通信处理板；摄像机设置于无人机上，且与通信处理板连接，组成图像测量单元。

本发明进一步设置为：一种深远海养殖网箱综合监测系统，水上无人机系统工作包括以下步骤，

S1、构架连接无人机阶段，将摄像机与通信处理板相连构成图像测量单元，并安装于无人机上，同时将此图像测量单元的供电接口与无人机的电源相连；

S2、配置无人机阶段，对无人机飞行监测路径配置，根据海上网箱的位置生成无人机飞行轨迹的GPS点位，并按螺旋形规划飞行路径；

S3、采集信息阶段，首次运行时，无人机按设定的GPS点位进行飞行，并在采集每个GPS点位处图像，并在GPS点位处对网箱进行编号后，对GPS点位和网箱编号相对应，生成数据记录在系统平台的储存空间内；

S4、监测阶段，无人机按照设定的GPS点位进行飞行，并在每个点位处使用摄像机进行现场的图像采集，将实时采集数据与步骤S3中生成的数据进行比对，当出现差异时记录此差异，并视为异常现象；

S5、异常处理阶段，将步骤4的异常现象发送至系统平台，由人员处理；

S6、工作阶段，反复执行步骤S4至步骤S5，直到完成一次巡检任务。

通过采用上述技术方案，剖面监测系统、剖面水文监测系统、单点流速仪系统和气象监测系统能够采集海洋牧场所在海域水文气象数据和网箱水质参数，为养殖环境分析与风险预警提供重要依据，数据可实时上传并保存在云服务器，便于随时查看和分析。

水下生物识别系统用于对网箱养殖鱼类数量整体监控、养殖鱼群动态监测、鱼类种类识别、养殖鱼类精确尺寸计算及重量分布统计等功能。

雷达光电海域看护系统能够对海洋牧场所在海域进行 24 小时不间断监控，当有未知船只接近时能够记录船只信息和其运行轨迹，系统发出报警信息并引导光电摄像机跟踪拍摄，平台视频监控系统对网箱平台和室内持续进行高清视频监控，通过硬盘录像机和微波传输系统可实现监控视频长时间保存和远程查看。

微波传输系统是海洋平台与岸站信息通讯的桥梁，也是海洋平台接入互联网的重要途径，通过微波传输系统，海洋平台的数据、视频等资源能够接入云服务器，便于远程查看和大数据分析。

水下智能机器人是为网箱设计的配套装备，集成声学定位通讯设备、水下智能图像识别功能、惯性导航等，机器人搭载清洗组件，可通过对网衣频繁的清洗，防止附着生物持续的生长，降低生物附着对网衣和网箱内生物的影响，机器人具备半智能自主运行能力。

集控管理系统，是一款应用于深远海网箱养殖、陆地循环水养殖及深远海海洋牧场平台管理等场景的 B/S 模式数据可视化监视控制软件，是专业型的现场显示/控制的软件系统，系统用于连接和管理网箱各类设备和技术流程，包含数字化养殖管理系统、装备健康管理、养殖过程控制等，智慧型 3D 人机交互设计使得管理者对装备、项目各项信息了如指掌。

附图说明

图1为本发明一种深远海养殖网箱综合监测系统的框架图；

图2为水上无人机系统工作的流程图。

具体实施方式

参照图1至图2对本发明一种深远海养殖网箱综合监测系统实施例做进一步说明。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

一种深远海养殖网箱综合监测系统，包括剖面监测系统、雷达监测系统、气象监测系统、水下生物识别系统、传输系统、水下机器人系统、水下聚鱼系统、水上无人机系统和系统平台，剖面监测系统用于监测水下视频、水质、水文参数，针对不同深度水浴实行剖面监测；雷达监测系统用于对海上动态目标进行全自动跟踪、探测，并记录动态目标的位置、航向、航速数据信息，通过生成图像信息对海鱼进行实时监测；气象监测系统用于实时监测网箱所在地的气象环境，并起到对气象情况的预防作用，为网箱人员室外作业提供气象参考；水下生物识别系统用于展示鱼群分布、运动情况，并生成监测数据报表，对报表中数据录入系统存储；传输系统用于将监测到的水质数据、水下影像视频传输至云端服务器；水下机器人系统用于对网箱进行智能清洗；水下聚鱼系统用于对水下鱼群进行监测，提供水下补光、延长鱼群进食时间；水上无人机系统用于通过无人机巡航对海上网箱的状态进行巡检；系统平台作为各个系统的终端，对各个系统进行统一控制。

