一种海洋牧场水下监测装置和监测方法与流程

1.本发明属于海上牧场光纤监测技术领域，具体涉及一种海洋牧场水下监测装置和监测方法。


背景技术：

2.在海洋牧场领域，水下监测尤其是昏暗，甚至是黑暗水体中观测是一个难题。开放式网箱由于直接暴露在海洋中，容易遭受不同的自然灾害以及人文伤害，因此实时对它的实时监测响应就比较重要。传统的水下观测方式就是潜水员携带照明工具进行水下探摸和照相，或者利用机器人进行水下高清摄像。但该方式只能适应光线良好的情况下的观测，对于弱光和深水环境的监测就很难实现全天候实时观测。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种海洋牧场水下监测装置和监测方法，可实时全天候对开放式网箱进行监测。
4.为达到上述目的，本发明一种海洋牧场水下监测装置，包括光纤监测系统、距离选通的激光成像装置和船载分析控制系统，光纤监测系统和距离选通的激光成像装置均与船载分析控制系统电连接；光纤监测系统用于监测网衣受到的外力，并判断网衣受到的外力是否大于阈值，若网衣受到的外力大于阈值，则向船载分析控制系统发送报警信号；船载分析控制系统用于根据报警信号向距离选通的激光成像装置发送启动信号；距离选通的激光成像装置用于根据船载分析控制系统发送的启动信号进行水下拍摄。
5.进一步的，光纤监测系统设置在网箱的结构连接处。
6.进一步的，光纤监测系统包括电连接的光纤感应环和控制器，光纤感应环安装在网衣上端，当光纤感应环感受到压力后，将压力值传递至控制器，控制器进行判断，若某一位置的作用值超过阈值，控制器向船载分析和控制系统发出告警信号和目标位置信息。
7.进一步的，距离选通的激光成像装置包括上位机、处理器、摄像头单元、序列发生器和激光照明装置，摄像头单元、序列发生器和轻型激光照明装置均与处理器连接，处理器与上位机连接；序列发生器用于控制激光照明装置发射的脉冲激光；激光照明装置用于发射向目标物体的方向传播的脉冲激光；固态摄像头单元用于拍摄监测画面，并传递至处理器；处理器用于将固态摄像头单元监测画面进行3d化处理；上位机用于实时接收、存储和分析摄像单元所采集的数据以及3d数据，并且返回固态摄像头单元的拍摄控制指令。
8.进一步的，距离选通的激光成像装置设置在导轨装置上。
9.进一步的，导轨装置包括内层导轨、外层导轨和给进导轨，内层导轨和外层导轨同心设置，圆心为给进导轨的几何中心，给进导轨为十字形，给进导轨的四个端点与外导轨连接。
10.基于上述的监测装置的监测方法，包括以下步骤：
11.s1、光纤监测系统实时监测网衣的受力情况，当监测到网衣受力大于阈值时，通过
船载分析控制系统向距离选通的激光成像装置发送启动信号；
12.s2、距离选通的激光成像装置开始进行水下拍摄；
13.s3、距离选通的激光成像装置将拍摄到的图像发送至船载分析控制系统。
14.进一步的，s1中，监测到网衣受力大于阈值时，船载分析控制系统还向云台发送需监测的位置信号。
15.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
16.本发明利用光纤与网衣的结合技术，通过光纤的受力变化来实现报警，当网衣端的应力超过阈值报警时，拍摄装置启动拍摄，同时利用可以在深水区、昏暗和黑暗以及浑浊水体中的基于距离选通激光成像实现实时观测和分析，解决全天候实时响应实时观测的问题。
17.将光纤监测系统与网衣上端与相连接，当网衣遭受超过安全阈值的作用力之后，光纤监测系统就发出报警信息。
18.进一步的，为了与网箱的整体受力状况进行比较分析，根据需要同时布置光纤监测系统在网箱的结构连接处，通过测试应力变化来辅助反映网衣端所受的应力变化。
19.进一步的，距离选通的激光成像装置设置在导轨装置上，能够方便的移动至目标位置，或者进行多位置拍摄。
20.本发明所述的监测方法，先通过光纤监测系统实时监测网衣的受力情况，当监测到网衣受力大于阈值时，启动距离选通的激光成像装置进行水下拍摄；距离选通成像具有成像清晰、对比度高、抗干扰能力强、不受环境光影响等优点。可用来观察黑暗和浑浊水体中的物体。
附图说明
21.图1为基于光纤监测的网衣主视图；
22.图2为基于光纤监测的网衣俯视图；
23.图3为基于光纤监测的网衣立体示意图；
24.图4为自动导轨式的观测装置示意图；
