CN116295659B - 一种珊瑚礁生态环境监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种珊瑚礁生态环境监测装置，属于珊瑚礁生物监测技术领域，包括：观测组件、海上补给平台、岸基监测站和远程监控中心；观测组件包括按照预设路径行走的移动器，观测组件能够将观测数据传输至岸基监测站；海上补给平台与岸基监测站相连，用于为观测组件提供电能以及停靠位点；岸基监测站与远程监控中心能够实现数据传输。本发明稳定性好、安全性高，解决了观测装置的能源供给问题，真正实现对珊瑚礁附近大片海域动态、连续、实时环境监测。
Description
技术领域
本发明属于珊瑚礁生物监测技术领域，具体涉及一种珊瑚礁生态环境监测装置。
背景技术
珊瑚礁在保护海岸线、维持渔业资源、旅游休闲等方面具有重要作用，但是日益频繁的人类开发活动和自然环境变异导致珊瑚礁正在遭受严重退化和破坏，生物多样性显著下降。珊瑚礁监测是应对珊瑚礁危机的重要举措，通过生长环境数据的获取，能够掌握珊瑚礁生态状况、评估变化趋势和潜在风险，进一步的研究珊瑚礁群落演变规律。
目前珊瑚礁监测以传统调查船方式为主，通过潜水员携带水下摄像机及监测设备，人工记录珊瑚生长状况，该方式虽然能在短时间内了解珊瑚的生长状况，但在观测连续性和实时性方面有很大不足。
授权公告号为US8776592B2的发明专利公开了一种用于河流流量的自动水文参数测量系统，包括安装在桥表面下方的支架；防水箱，所述防水箱连接到用于悬挂重物的钢丝绳；绳索的另一端向下延伸出防水箱，用于保持重量；防水电线，其缠绕在所述钢丝绳周围，用于将信号传输到所述信号处理器；水压计，所述水压计安装在所述重物的中空空间中；当重量在水中时，水压计开始测量过程；重量到达河床后，水压是不变的；以及安装在配重的中空空间中的水压计；当重量在水中时，水压计开始测量过程；重量到达河床后，水压是不变的。
授权公告号为US9352805B2的发明专利公开了一种海洋信息收集系统，包括设置在海底的锚、连接到锚并漂浮在海里的中间浮标、一端连接到中间浮标、另一端连接到观测浮标的系泊缆。观测浮标包括主体，该主体的纵向方向布置在洋流的流动方向上。比重调节器设置在主体中，包括可伸缩浮袋、设置在主体上并传输数据的天线、以及设置在主体内并获取规定海洋学信息的观测单元。观测浮标通过膨胀比重调节器的浮袋向上漂浮，通过收缩浮袋下沉，以便在海里待命。浮标可以很容易地在海里漂浮、下沉和待命。
分析上述现有技术，各种观测装置逐渐应用于水温参数测量领域，并能在一定程度上实现连续观测，但是，依托中继浮标等技术的水文信息在线监测系统，仍受稳定能源供给等难题限制，并且观测装置的稳定性和安全性也会受水下复杂环境的影响，从而影响参数测量的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性好、安全性高的珊瑚礁生态环境监测装置，解决了观测装置的能源供给问题，真正实现对珊瑚礁附近大片海域动态、连续、实时环境监测。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
珊瑚礁生态环境监测装置，包括：观测组件、海上补给平台、岸基监测站和远程监控中心；所述观测组件包括按照预设路径行走的移动器，所述观测组件能够将观测数据传输至所述岸基监测站；所述海上补给平台与所述岸基监测站相连，用于为所述观测组件提供电能以及停靠位点；所述岸基监测站与所述远程监控中心能够实现数据传输。