剖面监控系统包括牵引绞车、水下监测仪、流速水文监测仪和单点流速仪，牵引绞车用于牵引水下监测仪、流速水文监测仪和单点流速仪，且用于远程实时监测设备运行状态及故障诊断，牵引绞车通过牵引水下仪器进行上升、下降运行，从而实现海域各剖面深度的观测，水下监测仪包括水下摄像机、水下照明灯、CTD 传感器、pH 传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器、浊度传感器组成，流速水文监测仪通过多普勒原理进行流速测量，当声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，经测定多普勒频移而测算出流速；单点流速仪用于流向测量，利用超声波反射进行测试，并将其转换为流速，立体剖面监测系统是一套适合于多种水质环境下，能实现水下视频、水质、水文参数采集的综合监测系统，同时可通过绞车带动水下单元实现剖面运动，完成不同深度水域的参数监测，智能绞车搭载的水下仪器测量系统可把测量的水质水文等数据通过智能牵引绞车实时发送到多参数水质监测终端，智能牵引绞车自身具有两台摄像头，分别用于观察收、放缆机构和排缆机构，用于远程实时监测设备运行状态及故障诊断，智能牵引绞车用于牵引水下仪器集成系统进行上升、下降运行，从而实现海域各剖面深度的观测，智能牵引绞车可通过绞车自身内嵌式控制按键和主控系统电气箱控制，水下仪器测量系统主要用于测量水下水质数据和水下环境监控，完成水下的实时监控，水下仪器测量系统由水下摄像机、水下照明灯、CTD 传感器、pH 传感器、溶解氧传感器、叶绿素、浊度等传感器组成，各个传感器用于监测实时数据，当数据异常时可发出警报，SCT-MPT-C2 型多参数监测终端可实现对水温、盐度、深度、pH、溶解氧、叶绿素、浊度等水质数据，流速、流向等水文数据的实时监测，可对各个数据单独进行粗大误差剔除，滤波参数可设定，所有数据可通过 TCP/IP 协议及配套PC软件，可实现按时间查询和导出 Excel 格式的数据，并且可以将水质、水文数据以 ModbusTCP 协议统一对外转发，同时，可对深度进行基准校准配备的工业触摸显示屏可进行参数实时显示、参数历史曲线查看、历史数据查看及参数设置等，剖面流速水文信息监测系统，采用多普勒原理进行流速测量，声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速，系统还同时可集成温度、压力、倾斜仪和罗盘传感器.海洋水动力参数测量系统具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点，可为平台安全系数评估，投料位置指导提供数据依据，单点流速仪是一种高效、稳定的流速、流向测量装置，它可以直接连接到养殖的集控系统，作为饵料投放的重要依据指标，单点流速仪传感器通过声学多普勒原理，利用超声波反射进行测试，并将其转换为流速，传感器的结构简单稳定，内部器件均有良好的保护，不易损坏。

雷达监测系统包括雷达主机、光电摄像机、主控设备、声光报警装置以及软件系统，雷达主机、光电摄像机和主控设备连接，主控设备和声光报警装置、软件系统连接，雷达主机配合光电摄像机实时对看护海域进行视频采集，当监测到未知目标侵入时，软件系统配合声光报警装置进行报警，并记录报警内容，SCT-RAD-203-25F 雷达光电看护系统由雷达主机及天线、云台光电摄像机、主控设备、声光报警装置以及软件系统组成，雷达系统可对覆盖范围内海上动态目标进行全自动跟踪、探测，并记录动态目标的位置、航向及航速等数据信息，并生产历史图像信息，通过中载或重载云台搭载远视距光学摄像机及可与之配合的红外摄像机实时对看护海域进行视频采集，对于雷达发现的看护范围的可疑目标，软件平台自动引导光电摄像系统对可疑目标跟拍跟摄，通过对水面目标的筛选、跟踪、区域警戒、光电联动等功能，实现对水上船只等目标的 24 小时实时监控、取证和航迹的实时监控与记录，能够对面积水域进行昼夜全方位精确监视，当有目标侵入时，雷达会及时发现并自动引导摄像头跟踪拍摄并进行录像存储，系统集成 AIS 接收器，当船只靠近时自动记录船只信息，实现对靠近及进 出渔场船只的监控与记录。

