专利名称：浑浊水域监控监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对水下景物进行实时视频监控、对水域水体质量进行三维在线检测和分析处理的系统，特别涉及一种浑浊水域监控监测系统，属于信号装置领域。
背景技术：
由于养殖成本不断上升，养殖生产者在追求最大产出量的同时，不断增加养殖密度，造成了养殖动物代谢物和残余饲料的积累过多，削弱了养殖水体自身的净化能力，引发养殖水体水质和底质日益恶化，氨氮和亚硝酸盐偏高，溶解氧下降，水体环境正常的生化反应功能受阻，使得养殖物机体组织缺氧，生长、代谢和生命活动减慢，养殖物的抗病能力下降，导致疾病频发和流行。因此，对水下景物进行实时视频监控、对水域水体质量进行三维在线检测和分析处理，就显得十分必要。现有的浑水摄像检测及应用技术，其主要内容是在摄像头外部装一个清水箱体， 箱体形状为棱形，或在摄像头外部装一整块透明度很好的有机玻璃制品。在摄检前，必须在箱体内腔灌满清澈的纯净水，水下潜水员必须把灌满清澈的纯净水组合成的箱体摄像面紧贴在被检结构部位，使受检结构部位，始终处于箱体清水环境可摄状态下，这个装置仅能有限增大监控视角及视角范围，监控范围比较小，同时必须派水下潜水员在水下操控该装置， 增加了成本和不便，另外棱形清水箱体不可能很大，大了必须要很多纯净水，潜水员水下操作也很不好控制，如果在远距离作业必须备很多纯净水，由于箱体小，检测范围就小，箱体摄像面必须始终紧贴在被检结构部位，箱体摄像面很容易被划伤，影响检测效果，该装置不能进行自动定位、自动导航和在线水质检测。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可以在浑浊的水域自动定位、自动导航，并且能对水下景物进行实时视频监控、对水域水体质量进行三维在线检测，同时对获取到的信息一方面保存在自身的存储器中，另一方面可实时无线传输到地面基站进行视频观察和分析处理的浑浊水域智能化监控监测系统。本实用新型的目的是这样实现的它包括电动船、升降牵引装置、水下微光摄像装置、无线信号传输装置、组合电缆、和地面控制界面的一体化和可视化系统，水下微光摄像装置通过升降牵引装置与电动船连接，组合电缆与用电设备和信号传输设备连接，地面控制界面的一体化和可视化系统通过无线信号与无线信号传输装置无线联通，电动船上的器件平台设有无线信号传输装置、视频信号的数字化存储装置、无线信号遥控接收装置， 水体水质检测装置设在升降牵引装置的下方，视频信号的数字化存储装置、无线信号遥控接收装置，水体水质检测装置通过组合电缆与无线信号传输装置连接。优选电动船上的器件平台设有船体的自动定位系统、船体的自动导航系统、船体设备的自动检测装置中的一种、二种或三种，并通过组合电缆与无线信号传输装置连接。所述的水质检测传感器、组合电缆、视频信号的数字化存储装置、无线信号传输装置和地面控制界面的一体化和可视化系统组成在线水体水质检测装置；水质检测传感器通过组合电缆与视频信号的数字化存储装置中的水质检测数据存储卡连接。所 述的无线信号传输装置包括无线影音发射机、无线影音接收机和无线信号发射天线，无线影音发射机装在一密封的固定盒内，无线信号发射天线由密封孔导出，并延伸至电动船尾部。所述的无线信号遥控接收装置包括嵌入式控制系统和控制信号接收天线，嵌入式控制系统装在另一密封的固定盒内，控制信号接收天线由密封孔导出，控制信号接收天线直接与嵌入式控制系统连接。所述的船体的自动定位系统包括船载机、地面固定机和串口 ；船载机固定在电动船的器件平台上，通过串口与嵌入式控制系统连接。所述的船体的自动导航系统包括自动导航装置和串口 ；自动导航装置固定在电动船的器件平台上，通过串口与嵌入式控制系统连接。所述的船体设备的自动检测装置包括自动检测微型电脑和串口；自动检测微型电脑固定在电动船的器件平台上，通过串口与船载装置和系统连接。本实用新型通过采用水质检测传感器、自动导航、自动定位、设备的自动检测、视频信号的数字化存储、无线信号传输和远程遥控、地面控制界面的一体化和可视化，实现了系统的控制完全智能化。本实用新型可广泛应用于海洋开发、水下养殖监控、水下作业、 水库大坝水下监控、水下科学实验、水下观光、水下打捞、水下建筑、海底资源勘探及军事应用等领域。
