CN218455703U - 海洋牧场智能水质监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海洋牧场智能水质监测系统，涉及海洋水质监测技术领域，包括水上平台和水下平台，水上平台与水下平台之间连接有固定件，水下平台的下端设置有支架，支架上设置有传感器探头和防生物附着模块，其中，水下平台包括从上至下依次设置的第一腔室、第二腔室和第三腔室，第二腔室的内部设置有第一流道，且第一流道内设置有波浪能发电机组一，第三腔室的内部设置有第二流道，且第二流道内设置有波浪能发电机组二，且第一流道和第二流道的两端为斜切面。该海洋牧场智能水质监测系统的第一流道和第二流道采用中间小两端大的收缩扩张的结构形式，使得海水在流道中心处的流速增大，进而可提高波浪能的利用效率。

Description

海洋牧场智能水质监测系统

技术领域

本实用新型涉及海洋水质监测技术领域，具体涉及一种海洋牧场智能水质监测系统。

背景技术

中国是海洋水产养殖业大国，近年来随着人们对于海洋生物资源的开发、利用也越来越强烈，过度的捕捞、资源衰竭等问题不断突出，再加上养殖业本身的污染以及沿海城市的发展、工业的开发等，使沿海生态环境受到了非常严重的破坏，有的大型海藻、鱼类、贝壳类经济生物资源严重匮乏，甚至有的鱼类资源已接近灭绝。

目前传统的人工检测方法是人员定时携带便携式水质监测仪表，驾驶船只依次到监测点进行监测并记录，存在耗时长、数据不完整、数据不准确、存在不能够实时掌握水生生物生活环境的问题，和存在少量自动化在线监测设备导致的监测不便的问题。随着养殖场面积的逐渐增大，这种监测方法已经远远不能满足生产需要。所以在这样的背景下，海洋牧场的建设也正从传统的人工养殖逐步向工业化、智能化养殖方式转变，水质监测成为智能化养殖的关键环节，海洋牧场环境监测以及水下养殖生物实时监测已经成为了现代海洋经济发展的热门方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种海洋牧场智能水质监测系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种海洋牧场智能水质监测系统，包括位于水面上的水上平台，以及位于水里的水下平台，所述水上平台与水下平台之间连接有固定件，所述水下平台的下端设置有支架，所述支架上设置有传感器探头和防生物附着模块，其中，所述水下平台包括从上至下依次设置的第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述第二腔室的内部设置有第一流道，且第一流道内设置有波浪能发电机组一，所述第三腔室的内部设置有第二流道，且第二流道内设置有波浪能发电机组二，所述第一流道和第二流道为垂直设置，且第一流道和第二流道的两端为斜切面。

进一步地，所述第一腔室的内部设置有发电机仓、用于放置储能模块的储能仓，以及用于放置监测模块的监测仓。

进一步地，所述波浪能发电机组一和波浪能发电机组二均设置在连接杆上，且连接杆的一端设置有固定轴，所述固定轴设置在发电机仓内，所述波浪能发电机组一和波浪能发电机组二用于获取波浪能并转化成电能后传输到储能模块。

进一步地，所述储能模块包括：

用于对风能、太阳能和波浪能转换成的电能进行处理的能源管理模块，并输送至蓄电池；

用于存储电能并进行供电的蓄电池；以及

用于对蓄电池的电量进行估算的SOC电量估算模块。

进一步地，所述传感器探头用于采集水质信息，该水质信息包括海水浊度值、溶氧量、水温和pH值。

进一步地，所述监测模块包括：

用于获取水质信息、蓄电池的电量信息后上传以及控制输出的控制器；

用于LoRa通信的LoRa通信模块，以及

用于对水质信息进行处理的数据处理模块。

进一步地，所述水上平台上设置有实现LoRa通信模块与移动终端设备LoRa通信的LoRa通信天线、用于获取风能和太阳能并转化成电能后传输到储能模块的风能发电模块和太阳能发电模块。

进一步地，所述传感器探头、防生物附着模块与控制器电性连接。

由上述技术方案可知，本实用新型具有如下有益效果：

第一流道和第二流道采用中间小两端大的收缩扩张的结构形式，使得海水在流道中心处的流速增大，进而可提高波浪能的利用效率；

通过波浪能发电机组一、波浪能发电机组二、太阳能发电模块、风能发电模块以及蓄电池电连接，实现多种能源互补管理，以保证各种模块的正常工作，达到能源的精细化管控和安全供能的目的；

自动化监测设备替代人工监测，耗时短、数据完整、数据准确、能够实时掌握水生生物生活环境的问题。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型第一流道结构示意图；

