CN206918882U - 一种新型多功能环保航标灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型多功能环保航标灯，包括：航标灯主体，与航标灯主体固定连接的清洁能源互补发电系统、多信息采集系统和定位与通讯系统；其中：清洁能源互补发电系统包括太阳能发电装置、风能发电装置和波浪能发电装置；航标灯主体包括设置在底部的浮体，波浪能发电装置设置在浮体重心位置的下方，太阳能发电装置和风能发电装置设置在浮体的上表面；浮体的重心位置上还设置有机盒和电池组模块，机盒上方设置有航标灯架，航标灯架的顶部设置有航标灯；航标灯通过机盒与电池组模块相连；多信息采集系统和定位与通讯系统均设置在机盒内部。本实用新型利用太阳能、风能、波浪能供电，能自动地对海面波浪、气温和气压的等水文气象要素进行遥测。

Description

一种新型多功能环保航标灯

技术领域

本实用新型涉及水上交通运输工具领域，尤其涉及一种新型多功能环保航标灯。

背景技术

航标是以促进船舶和水上交通安全为目的而设计的、在船舶之外运行的一种装置或系统。随着传感技术、信息传输技术的不断引入，航标的功能正变得越来越丰富。新型的多功能航标除了具有传统的助航功能外，还集成了多种传感器，用于实时的采集航标周围的气象水文以及航标状态等相关信息。当前的多功能航标，大多采用了太阳能电池与蓄电池组合供电的方式.但以我国成山角地区为例，常年雾气重，连续的雾霾天气，容易导致多功能航标系统因供电不足而无法正常工作，供电系统逐渐成为多功能航标发展的瓶颈。

与此同时，石油、天然气和煤炭等不可再生能源频频告急，越来越多的国家开始重视开发新能源，大力开发和利用太阳能、风能、波浪能等可再生资源。建设资源节约型、环境友好型社会已经成为我国的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中航标灯功能单一的的缺陷，提供一种新型多功能环保航标灯。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种新型多功能环保航标灯，包括：航标灯主体，与航标灯主体固定连接的清洁能源互补发电系统、多信息采集系统和定位与通讯系统；其中：

清洁能源互补发电系统包括太阳能发电装置、风能发电装置和波浪能发电装置；

航标灯主体包括设置在底部的浮体，波浪能发电装置设置在浮体重心位置的下方，太阳能发电装置和风能发电装置设置在浮体的上表面，太阳能发电装置和风能发电装置均以浮体的重心为对称中心呈中心对称排布；浮体的重心位置上还设置有机盒和电池组模块，机盒上方设置有航标灯架，航标灯架的顶部设置有航标灯；航标灯通过机盒与电池组模块相连；

多信息采集系统和定位与通讯系统均设置在机盒内部，多信息采集系统包括气象信息采集模块、水文信息采集模块和油污检测模块。

进一步地，本实用新型的太阳能发电装置采用模组化太阳能板，包括多个串联后并联的太阳能板以及太阳能板支架，太阳能板安装在太阳能板支架上。

进一步地，本实用新型的风能发电装置包括塔架，塔架上设置有发电装置，发电装置一端连接有风轮，另一端连接有尾翼，发电装置内还设置有限速装置。

进一步地，本实用新型的波浪能发电装置、太阳能发电装置和风能发电装置均设置防反冲二极管，三个装置之间并联后与电池组模块相连。

进一步地，本实用新型的浮体底部设置有配重块。

进一步地，本实用新型的太阳能发电装置上均设置有用于调整角度的电机。

进一步地，本实用新型的航标灯架上设置有无人机充电平台，机盒上预留有用于无人机充电的充电接口。

进一步地，本实用新型的定位与通讯系统包括GPRS数据通讯模块和北斗定位模块。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的新型多功能环保航标灯，通过利用太阳能、风能、波浪能三种能源互补发电，能实现电能的储存和电能的合理分配，在不需要外部电源的情况下能够在正常海洋环境下自动、定时采集海洋数据的航标灯。本实用新型设计的航标灯研究了太阳能、风能、波浪能的发电能力，使其发电量能够满足航标灯的正常工作，而且在电路的控制下多种传感器的协同工作来采集多种海洋数据。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的组成模块图；