采用上述技术方案，移动器能够在珊瑚礁附近海域中行走，并收集各个位置的观测数据，观测组件与岸基监测站之间能够通过卫星通信、以太网络等方式实现数据传输，岸基监测站与远程监控中心也能够通过卫星通信、以太网络等方式实现数据传输，从而便于观察员对观测数据的处理和分析。在海岸边上设置海上补给平台，为观测组件进行补给，如海上补给平台配置有光伏板，能够为观测组件提供电能，为观测组件的监测持续性提供清洁能源供给，从而能够在珊瑚礁附近的大片海域进行动态、连续、实时的环境监测；此外海上补给平台还能在大风浪等恶劣情况下为观测组件提供停靠位点，当然还可以通过海上补给平台来实现观测组件与岸基监测站之间的数据传递。
根据本发明的一种实施方式，所述移动器的上表面配置有光伏板，所述移动器的侧方配置有防护杆，所述移动器的下方连接有水下摄像机。
进一步的，所述移动器的上表面连接有风力发电器。
由此，观测组件能够通过光伏板以及风力发电器实现自发发电功能，从而避免在按照预设路线行走的观测过程中出现动力不足的不良情况，保证数据正常发送。
通过防护杆的设置，一方面能够在观测组件与珊瑚礁等发生碰撞时加强对移动器的保护，防止损坏，保证移动器按照预设路线正常行走；另一方面，防护杆的设置扩大了观测组件与水面的接触面积，能够提高移动器的平衡性，在海面风浪过大时可维持移动器的稳定性，防止观测组件侧翻或倾覆；此外，防护杆的设置还有助于减弱或消除海面的波浪，进而提高移动器的稳定性。
根据本发明的一种实施方式，所述移动器的尾部连接有稳流组件，所述稳流组件包括两个对称设置的摆动杆，两个所述摆动杆之间有夹角，并且两个所述摆动杆之间连接有弹性件。
进一步的，摆动杆的一端与移动器活动连接，另一端远离移动器本体设置。两个摆动杆与移动器的连接端相互靠近，两个摆动杆远离移动器的末端彼此远离，也就是说两个摆动杆倾斜呈类似“V”型的结构。
进一步的，所述弹性件为弹簧或拉伸板，所述拉伸板为波浪状结构，并且所述拉伸板能够在两个所述摆动杆之间拉伸。
在水流冲击的作用下，摆动杆能够绕与移动器的连接位点在一定范围内摆动，弹簧或拉伸板在摆动杆的带动下发生弹性形变，起到一定的缓冲作用，可降低摆动杆的运作对移动器的冲击。而且，通过弹簧或拉伸板的制约，可保证稳流组件的稳定性，防止因摆动杆摆动幅度过大而导致的移动器行驶不稳。
此外，拉伸板的设置可扩大稳流组件与水面的接触面积，上下波动的水流在流经拉伸板下方时，受到拉伸板下表面的限制，进而降低波动幅度，而拉伸板在此过程中受力伸展，并在形变的过程中吸收、消耗部分波浪能量，从而降低水面波浪对移动器的影响。另一方面，流动的水体可被拉伸板的波浪状的表面结构分割，并在流动过程中重新汇合，在此过程中，水体流向和流速发生变化，也可降低水体对移动器的影响，保证移动器行驶顺畅。
通过设置摆动杆和弹性件，移动器在水面移动的过程中，移动器后方形成的水面波浪能够被摆动杆的摆动以弹性件的弹性形变削弱，使得移动器后方水面波浪起伏幅度减小，从而提高移动器在水面的行驶稳定性。如此，在恶劣天气情况下能够相对提升观测组件的机动性，减小天气对观测任务的影响。
摆动杆在摆动过程中，对后侧方水流具有外推作用，可向外推动水面的垃圾、浮游生物等，可避免垃圾、水面漂浮物等聚集在移动器的四周，从而降低其对移动器行进速度和方向的影响。而且，摆动杆向外推动水面的垃圾、漂浮物等还可避免了移动器周边水面遮挡，有助于提高水中的光照效果，以提高水下摄像机获取图像数据精准性。同时，摆动杆形成的外推效果，还有助于驱赶周围海洋生物，可避免生物干扰数据观测和对设备的破坏。
根据本发明的一种实施方式，所述移动器的底部配置有检测器架体；所述检测器架体的侧方配置有可活动的挡护板。
具体的，移动器的底部配置有向下延伸的安装杆，检测器架体的顶部设有安装基板，所述安装杆与所述安装基板固定连接。
进一步的，所述检测器架体为框架结构，所述检测器架体的内部为中空的安装空间，用于安装各种检测仪器，包括温度传感器、氧含量传感器、盐度传感器、pH值传感器、浊度传感器、光照传感器和营养盐传感器等。水下摄像机也可设置在检测器架体内部的安装空间内。