图3为本实用新型第二流道结构示意图；

图4为本实用新型工作流程示意图；

图5为本实用新型LoRa通信示意图。

图中：1、水上平台；110、LoRa通信天线；120、风能发电模块；130、太阳能发电模块；2、水下平台；220、第一腔室；221、发电机仓；222、储能仓；223、监测仓；230、第二腔室；231、第一流道；232、波浪能发电机组一；240、第三腔室；241、第二流道；242、波浪能发电机组二；3、固定件；4、支架；410、传感器探头；420、防生物附着模块；5、连接杆；6、固定轴。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图5，本实用新型提供一种海洋牧场智能水质监测系统，包括水上平台1和水下平台2，水上平台1与水下平台2之间连接有固定件3，在水下平台2的下端设置有支架4，支架4上设置有传感器探头410和防生物附着模块420，传感器探头410用于采集水质信息，该水质信息包括海水浊度值、溶氧量、水温和pH值，防生物附着模块420用于采集是否有生物附着在支架上，防生物附着模块可以通过水下摄像头或者重量传感器实现。其中，水上平台1位于水面上，水下平台2以及固定件3均位于水里。

在水下平台2的内部设置有从上至下依次设置的第一腔室220、第二腔室230和第三腔室240，第二腔室230的内部设置有第一流道231，且第一流道231内设置有波浪能发电机组一232，第三腔室240的内部设置有第二流道241，且第二流道241内设置有波浪能发电机组二242，第一流道231和第二流道241为垂直设置，且第一流道231和第二流道241的两端为斜切面，第一流道231和第二流道241均为筛网结构。第一流道和第二流道采用中间小两端大的收缩扩张的结构形式，使得海水在流道中心处的流速增大，进而可提高波浪能的利用效率。

第一腔室220的内部设置有发电机仓221、储能仓222和监测仓223、储能仓222用于放置储能模块，监测仓223用于放置监测模块。

波浪能发电机组一232和波浪能发电机组二242均设置在连接杆5上，且连接杆5的一端设置有固定轴6，固定轴6设置在发电机仓221内，波浪能发电机组一232和波浪能发电机组二242用于获取波浪能并转化成电能后传输到储能模块。

波浪能发电机组一232、波浪能发电机组二242的水轮机分别位于第一流道和第二流道内。使用时，海流从第一流道和第二流道的一侧进入另一侧，推动水轮机运转，水轮机转动带动发电机做功发电。

其中，储能模块包括能源管理模块、蓄电池和SOC电量估算模块，能源管理模块对风能、太阳能和波浪能转换成的电能进行处理后输送至蓄电池；蓄电池存储电能并对各种设备模块进行供电的；SOC电量估算模块用于对蓄电池的电量进行估算。

监测模块包括控制器、LoRa通信模块和数据处理模块，控制器用于获取水质信息、蓄电池的电量信息后上传以及控制输出：LoRa通信模块用于LoRa通信；数据处理模块用于对水质信息进行处理。

传感器探头410、防生物附着模块420与控制器电性连接。

在水上平台1上设置有LoRa通信天线110、风能发电模块120和太阳能发电模块130，LoRa通信天线110实现LoRa通信模块与移动终端设备LoRa通信；风能发电模块120和太阳能发电模块130获取风能和太阳能并传输到储能模块。

传感器探头、防生物附着模块、数据处理模块和SOC估算模块的输出端与控制器的输入端连接，数据处理模块和能源管理模块的输入端与控制器的输出端与连接。传感器探头10位于海平面以下0.5～1.0m的范围内。

通过波浪能发电机组一、波浪能发电机组二、太阳能发电模块、风能发电模块以及蓄电池电连接，实现多种能源互补管理，以保证各种模块的正常工作，达到能源的精细化管控和安全供能的目的。

工作原理：

海流从第一流道和第二流道的一侧进入另一侧，推动水轮机运转，水轮机转动带动发电机做功发电，水上平台上的风能发电模块和太阳能发电模块获取风能和太阳能并转化成电能，产生电能输送至能源管理模块进行处理后输送至蓄电池内进行存储，SOC估算模块采集到蓄电池电量是否处于饱和状态，当SOC估算模块采集到蓄电池电量处于饱和状态时，且风能发电模块、太阳能发电模块和波浪能发电模块全稳定发电的情况下，控制器控制稳定发电模块的其中任意一个向搭载的各种设备模块直接供电；当SOC估算模块采集到蓄电池电量处于饱和状态时，且风能发电模块、太阳能发电模块和波浪能发电模块不全稳定发电的情况下，控制器控制蓄电池向各种设备模块直接供电；当SOC估算模块采集到蓄电池电量处于未饱和状态时，但风能发电模块、太阳能发电模块和波浪能发电模块其中一个发电模块处于不稳定状态时，控制器控制其余的两个发电模块中的任一个向搭载的各种设备模块直接供电，另一个将电能输送到蓄电池，蓄电池对电能进行储存；当SOC估算模块采集到蓄电池电量处于未饱和状态时，但风能发电模块、太阳能发电模块和波浪能发电模块其中一个发电模块处于稳定状态时，控制器控制该稳定发电模块向搭载的各种设备模块直接供电。