图中：1-波浪能发电装置，2-太阳能板支架，3-太阳能发电装置，4-风能发电装置，5-航标灯架，6-航标灯，7-无人机充电平台，8-放置太阳能航标灯的平台，9-电机，10-机盒，11-电池组模块，12-浮体，13-配重块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例的新型多功能环保航标灯，包括：航标灯主体，与航标灯主体固定连接的清洁能源互补发电系统、多信息采集系统和定位与通讯系统；其中：

清洁能源互补发电系统包括太阳能发电装置3、风能发电装置4和波浪能发电装置1；

航标灯主体包括设置在底部的浮体12，波浪能发电装置1设置在浮体12重心位置的下方，太阳能发电装置3和风能发电装置4设置在浮体12的上表面，太阳能发电装置3和风能发电装置4均以浮体12的重心为对称中心呈中心对称排布；浮体12的重心位置上还设置有机盒10和电池组模块11，机盒10上方设置有航标灯架5，航标灯架5的顶部设置有航标灯6；航标灯6通过机盒10与电池组模块11相连；

多信息采集系统和定位与通讯系统均设置在机盒10内部，多信息采集系统包括气象信息采集模块、水文信息采集模块和油污检测模块。

太阳能发电装置3采用模组化太阳能板，包括多个串联后并联的太阳能板以及太阳能板支架2，太阳能板安装在太阳能板支架2上。风能发电装置4包括塔架，塔架上设置有发电装置，发电装置一端连接有风轮，另一端连接有尾翼，发电装置内还设置有限速装置。波浪能发电装置1、太阳能发电装置3和风能发电装置4均设置防反冲二极管，三个装置之间并联后与电池组模块11相连。

浮体12底部设置有配重块13。太阳能发电装置3上均设置有用于调整角度的电机9。航标灯架5上设置有无人机充电平台7，机盒10上预留有用于无人机充电的充电接口。定位与通讯系统包括GPRS数据通讯模块和北斗定位模块。航标灯架5上设置有放置太阳能航标灯的平台8。

如图2所示，在本实用新型的另一个具体实施例中：

(1)多功能航标灯结构

多功能航标灯由三部分构成：航标部分、通信网络的构建、基座部分，该系统可测量风速、风向、气压、气温、表层水温、波高、波向、波周期、等水文要素。

航标主要由浮体、尾架、配重、灯架、航标灯座、太阳能发电设备、风能发电设备、波浪能发电设备、航标灯、蓄电池、各种仪器安装支架、锚系环等部分组成。浮标部分主要工作在环境恶劣的海面，需要经受恶劣天气、腐蚀性盐雾、大温差等考验，起着数据采集、处理和传输的作用。移动端接收设备由多个功能模块组成，软件采用Java语言开发，能够接收及显示该系统所采集到的数据。

(2)主要功能

1、气象数据的采集

气象数据主要采用风速传感器、气压传感器、温度传感器等传感器技术对风速、风向、气压、气温及表层水温进行测量。

a)风速

风速是指空气质点经过的距离与经过该距离所需时间的比值。要测量的风速参数如下：

风参数每3秒采样1次，每个3秒的整数时间采样风向；周期内3秒极大风速——以3秒钟为单位所对应的周期内风速最大值；周期内1分钟最大风速——以1分钟为单位所对应的周期内风速最大值；周期内10分钟最大风速——以10分钟为单位所对应的周期内风速最大值；周期点10分钟平均风速——以10分钟为单位所对应的周期点前的平均风速；日3秒极大风速——以3秒钟为单位所对应的日风速最大值；日1分钟最大风速——以1分钟为单位所对应的日风速最大值；日10分钟最大风速——以10分钟为单位所对应的日风速最大值。

