一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種垂向分布的綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于環(huán)境污染監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。所述浮標(biāo)主要包括浮標(biāo)體、電子設(shè)備密封艙、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊、蓄電池組數(shù)、據(jù)采集器、4G路由器，以及位于浮標(biāo)體外圍的傳感器，和位于浮標(biāo)體上部的能源供應(yīng)裝置。本發(fā)明提供了一種可以在指定的水域范圍內(nèi)長期連續(xù)執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)任務(wù)的自主移動(dòng)式監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量不同水深的水環(huán)境參數(shù)、環(huán)境氣象參數(shù)，完成使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和4G通信網(wǎng)絡(luò)切換方式實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)定位與通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)分析與預(yù)警預(yù)報(bào)的功能。
【專利說明】
一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，具體涉及一種垂向分布的綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于環(huán)境污染監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水質(zhì)安全問題是普遍關(guān)切的民生問題。目前環(huán)境污染監(jiān)測(cè)主要依靠常規(guī)監(jiān)測(cè)、固定式自動(dòng)監(jiān)站監(jiān)測(cè)、移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)等。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法在數(shù)據(jù)采集頻率、處理方法、傳輸方法上，也越來越不能滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要。水環(huán)境監(jiān)測(cè)包括水上部分的氣象要素監(jiān)測(cè)和水下環(huán)境部分的水文、水質(zhì)、水生態(tài)要素監(jiān)測(cè)。通過對(duì)環(huán)境要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)時(shí)處理，可掌握水域中污染物的種類、濃度及污染物在水域環(huán)境中的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而提出防治污染的技術(shù)與措施。
[0003]目前使用的水環(huán)境監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，固定式浮標(biāo)采用錨泊固定方式，執(zhí)行指定位置的水體監(jiān)控任務(wù)，不具備機(jī)動(dòng)能力，只能測(cè)量特定水深的水環(huán)境參數(shù)。水環(huán)境監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位依賴美國GPS系統(tǒng)，通信系統(tǒng)依靠單一方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以在指定的水域范圍內(nèi)長期連續(xù)執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)任務(wù)的自主移動(dòng)式監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量不同水深的水環(huán)境參數(shù)、環(huán)境氣象參數(shù)，完成使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和4G通信網(wǎng)絡(luò)切換方式實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)定位與通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)分析與預(yù)警預(yù)報(bào)的功能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，包括:
[0007]位于浮標(biāo)中部的圓柱型結(jié)構(gòu)的浮標(biāo)體I;
[0008]位于浮標(biāo)體I內(nèi)部的電子設(shè)備密封艙25，電子設(shè)備密封艙內(nèi)通過電氣線路固定連接有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊26、蓄電池組27、數(shù)據(jù)采集器28和4G路由器29，電子設(shè)備密封艙上有頂蓋43，用于保護(hù)電子設(shè)備艙，避免進(jìn)水；
[0009]浮標(biāo)體外圍設(shè)有儀器艙，垂向分布溫度傳感器31、垂向分布葉綠素傳感器32、水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17、營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18和超聲多普勒流速儀22通過支架分別安裝于對(duì)應(yīng)的垂向分布溫度傳感器儀器艙38、垂向分布葉綠素傳感器儀器艙39、水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器儀器艙40、營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器儀器艙41和超聲多普勒流速儀儀器艙42內(nèi)；位于浮標(biāo)體上表面的吊耳44，用于浮標(biāo)安裝和拖移時(shí)使用；