气象监测系统包括气象仪传感器和驳接盒，气象仪传感器与驳接盒连接，气象仪传感器用于监测海面风速、风向、温度、湿度、气压、降雨量，并将采集的数据输送至系统平台，驳接盒用于提供电力供给及通信链路，气象系统用于实时观测网箱所在地的气象环境，起到对极端气象情况的预防作用，同时对网箱人员室外作业提供气象参考，气象系统是一种用于风速、风向、气温、湿度、气压、降雨量以及 GPS 等气象参数自动观测的智能仪器，其性能稳定可靠、界面直观、操作方便，系统数据采集处理方法依据：GB/T12763—2007《海洋调查规范》，系统主要采集水面的气象参数有：风速、风向、温度、湿度、气压、降雨量等，采集的数据可以通过总线方式汇总至主控系统，进行数据的显示、存储及后期分析，气象系统包括气象仪传感器和气象仪传感器驳接盒，气象仪传感器驳接盒，为气象系统提供电力供给及通信链路，可将气象数据转发到多参数水质终端，驳接盒采用铸铝材质，表面喷塑，所用固定螺丝采用 316L 不锈钢螺丝，系统配备高性能工程塑料与电镀珍珠硬铬锌合金材质组成的防水航空插头，通过防水航空插头与下行设备连接，防水航空插头防护等级可达IP67，保障系统在海面环境长久稳定运行。

水下生物识别系统包括多波束声呐监控系统、双目视觉摄像系统和可移动水下摄像系统三个子系统，多波束声呐监控系统用于对网箱中的鱼群数量统计和鱼群运动分析，多波束声呐监控系统包括多波束声呐监控单元、多波束声呐监控系统布放系统、多波束声呐监控系统驳接盒和多波束声呐监控系统服务器；双目视觉摄像系统用于识别鱼类种类、计算鱼类尺寸及重量分布，双目视觉摄像系统包括双目视觉摄像机、双目视觉摄像系统绞车、双目视觉摄像系统驳接盒和双目视觉摄像系统数据服务器；可移动水下摄像系统用于采集网箱水下环境，并将采集到的实时视频传输至系统平台，SCT-ACMS 水下生物识别系统采用可视化的设计理念，以直观的形式实时向用户展示当前网箱平台鱼群分布、运动情况，并定期对监测数据生成统计报表，所有数据处理完成后，将结果输入到数字化养殖管理系统，进行展示，通过本系统，可实时掌握网箱养殖鱼类动态及养殖成果信息，多波束声呐监控单元由两台多波束图像声呐、一台双目视觉摄像机、一套水下载体平台组件组成，多波束声呐监控单元载体平台结构采用圆角设计，对于突出结构配备保护框，在保护设备的同时，将对网衣整体的影响降到最低，整体结构采用框架式结构设计，在实现功能的同时将海流对设备的影像降至最小多波束声呐监控系统主要完成养殖鱼类在网箱中的鱼群数量统计、鱼群运动分析等功能；双目视觉摄像系统采用两台高清工业摄像机拍摄，保障画质清晰，外壳以及外部零件采用铝合金硬质阳极氧化并具备牺牲阳极防腐蚀设计，具有良好的防腐蚀性能，前端镜头透光率强，光线折射小，两侧配有大功率水下灯，对水下环境进行补光，保障系统的拍摄清晰度，可通过双目数据系统绞车收放自容缆绳，调节双目摄像机在水中的深度，实现对栖息于不同水深层的鱼类进行拍摄，双目摄像机装配保护外壳，可以减小网衣的磨损；可移动式水下摄像系统共两套，主要由一台可移动式水下摄像系统驳接盒、两台可移动式水下摄像系统绞车、一台可移动式水下摄像系统绕线绞车、一套水下云台摄像机组成，通过两台可移动式水下摄像系统绞车配合收放自容缆绳，可调整水下云台摄像机的水平位置，通过可移动式水下摄像系统绕线绞车收放线缆，可调整水下云台摄像机的垂直高度位置，通过三台绞车的配合实现可移动式水下摄像机水平、垂直二维运动，可移动水下摄像系统主要完成网箱水下环境高清视频实时采集，并将采集到的实时视频传输至数字化化养殖管理系统中显示、存储，形成对养殖鱼类实时动态直观的观察及相关信息的流程，对于分析鱼类健康状态、生长周期等具有重要意义，可移动水下摄像机布放于投饵口投饵区域，可观测养殖鱼类进食饵料情况，为饵料的投放提供判断依据，每套可移动水下摄像系统可集成一台水下双目视觉摄像机，水下云台摄像机水下云台摄像机，由一台水下云台摄像机，四个高亮水下 LED 灯，一套水下 摄像机固定框架组成， 水下云台摄像机拍摄视角可水平360°、垂直 180°旋转，观测范围广，200万成像像素，成像质量高，可移动式水下摄像系统绞车可移动式水下摄像系统绞车，为可移动水下摄像系统中水下云台摄像机的布放提供横向支撑，通过调节两台可移动水下摄像系统绞车缆绳收放配合，水平调节水下云台摄像机的水平位置，水下云台观测系统由一个水下云台摄像机、四个水下灯、一套水下摄像机固定框架、一个数据驳接盒组成，水下云台摄像机内置旋转云台，可实现水下视频观测观测角度水平 360°、垂直 180°旋转，具备广阔的水下观测视野；水下灯为水下摄像机提供稳定的光源，在夜间及水体轻微浑浊的情况下仍能保证良好的观测效果，并且海洋生物均具有一定的趋光性，水下灯还具有一定聚鱼的效果， 可移动水下摄像系统主要完成网箱水下环境高清视频实时采集，并将采集到的实时视频传输至数字化化养殖管理系统中显示、存储。