图1、本实用新型实施例1的主视结构示意图。图2、本实用新型实施例1的侧视结构示意图。图3、本实用新型实施例1的俯视结构示意图。图1-3中电动船1，水下推进器2，牵引器3，连接接口 4，承接构件5，微型电脑6， 微光摄像机7，电动变焦镜头8，视距增加罩9，防水灯罩10，水下补偿照明光源11，灯光颜色控制器12，视窗13，密封垫14，盖板密封垫15，密封盖板16，组合电缆17，无线影音发射机天线18，水质检测传感器19，自动导航系统20，自动定位系统21，嵌入式控制系统22，控制系统接收天线23，无线影音发射机24，设备的自动检测装置25，直流电机26，电机固定支架 27，绞线轮28，拉索29，直流电源30，视频信号的数字化存储装置31，器件平台32。
具体实施方式
本发明可以通过发明内容中说明的技术具体实施，通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。实施例1 它包括电动船1、升降牵引装置、水下微光摄像装置、无线信号传输装置、组合电缆17、和地面控制界面的一体化和可视化系统，水下微光摄像装置通过升降牵引装置与电动船1连接，组合电缆17与用电设备和信号传输设备连接，地面控制界面的一体化和可视化系统通过无线信号与无线信号传输装置无线联通，电动船1上的器件平台32设有无线信号传输装置、视频信号的数字化存储装置31、和无线嵌入式控制系统，水体水质检测装置 19设在升降牵引装置的下方，视频信号的数字化存储装置31、无线嵌入式控制系统，水体水质检测装置19通过组合电缆17与无线信号传输装置连接。电动船1上的器件平台32还设有船体的自动定位系统21、船体的自动导航系统 20、和船体设备的自动检测装置25三种设备，并通过组合电缆17与无线信号传输装 置连接。根据实际需求，其它实施例中电动船1上的器件平台32可不设这三种设备；或设有船体的自动定位系统21、船体的自动导航系统20、船体设备的自动检测装置25中的一种、二种，并通过组合电缆17与无线信号传输装置连接。所述的升降牵引装置包括直流电机26、绞线轮28、牵引器3、拉索29和连接接口 4 ；绞线轮28与直流电机26的机轴连接，拉索29 —端与绞线轮28连接；牵引器3由多节牵引套管组成，相邻的引套管之间轴向滑动连接，径向定位连接，牵引器3的一端固定在绞线轮28的下方；拉索29内置于多节牵引套管的管心内或管身外，牵引器3的另一端和拉索 29的另一端分别与连接接口 4的上端连接，连接接口 4的下向与承接构件5连接。所述的水下微光摄像装置包括微型电脑6，微光摄像机7，电动变焦镜头8，防水灯罩10，水下补偿照明光源11，灯光颜色控制器12，组合电缆17和保护罩；保护罩包括密封盖板16，盖板密封垫15，视距增加罩9，视窗13，和密封垫14 ；密封盖板16、盖板密封垫15 与视距增加罩9的顶端连接，视窗13、密封垫14与视距增加罩9的底端连接。水下补偿照明光源11、灯光颜色控制器12内置于防水灯罩10内，防水灯罩10与保护罩的底端周围法兰平台连接。所述的视距增加罩9内设置的定位平台，微光摄像机7通过定位平台安装在视距增加罩9内顶部，微光摄像机7上端与微型电脑6连接，下端与电动变焦镜头8连接；电动变焦镜头8前端镜片外表面顶点到视窗外表面之间的距离，即为水下摄像机增大的视距； 由于摄像视距的增大，监控视角及视角范围也相应增大，监控有效面积也随之增大；增加罩 9两外斜面设置有水质检测传感器19，通过组合电缆17与视频信号的数字化存储装置31 相连。所述的微光摄像机7采用微光增强器和CXD光电成像器件，采用聚焦在1/3英寸 CXD靶面，可实现视场角范围30°-115°、由微型电脑8控制、远程无线遥控电动变焦镜头8， 在镜头变焦范围内，MTF在701p/mm，焦距可无级变换，水下景物可根据需要放大或缩小，监控范围也可调控。