一种智能港口海洋环境实时监测系统的制作方法

文档序号:11101672
一种智能港口海洋环境实时监测系统的制造方法与工艺

本发明属于海洋环境监测、水上交通与通讯技术领域,具体涉及一种智能港口海洋环境实时监测系统。



背景技术:

随着港口工程的发展,港口的通过能力越来越依赖于港区和航道水深指标。传统上,港区和航道水深的监测和预报,主要依靠人工观测数据与不定时对潮汐数据的采集,并根据人为经验对收集的数据进行分析从而预测水深状况。实际上,港口航道水深受多方面因素的综合影响,主要包括风、流、温度等。传统人工观测数据只是不定时的用些简易的仪器进行数据采集工作,并没有实时连续的进行监测,数据准确性、可靠性均比较差,数据不能为河流和其它气象因素引起的水位和水流变化提供准确参数依据。

目前港口繁忙、航行密集,港口安全迫切需要各类海洋环境支持,现有的观测主要局限于海洋潮位,在一些重要港口存在海洋潮流特别是随着船舶的大型号,和海港的外延,海洋环境已经成为重要的因素,广泛使用的X波段雷达能够获得港区的海面海浪和海流的状况,但是存在受干扰多,仅仅局限于表层的问题;

近年来海底观测系统得到了广泛的关注和技术研发的投入,实现了一些区域的海洋环境的监测,但应用范围局限不适合应用于港口的海洋环境监测。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题在于提供一种智能港口海洋环境实时监测系统,该系统为座底式观测,其创造性的将电子载波通讯运用到海底观测领域,使用海底电缆进行数据交互,相比光电复合缆有更低的成本和更好的耐磨损等特点,且能实现多样化数据的采集、处理和控制,并集成设计一套海底观测平台和长期实时监测方案,保证了海洋环境因素监测的同时,实现了海底视频观测,降低了建设成本,易于推广和并网,为引航员提供可以实时将海洋环境数据融合到港口的监测和指挥系统。

为了解决上述技术问题,本发明提供一种智能港口海洋环境实时监测系统,主要包括岸基系统、能源与数据传输系统、水下观测平台,其特征在于:所述岸基系统由供电系统、数据与图像处理存储系统和数据与图像远程通讯系统组成;所述能源与数据传输系统为海底电缆,采用电力载波通讯方式实现水下与水上的数据与视频信号的传输以及岸基系统对水下系 统的控制;所述水下观测平台由中央控制舱和传感器、LED照明灯、摄像机组成,其中中央控制舱包括控制系统和密封桶,控制系统密封在密封桶内,内部由主控板、电力载波调制解调器、交换机和电源模块组成。

本发明的进一步的技术方案,所述的摄像头通过交换机与电力载波调制解调器相连,并通过电力载波调制解调器将视频信号加载到能源供应与信息传输系统传输至岸基系统;

本发明的进一步的技术方案,所述的电源模块与海底电缆相连接,负责将220V交流电源通过+220V/+12V AC/DC转换,输出+12V电压作为主控板输入;

所述的主控板中包括电源监控系统、电压分配电路、协议转换电路、串口、网口和集成电路板,电源监控系统、电压分配电路、协议转换电路、串口和网口集成在集成电路板上,串口与传感器和LED照明灯相连接,网口通过交换机与电力载波调制解调器相连接,串口和网口可根据实际需要增减,传感器经串口通过协议转换电路将数据进行协议转换后,通过网口和交换机,经由电力载波调制解调器将数据加载到能源与数据传输系统传输至岸基系统;

所述的电压分配电路主要为电压分配功能:对于+12V电压输入,根据各控制电路不同输入电压,分别进行+12V/+5V DC/DC处理器、+12V/+12V DC/DC摄像头及+12V/+12VDC/DC和+12V/+15V DC/DC传感器输出转换;所述的电源监控系统主要包括处理器和电源监控电路,处理器通过协议转换电路经网口、交换机和电力载波调制解调器传送接收指令,实现各路电源电压监控及各路电源的启停控制。

本发明的进一步的技术方案,所述的供电系统由供电设备和海底电缆组成,其中供电设备包括直接利用220V市电和集成发电机组两种方式,通过海底电缆向水下观测平台输出220V电源;所述的数据与图像远程通讯系统主要由远程服务器、网络通讯模块和交换机组成,负责接收下位机的连接、接收数据、向下位机发送返回信息和转发指令等网络通信;所述的数据与图像处理存储系统主要由交换机、工控机和电力载波调制解调器组成,负责解析数据并分类存储到数据库指定的数据表中,同时负责数据库中公用表记录的增、删、修改以及日志数据表的迁移、删除等维护工作;

本发明的进一步的技术方案,所述的数据与图像处理存储系统包括两套与海底电缆相连接的工控机和电力载波调制解调器,两套工控机上均可实现视频数据和传感器数据的实时监测,一般情况下使用工控机(主)实现系统运转,当维护和出现故障时,开启主控机(备)进行运转。

