[发明专利]一种面向冬季海冰风险管理的海洋信息在线监测浮标系统

权利要求书

1.一种面向冬季海冰风险管理的海洋信息在线监测浮标系统，其特征在于，其包括抗冰浮标系统、冰环境监测系统、冰力监测系统、冰振监测系统、锚链张力监测系统、视频监测系统、GPS定位系统、供电系统、数据采集系统、通信系统；其中：

所述抗冰浮标系统主要包括抗冰浮标标体、锚链、锚块；

所述冰环境监测系统是在抗冰浮标标体中布置温盐深传感器、风传感器、温湿传感器、波流传感器、多参数水质测量仪；温盐深传感器用于监测不同深度下的海水的盐度、温度情况；风传感器用于监测海上风速、风向情况；温湿传感器用于监测海上的气温、湿度情况；波流传感器用于监测海上波流、流速流向情况；多参数水质测量仪用于监测海水的ph值、浊度、溶解氧和叶绿素水质参数信息；

所述冰力监测系统是在抗冰浮标标体的外表面安装测力传感器，测量直接作用在抗冰浮标标体上的冰力情况；

所述冰振监测系统是在抗冰浮标标体内设置振动加速度传感器；

所述锚链张力监测系统是在锚链中安装拉力传感器；

所述视频监测系统是在浮标塔架上安装视频监控的摄像头，通过视频画面对浮标所处区域海况、冰情进行实时监测；同时通过图像测量技术确定浮标周围的冰厚、冰速、冰向、冰类型信息；

所述GPS定位系统是在浮标塔架上部安装GPS模块，对浮标进行位置信息测量，确定浮标所处海域的经纬度；

所述供电系统是由风光互补发电系统、电源控制系统和蓄电池组合而成，其为整个浮标系统供电；所述风光互补发电系统包括太阳能发电板、风力发电机；所述电源控制系统为风光互补发电控制器，控制器输出12V直流电为整个浮标系统的传感器及设备供电；所述蓄电池为两组硅能蓄电池并联组成；

所述数据采集系统是由数据采集模块、数据处理模块、数据储存模块与数据发送模块组成；所述数据采集模块负责按照程序预先设置或者触发的方式采集不同传感器的实测数据，并将采集的原始数据发送给数据处理模块；所述数据处理模板将数据采集模块采集到的原始数据根据数据格式进行数据的提取与转换，并将转换后的数据发送给数据存储模块及数据发送模块；所述数据存储模块将接收到的数据根据数据的类型进行分类，并将数据按照预先设置的格式存储到数据存储模块的存储卡内；所述数据发送模块将接收到的数据进行处理打包，然后将数据发送到北斗通讯终端模块，实现对传感器实测数据的实时采集、存储与发送的功能；

所述通信系统由北斗通讯终端模块组成，主要起数据回传作用；所述数据采集系统将采集到的传感器数据打包传输给北斗通讯终端，经由北斗卫星发送到岸站接收中心；所述北斗通讯终端为北斗通信设备，具有北斗和GPS双工作模式，带有标准数字通信接口。

2.权利要求1所述监测系统的方法，其特征在于，太阳能电池板(1)与风力发电机(2)组成风光互补发电系统，安装在塔架(3)上部的平台上，该系统收集到的太阳能、风能转换为电能，通过电源控制系统(4)将电能储存在蓄电池(5)中；蓄电池为两组硅能蓄电池并联组成，布置在抗冰浮标标体(6)舱内；电源控制系统为风光互补发电控制器，布置在抗冰浮标标体舱内，系统正常输出12V直流电为整个系统的传感器及设备供电；

锚链拉力传感器(7)安装在锚链中，对锚链所受张力进行实时监测；为研究海水温度分层现象，温盐深传感器(8)沿海水剖面垂直布置3组；多参数水质测量仪(9)安装在浮标标体底部；波流传感器(10)水平安装在浮标侧面水线之下，以减少海冰对传感器的影响；冰力测量传感器(11)布置在与海平面齐平处的浮标标体外侧；振动加速度传感器(12)安装在浮标标体内侧；风传感器(13)、温湿传感器(14)布置在塔架上部的平台上；摄像头(15)安装在塔架上部的平台两侧的桅杆上；

数据采集系统(16)布置在抗冰浮标标体舱内，北斗通讯终端(17)安装在塔架上部；

GPS模块(18)安装在塔架上部，为指挥中心准确定位浮标的位置；

在抗冰浮标标体下水之前完成上述各监测设备的布置、走线、防护，待各监测设备安装就位后，将抗冰浮标标体投放到寒区海域，将锚块(19)沉入该海域海底，锚块通过锚链(20)连接抗冰浮标标体，组成抗冰浮标系统；

监测系统运行中，各传感器输出信号都为485信号，每个传感器有自己的独立地址；各个传感器之间以RS485总线“手拉手”模式相互连接，末端与数据采集模块的485端口相连；数据采集模块通过预先设置的程序，分别向不同地址的传感器发生读取数据命令；对应地址的传感器接收到命令后返回给数据采集模块原始数据；数据采集模块将该原始数据发送给数据处理模块，数据处理模块根据该段代码的形式解析数据，获取实时的传感器数据；数据处理模块将解析的实时传感器数据发送给数据存储模块和数据发送模块；数据存储模块将发送过来的传感器数据及本地时钟对应的时间数据一同存储到本地的数据存储卡内，完成数据的本地存储；同时数据发送模块将数据处理模块发送过来的数据与本地时钟数据整合并放到系统缓存内，直至数据发送模块获取足够的数据，然后将数据进行排列打包，并按照预先设置的方式发送给北斗通讯终端；北斗通讯终端经由北斗卫星发送至岸站接收中心的服务器，服务器接收数据后进行数据的解压、还原操作，获取不同时间的传感器实测数据，并通过程序将数据进行实时的在线显示、本地归类存储操作；岸站接收中心将监测数据进行本地的分析处理，进行风险分析与预测，并将分析结果反馈给地面指挥中心；地面指挥中心根据相关冰情信息，进行冬季的海冰灾害风险预报，发布海冰风险预警工作；同时根据现场情况远程修改浮标的数据采集频率、读取关键传感器的监测数据，实现寒区现场监测数据的实时同步监测及远程传输。