根据本发明的一种实施方式，所述挡护板的一侧与所述检测器架体的顶部活动连接，所述挡护板远离所述检测器架体的一侧与液压杆的输出端相连，所述液压杆的固定端位于所述挡护板的下方并且设置在所述检测器架体的侧壁上。
由此，挡护板的设置可加强对检测器架体以及设于其内部的检测仪器的保护，防止移动器行驶过程中，检测器架体以及其内部检测仪器被碰撞的几率。
在受到外界干扰时，例如受到撞击，可通过液压杆调节挡护板与检测器架体之间的角度，或者驱动某一侧的挡护板上下翻动，从而提高检测器架体的稳定性和平衡性，防止观测组件侧翻；又例如在水流湍急的情况下，通过液压杆驱动某一侧的挡护板上下翻动还能够降低水流对检测器架体及其内部仪器的冲击，进而提高观测组件的使用安全性，可避免检测器架体结构松散，加强对仪器设备的保护。
在其他必要情况下，例如水下生物密集，可凭借液压杆的动力实现挡护板的上下翻动，另一方面能够有助于驱赶周围海洋生物，以及推动水下的悬浮物，降低水下环境对检测仪器的干扰。
根据本发明的一种实施方式，所述检测器架体的底部配置有防护组件。
具体的，所述防护组件包括防护基体，所述防护基体的顶部与所述检测器架体相连，所述防护基体内部中空且向下贯通设置，所述防护基体的侧方配置有第一通孔，所述第一通孔与所述防护基体内部的腔体相连通。
由此，通过设置防护基体能够加强对检测器架体底部的防护，例如检测器架体底部与海床、珊瑚礁石等碰撞的情况下，可通过防护基体加强对检测器架体的保护。防护基体能够起到碰撞缓冲的作用，具体的，防护基体为中空结构，能够在一定程度上发生形变，从而能够消耗部分碰撞能量，降低碰撞对检测器架体的冲击，从而维持检测器架体整体结构的完整性。
防护基体的侧方配置第一通孔，从而在防护组件随检测器架体移动的过程中，水流能够通过第一通孔进入或流出防护基体内部中空的腔体，改变该部分水流的流向和流速，并通过从防护基体内部流出的流体冲击外部的水流，降低水流向上流动的概率，从而降低底部水流对防护组件上方的检测仪器的干扰。
进一步的，所述防护基体的侧方沿竖向分布多个所述第一通孔。
进一步的，多个所述第一通孔的朝向不同方向设置。
由此，检测器架体底部的水流可从多角度、多位点进入防护基体内部，并从不同角度、不同高度流出，从而对检测器架体底部的水流形成扰动，避免其向某一单一方向的冲击力过高，进而为检测仪器提供一个相对稳定的水体环境，保证观测组件所得观测数据的可靠性。
根据本发明的一种实施方式，所述防护基体的底部配置有圆形开口，所述圆形开口通过轴承连接有支撑环体，所述支撑环体配置有多个支撑斜板，多个所述支撑斜板由所述支撑环体的本体向外辐射分布；所述支撑斜板配置有第二通孔，所述第二通孔沿所述支撑斜板的长度方向设置。
由此，在碰撞过程中，防护基体的底部通过轴承连接的支撑环体可产生旋转运动，加之支撑斜板与支撑环体固定连接，可随其同步旋转。通过支撑环体与支撑斜板的旋转可降低碰撞过程中珊瑚礁石等对检测器架体底部的破坏。
此外，在检测器架体移动的过程中，能够带动底部的防护组件同步移动，进而在移动的时候部分水流能够进入到支撑斜板上的第二通孔。进入第二通孔内部的水流，其流向、流速发生变化，随该部分水流的流出，并与周围的水体混合，可改变检测器架体底部的水体流速，使之与检测器架体周边水流的流速不一样，这样能够促使水流流向的改变。也就是说，通过支撑斜板的设置有助于在检测器架体底部形成区别周边水体流速的水流，这样有助于避免检测器架体底部的水体干扰上方的检测仪器，保证观测数据的可靠性。
本发明相对于现有技术而言，具有如下有益效果：
1. 通过海上补给平台为观测组件持续性提供清洁能源，实现对珊瑚礁附近大片海域的动态、连续、实时环境监测；
