CN115268179B - 一种深海长期定时光学观测系统及其原位观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海长期定时光学观测系统及其原位观测方法，所述深海长期定时光学观测系统包括底座、支撑于所述底座之上的深海充油电池、支撑于所述深海充油电池之上的固定架、以及均设置于所述固定架上的定时控制电子舱、深海摄像机、深海照明灯和T型把手，所述深海长期定时光学观测系统结构紧凑、简单，布放与回收操作简单，能够依据科考作业的实际需求配置深海摄像机和深海照明灯的开启时间，为深海海底长期原位观测开设了有效的视觉窗口及提供了强有力的技术手段。

Description

一种深海长期定时光学观测系统及其原位观测方法

技术领域

本发明涉及海洋监测技术领域，特别是涉及一种深海长期定时光学观测系统及其原位观测方法。

背景技术

海洋覆盖了地球表面70%以上的面积，海洋蕴含了丰富的矿产和生物资源，人类只探测了海洋的5%还不到。目前海洋科学从“零点式考察”向“长期驻留观测”转变。目前深海海底观测影像资料多数为无人水下机器人(ROV，AUV)、深海载人潜水器(HOV)海底作业时拍摄的画面。然而无人水下机器人，深海载人潜水器海上现场作业工程复杂，单次下潜获取的海底观测资料有限，不能对特定海域的生态系统及生物资源进行长期持续的原位系统分析，导致信息获取不全面，从而影响科考结果。

为解决上述问题，长期的原位观测装备应运而生，它能够为科学家充分的了解、探索、分析海底生态系统提供丰富的视频资料，因此当仁不让成为科学探索深海的有利技术手段。然而现有的原位观测装备的结构复杂，不利于布放与回收，会增加海上作业难度。例如专利申请公布日为2018年7月6日，专利申请公布号为CN108248777A的中国专利申请公开了一种深海多功能长期原位观测系统，该系统包括母船、吊放单元、仪器单元、原位基座，该系统包括吊放单元，需要铠装缆连接至观测系统，其结构复杂，不利于布放与回收，海上作业难度大。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种深海长期定时光学观测系统及其原位观测方法，所述深海长期定时光学观测系统结构紧凑、简单，布放与回收操作简单，能够依据科考作业的实际需求配置深海摄像机和深海照明灯的开启时间，为深海海底长期原位观测开设了有效的视觉窗口及提供了强有力的技术手段。

本发明在一方面提供了一种深海长期定时光学观测系统，包括底座、支撑于所述底座之上的深海充油电池、支撑于所述深海充油电池之上的固定架、以及均设置于所述固定架上的定时控制电子舱、深海摄像机、深海照明灯和T型把手，其中所述T型把手能够被机械手抓握以将所述深海长期定时光学观测系统布放于海底；所述定时控制电子舱电连接于所述深海照明灯、所述深海摄像机以及所述深海充油电池，用于控制和调整所述深海照明灯、所述深海摄像机以及所述深海充油电池的工作状态和工作时间。

在本发明的一实施例中，所述定时控制电子舱通过水密电缆与所述深海照明灯、所述深海摄像机以及所述深海充油电池形成电连接的状态。

在本发明的一实施例中，所述定时控制电子舱通过串口配置相应的控制程序，所述深海摄像机通过上位机软件进行变焦聚焦操作。

在本发明的一实施例中，所述固定架具有固定架主体部和延伸自所述固定架主体部的两侧的呈V型分布的两个延伸臂，所述深海长期定时光学观测系统包括两个所述深海照明灯，两个所述深海照明灯可拆卸地对称安装于对应的所述延伸臂。

