一种基于物联网的水下环境远程监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于物联网的水下环境远程监控系统，包括智能终端、集控器、陆地中控室和用户终端机，所述智能终端执行所述集控器的指令，并将采集到的数据发送至所述集控器；所述集控器与所述陆地中控室通过无线传输方式双向连接；所述陆地中控室通过互联网与所述用户终端机双向连接；所述智能终端包括水下机器人、和/或数据采集设备、和/或动作执行终端；所述水下机器人通过电力线载波方式与所述集控器双向电连接。本实用新型可实现对水下环境的远程全方位监控，可实现水下养殖的全程自动化，能及时对突发状况作出预警，大大降低人工成本，提高工作效率，大大降低饵料成本。
【专利说明】—种基于物联网的水下环境远程监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水下作业装置及系统，具体涉及一种基于物联网的水下环境远程监控系统。
【背景技术】
[0002]目前机器人是当今科技研究的热点，机器人能够代替人去完成特定的工作，以减少劳动力的使用和避免人们在危险或不健康的环境中工作。机器人分为自主性和半自主性，自主性机器人能够独立地完成某项工作，不需人为地对它进行干预；而半自主性机器人需要人为对它进行一定地控制才能工作。受到机器人技术与监测技术发展的限制，在复杂工业环境下，让机器人完全自主工作还不太现实。而采用远程遥控操作的机器人可以借助人工智能来完成复杂环境下的机器人控制，是现实条件下最佳的选择。
[0003]我国沿海海岸线、河流、湖泊的水深大都在100米以下，目前市场上的水下机器人几乎完全是国外进口产品，价格昂贵，既无高清视频拍摄能力，也不具备网络数据交换功能，必须由经过一定训练的人员在现场操作，一个人只能操作一台水下机器人，无法实现远程监测控制，对距离较远的水域只能乘船往返，耗时耗力；而且在渔业养殖、海洋科研过程中要对水温、盐度等信息的采集需要同时携带多种专用的仪器另外采集，采集的过程及结果易受天气等其他环境因素的影响，精度低，难以做到实时采集、实时响应和全天候监控，缺少数据分析处理能力，无法对突发状况进行及时预警。随着我国对海洋等水域开发力度的不断加大投入，涉及海洋、湖泊等水域的养殖、科研、调查、捕捞、采矿等行业迫切需要将带有网络传输功能的水下机器人代替潜水员完成水下观察、测量、监控、采样等工作。
[0004]此外，现有ROV水下机器人(有缆水下机器人)的数据传输主要采用传统通讯方式和光纤传输，传统通讯系统(例如485串行接口)传输速度很低，通讯速率一般不超过1Mbps，无法适应大规模数据的高速实时传输，光纤传输造价高昂，且光缆容易损坏。
实用新型内容
[0005]本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种具有远程监控能力的基于物联网的水下环境远程监控系统。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]一种基于物联网的水下环境远程监控系统，包括智能终端，集控器、陆地中控室和用户终端机，所述智能终端与所述集控器双向连接；所述集控器与所述陆地中控室双向连接；所述陆地中控室与所述用户终端机双向连接。
[0008]进一步地，所述集控器通过无线传输方式与所述陆地中控室双向连接，和/或所述陆地中控室通过互联网与所述用户终端机双向连接。
[0009]进一步地，所述集控器通过选自GPRS/短信/3G/4G/无线网桥/卫星中的一种无线传输方式与所述陆地中控室双向连接。
[0010]进一步地，所述智能终端包括水下机器人、和/或数据采集设备、和/或动作执行终端。
[0011]进一步地，所述水下机器人内集成电力线载波通讯模块，通过电力线载波方式与所述集控器双向连接，和/或所述数据采集设备与所述集控器之间通过以太网方式连接，和/或所述动作执行终端与所述集控器之间通过RS485方式通讯。
[0012]进一步地，所述水下机器人还包括水下机器人控制部和图像采集模块，所述图像采集模块用于接受水下机器人控制部的控制采集水下图像信息，并将采集到的水下图像信息通过电力线载波通讯模块发送至所述集控器。
[0013]进一步地，所述电力线载波通讯模块包括UART转网口模块、视频服务器、集线器以及电力线载波调制解调器，所述UART转网口模块、视频服务器和电力线载波调制解调器分别与所述集线器双向连接，所述水下机器人控制部与所述UART转网口模块双向连接，所述水下机器人图像采集模块将采集到的图像信息上传至视频服务器，再发送至集控器。
[0014]进一步地，所述数据采集设备为摄像装置和/或传感器模块，和/或所述动作执行终端为投饵机、和/或增氧机。
[0015]进一步地，所述传感器模块包括溶氧传感器、盐度传感器、温度传感器、流速传感器、氨氮传感器、电导率传感器、深度传感器、叶绿素传感器、浊度传感器、密度传感器、声速传感器和后向散射传感器中的一种或几种。
[0016]进一步地，基于物联网的水下环境远程监控系统还包括网箱，所述智能终端设置于所述网箱内部或外部。
[0017]本实用新型的有益效果为:可实现对水下环境的远程全方位监控，可实现水下养殖的全程自动化，能及时对突发状况作出预警，大大降低人工成本，提高工作效率，大大降低饵料成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作详细阐述:
[0019]图1为本实用新型基于物联网的水下环境远程监控系统的一种实施方式的电路结构框图。
[0020]图2为本实用新型基于物联网的水下环境远程监控系统中水下机器人的一种实施方式的电路结构框图。
[0021]图3为本实用新型基于物联网的水下环境远程监控系统中水下机器人中电力线载波通讯模块与水下机器人的连接电路结构框图。
[0022]图4为本实用新型基于物联网的水下环境远程监控系统的另一种实施方式的结构示意图。
[0023]其中，附图标记为:1:智能终端；11:水下机器人；111:水下机器人控制部；112:电源模块；113:运动控制模块；114:水下机器人传感器模块；115:水下机器人图像采集模块；116:电力线载波通讯模块；1161:UART转网口模块；1162:视频服务器；1163:集线器；1164:电力线载波调制解调器；117:照明模块；12:数据采集设备；121:摄像装置；122 --传感器1?块；13:动作执打终端；131:投傅机；132:增氧机；2:集控器；3:陆地中控室；4:用户终端机；5:网箱；51:网箱平台。
【具体实施方式】
[0024]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0025]实施例1:
[0026]如图1所示，一种基于物联网的水下环境远程监控系统，包括智能终端1，集控器
2、陆地中控室3和用户终端机4，所述智能终端I与所述集控器2双向连接；所述集控器2与所述陆地中控室3双向连接；所述陆地中控室3与所述用户终端机4双向连接。在本实施例中，所述集控器2通过无线传输方式与所述陆地中控室3双向连接，例如GPRS/短信/3G/4G/无线网桥/卫星等无线传输方式，所述陆地中控室3通过互联网与所述用户终端机4双向连接。
[0027]所述智能终端I包括水下机器人11、和/或数据采集设备12、和/或动作执行终端13，当然也可以增加其他智能终端，本实施例对此不作限制。
[0028]在本实施例中，所述数据采集设备12与所述集控器2之间通过以太网方式连接。所述数据采集设备12为摄像装置121、和/或传感器模块122，当然也可以增加其他数据采集设备，本实施例对此不作限制。摄像装置121用于采集水下的图像信息，可以为云台水下摄像机、和/或固定水下摄像机、和/或室外红外夜视变焦z?台摄像机等；传感器I旲块122用于检测水体理化数据和/或水产生物指标例如体长等数据，可以为例如溶氧传感器、盐度传感器、温度传感器、流速传感器、氨氮传感器、电导率传感器、深度传感器、叶绿素传感器、浊度传感器、密度传感器、声速传感器和后向散射传感器等等，本实施例对此不作限制。
[0029]所述动作执行终端13与所述集控器2之间通过RS485方式通讯。所述动作执行终端13为投饵机131、和/或增氧机132，当然也可以增加其他动作执行终端，本实施例对此不作限制。
[0030]如图2所示，所述水下机器人11内集成电力线载波通讯模块116，通过电力线载波方式与所述集控器2双向连接，使得水下机器人11的脐带缆(即水下机器人11与集控器2之间的通信电缆)可简化为双芯结构，比起传统的6-8芯脐带缆具有不易损坏、重量轻、价格低、维修方便等多方面优势。具体地，如图2所示，所述水下机器人11包括水下机器人控制部111、电源模块112、运动控制模块113、水下机器人传感器模块114、水下机器人图像采集模块115以及电力线载波通讯模块116，所述电源模块112为水下机器人供电，所述运动控制模块113由水下机器人控制部111控制，驱动水下机器人11运动；所述水下机器人传感器模块114用以采集水体理化数据、和/或水产生物指标等数据，并将采集到的数据发送至所述水下机器人控制部111，再由水下机器人控制部111通过电力线载波通讯模块116发送至集控器2 ;所述水下机器人图像采集模块115用于接受水下机器人控制部111的控制采集水下图像信息，并将采集到的水下图像信息通过电力线载波通讯模块116发送至集控器2 ;所述水下机器人图像采集模块115包括前置摄像头和后置摄像头，所述水下机器人控制部111控制前置摄像头和后置摄像头之间的切换。
[0031]如图3所示，所述电力线载波通讯模块116包括UART转网口模块1161、视频服务器1162、集线器1163以及电力线载波调制解调器1164，所述UART转网口模块1161、视频服务器1162和电力线载波调制解调器1164分别与所述集线器1163双向连接，所述水下机器人控制部111与所述UART转网口模块1161双向连接，用于将水下机器人11的采集数据通过电力线载波通讯模块116发送至集控器2，同时接收集控器2下传的控制指令；所述水下机器人图像采集模块115将采集到的图像信息上传至视频服务器1162，再发送至集控器2。
[0032]水下机器人11还可以设置照明模块117，为水下机器人11照明。
[0033]如上所述智能终端I将采集到的各类信息发送至集控器2，集控器2通过无线传输方式上传至陆地中控室3的服务器。陆地中控室3的服务器将收到的信息对外发送至用户手机、电脑、PAD等用户终端机4。陆地中控室3和相关用户可以通过大屏幕、计算机、智能手机、PAD等终端设备查看智能终端I采集的图像和各类数据，实现在线实时监控；用户通过用户终端机4观看视频及水质等参数，根据养殖需要发送增氧、投饵等控制指令到陆地中控室3，由陆地中控室3发送指令传达给集控器2，集控器2根据指令控制智能终端I例如投饵机131、增氧机132，实现远程智能控制；传感器模块122以及水下机器人传感器模块114能够全面监控水质状况，在发生不利养殖的情况(如缺氧、盐度波动、水温波动、环境污染、灾害天气等)时，可自动提示用户进行处理(例如启动增氧机132的增氧泵等)，最大限度规避水产养殖的常见风险。