所述的水下色度补偿照明光源11根据水质不同其灯光发散角也不同，随水质浑浊度不同，光束照射方向和光的颜色补偿必须作相应调整，防水灯罩10内根据摄像需要设置了光束照射方向调节器及光的颜色的灯光颜色控制器12。密封盖板16上端与承接构件5连接，组合电缆17与用电设备和信号传输设备连接。所述的无线信号传输装置包括无线影音发射机24和无线信号发射天线18，无线信号遥控接收装置包括嵌入式控制系统22和控制信号接收天线23，无线影音发射机24和嵌入式控制系统22分别装在密封的固定盒内，无线影音发射机天线18和控制信号接收天线23分别由两密封孔导出，无线影音发射机天线18延伸至电动船1尾部，控制信号接收天线23直接与嵌入式控制系统22连接。
所述的嵌入式控制系统22，对内通过UART接口与自动导航系统20、与自动定位系统21、与水下推进器2、与水下微光摄像装置分别相连；对外通过控制信号接收天线23接收地面控制界面的一体化和可视化系统的指令。所述的嵌入式控制系统22，是以32位微处理器为核心的嵌入式系统。它处理速度快、内存量大、片内系统资源丰富，可以承载嵌入式实时操作系统；由此就可以实现上述的电子地图、鼠标控制、高清图文液晶显示等功能。所述的船体设备的自动检测装置25包括自动检测微型电脑和串口 ；自动检测微型电脑固定在电动船1的器件平台32上，通过串口与船载装置和系统连接。所述的设备的自动检测装置25的串口与水下推进器2、与水下微光摄像装置、与水质检测传感器19、与自动导航系统20、与自动定位系统21、与嵌入式控制系统22、与无线影音发射机24、与视频信号的数字化存储装置31、与直流电机26、与直流电源30分别相连。所述的船体设备的自动检测装置25是在开机初始，船体电脑对整个系统设备各项功能指标进行自检，传输出结果。在运行过程中也能对故障自检分析，包括对电源的监测，并在低于正常指标的时候报警，自动返航。所述的水质检测传感器19、组合电缆17、视频信号的数字化存储装置31、无线信号传输装置和地面控制界面的一体化和可视化系统组成在线水体水质检测装置；水质检测传感器19通过组合电缆17与视频信号的数字化存储装置31连接。所述的水体水质检测装置19设在视距增加罩9罩体上，针对水产养殖业对水体各项物理和化学指标的要求，设计出同时进行多种信息的采集分析。根据国家有关水产养殖水域水质检测标准规定，该设备实时检测的项目有水温、PH值、盐度、电导率、亚硝酸盐、浊度、溶解氧、氨氮等参数。这里涉及的问题主要是相应的传感器的选择，其次是微处理器的接口、采样和数据处理。拟采用的技术方案是把各水质传感器和一个微型水深传感器高度集成为一个探测头，它体积小，重量轻，具备必须的电源和信号线路，它们分别与船体上的电源和微处理器接口。最后有关数据连同检测位置(三维坐标)和时间被保存在随船的存储卡中；如有必要，也可即时无线传输到地面基站。所述的船体的自动定位系统21包括船载机、地面固定机和串口 ；船载机固定在电动船1的器件平台32上，通过串口与嵌入式控制系统22连接。所述的船体的自动定位系统21，是采用GPS技术。鉴于目前我们只能获取GPS卫星的一般民用信号，单机测量精度低，因此要实行多机相对测量技术。具体实施方案是，船载一台GPS接收机，地面岸上设置一到多台固定位置的GPS接收机(当然数量多，相对位置精度高，但也要考虑到成本，一般设置两台组成一基线)。工作时，船载机和地面固定机同步运行(由于GPS系统有时钟信号， 这点完全可以实现)；所有各机的数据都要记录保存，后续处理得到船体某一刻相对固定点的坐标位置。所述的船体的自动导航系统20包括自动导航装置和串口 ；自动导航装置固定在电动船1的器件平台32上，通过串口与嵌入式控制系统22连接。所述的船体的自动导航系统20，在自动定位的基础上，要使船体按指定的路线航行，首先要设计好与实际水域相符的电子地图和直角坐标系，在使用中，定位系统的最终数据与地图上的路线相对照，船体的动力推进控制系统自动调整即时航向。