一种水下监测网络系统及其运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种水下监测网络系统及其运行方法，所述的系统包括指挥中心、通讯导航系统和水下监测网络；指挥中心包括指挥调度系统、电子海图系统、数据显示系统和数据存储系统，通讯导航系统包括通讯系统和导航系统，水下监测网络由部署在水面、水下空间以及水底的具有一定空间阵型的若干个监测节点组成，监测节点采用圆碟形水下滑翔器作为载体，并搭载水下监测模块。本发明采用圆碟形水下滑翔器作为节点的载体，维护成本极低。有必要维护时，可控制圆碟形水下滑翔器运动到指定位置，不需要工作船海上打捞回收，大大降低了本监测网络的维护成本。本发明在监测网络开展水下监测任务时，始终保持良好的阵型，保证监测数据的完整性和连贯性。
【专利说明】一种水下监测网络系统及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海洋的监测技术，特别是一种水下监测网络系统及其运行方法。【背景技术】
[0002]随着海洋开发的日益深入，构建水下监测网络，完善海洋水下监测技术对安全生产、环境保护、国防安全等都具有重要意义。水下无线传感器网络技术是构建完善水下监测网络的希望，但由于受到能量供给、水下无线通讯技术等方面的限制，该技术还停留在试验阶段，并存在固有缺陷。美国在该领域走在世界的前列，中国也在东海和南海建设试验用水下监测网络。但这些水下监测网络普遍存在水下监测节点固定不动，缺乏机动能力；在近海通过电缆和光缆实现能量供给和通讯，但成本高，监测范围小，在远海部署，则难以解决能量供给问题，不能满足长时间连续作业要求。有的水下监测网络采用水下机器人实现对水下节点数据的采集，运行成本高，延时情况明显。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种水下监测网络系统及其运行方法，使得水下监测网络可以在指定水域长期连续执行监测任务或者按需求整体转移变换监测区域，近、远海都能适应，可以及时回传监测信息并接受监测和运动指令，同时还具备维护成本低和管理便捷的特点。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0005]一种水下监测网络系统，包括指挥中心、通讯导航系统和水下监测网络；所述指挥中心包括指挥调度系统、电子海图系统、数据显示系统和数据存储系统，负责接收水下监测网络的位置、运行状态和监测数据，并发出保证系统正常运行的指令，所述的指令包括运动指令和数据采集策略指令；所述通讯导航系统包括通讯系统和导航系统，负责向水下监测网络提供授时和定位服务，并将指挥中心的指令转发给水下监测网络，将水下监测网络发出的信息转发给指挥中心；水下监测网络负责接收指挥中心发来的指令，采集水面、水下空间及水底位置的监测数据，并将采集的数据通过通讯导航系统回传给指挥中心；所述水下监测网络由部署在水面、水下空间以及水底的具有一定空间阵型的若干个监测节点组成，监测节点采用圆碟形水下滑翔器作为载体，并搭载水下监测模块；圆碟形水下滑翔器包括控制系统、驱动系统、能源系统和通讯系统，所述的能源系统包括蓄能电池和太阳能电池板；
[0006]所述圆碟形水下滑翔器的外形呈回转面形状，俯视图呈圆形，侧视图呈流线型，中心位置厚度最大，最大直径是最大高度的2倍以上；
[0007]所述圆碟形水下滑翔器上表面铺设太阳能电池板；
[0008]所述空间阵列指以监测节点为顶点，由多个监测节点构成的空间结构形式，其基本结构单元的形式为等边三角形或者正方形；所述水下监测网络是由一个或者多个基本结构单元组成的空间结构。[0009]本发明所述的导航系统采用GPS卫星导航系统或北斗导航系统。
[0010]本发明所述的通讯系统采用无线电通讯系统或卫星通讯系统。
[0011]一种水下监测网络系统的运行方法，包括以下步骤:
[0012]A、将若干个搭载水下通讯模块和采集监测数据的传感器的圆碟形水下滑翔器投放到指定水域，并启动圆碟形水下滑翔器上的各个系统；
[0013]B、通过通讯系统接受指挥中心的指令，每个圆碟形水下滑翔器根据指挥中心制定的运动路径，自动滑翔运动到水体中指定的数据采集点位置，全部圆碟形水下滑翔器到达指定位置后，形成执行本次监测任务的水下监测网络；