[0010]位于浮標(biāo)體底部與浮標(biāo)體固定連接的配重塊2，用于保持浮標(biāo)平衡;配重塊2底部固定連接有鉸鏈升降機(jī)3，浮標(biāo)體通過鉸鏈升降機(jī)3上纏繞的系留纜4固定于水面;垂向分布溫度傳感器31和垂向分布葉綠素傳感器32通過支架安裝于儀器艙內(nèi)，并與鉸鏈升降機(jī)36和37相連，可以從儀器艙中通過鉸鏈升降機(jī)懸掛在浮標(biāo)體底部，在不使用時(shí)，可以通過鉸鏈升降機(jī)升起放置于儀器艙內(nèi)，垂向分布溫度傳感器可監(jiān)測(cè)溫度，垂向分布葉綠素傳感器可檢測(cè)葉綠素;位于浮標(biāo)體底部的水垂向收集裝置，由連通的蓄水池19和伸縮管23、24組成，并固定在浮標(biāo)體上。為水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17和營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18配套的抽水栗20、21置在蓄水池19中；水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17可檢測(cè)pH值、電導(dǎo)率、溶解氧；營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18可監(jiān)測(cè)總磷、總氮、氨氮、消態(tài)氮、亞消態(tài)氮;超聲多普勒流速儀22可監(jiān)測(cè)垂向水深及流速；
[0011 ]位于浮標(biāo)體上部的棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架5通過底座7與浮標(biāo)體固定，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架頂部固定有航標(biāo)燈8、超聲波氣象工作站9、4G路由器天線10、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)天線11;超聲波氣象工作站9可檢測(cè)空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的浮標(biāo)還可以通過風(fēng)能或/和光能為蓄電池供電，以為浮標(biāo)上的電子設(shè)備供電:在電子設(shè)備密封艙內(nèi)通過電氣線路固定連接有風(fēng)光能互補(bǔ)電源控制器30，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架5外表面上固定有太陽能電池板6，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架5頂部固定有風(fēng)力發(fā)電機(jī)12，太陽能電池板6和風(fēng)力發(fā)電機(jī)12通過電氣線路與風(fēng)光能互補(bǔ)電源控制器30及蓄電池組27相連。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的浮標(biāo)還設(shè)置有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器位于浮標(biāo)體下方，包括動(dòng)力型螺旋槳推動(dòng)器33、第一方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器34和第二方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器35;三個(gè)螺旋槳推動(dòng)器均由蓄電池組27提供能源，可獨(dú)立啟停。動(dòng)力型螺旋槳推動(dòng)器33具有推動(dòng)浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)能力，第一、第二方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器具有調(diào)整浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的能力。浮標(biāo)收到監(jiān)測(cè)中心關(guān)于浮標(biāo)目標(biāo)區(qū)域的位置信息后，根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獲取當(dāng)前位置信息，規(guī)劃出運(yùn)動(dòng)軌跡，鉸鏈升降機(jī)將系留纜收起，通過動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器的作用推動(dòng)浮標(biāo)向目標(biāo)方位的運(yùn)動(dòng)。
[0014]本發(fā)明還提供了一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)中心和上述水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)。所述監(jiān)測(cè)中心通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與所述水環(huán)境垂向分布綜合監(jiān)測(cè)浮標(biāo)通信，所述無線通信網(wǎng)絡(luò)可以選擇使用4G通信網(wǎng)絡(luò)或者北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng);所述水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)向所述監(jiān)測(cè)中心傳輸監(jiān)測(cè)水域環(huán)境參數(shù)和接收所述監(jiān)測(cè)中心發(fā)送的指令;所述監(jiān)測(cè)中心用于向所述浮標(biāo)發(fā)送指令，設(shè)置浮標(biāo)位置，水垂向收集裝置伸縮管所指定水深，環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備工作狀態(tài)等參數(shù)，指令通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給水環(huán)境垂向分布綜合監(jiān)測(cè)浮標(biāo)。