本发明的进一步的技术方案,所述的网络通讯模块集成了4G、TCP/TP和北斗卫星等通讯模块,实现在线和无线实时观测。

本发明的有益效果:本发明的一种智能港口海洋环境实时监测系统基于电力载波技术使用电力电缆进行数据交互,相比光电复合缆有更低的成本和更好的耐磨损等特点,且能实现多样化数据的采集、处理和控制,在保证常规海底环境因素实时监测的前提下,同步实现海底视频实时观测,并通过集成4G、TCP/TP和北斗卫星等通讯模块的网络通讯模块实现在线和无线实时观测;同时不需要专门铺设特定电缆,可在已有的电力线基础上直接改造,只要使用220V交流电即可实现电力供应,降低了建设和改造成本,便于并网使用,为引航员提供可以实时将海洋环境数据融合到港口的监测和指挥系统,同时在海岛等地方还可以通过集成发电机组和新能源发电机来实现长期观测。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的水下观测平台结构示意图。

图3为本发明的岸基系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。

如图1所示的一种智能港口海洋环境实时监测系统的一优选实施例,主要包括岸基系统、能源与数据传输系统、水下观测平台,其特征在于:所述岸基系统由供电系统、数据与图像处理存储系统和数据与图像远程通讯系统组成;所述能源与数据传输系统为电力线,采用电力载波通讯方式实现水下与水上的数据与视频信号的传输以及岸基系统对水下系统的控制;所述水下观测平台由中央控制舱和传感器、LED照明灯、摄像机组成,其中中央控制舱包括控制系统和密封桶,控制系统密封在密封桶内,内部由主控板、电力载波调制解调器、交换机和电源模块组成。

如图2所示的本发明的又一优选实施例中,所述的摄像头通过交换机与电力载波调制解调器相连,并通过电力载波调制解调器将视频信号加载到能源供应与信息传输系统传输至岸基系统;

所述的电源模块与海底电缆相连接,负责将220V交流电源通过+220V/+12V AC/DC转换,输出+12V电压作为主控板输入;

所述的主控板中包括电源监控系统、电压分配电路、协议转换电路、串口、网口和集成 电路板,电源监控系统、电压分配电路、协议转换电路、串口和网口集成在集成电路板上,串口与传感器和LED照明灯相连接,网口通过交换机与电力载波调制解调器相连接,串口和网口可根据实际需要增减,传感器经串口通过协议转换电路将数据进行协议转换后,通过网口和交换机,经由电力载波调制解调器将数据加载到能源与数据传输系统传输至岸基系统;

所述的电压分配电路主要为电压分配功能:对于+12V电压输入,根据各控制电路不同输入电压,分别进行+12V/+5V DC/DC处理器、+12V/+12V DC/DC摄像头及+12V/+12VDC/DC和+12V/+15V DC/DC传感器输出转换;所述的电源监控系统主要包括处理器和电源监控电路,处理器通过协议转换电路经网口、交换机和电力载波调制解调器传送接收指令,实现各路电源电压监控及各路电源的启停控制。

如图3所示的本发明的又一优选实施例中,本发明的进一步的技术方案,所述的供电系统由供电设备和海底电缆组成,其中供电设备包括直接利用220V市电和集成发电机组两种方式,通过海底电缆向水下观测平台输出220V电源;所述的数据与图像远程通讯系统主要由远程服务器、网络通讯模块和交换机组成,负责接收下位机的连接、接收数据、向下位机发送返回信息和转发指令等网络通信;所述的数据与图像处理存储系统主要由工控机和电力载波调制解调器组成,负责解析数据并分类存储到数据库指定的数据表中,同时负责数据库中公用表记录的增、删、修改以及日志数据表的迁移、删除等维护工作;

所述的数据与图像处理存储系统包括两套与海底电缆相连接的工控机和电力载波调制解调器,两套工控机上均可实现视频数据和传感器数据的实时监测,一般情况下使用工控机(主)实现系统运转,当维护和出现故障时,开启主控机(备)进行运转。

所述的网络通讯模块集成了4G、TCP/TP和北斗卫星等通讯模块,实现在线和无线实时观测。

本发明的又一优选实施例中,一种智能港口海洋环境实时监测系统,海底电缆采用220V电力线,密封桶为一个长250mm,直径为150mm的铝合金密封桶,主控板采用PCB集成电路板,处理器使用STM32芯片,协议转换电路采用RS232转TCP/IP协议电路;传感器分别为CTD和ADCP,经RS232接口通过协议转换电路将数据进行协议转换后,再通过网口和交换机,经由电力载波调制解调器将数据加载到能源与数据传输系统传输至岸基系统;摄像头采用网络摄像头,能够将实时拍摄的图像通过电力载波的方式传输到陆地,同时可根据实际需要增减摄像头数量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

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