传输系统采用微波传输信息，用于将系统的水质监测数据、水下视频影像、雷达光电系统监测信息等数据实时上传到系统平台及云端服务器，微波传输系统，是整体系统的核心传输单元，可将系统的水质监测数据、水下视频影像、雷达光电系统监测信息等数据实时上传到岸站展示中心及云端服务器，系统传输距离 25+km，支持各类 IP 终端网络访问配置，具备通信距离远、 通信带宽高、新能稳定等特点。

水下机器人系统包括网衣清洗机器人、机器人吊放管理系统、水下通讯定位系统、地面站和定位基站等，网衣清洗机器人主要功能是清洗网衣，系统可接入网箱平台巡检机器人，网衣清洗机器人是为大型网箱设计的配套装备，集成声学定位通讯设备、水下智能图像识别功能、惯性导航等，机器人搭载清洗组件，可通过对网衣频繁的清洗，防止附着生物持续的生长，降低生物附着对网衣和网箱内生物的影响，机器人具备半智能自主运行能力，机器人本体搭载摄像机与视觉系统，可以辨识网衣清洗前状态，以及清洗完后的网衣是否达到要求，机器人搭载的水下定位通讯设备可以与水下定位通讯基站进行通讯，实现机器人在网箱中的位置定位及与水面计算处理服务器进行指令数据交互，在该系统中，水面定位的精度为 10cm，机器人通过水下定位、水面定位和视觉算法定位相结合，可以得知机器人在网箱内的位置，智能机器人结构圆滑不伤害网衣，机器人的清洗装置易于更换且对网衣无损伤，在极端天气突然出现时，机器人可执行停止作业的程序，集控系统将发出回收机器人的提示，由网箱工作人员进行机器人的回收；机器人具有在当地海域 6 级风或 6 级风以下，以及流速 0.5m/s 以下正常工作的工作能力，为了适应不同的需求，为机器人定制了小型，集成化的控制终端，控制终端为一台可以移动的遥控器，在集控室内可以结合集控系统显示当前机器人当前的工作状态，如速度、深度、剩余电量、当前位置等信息，通过控制终端对机器人进行人工控制。

水下聚鱼灯系统包括供电系统、控制系统、灯体系统、线缆系统等组成，供电系统能够维持水下聚鱼灯系统正常使用，控制系统能够进行光敏、网络的控制，灯体系统具有良好的 LED 光源透光性、使用寿命和散热效果，耐压能力高达 50m，水下聚鱼灯灯体系统是由灯体结构和灯体电路板构成，灯体结构是由 316L不锈钢、POM、锌块具有 LED 光源透光性好，使用寿命长、散热效果好，耐压能力高达50米的优点，灯体电路的发光灯珠是恒流源控制下的蓝色、绿色或者定制具体颜色，具有防过载、防短接、防反接的相应报警指示功能以及，当设备突然供电、断电，均不会损坏设备，无论是在水里密封工作还是离开水面都不会对设备造成损坏和单个 LED 故障不影响整个系统工作，聚鱼灯控制系统分为两部分：一是本地现场进行网络控制和光敏控制；二是远程网络控制，通过远程进行定时和光敏的控制聚鱼灯，聚鱼灯的控制系统可以从附近其他系统的驳接盒取电，供水下聚鱼灯使用，能够对水下聚鱼灯运行系统进行实时监测，若系统出现故障，能够及时发现并报警，便于维护、减少损失，该系统可设置网络或光感控制聚鱼灯开启或关闭，并能够随时远程控制其运行状态，每只控制器连接两只聚鱼灯，并通过网络接口连接到集控系统里。