[0015]進(jìn)一步地，根據(jù)所獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合水動(dòng)力模型和多源數(shù)據(jù)同化模型，建立水環(huán)境推演模型，模擬流域生態(tài)環(huán)境變化過程，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能分析技術(shù)推演生態(tài)環(huán)境發(fā)展變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來生態(tài)環(huán)境關(guān)鍵參數(shù)。所述的水環(huán)境推演模型，包括但不限于以下方式:1.基于自動(dòng)聚類技術(shù)、粒子群優(yōu)化技術(shù)和模糊趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法，提出了一種多粒度混合預(yù)測(cè)的多屬性時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型;2.基于粗糙集的知識(shí)約簡與Petri網(wǎng)的智能推理，建立了一種風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(RPN)模型，根據(jù)獲得的水域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確地富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)；
3.基于粗糙集代數(shù)理論與信息熵理論的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，利用歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整預(yù)測(cè)誤差的特點(diǎn)，得出水質(zhì)指標(biāo)權(quán)重的最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)的中短期高精度預(yù)測(cè)。
[0016]與現(xiàn)有的其他方法相比，本發(fā)明提供的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)和系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]本發(fā)明利用浮標(biāo)體上的鉸鏈升降機(jī)和垂向分布的傳感器，可采集不同深度的水樣，獲取不同水深的溫度、葉綠素、PH值、電導(dǎo)率、溶解氧、總磷、總氮、氨氮、消態(tài)氮、亞消態(tài)氮等指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)水域縱向深度水環(huán)境參數(shù)的測(cè)量。
[0018]本發(fā)明利用浮體上的太陽能電池板采集太陽能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)采集風(fēng)能，從而實(shí)現(xiàn)了全天候作業(yè)，克服了現(xiàn)有浮標(biāo)工作區(qū)域受地理位置的限制的缺點(diǎn)。
[0019]本發(fā)明的通信導(dǎo)航系統(tǒng)包括北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位和公共移動(dòng)通訊4G網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)中心與在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)在2個(gè)通信系統(tǒng)之間切換，完成數(shù)據(jù)通信。
[0020]本發(fā)明的在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)可根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的坐標(biāo)與監(jiān)測(cè)中心提供的需要測(cè)量水域的經(jīng)瑋度信息對(duì)比，監(jiān)測(cè)中心向動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，通過控制螺旋槳推動(dòng)器使浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)到指定位置，以實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)的高精度定點(diǎn)測(cè)量。
[0021]本發(fā)明所構(gòu)建的基于時(shí)間序列的水環(huán)境推演模型，可分析水環(huán)境監(jiān)測(cè)的歷史數(shù)據(jù)，掌握監(jiān)測(cè)水域水環(huán)境變化規(guī)律，對(duì)監(jiān)測(cè)水域水環(huán)境變化進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。
[0022]說明書附圖
[0023]圖1為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的前視圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的左視圖
[0025]圖3為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的A-A’剖視圖；
[0026]圖4為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的B-B’剖視圖；
[0027]圖5為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的俯視圖；
[0028]圖6為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的蓄電池組充電示意圖；
[0029]圖7為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸示意圖；
[0030]圖8為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0031]圖9為本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)及系統(tǒng)的工作流程圖。
[0032 ]其中數(shù)字標(biāo)識(shí)分別為:
[0033]1:浮標(biāo)體;2:配重塊；3:鉸鏈升降機(jī);4:系留纜;5:棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架;6:太陽能電池板;7:底座；8:航標(biāo)燈;9:超聲波氣象工作站；10:4G路由器天線；11:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)天線；12:風(fēng)力發(fā)電機(jī)；13:鉚釘A; 14:鉚釘B; 15:鉚釘C; 16:鉚釘D; 17:水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器；18:營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器;19:蓄水池;20:抽水栗A; 21:抽水栗B ； 22:超聲多普勒流速儀;23:伸縮管A; 24:伸縮管B; 25:電子設(shè)備密封艙;26:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊;27:蓄電池組;28:數(shù)據(jù)采集器;29:4G路由器;30:風(fēng)光能互補(bǔ)電源控制器;31:垂向分布溫度傳感器;32:垂向分布葉綠素傳感器;33:動(dòng)力型螺旋槳推動(dòng)器;34:第一方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器;35:第二方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器;36:鉸鏈升降機(jī)A; 37:鉸鏈升降機(jī)B; 38:垂向分布溫度傳感器儀器艙；39:垂向分布葉綠素傳感器儀器艙;40:水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器儀器艙;41:營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器儀器艙;42:超聲多普勒流速儀儀器艙;43:頂蓋;44:吊耳。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。
[0035]如圖1-5所示，本發(fā)明的水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)包括:位于浮標(biāo)中部的圓柱型結(jié)構(gòu)的浮標(biāo)體I，采用超高分子量聚乙烯原材料加工而成；
[0036]位于浮標(biāo)體內(nèi)部的電子設(shè)備密封艙25，電子設(shè)備密封艙內(nèi)通過電氣線路固定連接有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊26、風(fēng)光能互補(bǔ)電源控制器30、蓄電池組27、數(shù)據(jù)采集器28和4G路由器29，電子設(shè)備密封艙上有頂蓋43，用于保護(hù)電子設(shè)備艙，避免進(jìn)水；
[0037]浮標(biāo)體外圍設(shè)有儀器艙，垂向分布溫度傳感器31、垂向分布葉綠素傳感器32、水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17、營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18和超聲多普勒流速儀22通過支架分別安裝于對(duì)應(yīng)的垂向分布溫度傳感器儀器艙38、垂向分布葉綠素傳感器儀器艙39、水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器儀器艙40、營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器儀器艙41和超聲多普勒流速儀儀器艙42內(nèi)，所有儀器艙內(nèi)的儀器都通過電氣線路與蓄電池組27連接，由蓄電池組27供電；位于浮標(biāo)體上表面的吊耳44，用于浮標(biāo)安裝和拖移時(shí)使用；
[0038]位于浮標(biāo)體底部的配重塊2與浮標(biāo)體通過鉚釘C 15固定連接，保持浮標(biāo)平衡;位于配重塊2底部的鉸鏈升降機(jī)3上纏繞有系留纜4，可將浮標(biāo)體固定于水面，配重塊2通過鉚釘D16與鉸鏈升降機(jī)固定連接;垂向分布溫度傳感器31和垂向分布葉綠素傳感器32通過支架安裝于儀器艙內(nèi)，從儀器艙中通過鉸鏈升降機(jī)36、37懸掛在浮標(biāo)體底部，在不使用時(shí)，可以通過鉸鏈升降機(jī)升起放置于儀器艙內(nèi)；位于浮標(biāo)體底部的水垂向收集裝置，由連通的蓄水池19和伸縮管A 23、伸縮管B 24組成，分別通過鉚釘A 13和鉚釘B 14固定在浮標(biāo)體上;水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17和營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18的抽水栗A 20、抽水栗B 21放置在蓄水池19中；
[0039 ]位于浮標(biāo)體上部的棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架5通過底座7與浮標(biāo)體固定，其外表面上固定有太陽能電池板6，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架頂部固定有航標(biāo)燈8、超聲波氣象工作站9、4G路由器天線10、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)天線11和風(fēng)力發(fā)電機(jī)12;超聲波氣象工作站9可檢測(cè)空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向。
[0040]如圖6所示，太陽能電池板6將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)12將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，通過風(fēng)光能互補(bǔ)電源控制器30以直流電形式存儲(chǔ)在蓄電池組27中。蓄電池組27通過電氣線路為浮標(biāo)上的所有環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)采集通訊模塊供電。水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17、營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18、垂向分布溫度傳感器31、垂向分布葉綠素傳感器32、超聲多普勒流速儀22和超聲波氣象工作站9為環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，數(shù)據(jù)采集器28、4G路由器29和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)模塊26為數(shù)據(jù)采集通訊模塊。