在本发明的一实施例中，所述定时控制电子舱安装于所述固定架主体部。

在本发明的一实施例中，所述固定架还包括延伸自所述固定架主体部的摄像机安装部，所述深海摄像机安装于所述摄像机安装部。

在本发明的一实施例中，所述固定架还包括延伸自所述摄像机安装部顶部的把手安装部，所述T型把手安装于所述把手安装部。

在本发明的一实施例中，所述T型把手、所述深海照明灯、所述深海摄像机、所述定时控制电子舱以及所述深海充油电池通过螺栓限位固定于所述固定架。

在本发明的一实施例中，所述底座为具有多个安装孔的板状结构，以供所述深海长期定时光学观测系统能够安装外部连接设备。

本发明在另一方面还提供了一种深海长期定时光学观测系统的原位观测方法，包括步骤：

依据科考作业的实际需求配置深海照明灯的功率和深海充油电池的容量；

依据科考作业的实际物距及拍摄目标需求，通过上位机软件对深海摄像机进行调焦操作；

通过串口为定时控制电子舱配置相应的控制程序；

将T型把手、深海照明灯、深海摄像机、定时控制电子舱、深海充油电池固定安装至固定架与底座的相应位置；

将深海照明灯、深海摄像机通过水密电缆连接至定时控制电子舱相应的穿舱件，并拧紧锁紧盖；

将深海充油电池通过水密电缆连接至定时控制电子舱相应的穿舱件，并拧紧锁紧盖；

将启动头插入深海充油电池相应的穿舱件，所述深海长期定时光学观测系统上电开始正常工作；

通过深海水下机器人的机械手抓握所述T型把手以将所述深海长期定时光学观测系统布放在深海海底的目标观测位置，所述深海长期定时光学观测系统按照相应程序进行深海海底原位观测工作。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明具有结构紧凑、海上现场作业难度低、实用性强的优点；

（2）本发明可依据科考作业的实际需求配置深海充油电池的容量，深海摄像机和深海照明灯的开启时间；

（3）本发明为自容式系统，在深海海底可正常独立长时间工作，为深海海底长期原位观测开设了有效的视觉窗口及提供了强有力的技术手段。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的所述深海长期定时光学观测系统的立体结构示意图。

图2为图1所示的所述深海长期定时光学观测系统的背面结构示意图。

附图标号说明：深海长期定时光学观测系统100；底座10；安装孔11；深海充油电池20；固定架30；固定架主体部31；延伸臂32；摄像机安装部33；把手安装部34；定时控制电子舱40；深海摄像机50；深海照明灯60；T型把手70。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，根据本发明的一优选实施例的一种深海长期定时光学观测系统100的具体结构被阐明。

具体地，所述深海长期定时光学观测系统100包括底座10、支撑于所述底座10之上的深海充油电池20、支撑于所述深海充油电池20之上的固定架30、以及均设置于所述固定架30上的定时控制电子舱40、深海摄像机50、深海照明灯60和T型把手70，其中所述T型把手70能够被机械手抓握以将所述深海长期定时光学观测系统100布放于海底；所述定时控制电子舱40电连接于所述深海照明灯60、所述深海摄像机50以及所述深海充油电池20，用于控制和调整所述深海照明灯60、所述深海摄像机50以及所述深海充油电池20的工作状态和工作时间。

可以理解的是，所述的T型把手70便于潜水器通过机械手将所述深海长期定时光学观测系统100布放于海底，所述的深海照明灯60用于为所述深海摄像机50在深海海底漆黑的环境下提供足够亮度的视场照明环境，所述深海摄像机50为所述深海长期定时光学观测系统100的原位观测监控单元，所述定时控制电子舱40为所述深海长期定时光学观测系统100的核心控制单元，所述深海充油电池20为所述深海长期定时光学观测系统100的电能供给单元，所述底座10为所述深海长期定时光学观测系统100的着底支撑单元。

进一步地，所述固定架30具有固定架主体部31和延伸自所述固定架主体部31的两侧的呈V型分布的两个延伸臂32，所述深海长期定时光学观测系统100包括两个所述深海照明灯60，两个所述深海照明灯60可拆卸地对称安装于对应的所述延伸臂32。

具体地，所述定时控制电子舱40安装于所述固定架主体部31，所述固定架主体部31整体呈三角形板状结构，以便于能够为所述定时控制电子舱40提供安装空间。

进一步地，所述固定架30还包括延伸自所述固定架主体部31的摄像机安装部33，所述深海摄像机50安装于所述摄像机安装部33。

值得一提的是，所述摄像机安装部33为位于所述固定架主体部31上部的类圆板状结构，以供为所述深海摄像机50提供安装空间。

进一步地，所述固定架30还包括延伸自所述摄像机安装部33顶部的把手安装部34，所述T型把手70安装于所述把手安装部34。所述把手安装部34为延伸自所述摄像机安装部33的方块状安装部，所述T型把手70插设于所述把手安装部34内。

可以理解的是，所述定时控制电子舱40、所述深海照明灯60、所述深海摄像机50、所述T型把手70以及所述固定架30组装后形成固定架30组装结构。本发明将体积较大、重量较重的所述定时控制电子舱40和所述深海摄像机50安装于所述固定架30的中心位置，将固定架30的两个所述延伸臂32设置为V型的对称结构，并将两个所述深海照明灯60对称设置，和将所述深海充油电池20设置在所述固定架30和所述底座10之间以用于支撑所述固定架30组装结构的方式，使得所述深海长期定时光学观测系统100整体结构紧凑，体积小，重心稳定，通过所述T型把手70抓握时，整个系统能够保持平衡。

