专利名称：近水面自动游动式监测站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种近水面监测站，尤其是一种近水面自动游动式监测站。
背景技术：
目前，国际上主要采用海上定点浮标实现海洋动力环境资源的探测。为了实现大 区域海洋动力环境的监测，必须在海面上大量投放浮标，这样不仅投资巨大，而且浮标的适 应能力差、可靠性低、定点困难、监测范围小，尤其是在环境恶劣的海区(如存在暗礁、大风 浪等)，浮标的投放与回收是个棘手的问题。而在这样的区域，载人监测船也很难靠近进行 实地勘测。美国Sea Robotics公司开发的一系列遥控水面无人调查机器人(Unmanned SurveyVehicles，简称USV)可搭载单波束测深仪、ADCP (声学多普勒测流仪)、浅地层剖面 仪(浅剖)、GPS、多波束系统等多种探测传感器，重量为15kg-100kg，可以采用铅酸电池或 锂电池供电，最大速度2. 5-10节，在无线电遥控操作下，可完成远程调查或测量、环境数据 采样、监测监视。但是该USV是一种无线电遥水面探测机器人，缺乏自主的路径规划和定位 导航能力，并未实现未知环境下真正的自主探测。专利号200820060607. 9的中国实用新型专利公开了一种多功能水面机器人，该 机器人主要包括一船体、推进系统以及控制系统，其船体包括左右两个片体，两个片体通过 甲板桥连接，且在左右片体的后下方分别设置有独立的推进系统；其甲板桥上安置有控制 舱；其控制系统中的基站通过安置在控制舱内的受控系统控制推进系统。该机器人虽然可 应用于江河湖海的水面监测、水上信息传递，但其不足之处在于其智能化和自主化程度较 低。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出了一种近水面自动游动式监测站，。本实用新型是采用以下的技术方案实现的一种近水面自动游动式监测站，主要 由近水面监测平台、陆地监控中心以及无线通信系统组成，其中所述的无线通信系统采用 基于GPRS的无线数据通信与图像传输系统，近水面监测平台与陆地监控中心之间通过基 于GPRS的无线数据通信与图像传输系统实现数据传输，其中，近水面监测平台包括中央控 制系统，中央控制系统使用ARM9嵌入式系统，其配合数据采集卡、串行通信卡和各种传感 器组成机载平台，所述的监测平台还包括基于GPS和GIS的定位与导航子系统，自动航行操 船与推进控制子系统，障碍物自动探测、自动避碰、避险子系统，自动数据采集与处理子系 统，基于DSP和H. 264标准的图像采集和编码子系统，上述子系统均与中央控制系统连接。本实用新型中，所述监测站的尾部依次设有单螺旋桨推进和方向舵，站体的两侧 分别设置水平翼，监测站的舱体包括储水舱、电池舱以及位于顶部的舱室，电池舱内设有安 装电池。本实用新型的有益效果是通过在近水面监测平台内设置多个子系统，该监测平台具有海洋动力环境建模、自主定位与环境地图创建、自动避障、最优航线规划、实时远程 测量数据和图像传输、实时故障诊断或报警等功能，能够自动深入到环境恶劣的海区进行 现场勘测，完成各种海洋数据的测量工作，智能化和自主化程度高，同样可以应用于潜艇、 军舰、渔船以及AUV、ROV等的海洋探测系统的最佳航线规划、导航定位中；另外，该监测平 台结构简洁，成本低。总之，本实用新型是一种快速、轻便和智能化的近海水面环境探测装 置。其减少了对监测系统的投入，扩大探测范围，提高系统的智能化水平、监测系统的性能 和投资的经济效益，实现了结构简洁、智能化、自动化、低成本的大区域海洋水面与水下环 境资源的可靠监测。
图1为本实用新型的主视图；图2为本实用新型的俯视图；图3为本实用新型的组成结构示意图；图4为近水面监测平台的组成结构示意图；图5为本实用新型的机载系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。图1至图5为本实用新型所述的近水面自动游动式监测站。该近水面自动游动式 监测站主要由三部分组成近水面监测平台、陆地监控中心以及无线通信系统即基于GPRS 的无线数据通信与图像传输系统，其中近水面监测平台与陆地监控中心之间通过基于GPRS 的无线数据通信与图像传输系统实现数据传输。该监测站选用类似潜艇的流线型站体形状，监测站通过单螺旋桨推进4驱动，并 通过方向舵3控制运动方向，站体两侧加装了两个水平翼5来增加监测站的平衡性。监测 站的舱体1内部分隔为多个舱室，其中包括储水舱6、电池舱7以及位于顶部的舱室2，电池 舱7内设有安装电池8，舱室2内设置电机驱动器以及其他搭载仪器。