2. 移动器与稳流组件相配合，能够降低移动器后方水面波浪的起伏幅度，从而提高移动器在水面的行驶稳定性；并且可避免垃圾、水面漂浮物等对移动器行进速度和方向的影响；还有助于驱赶周围海洋生物，可避免生物干扰数据观测和对设备的破坏；
3. 检测器架体的底部设置防护组件，可加强对检测器架体的保护，提高设备结构稳定性；防护基体的设置能够为检测仪器提供一个相对稳定的水体环境，保证观测组件所得观测数据的可靠性；
4. 防护基体底部连接支撑环体和支撑斜板，一方面能够降低碰撞过程中珊瑚礁石等对检测器架体底部的破坏，另一方面有助于在检测器架体底部形成区别周边水体流速的水流，这样有助于避免检测器架体底部的水体干扰上方的检测仪器，保证观测数据的可靠性。
因此，本发明是一种稳定性好、安全性高的珊瑚礁生态环境监测装置。
附图说明
图1为根据本发明一实施方式的珊瑚礁生态环境监测装置在珊瑚礁海域的使用示意图；
图2为图1所示观测组件的结构示意图；
图3为图2所示移动器的结构示意图；
图4为图2所示稳流组件的结构示意图；
图5为图2所示检测器架体的结构示意图；
图6为根据本发明另一实施方式的珊瑚礁生态环境监测装置的检测器架体的结构示意图；
图7为图6所示防护组件的结构示意图；
图8为图7所示防护组件的剖面结构示意图。
附图标号：观测组件10；海上补给平台11；岸基监测站12；远程监控中心13；海缆14；预设路径15；移动器20；光伏板21；风力发电器22；警示灯23；防护杆24；水下摄像机25；安装杆26；稳流组件30；摆动杆31；弹簧32；拉伸板33；检测器架体40；挡护板41；液压杆42；安装基板43；防护组件50；防护基体51；第一通孔52；圆形开口53；轴承54；支撑环体55；支撑斜板56；第二通孔57。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1~图5示意性的显示了根据本发明一实施方式的珊瑚礁生态环境监测装置。如图所示，本装置包括观测组件10、海上补给平台11、岸基监测站12和远程监控中心13；观测组件10包括按照预设路径15行走的移动器20，海上补给平台11通过海缆14与岸基监测站12相连，用于为观测组件10提供电能以及停靠位点；移动器20能够在珊瑚礁附近海域中行走，并收集各个位置的观测数据，观测组件10与岸基监测站12之间能够通过卫星通信、以太网络等方式实现数据传输，能够将观测数据传输到岸基监测站12。岸基监测站12与远程监控中心13也能够通过卫星通信、以太网络等方式实现数据传输，从而便于观察员对观测数据的处理和分析。
在海岸边上设置海上补给平台11，海上补给平台11配置有供观测组件10停泊的停靠位点。如此，在风浪较大的恶劣天气下，观测组件10可停靠在海上补给平台11。海上补给平台11还配置有光伏板21，在观测组件10在停靠位点停靠时，能够为观测组件10提供电能。
此外，观测组件10也能够实现自发电功能、数据发送到岸基监测站12。具体的，移动器20的上表面配置有光伏板21和风力发电器22。如此，通过双重供能方案能够保证观测组件10具有充足的能量供应，可避免出现动力不足的不良情况，保证数据正常发送，实现在珊瑚礁附近的大片海域进行动态、连续、实时的环境监测。此外，移动器20的还配置有警示灯23，可在紧急情况下用于标识观测组件10的位置。
特别的，移动器20的侧方配置有防护杆24，移动器20的下方连接有水下摄像机25。
防护杆24具有一定的弯曲弧度，与移动器20主体之间留有一定的间隙。通过防护杆24的设置，一方面能够在观测组件10与珊瑚礁等发生碰撞时加强对移动器20的保护，防止损坏，保证移动器20按照预设路线正常行走；另一方面，防护杆24的设置扩大了观测组件10与水面的接触面积，能够提高移动器20的平衡性，在海面风浪过大时可维持移动器20的稳定性，防止观测组件10侧翻或倾覆；此外，防护杆24的设置还有助于减弱或消除海面的波浪，进而提高移动器20的稳定性。