25.图5为导轨示意图；
26.图6为距离选通的激光成像原理示意图；
27.图7为距离选通的激光成像装置示意图。
28.附图中：1、网箱，2、光纤感应环，4、船，5、船载分析控制系统，6、导轨装置，61、内层导轨，62、外层导轨，63、给进导轨，7、距离选通的激光成像装置，71、摄像头单元，72、序列发生器，73、处理器，74、电脑，75、激光照明装置，8、控制器，10、目标物体，11、网衣。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在海洋牧场中设置有深水养殖网箱，深水养殖网箱包括网衣和安装网衣的骨架。
32.一种海洋牧场水下监测装置，包括光纤监测系统和导轨式水下监测装置。
33.参照图1至图3，光纤监测系统包括光纤感应环2和控制器8，光纤感应环2安装在网衣11上端，用于对网衣11受力进行多点监测，当光纤感应环2感受到作用力后，将压力值传递至控制器8，控制器8进行判断，若某一位置的作用力值超过阈值，控制器8向船4上的船载分析控制系统5发出告警信号和目标位置信息，船载分析控制系统5进行报警，并向距离选通的激光成像装置7发送启动信号和目标位置信息。
34.优选的，为了与网箱1的整体受力情况进行比较分析，根据需要可以同时布置光纤监测系统在网箱1的网衣连接点处，通过测试应力变化来辅助反映网衣11端所受的应力变化。
35.参照图4，深水养殖开放式网箱上部设置有导轨式水下监测装置，导轨式水下监测装置包括导轨装置6和距离选通的激光成像装置7，导轨装置6安装在深水养殖开放式网箱上端外侧，距离选通的激光成像装置7安装在导轨装置6上，且可以沿导轨装置6运动，距离选通的激光成像装置7和船载分析控制系统5连接。
36.参照图5，导轨装置6包括内层导轨61、外层导轨62和给进导轨63，内层导轨和61外导层轨62同心设置，圆心为给进导轨63的几何中心，给进导轨63为十字形，给进导轨63的四个端点与外层导轨62连接，导轨装置6上安装有云台，云台上安装有距离选通的激光成像装置7；
37.初始状态下，云台位于内层导轨61上，当接收到船载分析控制系统5的信号后，云台带动距离选通的激光成像装置7沿着导轨装置6运动至目标位置进行观测拍摄。
38.为实现不同角度的拍摄，安装在导轨下方的云台上的激光成像装置可实现拍摄角度变化，其实现主要通过船载分析和控制系统进行远程控制。该装置要求成像装置始终通过导轨上的线路连接至控制系统。
39.如图6所示，设计和安装距离选通的激光成像装置7，可监测浑浊水体，黑暗水体中的情境。
40.距离选通成像技术是一种“距离层析”成像技术，基于控制选通门控与激光脉冲间的相对延迟实现对特定距离处目标进行成像。因滤除传播过程中大气散射辐射的影响，距离选通成像具有成像清晰、对比度高、抗干扰能力强、不受环境光影响等优点。可用来观察黑暗和浑浊水体中的物体。
41.参照图7，距离选通摄像装置主要部件包括:一台手提电脑74作为上位机，一个处理器73、两个高清固态摄像头单元71，一个轻型激光照明装置75，例如bright solutions所开发的系列产品，一根用于传输电源与信号的复合型的脐带。
42.轻型激光照明装置、高清固态摄像头单元和序列发生器均与处理器连接，处理器通过脐带与手提电脑连接。
43.频闪激光照明单元和两个可选的固态摄像头单元集成在一个紧凑的防水外中，通过电缆连接到用于接受返回的光学信号的处理器。防水壳的强度根据实际使用水深来设计，电缆根据下潜深度来设置。
44.其中：
45.序列发生器用于控制激光照明装置发射的脉冲激光；
46.激光照明装置用于发射向目标物体10的方向传播的脉冲激光；
47.固态摄像头单元用于拍摄监测画面，并将监测画面传递至处理器；
48.处理器用于将固态摄像头单元所采集的数据进行3d化处理，得到3d图像数据；
49.手提电脑用于实时接收、存储和分析两个不同摄像单元所采集的数据，以及3d数据，并且返回固态摄像头单元的拍摄控制指令。
50.基于上述的监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
51.s1、光纤监测系统实时监测网衣11的受力情况，当监测到网衣11受力大于阈值时，通过船载分析控制系统5向距离选通的激光成像装置7发送启动信号，并向云台发送需监测的位置信号；