[0014]C、圆碟形水下滑翔器受水体运动干扰，偏离数据采集点的位置，圆碟形水下滑翔器自动修正，使得监测节点一直处于指定数据采集点附近，满足监测任务要求；
[0015]D、圆碟形水下滑翔器的控制系统定时启动监测模块，采集监测数据并存储监测数据；
[0016]E、圆碟形水下滑翔器完成数据采集任务后，上浮至水面，接收卫星导航信息，并将导航信息和监测数据通过通讯系统传送到指挥中心，启动圆碟形水下滑翔器上表面覆盖的太阳能电池板对蓄能电池进行充电，接受指挥中心的下一步行动指令；
[0017]F、圆碟形水下滑翔器水面充电完毕，其控制系统启动驱动系统，运动到因圆碟形水下滑翔器上浮通讯和充电而出现监测节点空缺的位置，启动监测传感器进行数据采集作业。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0019]1、由于本发明采用圆碟形水下滑翔器作为节点的载体，维护成本极低。有必要维护时，可控制圆碟形水下滑翔器运动到指定位置，不需要工作船海上打捞回收，大大降低了本监测网络的维护成本。
[0020]2、本发明利用圆碟形水下滑翔器极好的转向性能，灵活修正监测网络节点的空间位置，在监测网络开展水下监测任务时，始终保持良好的阵型，保证监测数据的完整性和连贯性。
[0021]3、本发明制定的监测网络节点上浮充电策略保证了整个网络的能量补充问题，克服了现有移动的水下传感器网络普遍存在的能量补充的瓶颈问题。
[0022]4、本发明制定的监测网络节点循环上浮通讯的策略，克服了现有水下传感器网络水下通讯存在成本高和能耗高等问题。同时，上浮通讯策略使得数据传输具有一定的实时性，数据传输量也较小。
[0023]5、本发明采用圆碟形水下滑翔器作为节点的载体，使得监测网络具有很好的整体机动性，当监测网络完成了监测任务以后，可以整体转移到下一个监测节点执行监测任务。
[0024]6、本发明的水下监测网络具有很好的延展性，在监测位置投入若干搭载监测传感器的圆碟形水下滑翔器即可构建监测网络，投入数量因监测任务而异，网络规模可大可小；采用本发明的监测网络构建模式，监测节点的扩大，并不需要相应扩大指挥中心的投入和工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]本发明共有附图5张，其中:[0026]图1是一种移动式水下监测网络系统的监测节点布局示意图。
[0027]图2是一种移动式水下监测网络系统结构示意图。
[0028]图3是监测节点的系统结构示意图。
[0029]图4是圆碟形水下滑翔器的主视图。
[0030]图5是图4的俯视图。
[0031]图中:1、控制系统；2、驱动系统；3、畜能电池；4、太阳能电池板；5、通讯系统；6、
监测模块。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步地说明。如图1-5所示，一种水下监测网络系统，包括指挥中心、通讯导航系统和水下监测网络；所述指挥中心包括指挥调度系统、电子海图系统、数据显示系统和数据存储系统，负责接收水下监测网络的位置、运行状态和监测数据，并发出保证系统正常运行的指令，所述的指令包括运动指令和数据采集策略指令；所述通讯导航系统包括通讯系统5和导航系统，负责向水下监测网络提供授时和定位服务，并将指挥中心的指令转发给水下监测网络，将水下监测网络发出的信息转发给指挥中心；水下监测网络负责接收指挥中心发来的指令，采集水面、水下空间及水底位置的监测数据，并将采集的数据通过通讯导航系统回传给指挥中心；所述水下监测网络由部署在水面、水下空间以及水底的具有一定空间阵型的若干个监测节点组成，监测节点采用圆碟形水下滑翔器作为载体，并搭载水下监测模块6 ;圆碟形水下滑翔器包括控制系统1、驱动系统2、能源系统和通讯系统5，所述的能源系统包括蓄能电池3和太阳能电池板4 ；
[0033]所述圆碟形水下滑翔器的外形呈回转面形状，俯视图呈圆形，侧视图呈流线型，中心位置厚度最大，最大直径是最大高度的2倍以上；
[0034]所述圆碟形水下滑翔器上表面铺设太阳能电池板4 ；
[0035]所述空间阵列指以监测节点为顶点，由多个监测节点构成的空间结构形式，其基本结构单元的形式为等边三角形或者正方形；所述水下监测网络是由一个或者多个基本结构单元组成的空间结构。
[0036]本发明所述的导航系统采用GPS卫星导航系统或北斗导航系统。
[0037]本发明所述的通讯系统5采用无线电通讯系统或卫星通讯系统。