通过合理布置各舱室 内的部件，可调整站体的重心，使其与浮心重合，保持良好的浮态。陆地监控中心主要是接收检测平台上的各种数据，并将其进行分类、存储、处理以 及分析；完成计划航线的设计以及实时显示计划航线与船舶航迹的信息，实时向检测平台 发送控制指令。基于GPRS的无线数据与图像传输系统实现了陆地监控中心与监测平台间的远程 无线通信，实时传输控制指令、监测平台位置信息、采集的海洋环境数据、图像、障碍物信息寸。近水面监测平台包括中央控制系统，中央控制系统使用ARM9嵌入式系统，其配合 数据采集卡、串行通信卡和各种传感器组成机载平台。所述的监测平台还包括基于GPS和 GIS的定位与导航子系统，自动航行操船与推进控制子系统，障碍物自动探测、自动避碰、 避险子系统，自动数据采集与处理子系统，基于DSP和H. 264标准的图像采集和编码子系 统。上述子系统均与中央控制系统连接。嵌入式系统主要完成传感器信号处理、控制算法 和SLAM算法处理等，其实现的功能主要有以下几个方面接收各功能子系统发来的数据，经处理后通过无线通信系统发送到陆地监控中心；接收陆地监控中心发来的指令，经处理 后发送给相关的子系统；对采集的数据和图像进行预处理，提取有用信息，提供给其他子系 统；根据传感器采集的实时环境信息，实现航线规划，姿态控制等；负责各子系统的协调和 管理工作，具备自检功能，能够进行故障监测与报警及应急处理。各种传感器用于完成导航 和数据采集，如图5所示。基于GPS和GIS的定位与导航子系统，采用GPS定位技术实时测量监测平台的经 度、纬度、方向、速度以及时间等参数。同时，将GIS技术与GPS相结合，以电子海图为背景 实时显示监测平台的位置、速度、计划航线与实际航迹等信息，并给出导航数据。自动航行操船与推进控制子系统是通过自动舵控制监测平台航行在计划航线上， 同时根据避碰、避险子系统发来的指令进行相应操船控制的指令执行系统。这一子系统是 由自动舵及导航设备两大部分构成，自动舵包括舵机、船舵、推进器等，导航设备包括GPS 定位导航数据。障碍物自动探测、自动避碰、避险子系统采用声纳和摄像头等传感器，基于 GPS和传感器数据进行导航与自主定位，极大提升了复杂海洋环境中该监测站的自主导航 定位能力。基于DSP和H. 264标准的图像采集和编码子系统主要用于采集海面环境图像，利 用H. 264标准进行编码压缩，以便利用基于GPRS的无线数据通信与图像传输系统传到陆地 监控中心进行海面环境分析，为导航和避障提供依据。
权利要求1.一种近水面自动游动式监测站，主要由近水面监测平台、陆地监控中心以及无线通 信系统组成，其中所述的无线通信系统采用基于GPRS的无线数据通信与图像传输系统，近 水面监测平台与陆地监控中心之间通过基于GPRS的无线数据通信与图像传输系统实现数 据传输，其特征在于近水面监测平台包括中央控制系统，中央控制系统使用ARM9嵌入式 系统，其配合数据采集卡、串行通信卡和各种传感器组成机载平台，所述的监测平台还包括 基于GPS和GIS的定位与导航子系统，自动航行操船与推进控制子系统，障碍物自动探测、 自动避碰、避险子系统，自动数据采集与处理子系统，基于DSP和H. 264标准的图像采集和 编码子系统，上述子系统均与中央控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的近水面自动游动式监测站，其特征在于所述监测站的尾部 依次设有单螺旋桨推进和方向舵，站体的两侧分别设置水平翼，监测站的舱体包括储水舱、 电池舱以及位于顶部的舱室，电池舱内设有安装电池。
专利摘要本实用新型涉及一种近水面监测站，尤其是一种近水面自动游动式监测站。该监测站主要由近水面监测平台、陆地监控中心以及无线通信系统组成，其中所述的无线通信系统采用基于GPRS的无线数据通信与图像传输系统，近水面监测平台与陆地监控中心之间通过基于GPRS的无线数据通信与图像传输系统实现数据传输，其中，近水面监测平台包括中央控制系统，中央控制系统使用ARM9嵌入式系统，其配合数据采集卡、串行通信卡和各种传感器组成机载平台，所述的监测平台还包括基于GPS和GIS的定位与导航子系统，自动航行操船与推进控制子系统，障碍物自动探测、自动避碰、避险子系统，自动数据采集与处理子系统，基于DSP和H.264标准的图像采集和编码子系统，上述子系统均与中央控制系统连接。
文档编号B63B35/00GK201872911SQ201020594920
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者丛艳平, 殷波, 董佳佳, 薛翔, 贾东宁, 魏志强 申请人:中国海洋大学