值得一提的是，所述T型把手70、所述深海照明灯60、所述深海摄像机50、所述定时控制电子舱40以及所述深海充油电池20通过螺栓限位固定于所述固定架30。

可以理解的是，现有的观测设备一般采用凯夫拉绳子与机械手配合作业实现布放与回收，需要人工辅助实现机械手的连接和拆卸，而且采用绳子的方式，机械手不容易找到平衡的施力点，因此现有的观测设备的布放与回收操作过程比较复杂，连接稳定性较低。而本发明的所述深海长期定时光学观测系统100设置有所述T型把手70，能够便于深海水下机器人自动抓握进行布放与回收，操作过程简单方便，而且所述T型把手70作为施力点能够保证整个系统被平衡抓握，确保布放的稳定性和准确性。

值得一提的是，深海水下机器人包括无人水下机器人(ROV，AUV)，深海载人潜水器(HOV)等设备，即本发明的所述深海长期定时光学观测系统100可以通过无人水下机器人(ROV，AUV)，深海载人潜水器(HOV)等机器人的机械手抓握深海长期定时光学观测系统100的T型把手70将其布放在深海海底。也就是说，本发明的所述深海长期定时光学观测系统100简单、紧凑的结构减小了操作的复杂程度，布放与回收操作简单，作业难度低。

进一步地，所述定时控制电子舱40为整个系统的控制单元，可依据科考作业的实际需求通过串口配置相应的控制程序，所述深海照明灯60、所述深海摄像机50的开启时间，所述深海充油电池20的电池容量可依据科考作业的实际需求灵活进行配置，满足短时间和长时间原位观测的需求。

例如，在本发明的这一优选实施例中，所述深海照明灯60、所述深海摄像机50的开启时间可配置为一年，为满足所述深海长期定时光学观测系统100在海底布放一年的需求，可配置所述深海照明灯60的功率为25W，所述深海充油电池20的容量为3KWh。在本发明的一些实施例中，所述深海照明灯60、所述深海摄像机50的开启时间也可配置为其他时间，对应采用其他功率的照明灯和其他容量的深海电池，本发明对此不作限制。

值得一提的是，所述深海照明灯60用于为所述深海摄像机50在海底原位观测过程中提供明亮的视野，所述深海摄像机50在布放前可以通过上位机软件进行变焦聚焦操作，在深海海底观测时，可实时保存影像资料。

进一步地，为了确保所述深海长期定时光学观测系统100能够在海底下正常工作，整个系统需要采用密封性连接，具体地，所述定时控制电子舱40通过水密电缆与所述深海照明灯60、所述深海摄像机50以及所述深海充油电池20形成电连接的状态。

值得一提的是，所述底座10为具有多个安装孔11的板状结构，以供所述深海长期定时光学观测系统100能够安装外部连接设备，例如可以方便所述深海长期定时光学观测系统100在航船上的安装，以便于所述深海长期定时光学观测系统100的运载与移动，又例如可以方便所述深海长期定时光学观测系统100被搭载在无人水下机器人(ROV，AUV)，深海载人潜水器(HOV)等设备上，本发明对所述底座10的安装孔11的作用不作限制。

本发明的所述深海长期定时光学观测系统100进行深海海底原位观测的工作流程如下：

首先依据科考作业的实际需求配置所述深海照明灯60的功率及所述深海充油电池20的容量，依据科考作业的实际物距及拍摄目标需求，通过上位机软件对所述深海摄像机50进行调焦操作，使得所述深海摄像机50视场画面完整，聚焦清晰，同时将所述定时控制电子舱40通过串口配置相应的程序；

之后将所述固定架30、所述底座10通过螺栓，螺母把所述T型把手70、所述深海照明灯60、所述深海摄像机50、所述定时控制电子舱40，所述深海充油电池20进行限位固定，完成所述深海长期定时光学观测系统100的组装；

将所述深海照明灯60、所述深海摄像机50通过水密电缆连接至所述定时控制电子舱40相应穿舱件，并拧紧锁紧盖；将所述深海充油电池20通过水密电缆连接至所述定时控制电子舱40相应的穿舱件，并拧紧锁紧盖；将启动头插入所述深海充油电池20相应的穿舱件，系统上电开始正常工作；

然后通过深海载人潜水器机械手抓握所述深海长期定时光学观测系统100的T型把手70将其布放在深海海底，进行长时间的海底原位观测，所述深海长期定时光学观测系统100最长可稳定连续工作一年的时间；

最后，所述深海长期定时光学观测系统100依据科考作业的实际需求在布放海底一段时间后通过深海载人潜水器机械手回收至水面，通过网线读取深海长期定时光学观测系统100的所述深海摄像机50的影像数据。