[0038]一种水下监测网络系统的运行方法，包括以下步骤:
[0039]A、将若干个搭载水下通讯模块和采集监测数据的传感器的圆碟形水下滑翔器投放到指定水域，并启动圆碟形水下滑翔器上的各个系统；
[0040]B、通过通讯系统5接受指挥中心的指令，每个圆碟形水下滑翔器根据指挥中心制定的运动路径，自动滑翔运动到水体中指定的数据采集点位置，全部圆碟形水下滑翔器到达指定位置后，形成执行本次监测任务的水下监测网络；
[0041]C、圆碟形水下滑翔器受水体运动干扰，偏离数据采集点的位置，圆碟形水下滑翔器自动修正，使得监测节点一直处于指定数据采集点附近，满足监测任务要求；
[0042]D、圆碟形水下滑翔器的控制系统I定时启动监测模块6，采集监测数据并存储监测数据；
[0043]E、圆碟形水下滑翔器完成数据采集任务后，上浮至水面，接收卫星导航信息，并将导航信息和监测数据通过通讯系统5传送到指挥中心，启动圆碟形水下滑翔器上表面覆盖的太阳能电池板4对蓄能电池3进行充电，接受指挥中心的下一步行动指令；
[0044]F、圆碟形水下滑翔器水面充电完毕，其控制系统I启动驱动系统2，运动到因圆碟形水下滑翔器上浮通讯和充电而出现监测节点空缺的位置，启动监测传感器进行数据采集作业。
【权利要求】
1.一种水下监测网络系统，其特征在于:包括指挥中心、通讯导航系统和水下监测网络；所述指挥中心包括指挥调度系统、电子海图系统、数据显示系统和数据存储系统，负责接收水下监测网络的位置、运行状态和监测数据，并发出保证系统正常运行的指令，所述的指令包括运动指令和数据采集策略指令；所述通讯导航系统包括通讯系统(5)和导航系统，负责向水下监测网络提供授时和定位服务，并将指挥中心的指令转发给水下监测网络，将水下监测网络发出的信息转发给指挥中心；水下监测网络负责接收指挥中心发来的指令，采集水面、水下空间及水底位置的监测数据，并将采集的数据通过通讯导航系统回传给指挥中心；所述水下监测网络由部署在水面、水下空间以及水底的具有一定空间阵型的若干个监测节点组成，监测节点采用圆碟形水下滑翔器作为载体，并搭载水下监测模块(6)；圆碟形水下滑翔器包括控制系统(I)、驱动系统(2)、能源系统和通讯系统(5)，所述的能源系统包括蓄能电池(3)和太阳能电池板(4)； 所述圆碟形水下滑翔器的外形呈回转面形状，俯视图呈圆形，侧视图呈流线型，中心位置厚度最大，最大直径是最大高度的2倍以上； 所述圆碟形水下滑翔器上表面铺设太阳能电池板(4)； 所述空间阵列指以监测节点为顶点，由多个监测节点构成的空间结构形式，其基本结构单元的形式为等边三角形或者正方形；所述水下监测网络是由一个或者多个基本结构单元组成的空间结构。
2.根据权利要求1所述的一种水下监测网络系统，其特征在于:所述的导航系统采用GPS卫星导航系统或北斗导航系统。
3.根据权利要求1所述的一种水下监测网络系统，其特征在于:所述的通讯系统(5)采用无线电通讯系统或卫星通讯系统。
4.一种水下监测网络系统的运行方法，其特征在于:包括以下步骤: A、将若干个搭载水下通讯模块和采集监测数据的传感器的圆碟形水下滑翔器投放到指定水域，并启动圆碟形水下滑翔器上的各个系统； B、通过通讯系统(5)接受指挥中心的指令，每个圆碟形水下滑翔器根据指挥中心制定的运动路径，自动滑翔运动到水体中指定的数据采集点位置，全部圆碟形水下滑翔器到达指定位置后，形成执行本次监测任务的水下监测网络； C、圆碟形水下滑翔器受水体运动干扰，偏离数据采集点的位置，圆碟形水下滑翔器自动修正，使得监测节点一直处于指定数据采集点附近，满足监测任务要求； D、圆碟形水下滑翔器的控制系统(I)定时启动监测模块(6)，采集监测数据并存储监测数据； E、圆碟形水下滑翔器完成数据采集任务后，上浮至水面，接收卫星导航信息，并将导航信息和监测数据通过通讯系统(5)传送到指挥中心，启动圆碟形水下滑翔器上表面覆盖的太阳能电池板(4)对蓄能电池(3)进行充电，接受指挥中心的下一步行动指令； F、圆碟形水下滑翔器水面充电完毕，其控制系统(I)启动驱动系统(2)，运动到因圆碟形水下滑翔器上浮通讯和充电而出现监测节点空缺的位置，启动监测传感器进行数据采集作业。
【文档编号】H04L29/08GK103701902SQ201310737938
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】王天霖 申请人:大连海事大学