[發明專利]一種面向冬季海冰風險管理的海洋信息在線監測浮標系統

有效

• 申請號: 201910398166.6
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110182318B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 王延林;張亞偉;孫珊珊;王振宇;張大勇;樊哲良;張向峰;盧青針;岳前進
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B63B22/00
• 分類號: B63B22/00;G01D21/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

1.一種面向冬季海冰風險管理的海洋信息在線監測浮標系統，其特征在于，其包括抗冰浮標系統、冰環境監測系統、冰力監測系統、冰振監測系統、錨鏈張力監測系統、視頻監測系統、GPS定位系統、供電系統、數據采集系統、通信系統；其中：

所述抗冰浮標系統主要包括抗冰浮標標體、錨鏈、錨塊；

所述冰環境監測系統是在抗冰浮標標體中布置溫鹽深傳感器、風傳感器、溫濕傳感器、波流傳感器、多參數水質測量儀；溫鹽深傳感器用于監測不同深度下的海水的鹽度、溫度情況；風傳感器用于監測海上風速、風向情況；溫濕傳感器用于監測海上的氣溫、濕度情況；波流傳感器用于監測海上波流、流速流向情況；多參數水質測量儀用于監測海水的ph值、濁度、溶解氧和葉綠素水質參數信息；

所述冰力監測系統是在抗冰浮標標體的外表面安裝測力傳感器，測量直接作用在抗冰浮標標體上的冰力情況；

所述冰振監測系統是在抗冰浮標標體內設置振動加速度傳感器；

所述錨鏈張力監測系統是在錨鏈中安裝拉力傳感器；

所述視頻監測系統是在浮標塔架上安裝視頻監控的攝像頭，通過視頻畫面對浮標所處區域海況、冰情進行實時監測；同時通過圖像測量技術確定浮標周圍的冰厚、冰速、冰向、冰類型信息；

所述GPS定位系統是在浮標塔架上部安裝GPS模塊，對浮標進行位置信息測量，確定浮標所處海域的經緯度；

所述供電系統是由風光互補發電系統、電源控制系統和蓄電池組合而成，其為整個浮標系統供電；所述風光互補發電系統包括太陽能發電板、風力發電機；所述電源控制系統為風光互補發電控制器，控制器輸出12V直流電為整個浮標系統的傳感器及設備供電；所述蓄電池為兩組硅能蓄電池并聯組成；

所述數據采集系統是由數據采集模塊、數據處理模塊、數據儲存模塊與數據發送模塊組成；所述數據采集模塊負責按照程序預先設置或者觸發的方式采集不同傳感器的實測數據，并將采集的原始數據發送給數據處理模塊；所述數據處理模板將數據采集模塊采集到的原始數據根據數據格式進行數據的提取與轉換，并將轉換后的數據發送給數據存儲模塊及數據發送模塊；所述數據存儲模塊將接收到的數據根據數據的類型進行分類，并將數據按照預先設置的格式存儲到數據存儲模塊的存儲卡內；所述數據發送模塊將接收到的數據進行處理打包，然后將數據發送到北斗通訊終端模塊，實現對傳感器實測數據的實時采集、存儲與發送的功能；

所述通信系統由北斗通訊終端模塊組成，主要起數據回傳作用；所述數據采集系統將采集到的傳感器數據打包傳輸給北斗通訊終端，經由北斗衛星發送到岸站接收中心；所述北斗通訊終端為北斗通信設備，具有北斗和GPS雙工作模式，帶有標準數字通信接口。

2.權利要求1所述監測系統的方法，其特征在于，太陽能電池板(1)與風力發電機(2)組成風光互補發電系統，安裝在塔架(3)上部的平臺上，該系統收集到的太陽能、風能轉換為電能，通過電源控制系統(4)將電能儲存在蓄電池(5)中；蓄電池為兩組硅能蓄電池并聯組成，布置在抗冰浮標標體(6)艙內；電源控制系統為風光互補發電控制器，布置在抗冰浮標標體艙內，系統正常輸出12V直流電為整個系統的傳感器及設備供電；

錨鏈拉力傳感器(7)安裝在錨鏈中，對錨鏈所受張力進行實時監測；為研究海水溫度分層現象，溫鹽深傳感器(8)沿海水剖面垂直布置3組；多參數水質測量儀(9)安裝在浮標標體底部；波流傳感器(10)水平安裝在浮標側面水線之下，以減少海冰對傳感器的影響；冰力測量傳感器(11)布置在與海平面齊平處的浮標標體外側；振動加速度傳感器(12)安裝在浮標標體內側；風傳感器(13)、溫濕傳感器(14)布置在塔架上部的平臺上；攝像頭(15)安裝在塔架上部的平臺兩側的桅桿上；

數據采集系統(16)布置在抗冰浮標標體艙內，北斗通訊終端(17)安裝在塔架上部；

GPS模塊(18)安裝在塔架上部，為指揮中心準確定位浮標的位置；

在抗冰浮標標體下水之前完成上述各監測設備的布置、走線、防護，待各監測設備安裝就位后，將抗冰浮標標體投放到寒區海域，將錨塊(19)沉入該海域海底，錨塊通過錨鏈(20)連接抗冰浮標標體，組成抗冰浮標系統；

監測系統運行中，各傳感器輸出信號都為485信號，每個傳感器有自己的獨立地址；各個傳感器之間以RS485總線“手拉手”模式相互連接，末端與數據采集模塊的485端口相連；數據采集模塊通過預先設置的程序，分別向不同地址的傳感器發生讀取數據命令；對應地址的傳感器接收到命令后返回給數據采集模塊原始數據；數據采集模塊將該原始數據發送給數據處理模塊，數據處理模塊根據該段代碼的形式解析數據，獲取實時的傳感器數據；數據處理模塊將解析的實時傳感器數據發送給數據存儲模塊和數據發送模塊；數據存儲模塊將發送過來的傳感器數據及本地時鐘對應的時間數據一同存儲到本地的數據存儲卡內，完成數據的本地存儲；同時數據發送模塊將數據處理模塊發送過來的數據與本地時鐘數據整合并放到系統緩存內，直至數據發送模塊獲取足夠的數據，然后將數據進行排列打包，并按照預先設置的方式發送給北斗通訊終端；北斗通訊終端經由北斗衛星發送至岸站接收中心的服務器，服務器接收數據后進行數據的解壓、還原操作，獲取不同時間的傳感器實測數據，并通過程序將數據進行實時的在線顯示、本地歸類存儲操作；岸站接收中心將監測數據進行本地的分析處理，進行風險分析與預測，并將分析結果反饋給地面指揮中心；地面指揮中心根據相關冰情信息，進行冬季的海冰災害風險預報，發布海冰風險預警工作；同時根據現場情況遠程修改浮標的數據采集頻率、讀取關鍵傳感器的監測數據，實現寒區現場監測數據的實時同步監測及遠程傳輸。