这样用户就不用实时目测和遥控船体运动，而是可以把预先设定好的路线数据(每条直线段两端点的坐标)发送给船体，让它自动执行。所述的电动船1船体中间设有器件平台32，自动导航系统20、自动定位系统21、嵌入式控制系统22、无线影音发射机24、船体设备的自动检测装置25、视频信号的数字化存储装置31、与直流电机26连接的电机固定支架27、和直流电源30安装在器件平台32上， 牵引器3的一端固定在绞线轮28下方的器件平台32上。电动船1可采用玻璃钢船。 根据监控范围需要，视距增加罩9内微光摄像机7镜头前的视窗13观察面可大可小，微光摄像机7镜头到视窗13观察面的距离可长可短。视距增加罩9自重要大于水对它的浮力，便于视距增加罩9向下移动定位。水下补偿照明光源11设置有多种颜色光源，根据水质差异利用灯光颜色控制器 12更换光源颜色，利用多种颜色的光源进行水下摄像照明补偿，利用光源照明方向控制器调整灯的照明位置和照射方向，使照明尽量在监控范围内。视距增加罩9内设置的定位平台，可以有效阻值微光摄像机7滑动。密封盖板16和盖板密封垫15、视窗13和密封垫14配合使用，防止水进入视距增加罩9内。微光摄像机7采用微光增强器和CCD光电成像器件，使其在暗光下感应图像，利用自动光圈视频驱动器改变CCD的积分时间和改变光圈面积，使其光照范围与微光摄像的动态范围相对应。地面控制界面的一体化和可视化系统与水下成像系统相距较远，且水下成像系统位于水中，首先利用地面控制界面的一体化和可视化系统给嵌入式控制系统22指令，使水下微光摄像装置执行单片机工作，控制光学系统的调光调焦、摄像增强器的电源通断及选通快门的宽度调节、照明光源的开关、亮度调节、灯光状态的查询等，实现嵌入式控制系统22对水下成像系统的控制。使用时，对无线影音发射机24的无线影音发射器和接收器进行调频对接，使视频图像最真实、最清晰，调整照明灯的照明位置和照射方向，使照明尽量在监控范围内，调整时要把水和空气折射问题考虑进去，然后，将电动船1和牵引器3、视距增加罩9和水下补偿照明光源11置于水中，利用承接构件5、连接接口 4和牵引器3，使保护罩与电动船1相连， 打开电源开关，利用基站对嵌入式控制系统22发出摄像指令，控制直流电机26使牵引器3 升降，使水下摄像装置自动到达最佳的摄像位置，此时，地面控制界面的一体化和可视化系统的LCD屏幕上能获得清晰、有效的视频图像。所述的地面控制界面的一体化和可视化包括地面控制界面和可视界面一体化装置和鼠标；地面控制和可视界面一体化装置通过USB 接口与鼠标相连。地面控制界面的一体化和可视化系统利用预先设计好的与实际水域相符的电子地图和直角坐标系，并且在便携式的IXD屏幕上可以显示该水域的电子地图，用鼠标点击图标或地图来向船体发送指令或数据。定位系统的最终数据与地图上的路线相对照，船体的动力推进控制系统自动调整即时航向。利用地面控制界面的一体化和可视化系统对嵌入式控制系统22，发出对电动变焦镜头8变焦指令，水下景物则由大变小或由小变大，监控范围相应地由小变大或由大变小， 遥控器不管怎么调整，监视器始终能获得清晰、有效的视频图像。利用地面控制界面的一体化和可视化系统对嵌入式控制系统22发出水质检测指令，水质检测传感器1 9开始工作，传感器在不同深度、不同时间点、不同方位的三维水系采集到的水温、PH值、盐度、电导率、亚硝酸盐、浊度、溶解氧、氨氮等参数，一方面保存在自身的存储体中，另一方面可实时无线传输到地面基站进行分析处理。
权利要求1.一种浑浊水域监控监测系统，它包括电动船(1)、升降牵引装置、水下微光摄像装置、无线信号传输装置、组合电缆(17)、和地面控制界面的一体化和可视化系统，水下微光摄像装置通过升降牵引装置与电动船(1)连接，组合电缆(17)与用电设备和信号传输设备连接，地面控制界面的一体化和可视化系统通过无线信号与无线信号传输装置无线联通，其特征是电动船(1)上的器件平台(32)设有无线信号传输装置、视频信号的数字化存储装置(31)、和无线信号遥控接收装置，水体水质检测装置(19)设在升降牵引装置的下方，视频信号的数字化存储装置(31)、无线信号遥控接收装置，水体水质检测装置(19)通过组合电缆(17)与无线信号传输装置连接。
