[發明專利]養殖圍欄設施結構振動及形變實時監測系統

在審

• 申請號: 202110289475.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113074807A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 崔勇;關長濤;賈玉東;公丕海
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院黃海水產研究所
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01B21/32
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 沈小明

本發明涉及一種養殖圍欄設施結構振動及形變實時監測系統，屬于網箱養殖安全監測技術領域，所述系統由監測設備與監控終端組成；監測設備由數據采集與傳輸模塊以及電源模塊組成；監測終端基于B/S架構設計，服務器端實時接收并存儲監測設備所采集傳輸的養殖圍欄設施實時加速度數據，瀏覽器端對數據進行可視化以及監控指令下發；同時監測終端能夠基于小波閾值降噪后利用加速度數據計算養殖圍欄設施柱體結構傾斜角以及空間位移量，通過融合傾斜角度與空間位移量數據即可知道養殖圍欄設施結構的形變程度，最后在監測終端對振動與形變數值進行實時可視化；本發明系統可以實現對養殖圍欄設施結構形變及振動的實時監測。

技術領域

本發明屬于網箱養殖安全監測技術領域，具體是一種養殖圍欄設施結構振動及形變實時監測系統。

背景技術

隨著海洋養殖業的不斷發展，養殖圍欄設施得到了廣泛應用，為保障海上養殖生產的順利進行，養殖圍欄設施結構的安全監測尤為重要。

圍欄養殖設施結構本身一般由柱體圍欄結構及柔性體網衣組成，目前尚無針對這一海工結構的相關設計規范，故在設計時，大多參考海洋工程領域設計規范。由于開放海域海況復雜、浪潮涌動，養殖平臺承受著各種外載荷的作用。首先，平臺的柱體結構會產生振動導致材料疲勞從而產生位移及形變；其次，網衣系統也會產生大變形從而影響魚類的生長，這些給平臺結構本身與養殖安全生產均帶來不確定風險。

圍欄養殖設施結構具有頻率低、量程大的振動特點，為典型的隨機振動。，傳統的大型結構振動監測模式因其局限性并不適用圍欄養殖設施結構，同時現有的無線振動監測技術也大多基于zigbee或WIFI技術，這兩種技術是一種近距離傳輸的無線傳輸技術，只能做到短距離的無線振動數據采樣，無法實現對振動數值的實時監測從而無法確保監測的實時性。

養殖圍欄設施所在海域一般具有4G信號的全覆蓋，4G-DTU設備其主要功能是可以將串口數據轉換為IP數據進行發送，可以支持高帶寬的不受距離限制的實時采樣數據傳輸。

在這樣的技術背景之下，本發明提供了一種養殖圍欄設施結構振動及形變實時監測方法，可以組網式對養殖圍欄設施結構振動及形變做到實時監測，從而為海上養殖安全生產提供決策依據，保障人身安全，減少財產損失。

發明內容

本發明提供了一種養殖圍欄設施結構振動及形變實時監測系統，所述系統可以實現對養殖圍欄設施結構形變及振動的實時監測。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種養殖圍欄設施結構振動及形變實時監測系統，所述系統由監測設備與監控終端組成；

監測設備由數據采集與傳輸模塊以及電源模塊組成；其中數據采集與傳輸模塊由STM32主板、三軸加速度計、4G-DUT無線傳輸設備組成；電源模塊由鋰電池、太陽能板、市電插頭及轉換器以及市電與太陽能互補充電控制器組成；監測設備整體采用適用于近海圍欄養殖平臺環境的抗鹽霧、耐腐蝕的水密盒子作為承載外殼，集成封裝所有裝置；所述三軸加速度計采用RION AKF392 MEMS數字型加速度計；

監測終端基于B/S架構設計，服務器端實時接收并存儲監測設備所采集傳輸的養殖圍欄設施結構實時加速度數據，瀏覽器端對數據進行可視化以及監控指令下發；同時監測終端能夠基于小波閾值降噪后利用加速度數據計算養殖圍欄設施柱體結構傾斜角以及空間位移量，通過融合傾斜角度與空間位移量數據即可知道其形變程度，最后在監測終端對振動與形變數值進行實時可視化；

所述的小波閾值降噪的具體方法如下：

1)對含有噪聲的信號選擇相應的小波分解尺度和小波基函數進行小波分解從而得到各層次小波分解分量，包括細節分量和近似分量；

假設含有噪聲的信號表示為：

f(t)＝a(t)+m(t)