b)风向

风向是指风吹来的方向，要测量的风向参数如下：

周期内3秒极大风向——周期内3秒极大风速所对应的风向值；周期内1分钟最大风向——周期内1分钟最大风速所对应的风向值；周期内10分钟最大风向——周期内10分钟最大风速所对应的风向值；周期点10分钟平均风向——周期点10分钟平均风速所对应的风向值；日3秒极大风向——日3秒极大风速所对应的风向值；日1分钟最大风向——日1分钟最大风速所对应的风向值；日10分钟最大风向——日10分钟最大风速所对应的风向值。

c)气压

气压指作用在单位面积上的大气压力。要测量的气压参数如下：

周期点气压——周期点前1分钟平均大气压力；周期内最高气压——周期内的1分钟平均最高气压；周期内最低气压——周期内的1分钟平均最低气压；日内最高气压——周期内的1分钟平均最高气压；日内最低气压——周期内的1分钟平均最低气压。

d)气温、表层水温

气温、表层水温参数采样间隔3秒，每个3秒整数时间采样温值。要测量的气压参数如下：

一分钟平均温值：由前一分钟0秒开始到本分钟0秒结束的21次采样剔除3个最大值和3个最小值取平均获得。

2、水文数据的采集

倾角传感器配合位于其上方的方位传感器进行波向参数的测量：当浮标随波面发生倾斜时，垂摆绕其摆心保持铅直状态。此时，垂摆位角不同，摆轴做顺时针或逆时针转动，这样通过测量摆轴的转角大小和方向就可以得到浮标随波面纵倾和横倾两组参数，利用这两组参数便可以计算出浮标倾斜的方位角。这个方位角也反映了波面倾斜的方向。然后通过测量摆轴旋转加速度和方向计算出来的这个波面倾斜方向是相对于倾角传感器自身测量极限的方向。这个相对方向经由方位传感器测得的浮标方位对传感器基线做校正，最后得到波面倾斜的地磁方向。

海浪：

(1)波高，指相邻的波峰与波谷间的铅直距离。波周期，相邻两个波峰或两个波谷经过某固定点的时间间隔称一个波的周期。波向，波浪传来的方向。

测量波高的垂直加速度计安装在垂直摆的摆盒内。垂摆为垂直加速度计提供所需的“垂直运动”测量环境。采用重力加速度度原理进行波高和周期的测量：当浮标随波面变化作升沉运动时，安装在浮标内的垂直加速度计输出一个反映波面升沉运动加速度的持续变化信号，该信号通过二次积分电路处理后，即可得到对应于波面升沉高度变化的电压信号，将该信号进行模数转换和计算处理后就可以得到波高的各种特征值及其对应的波周期。

倾角传感器配合位于其上方的方位传感器进行波向参数的测量：当浮标随波面发生倾斜时，垂摆绕其摆心保持铅直状态。此时，垂摆位角不同，摆轴做顺时针或逆时针转动，这样通过测量摆轴的转角大小和方向就可以得到浮标随波面纵倾和横倾两组参数，利用这两组参数便可以计算出浮标倾斜的方位角。这个方位角也反映了波面倾斜的方向。然后通过测量摆轴旋转加速度和方向计算出来的这个波面倾斜方向是相对于倾角传感器自身测量极限的方向。这个相对方向经由方位传感器测得的浮标方位对传感器基线做校正，最后得到波面倾斜的地磁方向。

要测量的海浪参数如下：

最大波高和最大波周期——最大波高是海浪连续记录中波高的最大值，其对应周期为最大波周期；

十分之一大波波高和十分之一大波周期——十分之一大波波高是海浪连续记录中波高总个数的十分之一个大波的波高平均值，其对应周期的平均值为十分之一大波周期；

有效波高和有效波周期——有效波高是海浪连续记录中波高总个数的三分之一个大波的波高平均值；其对应周期的平均值为有效波周期；

平均波高和平均周期——平均波高是海浪连续记录中波高总个数的波高平均值，其对应周期的平均值为平均周期。

(2)波浪方向——波浪在16个标准方位上的出现百分比，这16个标准方位是指：N，NNE，NE，ENE，E，ESE，SE，SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW，NNW。