2.根据权利要求1所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是电动船(1)上的器件平台 (32)设有船体的自动定位系统(21)、船体的自动导航系统(20)、船体设备的自动检测装置 (25 )中的一种、二种或三种，并通过组合电缆(17 )与无线信号传输装置连接。
3.根据权利要求1或2所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是所述的水质检测传感器(19)、组合电缆(17)、视频信号的数字化存储装置(31)、无线信号传输装置和地面控制界面的一体化和可视化系统组成在线水体水质检测装置；水质检测传感器(19)通过组合电缆(17)与视频信号的数字化存储装置(31)中的水质检测数据存储卡连接。
4.根据权利要求1或2所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是所述的无线信号传输装置包括无线影音发射机(24)、无线影音接收机和无线信号发射天线(18)，无线影音发射机(24)装在一密封的固定盒内，无线信号发射天线(18)由密封孔导出，并延伸至电动船(1)尾部。
5.根据权利要求1或2所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是所述的无线信号遥控接收装置包括嵌入式控制系统(22)和控制信号接收天线(23)，嵌入式控制系统(22)装在另一密封的固定盒内，控制信号接收天线(23)由密封孔导出，控制信号接收天线(23)直接与嵌入式控制系统(22)连接。
6.根据权利要求2所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是所述的船体的自动定位系统(21)包括船载机、地面固定机和UART接口 ；船载机固定在电动船(1)的器件平台(32) 上，通过UART接口与嵌入式控制系统(22)连接。
7.根据权利要求2所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是所述的船体的自动导航系统(20)包括自动导航装置和UART接口 ；自动导航装置固定在电动船(1)的器件平台 (32)上，通过UART接口与嵌入式控制系统(22)连接。
8.根据权利要求2所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是所述的船体设备的自动检测装置(25 )包括自动检测微型电脑和串口；自动检测微型电脑固定在电动船(1)的器件平台(32)上，通过串口与船载装置和系统连接。
9.根据权利要求1或2所述的浑浊水域监控监测系统，其特征是所述的水下微光摄像装置中的防水灯罩(10)内设有光束照射方向调节器及灯光颜色控制器(12)。
专利摘要本实用新型涉及一种浑浊水域监控监测系统，水下微光摄像装置通过升降牵引装置与电动船(1)连接，组合电缆(17)与用电设备和信号传输设备连接，地面控制界面的一体化和可视化系统通过无线信号与无线信号传输装置无线联通，电动船(1)上的器件平台(32)设有无线信号传输装置、视频信号的数字化存储装置(31)、无线信号遥控接收装置，船体的自动定位系统(21)、船体的自动导航系统(20)、船体设备的自动检测装置(25)中的一种、二种或三种，水体水质检测装置(19)设在升降牵引装置的下方，通过组合电缆(17)与无线信号传输装置连接。本实用新型实现了系统的控制完全智能化，可广泛应用于海洋开发、水下养殖监控等水下作业及军事应用等领域。
文档编号H04N7/18GK202111806SQ20112020444
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者王海涛, 邱成, 陈亮水, 陈俊, 陈博, 陈泽堂, 饶运涛 申请人:江西海豹高科技有限公司