移动器20的尾部连接有稳流组件30，稳流组件30包括两个对称设置的摆动杆31，两个摆动杆31之间有夹角，并且两个摆动杆31之间连接有弹性件。弹性件可设置为弹簧32或拉伸板33，在本实施例中，弹性件包含了弹簧32和拉伸板33，通过二者的配合提高对移动器20的稳定效果。
具体的，摆动杆31的一端与移动器20活动连接，另一端远离移动器20本体设置。两个摆动杆31与移动器20的连接端相互靠近，两个摆动杆31远离移动器20的末端彼此远离，也就是说两个摆动杆31倾斜呈类似“V”型的结构。弹性件包括一个弹簧32以及一个拉伸板33，弹簧32的两端分别与两个摆动杆31连接，拉伸板33为波浪状结构，其两端分别与两摆动杆31连接，并且拉伸板33能够在两个摆动杆31之间拉伸。
移动器20在水面移动的过程中，移动器20后方形成的水面波浪能够被摆动杆31的摆动以弹性件的弹性形变削弱，使得移动器20后方水面波浪起伏幅度减小，从而提高移动器20在水面的行驶稳定性。如此，在恶劣天气情况下能够相对提升观测组件10的机动性，减小天气对观测任务的影响。
移动器20的底部配置有向下延伸的安装杆26，安装杆26的底部连接有检测器架体40。具体的，检测器架体40的顶部设有安装基板43，安装杆26与安装基板43焊接或螺纹连接。检测器架体40为框架结构，检测器架体40的内部为中空的安装空间，用于安装各种检测仪器，包括温度传感器、氧含量传感器、盐度传感器、pH值传感器、浊度传感器、光照传感器和营养盐传感器等。检测器架体40内部的安装空间内还可设置另一部水下摄像机。
检测器架体40的侧方配置有可活动的挡护板41。四个挡护板41分别设置在检测器架体40的前后左右。挡护板41的一侧与检测器架体40的顶部铰接，挡护板41远离检测器架体40的一侧与液压杆42的输出端相连，液压杆42的固定端位于挡护板41的下方并且设置在检测器架体40的侧壁上。
挡护板41的设置可加强对检测器架体40以及设于其内部的检测仪器的保护，通过液压杆42调节挡护板41与检测器架体40之间的角度，或者驱动某一侧的挡护板41上下翻动，还可以提高检测器架体40的稳定性和平衡性，防止移动器20行驶过程中，检测器架体40以及其内部检测仪器被碰撞的几率；或者降低水流对检测器架体40及其内部仪器的冲击。
实施例2
图6~图8示意性的显示了根据本发明另一实施方式的珊瑚礁生态环境监测装置，与实施例1的不同之处在于：
检测器架体40的底部配置有防护组件50。
具体的，防护组件50包括圆柱状的防护基体51，防护基体51的顶部与检测器架体40底部的杆体螺纹相连，防护基体51内部中空且向下贯通设置，防护基体51的侧方配置有多个第一通孔52，第一通孔52与防护基体51内部的腔体相连通，并且多个第一通孔52的朝向不同方向设置，并且多个第一通孔52分设在防护基体51侧壁的不同高度位置上。
防护基体51的侧方配置第一通孔52，从而在防护组件50随检测器架体40移动的过程中，水流能够通过第一通孔52进入或流出防护基体51内部中空的腔体，改变该部分水流的流向和流速，并通过从防护基体51内部流出的流体冲击外部的水流，降低水流向上流动的概率，从而降低底部水流对防护组件50上方的检测仪器的干扰。
防护基体51的底部配置有圆形开口53，圆形开口53通过轴承54连接有支撑环体55，支撑环体55配置有多个支撑斜板56，多个支撑斜板56由支撑环体55的本体向外辐射分布；支撑斜板56配置有第二通孔57，第二通孔57沿支撑斜板56的长度方向设置。
支撑环体55通过轴承54与防护基体51的底部转动连接，从而在检测器架体40底部与珊瑚礁或海床等发生碰撞时，可通过支撑环体55带动支撑斜板56转动，消耗碰撞能量，并将接触位点的滑动摩擦转化为转动摩擦，从而降低碰撞过程对防护基体51以及检测器架体40的影响。另外，在水流冲击的作用下，支撑环体55也会带动支撑斜板56转动，有助于消耗水流能量，改变水流流向，降低水流对检测器架体40主体的冲击力度。