一种深远海养殖网箱综合监测系统，水上无人机系统工作包括以下步骤：

S1、构架连接无人机阶段，将摄像机与通信处理板相连构成图像测量单元，并安装于无人机上，同时将此图像测量单元的供电接口与无人机的电源相连；

S2、配置无人机阶段，对无人机飞行监测路径配置，根据海上网箱的位置生成无人机飞行轨迹的GPS点位，并按螺旋形规划飞行路径；

S3、采集信息阶段，首次运行时，无人机按设定的GPS点位进行飞行，并在采集每个GPS点位处图像，并在GPS点位处对网箱进行编号后，对GPS点位和网箱编号相对应，生成数据记录在系统平台的储存空间内；

S4、监测阶段，无人机按照设定的GPS点位进行飞行，并在每个点位处使用摄像机进行现场的图像采集，将实时采集数据与步骤S3中生成的数据进行比对，当出现差异时记录此差异，并视为异常现象；

S5、异常处理阶段，将步骤4的异常现象发送至系统平台，由人员处理；

S6、工作阶段，反复执行步骤S4至步骤S5，直到完成一次巡检任务。

步骤S1中，无人机包括多种类型，无人机上安装有GPS定位器，摄像机固定安装于无人机上，摄像机设置为带有定焦镜头的低照度、高动态范围的单色工业摄像机，摄像机通过相机接口与通信处理板连接共同组成图像测量单元，且作为水上无人机系统的核心部件，无人机上还设置有天线和电源箱，图像测量单元通过电源箱中得到供电。

步骤S2中，水上无人机系统监测海域时，根据不同海域情况设置飞行路线，“回”字型飞行路线适用于内外双层网箱分布的海域；螺旋形飞行路线适用于多层网箱分布的海域；“之”字型飞行路线适用于大面积外圈单层网箱分布的海域。

步骤S3中，在无人机首次飞行监测时，需要对网箱原点位置进行录入，通过摄像机采集现场图像并对图像中的数据进行Canny边缘检测和Harris角点检测，同时使用Hough变换进行直线检测，从而利用边缘追踪方法识别每个网箱，经过多次飞经同点位后记录每个网箱原点位置，并对网箱进行编号，最后将网箱以及网箱原点位置生成数据比对表记录在通信处理板内。

步骤S4中，当无人机飞行监测海域时，将实际监测得到的数据于通信处理板内的原有数据进行比对，当数据对比出现异常时，首先通过邻近网箱的对应关系来推断该网箱的编号，并记录中心坐标差异，此情况视为异常现象，然后根据邻近网箱排放的规则性，将各个网箱的同侧角点进行直线拟合或二次曲线拟合，当拟合线差异较大时，记录该距离差异值，此情况也视为异常，当边缘满足拟合线约束时，视作网箱结构正常。

步骤S5中，整理记录异常数据以及正常飞行监测数据输送至系统平台，由工作人员处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：包括剖面监测系统、雷达监测系统、气象监测系统、水下生物识别系统、传输系统、水下机器人系统、水下聚鱼系统、水上无人机系统和系统平台，所述剖面监测系统用于监测水下视频、水质、水文参数，针对不同深度水浴实行剖面监测；所述雷达监测系统用于对海上动态目标进行全自动跟踪、探测，并记录动态目标的位置、航向、航速数据信息，通过生成图像信息对海鱼进行实时监测；所述气象监测系统用于实时监测网箱所在地的气象环境，并起到对气象情况的预防作用，为网箱人员室外作业提供气象参考；所述水下生物识别系统用于展示鱼群分布、运动情况，并生成监测数据报表，对报表中数据录入系统存储；所述传输系统用于将监测到的水质数据、水下影像视频传输至云端服务器；所述水下机器人系统用于对网箱进行智能清洗；所述水下聚鱼系统用于对水下鱼群进行监测，提供水下补光、延长鱼群进食时间；所述水上无人机系统用于通过无人机巡航对海上网箱的状态进行巡检；所述系统平台作为各个系统的终端，对各个系统进行统一控制。