[0041]本發(fā)明所提供的浮標(biāo)除了如上所述，可以通過鉸鏈升降機(jī)3及系留纜4實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)在縱向不同深度的測(cè)量外，還可以實(shí)現(xiàn)橫向不同水域的測(cè)量:在浮標(biāo)體下方設(shè)置有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器包括動(dòng)力型螺旋槳推動(dòng)器33、第一方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器34和第二方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器34;三個(gè)螺旋槳推動(dòng)器均由蓄電池組27提供能源，可獨(dú)立啟停。動(dòng)力型螺旋槳推動(dòng)器33具有推動(dòng)浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)能力，第一、第二方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器具有調(diào)整浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的能力。
[0042]將上述水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)與一個(gè)監(jiān)測(cè)中心通過4G無線網(wǎng)絡(luò)和北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)中心通過4G無線網(wǎng)絡(luò)、北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與浮標(biāo)進(jìn)行通信，向浮標(biāo)發(fā)送指令，接收浮標(biāo)返回的水環(huán)境參數(shù)。
[0043]圖7為環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、傳輸實(shí)施過程。數(shù)據(jù)采集器28從環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取數(shù)據(jù);監(jiān)測(cè)中心選擇通過4G通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，4G路由器接入中國移動(dòng)或者中國電信的無線通信網(wǎng)絡(luò)，通過4G路由器向監(jiān)測(cè)中心傳輸;監(jiān)測(cè)中心選擇通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航報(bào)文系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通訊導(dǎo)航系統(tǒng)接收經(jīng)由監(jiān)測(cè)中心傳遞的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星通信和導(dǎo)航定位功能。
[0044]具體實(shí)施時(shí)，如圖8、圖9所示，監(jiān)測(cè)中心向目標(biāo)水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)發(fā)送定位指令。若浮標(biāo)所處水域位置與預(yù)設(shè)位置不一致，則啟動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器，浮標(biāo)根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位信息，運(yùn)行到指定區(qū)域。若浮標(biāo)所處水域位置與預(yù)設(shè)位置一致，則監(jiān)測(cè)中心向浮標(biāo)發(fā)送環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備啟動(dòng)命令。浮標(biāo)收到監(jiān)測(cè)中心關(guān)于進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的命令后，將垂向分布溫度傳感器31和垂向分布葉綠素傳感器32通過鉸鏈升降機(jī)36、37放置到預(yù)設(shè)水深，水垂向收集裝置將伸縮管放置到預(yù)設(shè)水深，抽水栗20，21抽入預(yù)設(shè)水深的水進(jìn)入水垂向收集裝置的蓄水池19，供水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17和營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18運(yùn)行時(shí)使用。水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器17、營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器18和水垂向收集裝置根據(jù)命令，檢測(cè)并返回指定水深的水質(zhì)參數(shù)。垂向分布溫度傳感器31、垂向分布葉綠素傳感器32、超聲多普勒流速儀22和超聲波氣象工作站9根據(jù)監(jiān)測(cè)中心的命令，傳回所測(cè)的環(huán)境參數(shù)。若監(jiān)測(cè)中心需要繼續(xù)收集環(huán)境參數(shù)，則命令環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備繼續(xù)工作。若監(jiān)測(cè)中心不再需要收集環(huán)境參數(shù)，則命令環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0045]監(jiān)測(cè)中心具有環(huán)境參數(shù)分析功能，根據(jù)海量環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合水動(dòng)力模型和多源數(shù)據(jù)同化模型，提供水生態(tài)感知模擬與可視化推演平臺(tái)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能分析技術(shù)推演水質(zhì)發(fā)展變化趨勢(shì)。建立水環(huán)境推演模型包括但不限于以下的方法:1.基于自動(dòng)聚類技術(shù)、粒子群優(yōu)化技術(shù)和模糊趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法，提出了一種多粒度混合預(yù)測(cè)的多屬性時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型。