52.s2、距离选通的激光成像装置7开始进行水下拍摄；
53.s3、距离选通的激光成像装置7将拍摄到的图像发送至船载分析控制系统5。本发明旨在解决网箱的安全监测问题，通过对于网衣与光纤监测相结合的方式，可对突发情况及时反应，通过距离选通的激光成像技术，可实现全天候实时监测，以应对各种黑暗或者浑浊水体等情况下，具有高度的实用性和通用性。
54.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种海洋牧场水下监测装置，其特征在于，包括光纤监测系统、距离选通的激光成像装置(7)和船载分析控制系统(5)，所述光纤监测系统和距离选通的激光成像装置(7)均与船载分析控制系统(5)电连接；所述光纤监测系统用于监测网衣(11)受到的外力，并判断网衣(11)受到的外力是否大于阈值，若网衣受到的外力大于阈值，则向船载分析控制系统(5)发送报警信号；所述船载分析控制系统(5)用于根据报警信号向距离选通的激光成像装置(7)发送启动信号；所述距离选通的激光成像装置(7)用于根据船载分析控制系统(5)发送的启动信号进行水下拍摄。2.根据权利要求1所述的一种海洋牧场水下监测装置，其特征在于，所述光纤监测系统设置在网箱(1)的结构连接处。3.根据权利要求1所述的一种海洋牧场水下监测装置，其特征在于，所述光纤监测系统包括电连接的光纤感应环(2)和控制器(8)，光纤感应环(2)安装在网衣上端，当光纤感应环(2)感受到压力后，将压力值传递至控制器(8)，控制器(8)进行判断，若某一位置的作用值超过阈值，控制器向船载分析和控制系统发出告警信号和目标位置信息。4.根据权利要求1所述的一种海洋牧场水下监测装置，其特征在于，所述距离选通的激光成像装置(7)包括上位机、处理器(73)、摄像头单元(71)、序列发生器(72)和激光照明装置(75)，所述摄像头单元(71)、序列发生器(72)和轻型激光照明装置(75)均与处理器(73)连接，处理器(73)与上位机连接；所述序列发生器(72)用于控制激光照明装置发射的脉冲激光；所述激光照明装置(75)用于发射向目标物体(10)的方向传播的脉冲激光；所述固态摄像头单元(71)用于拍摄监测画面，并传递至处理器；所述处理器(73)用于将固态摄像头单元监测画面进行3d化处理；所述上位机用于实时接收、存储和分析摄像单元所采集的数据以及3d数据，并且返回固态摄像头单元的拍摄控制指令。5.根据权利要求1所述的一种海洋牧场水下监测装置，其特征在于，所述距离选通的激光成像装置(7)设置在导轨装置(6)上。6.根据权利要求5所述的一种海洋牧场水下监测装置，其特征在于，所述导轨装置(6)包括内层导轨(61)、外层导轨(62)和给进导轨(63)，内层导轨(61)和外层导轨(62)同心设置，圆心为给进导轨(63)的几何中心，给进导轨(63)为十字形，给进导轨(63)的四个端点与外导轨连接。7.基于权利要求1所述的监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、光纤监测系统实时监测网衣(11)的受力情况，当监测到网衣(11)受力大于阈值时，通过船载分析控制系统(5)向距离选通的激光成像装置(7)发送启动信号；s2、距离选通的激光成像装置(7)开始进行水下拍摄；s3、距离选通的激光成像装置(7)将拍摄到的图像发送至船载分析控制系统(5)。8.根据权利要求7所述的一种监测方法，其特征在于，所述s1中，监测到网衣受力大于阈值时，船载分析控制系统(5)还向云台发送需监测的位置信号。

技术总结
本发明公开了一种海洋牧场水下监测装置和监测方法，所述监测装置包括光纤监测系统、距离选通的激光成像装置和船载分析控制系统，所述光纤监测系统和距离选通的激光成像装置均与船载分析控制系统电连接；利用光纤与网衣的结合技术，通过光纤的受力变化来实现报警，当网衣端的应力超过阈值报警时，拍摄装置启动拍摄，同时利用可以在深水区、昏暗和黑暗以及浑浊水体中的基于距离选通激光成像实现实时观测和分析，解决全天候实时响应实时观测的问题。题。题。


技术研发人员：陈建军 邱旭 刘鑫 穆延非
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2021.12.21
技术公布日：2022/3/8