2.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述剖面监控系统包括牵引绞车、水下监测仪、流速水文监测仪和单点流速仪，所述水下监测仪、流速水文监测仪和单点流速仪分别与牵引绞车固定连接，所述牵引绞车用于牵引水下仪器进行上升、下降运行，从而实现海域各剖面深度的观测，所述水下监测仪包括水下摄像机、水下照明灯、CTD 传感器、PH传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器和浊度传感器组成；所述流速水文监测仪通过多普勒原理进行流速测量；所述单点流速仪用于流向测量，通过超声波反射进行测试，并将其转换为流速。

3.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述雷达监测系统包括雷达主机、光电摄像机、主控设备、声光报警装置以及软件系统，所述雷达主机、光电摄像机和主控设备连接，所述主控设备和声光报警装置、软件系统连接，所述雷达主机配合光电摄像机对看护海域进行视频采集，所述声光报警装置配合软件系统监测保护海域。

4.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述气象监测系统包括气象仪传感器和设置于气象仪传感器上的驳接盒，所述气象仪传感器用于监测海面风速、风向、温度、湿度、气压和降雨量，并将采集的数据输送至系统平台，所述驳接盒用于提供电力供给及通信链路。

5.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述水下生物识别系统包括多波束声呐监控系统、双目视觉摄像系统和可移动水下摄像系统三个子系统，所述多波束声呐监控系统用于对网箱中的鱼群数量统计和鱼群运动分析，所述多波束声呐监控系统包括多波束声呐监控单元、多波束声呐监控系统布放系统、多波束声呐监控系统驳接盒和多波束声呐监控系统服务器；所述双目视觉摄像系统用于识别鱼类种类、计算鱼类尺寸及重量分布，所述双目视觉摄像系统包括双目视觉摄像机、双目视觉摄像系统绞车、双目视觉摄像系统驳接盒和双目视觉摄像系统数据服务器；所述可移动水下摄像系统用于采集网箱水下环境，并将采集到的实时视频传输至系统平台。

6.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述传输系统采用微波传输信息，用于将系统的水质监测数据、水下视频影像、雷达光电系统监测信息、气象监测信息、水下生物监测信息实时上传到系统平台。

7.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述水下机器人系统包括定位系统、吊放管理系统和集控管理系统，所述吊放管理系统通过定位系统与集控管理系统连接，所述定位系统包括巡检机器人、网衣清洗机器人和定位通讯装置；所述吊放管理系统包括机器人接驳盒、机器人绞车和处理服务器。

8.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述水下聚鱼灯系统包括供电系统、控制系统和灯体系统，所述灯体系统、供电系统与控制系连接，统所述供电系统用于维持水下聚鱼灯系统正常使用；所述控制系统用于进行光敏、网络控制；所述灯体用于集养殖鱼、增加鱼群进食时间。

9.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于：所述水上无人机系统包括无人机、摄像机和通信处理板；所述的摄像机设置于无人机上，且与通信处理板连接，组成图像测量单元。

10.根据权利要求9所述的一种深远海养殖网箱综合监测系统，其特征在于，所述水上无人机系统工作包括以下步骤：

S1、构架连接无人机阶段，将摄像机与通信处理板相连构成图像测量单元，并安装于无人机上，同时将此图像测量单元的供电接口与无人机的电源相连；

S2、配置无人机阶段，对无人机飞行监测路径配置，根据海上网箱的位置生成无人机飞行轨迹的GPS点位，并按螺旋形规划飞行路径；

S3、采集信息阶段，首次运行时，无人机按设定的GPS点位进行飞行，并在采集每个GPS点位处图像，并在GPS点位处对网箱进行编号后，对GPS点位和网箱编号相对应，生成数据记录在系统平台的储存空间内；

S4、监测阶段，无人机按照设定的GPS点位进行飞行，并在每个点位处使用摄像机进行现场的图像采集，将实时采集数据与步骤S3中生成的数据进行比对，当出现差异时记录此差异，并视为异常现象；

S5、异常处理阶段，将步骤4的异常现象发送至系统平台，由人员处理；

S6、工作阶段，反复执行步骤S4至步骤S5，直到完成一次巡检任务。

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