2.基于粗糙集的知識(shí)約簡與Petri網(wǎng)的智能推理，建立了一種風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(RPN)模型，根據(jù)獲得的水域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確地富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)。3.基于粗糙集代數(shù)理論與信息熵理論的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，利用歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整預(yù)測(cè)誤差的特點(diǎn)，得出水質(zhì)指標(biāo)權(quán)重的最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)的中短期高精度預(yù)測(cè)。根據(jù)水環(huán)境推演模型，預(yù)測(cè)未來水生態(tài)環(huán)境關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)水域環(huán)境整體展示的實(shí)景再現(xiàn)與預(yù)警預(yù)報(bào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，其特征在于，包括: 位于浮標(biāo)中部的圓柱型結(jié)構(gòu)的浮標(biāo)體(I); 位于浮標(biāo)體(I)內(nèi)部的電子設(shè)備密封艙(25)，電子設(shè)備密封艙內(nèi)通過電氣線路固定連接有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊(26)、蓄電池組(27)、數(shù)據(jù)采集器(28)和4G路由器(29)，電子設(shè)備密封艙上有頂蓋(43); 浮標(biāo)體外圍設(shè)有儀器艙，垂向分布溫度傳感器(31)、垂向分布葉綠素傳感器(32)、水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器(17)、營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器(18)和超聲多普勒流速儀(22)通過支架分別安裝于對(duì)應(yīng)的儀器艙內(nèi)；位于浮標(biāo)體上表面的吊耳(44); 位于浮標(biāo)體底部的配重塊(2);位于浮標(biāo)體底部的鉸鏈升降機(jī)(3)，浮標(biāo)體通過鉸鏈升降機(jī)纏繞的系留纜(4)固定于水面；垂向分布溫度傳感器(31)和垂向分布葉綠素傳感器(32)通過支架安裝于儀器艙內(nèi)，并與鉸鏈升降機(jī)(36)和(37)相連;位于浮標(biāo)體底部的水垂向收集裝置由連通的蓄水池(19)和伸縮管(23)、(24)組成，為水質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)儀器(17)和營養(yǎng)鹽檢測(cè)儀器(18)配套的抽水栗(20)、(21)置在蓄水池(19)中； 位于浮標(biāo)體上部的棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架(5)通過底座(7)與浮標(biāo)體固定，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架頂部固定有航標(biāo)燈(8)、超聲波氣象工作站(9)、4G路由器天線(10)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)天線(11)。2.如權(quán)利要求1所述的一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，其特征在于:電子設(shè)備密封艙內(nèi)通過電氣線路固定連接有風(fēng)光能互補(bǔ)電源控制器(30)，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架(5)外表面上固定有太陽能電池板(6)，棱臺(tái)結(jié)構(gòu)支架(5)頂部固定有風(fēng)力發(fā)電機(jī)(12)，太陽能電池板(6)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)(12)通過電氣線路與風(fēng)光能互補(bǔ)電源控制器(30)及蓄電池組(27)相連。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，其特征在于:浮標(biāo)體下方還設(shè)置有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器包括動(dòng)力型螺旋槳推動(dòng)器(33)、第一方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器(34)和第二方向調(diào)節(jié)型螺旋槳推動(dòng)器(35);三個(gè)螺旋槳推動(dòng)器均由蓄電池組(27)提供能源，可獨(dú)立啟停。4.一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:由權(quán)利要求1或2所述的一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)與一個(gè)監(jiān)測(cè)中心通過4G無線網(wǎng)絡(luò)和北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)連接。5.—種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:由權(quán)利要求3所述的一種水環(huán)境垂向分布綜合在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo)與一個(gè)監(jiān)測(cè)中心通過4G無線網(wǎng)絡(luò)和北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)連接。
【文檔編號(hào)】B63B22/00GK105842412SQ201610171599
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】黃昱, 李哲, 曹海燕, 湯冬云, 馬健榮, 郭勁松, 劉玉龍
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院