传感器探头采集的海洋水质信息先通过控制器传输到数据处理模块，根据数据融合算法实现对水质信息的预测预警，该模块还可以通过对采集数据的分析，进行对传感器校正和修正的功能，并将经过数据处理模块的信息返回到控制器，与采集的数据进行一起打包，然后控制器控制LoRa通信模块经过LoRa通信天线将采集到的水质信息包括海水浊度值、溶氧量、水温和pH值以无线网络的形式发送至LoRa网关，再由LoRa网关将水质信息转发至远程服务器端，远程服务端对接收的水质信息进行存储、接收和处理，并将处理结果通过无线网络发送至移动终端设备，该移动终端设备包括手机、电脑等移动设备，进行运行状态、数据的可视化展示，以及实现对紧急状况进行预警与报警，以便养殖人员实时获取水质信息和采取应对措施。

由于采用LoRa通信，其可实现长距离的通讯，因此，只需要设置一个LoRa网关，LoRa网关与所有的监控模块采用星型网络拓扑结构进行自组网，该星型拓扑结构简单、延时小、信息传输误差低，当增加和减少监控模块的时候不会影响其他监控模块的正常工作，当某个监控模块出现故障的时候，也不会影响到整个网络的通信，则可以实现大面积的有效可靠的监测。

该发明通过多能源互补发电供能保证了供能系统的稳定性，有利于24小时不间断监测，减少了人力巡检成本；对多种能源的智能管理，减少不必要的能源费用开支，延长设备寿命；基于LoRa技术的海洋牧场智能水质监测系统，通过防生物附着模块对长期水下布放的传感器探头进行生物附着监测，从而抑制关键表面的生物生长，从而极大的提升了水下传感器的稳定性和更好的延长了传感器的使用寿命，减少了不必要的设备开支；该发明解决了以往通过人员携带水质监测仪表进行检测所造成的滞后或不准确等问题，避免了养殖物大量死亡或减产情形的出现，可实现大面积的海面监测，检测范围广；由于采用LoRa无线通信，避免了传统布线的麻烦，LoRa具有通信距离长，功耗低，穿透强的特点，对于各种复杂的室内外安装环境有较强的适应力。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于，包括位于水面上的水上平台(1)，以及位于水里的水下平台(2)，所述水上平台(1)与水下平台(2)之间连接有固定件(3)，所述水下平台(2)的下端设置有支架(4)，所述支架(4)上设置有传感器探头(410)和防生物附着模块(420)，其中，所述水下平台(2)包括从上至下依次设置的第一腔室(220)、第二腔室(230)和第三腔室(240)，所述第二腔室(230)的内部设置有第一流道(231)，且第一流道(231)内设置有波浪能发电机组一(232)，所述第三腔室(240)的内部设置有第二流道(241)，且第二流道(241)内设置有波浪能发电机组二(242)，所述第一流道(231)和第二流道(241)为垂直设置，且第一流道(231)和第二流道(241)的两端为斜切面。

2.根据权利要求1所述的海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于：所述第一腔室(220)的内部设置有发电机仓(221)、用于放置储能模块的储能仓(222)，以及用于放置监测模块的监测仓(223)。

3.根据权利要求2所述的海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于：所述波浪能发电机组一(232)和波浪能发电机组二(242)均设置在连接杆(5)上，且连接杆(5)的一端设置有固定轴(6)，所述固定轴(6)设置在发电机仓内，所述波浪能发电机组一(232)和波浪能发电机组二(242)用于获取波浪能并转化成电能后传输到储能模块。

4.根据权利要求2所述的海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于：所述储能模块包括：

用于对风能、太阳能和波浪能转换成的电能进行处理的能源管理模块，并输送至蓄电池；

用于存储电能并进行供电的蓄电池；

以及用于对蓄电池的电量进行估算的SOC电量估算模块。

5.根据权利要求1所述的海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于：所述传感器探头(410)用于采集水质信息，该水质信息包括海水浊度值、溶氧量、水温和pH值。

6.根据权利要求2所述的海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于：所述监测模块包括：

用于获取水质信息、蓄电池的电量信息后上传以及控制输出的控制器；

用于LoRa通信的LoRa通信模块，以及用于对水质信息进行处理的数据处理模块。

7.根据权利要求6所述的海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于：所述水上平台(1)上设置有实现LoRa通信模块与移动终端设备LoRa通信的LoRa通信天线(110)、用于获取风能和太阳能并转化成电能后传输到储能模块的风能发电模块(120)和太阳能发电模块(130)。

8.根据权利要求6所述的海洋牧场智能水质监测系统，其特征在于：所述传感器探头(410)、防生物附着模块(420)与控制器电性连接。

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