可以理解的是，本发明在另一方面还提供了一种长期的深海海底原位观测技术，来解决科学家想要充分的了解、探索、分析海底生态系统所需视频资料不足的技术问题。

具体地，本发明提供了所述深海长期定时光学观测系统100的原位观测方法，包括步骤：

依据科考作业的实际需求配置所述深海照明灯60的功率和所述深海充油电池20的容量；

依据科考作业的实际物距及拍摄目标需求，通过上位机软件对所述深海摄像机50进行调焦操作；

通过串口为所述定时控制电子舱40配置相应的控制程序；

将所述T型把手70、所述深海照明灯60、所述深海摄像机50、所述定时控制电子舱40、所述深海充油电池20固定安装至所述固定架30与所述底座10的相应位置；

将所述深海照明灯60、所述深海摄像机50通过水密电缆连接至所述定时控制电子舱40相应的穿舱件，并拧紧锁紧盖；

将所述深海充油电池20通过水密电缆连接至所述定时控制电子舱40相应的穿舱件，并拧紧锁紧盖；

将启动头插入所述深海充油电池20相应的穿舱件，所述深海长期定时光学观测系统100上电开始正常工作；

通过深海水下机器人的机械手抓握所述T型把手70以将所述深海长期定时光学观测系统100布放在深海海底的目标观测位置，所述深海长期定时光学观测系统100按照相应程序进行深海海底原位观测工作。

应该理解的是，相应程序为所述定时控制电子舱40设定的程序，可根据具体观测需求进行设置，本发明对具体的控制程序不作限制。

可以理解的是，本发明的所述深海长期定时光学观测系统100为自容式系统，即本发明的所述深海长期定时光学观测系统100能够实现自供电，自行执行影像采集工作，在深海海底可正常独立长时间工作。本发明的所述深海长期光学观测系统具有结构简单，紧凑，简化海上作业流程的优点。本发明深海长期定时光学观测系统100为深海海底长期原位观测开设了有效的视觉窗口及提供了强有力的技术手段。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种深海长期定时光学观测系统，其特征在于，包括底座、支撑于所述底座之上的深海充油电池、支撑于所述深海充油电池之上的固定架、以及均设置于所述固定架上的定时控制电子舱、深海摄像机、深海照明灯和T型把手，其中所述T型把手能够被深海水下机器人的机械手抓握以便于所述深海长期定时光学观测系统的布放与回收；所述定时控制电子舱电连接于所述深海照明灯、所述深海摄像机以及所述深海充油电池，用于控制和调整所述深海照明灯、所述深海摄像机以及所述深海充油电池的工作状态和工作时间；

所述固定架具有固定架主体部和延伸自所述固定架主体部的两侧的呈V型分布的两个延伸臂，所述深海长期定时光学观测系统包括两个所述深海照明灯，两个所述深海照明灯可拆卸地对称安装于对应的所述延伸臂；

所述定时控制电子舱安装于所述固定架主体部；

所述固定架还包括延伸自所述固定架主体部的摄像机安装部，所述深海摄像机安装于所述摄像机安装部；

所述固定架还包括延伸自所述摄像机安装部顶部的把手安装部，所述T型把手安装于所述把手安装部；

所述底座为具有多个安装孔的板状结构，以供所述深海长期定时光学观测系统能够安装外部连接设备。

2.根据权利要求1所述的深海长期定时光学观测系统，其特征在于，所述定时控制电子舱通过水密电缆与所述深海照明灯、所述深海摄像机以及所述深海充油电池形成电连接的状态。

3.根据权利要求2所述的深海长期定时光学观测系统，其特征在于，所述定时控制电子舱通过串口配置相应的控制程序，所述深海摄像机通过上位机软件进行变焦聚焦操作。

4.根据权利要求3所述的深海长期定时光学观测系统，其特征在于，所述T型把手、所述深海照明灯、所述深海摄像机、所述定时控制电子舱以及所述深海充油电池通过螺栓限位固定于所述固定架。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的深海长期定时光学观测系统的原位观测方法，其特征在于，包括步骤：

依据科考作业的实际需求配置深海照明灯的功率和深海充油电池的容量；

依据科考作业的实际物距及拍摄目标需求，通过上位机软件对深海摄像机进行调焦操作；

通过串口为定时控制电子舱配置相应的控制程序；

将T型把手、深海照明灯、深海摄像机、定时控制电子舱、深海充油电池固定安装至固定架与底座的相应位置；

将深海照明灯、深海摄像机通过水密电缆连接至定时控制电子舱相应的穿舱件，并拧紧锁紧盖；

将深海充油电池通过水密电缆连接至定时控制电子舱相应的穿舱件，并拧紧锁紧盖；

将启动头插入深海充油电池相应的穿舱件，所述深海长期定时光学观测系统上电开始正常工作；

通过深海水下机器人的机械手抓握所述T型把手以将所述深海长期定时光学观测系统布放在深海海底的目标观测位置，所述深海长期定时光学观测系统按照相应程序进行深海海底原位观测工作。