此外，支撑斜板56内部设有沿长度方向延伸的第二通孔57，可引导水流沿支撑环体55径向方向流动，从而通过支撑斜板56的设置有助于在检测器架体40底部形成区别周边水体流速的水流，这样有助于避免检测器架体40底部的水体干扰上方的检测仪器，保证观测数据的可靠性。
在其他实施例中，支撑斜板56由支撑环体55的表面向下倾斜设置，并且支撑斜板56上靠近支撑环体55轴线的一端伸入到支撑环体55的内部，从而第二通孔57通过支撑环体55内部通槽与防护基体51内部中空的腔体连通。如此，部分水流可通过第二通孔57进入防护基体51的内部，有助于提高经由第一通孔52排出的水流的流速，进而有助于对检测器架体40周围水流能量的消耗，以及改变水流流向。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种珊瑚礁生态环境监测装置，其特征在于，包括：观测组件（10）、海上补给平台（11）、岸基监测站（12）和远程监控中心（13）；
所述观测组件（10）包括按照预设路径行走的移动器（20），所述观测组件（10）能够将观测数据传输至所述岸基监测站（12）；所述海上补给平台（11）与所述岸基监测站（12）相连，用于为所述观测组件（10）提供电能以及停靠位点；所述岸基监测站（12）与所述远程监控中心（13）能够实现数据传输；
所述移动器（20）的尾部连接有稳流组件（30），所述稳流组件（30）包括两个对称设置的摆动杆（31），两个所述摆动杆（31）之间有夹角，并且两个所述摆动杆（31）之间连接有弹性件；
移动器（20）在水面移动的过程中，移动器（20）后方形成的水面波浪能够被摆动杆（31）的摆动以弹性件的弹性形变削弱，使得移动器（20）后方水面波浪起伏幅度减小，摆动杆（31）在摆动过程中，对后侧方水流具有外推作用，能够避免水面漂浮物聚集在移动器（20）的四周并提高水中的光照，且摆动杆（31）形成的外推效果，能够驱赶海洋生物；
所述移动器（20）的底部配置有检测器架体（40），所述检测器架体（40）的顶部通过安装基板（43）与所述移动器（20）的底部相连接；所述检测器架体（40）的侧方配置有可活动的挡护板（41）；
所述检测器架体（40）的底部配置有防护组件（50）；
所述防护组件（50）包括防护基体（51），所述防护基体（51）内部中空且向下贯通设置，所述防护基体（51）的侧方配置有第一通孔（52），所述第一通孔（52）与所述防护基体（51）内部的腔体相连通；
所述防护基体（51）的底部配置有圆形开口（53），所述圆形开口（53）通过轴承（54）连接有支撑环体（55），所述支撑环体（55）配置有多个支撑斜板（56），多个所述支撑斜板（56）呈辐射状分布；所述支撑斜板（56）配置有第二通孔（57），所述第二通孔（57）沿所述支撑斜板（56）的长度方向设置；引导水流沿支撑环体（55）径向方向流动，在检测器架体（40）底部形成区别周边水体流速的水流。
2.根据权利要求1所述的一种珊瑚礁生态环境监测装置，其特征在于，
所述移动器（20）的上表面配置有光伏板（21），所述移动器（20）的侧方配置有防护杆（24），所述移动器（20）的下方连接有水下摄像机（25）。
3.根据权利要求1所述的一种珊瑚礁生态环境监测装置，其特征在于，
所述挡护板（41）的一侧与所述检测器架体（40）的顶部活动连接，所述挡护板（41）远离所述检测器架体（40）的一侧与液压杆（42）的输出端相连。
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