[0034]实施例2:
[0035]如图4所示,本实施例与实施例1的不同之处在于:还包括网箱5,所述网箱5指养殖用网箱，所述网箱5顶部设置有网箱平台51，所述集控器2设置在所述网箱平台51上，所述智能终端I设置于所述网箱5内部或外部，例如，所述投饵机131、增氧机132 (图中未画出)等动作执行终端13设置在所述网箱平台51上；将水下机器人11、云台水下摄像机、固定水下摄像机等摄像装置121以及传感器模块122 (图中未画出)设置于网箱内部，实现对网箱5内部水体理化数据、和/或水产生物指标、水下图像等数据的采集。
[0036]水下机器人图像采集模块115以及摄像装置121可监控网箱内的饵料沉积情况，并发送至至集控器2，集控器2通过无线传输方式上传至陆地中控室3的服务器。陆地中控室3的服务器将收到的信息对外发送至用户手机、电脑等用户终端机4 ;陆地中控室3和用户可以结合传感器模块122以及水下机器人传感器模块114的水体理化数据(如温度、溶解氧、氨氮等)、水产的生物指标(如体长、生长阶段等)确定合适的投饵时间和投饵数量，从而远程控制投饵机131的启停、及开启时间等参数；对比目前人工投饵的随意性、无序性而言，能够显著降低饵料的用量，提高饵料的饲养效率。
[0037]当然，还可以根据实际养殖需要，在网箱5内部或外部增设其他动作执行终端，本实施例对此不作限制。
[0038]上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:包括智能终端(1)，集控器(2)、陆地中控室(3)和用户终端机(4)，所述智能终端(I)与所述集控器(2)双向连接；所述集控器(2)与所述陆地中控室(3)双向连接；所述陆地中控室(3)与所述用户终端机(4)双向连接。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述集控器(2)通过无线传输方式与所述陆地中控室(3)双向连接，和/或所述陆地中控室(3)通过互联网与所述用户终端机(4)双向连接。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述集控器(2)通过选自GPRS/短信/3G/4G/无线网桥/卫星中的一种无线传输方式与所述陆地中控室(3)双向连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述智能终端(I)包括水下机器人(II)、和/或数据采集设备(12)、和/或动作执行终端(13)。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述水下机器人(11)内集成电力线载波通讯模块(116)，通过电力线载波方式与所述集控器(2)双向连接；和/或所述数据采集设备(12)与所述集控器(2)之间通过以太网方式连接；和/或所述动作执行终端(13)与所述集控器(2)之间通过RS485方式通讯。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述水下机器人(11)还包括水下机器人控制部(111)和图像采集模块(115 )，所述图像采集模块(115 )用于接受水下机器人控制部(111)的控制采集水下图像信息，并将采集到的水下图像信息通过电力线载波通讯模块(116)发送至所述集控器(2 )。
7.根据权利要求5或6所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述电力线载波通讯模块(116)包括UART转网口模块(1161)、视频服务器(1162)、集线器(1163)以及电力线载波调制解调器(1164)，所述UART转网口模块(1161)、视频服务器(1162)和电力线载波调制解调器(1164)分别与所述集线器(1163)双向连接，所述水下机器人控制部(111)与所述UART转网口模块(1161)双向连接，所述水下机器人图像采集模块(115)将采集到的图像信息上传至视频服务器(1162)，再发送至集控器(2)。
8.根据权利要求5所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述数据采集设备(12)为摄像装置(121)和/或传感器模块(122)，和/或所述动作执行终端(13)为投饵机(131)、和/或增氧机(132)。
9.根据权利要求8所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:所述传感器模块(122)包括溶氧传感器、盐度传感器、温度传感器、流速传感器、氨氮传感器、电导率传感器、深度传感器、叶绿素传感器、浊度传感器、密度传感器、声速传感器和后向散射传感器中的一种或几种。
10.根据权利要求1至3任一项所述的基于物联网的水下环境远程监控系统，其特征在于:还包括网箱(5)，所述智能终端(I)设置于所述网箱(5)内部或外部。
【文档编号】G01N33/18GK204045001SQ201420495915
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】马秀芬, 范平 申请人:青岛罗博飞海洋技术有限公司