3、油污监测

灯载油污传感器实时监测水域含油量，当监测到油污时根据不同的油污浓度，发出相应级别的报警，为主管部门控制油污的扩散赢得时间。

4、异常报警

采用先进的无线通信技术后，系统能通过遥测监控系对百里之外航标的偏移情况、航标灯的明暗状态、太阳能电池的充电情况进行实时监控，当航标工作状态发生异常时就会自动报警。在航标受到船舶撞击漂移时，还能自动跟踪肇事船舶，并将其信息上报海事主管部门。

本实用新型的有益效果：

利用太阳能、风能、波浪能供电从而形成一种能自动、定点、定时(或连续)地对海面波浪、气温和气压的等水文气象要素进行遥测的智能环保航标海洋数据采集系统，这样可以减少工作人员在海上施工作业的风险；减少在恶劣情况下抢修、巡检的情况，在节约维护运营成本、减少船舶开航次数等很多方面有着积极的作用。航标灯使用了更多形式的可再生能源，降低了非可再生能源的消耗和二氧化碳的排放，也减少了运营达到了运营和维护成本，从而达到节能减排的目的。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型多功能环保航标灯，其特征在于，包括：航标灯主体，与航标灯主体固定连接的清洁能源互补发电系统、多信息采集系统和定位与通讯系统；其中：

清洁能源互补发电系统包括太阳能发电装置(3)、风能发电装置(4)和波浪能发电装置(1)；

航标灯主体包括设置在底部的浮体(12)，波浪能发电装置(1)设置在浮体(12)重心位置的下方，太阳能发电装置(3)和风能发电装置(4)设置在浮体(12)的上表面，太阳能发电装置(3)和风能发电装置(4)均以浮体(12)的重心为对称中心呈中心对称排布；浮体(12)的重心位置上还设置有机盒(10)和电池组模块(11)，机盒(10)上方设置有航标灯架(5)，航标灯架(5)的顶部设置有航标灯(6)；航标灯(6)通过机盒(10)与电池组模块(11)相连；

多信息采集系统和定位与通讯系统均设置在机盒(10)内部，多信息采集系统包括气象信息采集模块、水文信息采集模块和油污检测模块。

2.根据权利要求1所述的新型多功能环保航标灯，其特征在于，太阳能发电装置(3)采用模组化太阳能板，包括多个串联后并联的太阳能板以及太阳能板支架(2)，太阳能板安装在太阳能板支架(2)上。

3.根据权利要求1所述的新型多功能环保航标灯，其特征在于，风能发电装置(4)包括塔架，塔架上设置有发电装置，发电装置一端连接有风轮，另一端连接有尾翼，发电装置内还设置有限速装置。

4.根据权利要求1所述的新型多功能环保航标灯，其特征在于，波浪能发电装置(1)、太阳能发电装置(3)和风能发电装置(4)均设置防反冲二极管，三个装置之间并联后与电池组模块(11)相连。

5.根据权利要求1所述的新型多功能环保航标灯，其特征在于，浮体(12)底部设置有配重块(13)。

6.根据权利要求1所述的新型多功能环保航标灯，其特征在于，太阳能发电装置(3)上均设置有用于调整角度的电机(9)。

7.根据权利要求1所述的新型多功能环保航标灯，其特征在于，航标灯架(5)上设置有无人机充电平台(7)，机盒(10)上预留有用于无人机充电的充电接口。

8.根据权利要求1所述的新型多功能环保航标灯，其特征在于，定位与通讯系统包括GPRS数据通讯模块和北斗定位模块。