【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋观测监控，尤其涉及一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统。
技术介绍
1、我国拥有300多万平方公里的海洋国土面积，海洋环境及资源的开发与保护，对于强国建设、民族复兴、以及推动城乡人居环境明显改善具有重要意义。对于水下资源的开发与保护方面，涉及鱼群的探测、海洋生态群检测、珊瑚礁保护、沉船勘探及辅助打捞，海底沉积物的搜索等领域；对于海面监测方面，涉及海面污染物监测、走私船只的跟踪等领域。
2、常规的水面及水下监测手段，主要是采用船舶结合拖曳式的无人潜航器或者放飞的无人机，仅能对水下或者水面的有限范围进行搜索和跟踪，并且受限于续航时间瓶颈的问题，不能长时间远离投放船舶所在位置，导致探测设备的应用范围和使用场景非常有限。
3、因此，有必要提供一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，结合水下的深海平台、能够在水面和水下分别进行跨介质飞行的跨介质飞行器和高空飞艇，深海平台能够利用水下洋流进行发电和储能，并对邻近的跨介质飞行器进行水下通信与充电，构建水下-水面-水上-空中-太空的通信链路，实现海洋数据的并网以及无人监管的长期运行，改善现有海洋观测设备功能单一、无法实现立体观测的缺点，是非常必要的。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种能够实现现水下-水面-水上立体观测、无需人工船舶收放平台管理、对各高度层级设备进行联网，最终实现跨高度，跨介质的立体化海洋监测的基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统
2、本专利技术提供了一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，包括：
3、若干深海平台，固定设置在水面下一定深度，用于在海流作用下进行发电并本地存储电能，并进行近邻范围的深海监测，获得深海环境信息；
4、若干跨介质飞行器，用于接收深海平台发送的深海环境信息，在若干深海平台附近的水下区域进行联合探测，或者在水面低空区域进行联合探测，将得到的深海环境信息或者联合探测结果向外发送；
5、若干高空飞艇，布设在海域的高空位置，用于与若干跨介质飞行器进行通信，接收深海环境信息或者联合探测结果；
6、近地卫星，用于与若干高空飞艇进行通信，接收若干高空飞艇转发的深海环境信息或者联合探测结果，实现后台同步和远程存储。
7、在以上技术方案的基础上，优选的，所述若干深海平台均包括平台层、若干立柱、若干海流能发电机、储能设备和深海监测设备；平台层位于水下并与海平面平行设置，平台层靠近海底的一侧设置有若干立柱，若干立柱的一端与平台层固定连接，若干立柱的另一端竖直朝下延伸并与伸入海底；若干海流能发电机一一对应的设置在若干立柱的外侧；平台层靠近海平面的一侧设置有储能设备；海流能发电机的输出端与储能设备电性连接，储能设备上还设置有若干水下充电接头，若干水下充电接头用于对若干跨介质飞行器充电；储能设备靠近海平面一侧还设置有深海监测设备，深海监测设备与储能设备电性连接，深海监测设备用于获取深海环境信息并与若干跨介质飞行器通信连接。
8、优选的，所述若干跨介质飞行器均包括本体、两用螺旋桨、一对前小翼、一对主机翼、尾部舱、尾翼和一对后小翼；所述本体一端设置有两用螺旋桨，本体侧面对称设置有一对前小翼，本体顶部设置有一对主机翼，所述一对前小翼和一对主机翼均与本体铰连接；本体另一端设置有尾部舱，尾部舱的顶部设置有尾翼，尾部舱的的侧面对称设置有一对后小翼，尾翼和一对后小翼均与尾部舱铰连接；两用螺旋桨用于驱动本体在水下或者空中前进，一对前小翼和一对后小翼用于改变本体在水下或者空中的俯仰姿态；一对主机翼用于在空中飞行时展开，提升升力，并在水下航行时收起，减小航行阻力；本体内还设置有机载设备和机载通信单元，机载通信单元分别与机载设备和深海监测设备通信连接，接收深海监测设备发送的深海环境信息；若干跨介质飞行器上的机载设备用于水下区域联合探测或者水面低空区域联合探测，并得到联合探测结果，并将联合探测结果发送给机载通信单元。
9、进一步优选的，若干跨介质飞行器上的机载设备用于水下区域行联合探测，是若干跨介质飞行器首先在水下航行时，获取水下目标所在区域范围的第一位置信息；然后跨介质飞行器上浮并完成跨介质，实现在水面上方低空飞行，将深海环境信息和第一位置信息向外发送，行进到水下目标所在方位后，若干跨介质飞行器重新跨介质进入水下，更新水下目标所在区域的第二位置信息，使水下目标位于若干跨介质飞行器合围形成的虚拟范围内，并将第二位置信息向外发送；第一位置信息和第二位置信息共同构成水下区域联合探测结果。
10、更进一步优选的，所述第一位置信息是通过机载设备进行水下声呐探测，获取水下目标的当前位置，令若干跨介质飞行器按第一虚拟正六边形方式进行布局，每个跨介质飞行器位于第一虚拟正六边形的顶点位置，令相邻的顶点之间的间距不超过水下声呐探测半径的一半；根据若干跨介质飞行器在探测范围内返回的对同一个水下目标的识别信号的数量，判断水下目标相对于第一虚拟正六边形中心的位置，即为第一位置信息；
11、在获取第一位置信息后，若干跨介质飞行器根据水下目标的方位进行机动；若干跨介质飞行器上浮并完成跨介质，伸展开一对主机翼，实现低空飞行，飞行时仍维持第一虚拟正六边形的布局方式，若干跨介质飞行器向若干高空飞艇发送深海探测信息和第一位置信息；当飞行到水下目标正上方区域，此时水下目标位于第一虚拟正六边形的投影范围内时，五个跨介质飞行器依次入水并维持在第一虚拟正六边形的五个顶点位置，仅保留一个跨介质飞行器，将已入水的跨介质飞行器的入水位置进行记录，重新进入水下的若干跨介质飞行器的间距按比例缩放，得到第二虚拟正六边形，将五个跨介质飞行器的已入水位置、当前低空飞行的跨介质飞行器的拟入水位置和第二虚拟正六边形的边长作为第二位置信息，由当前低空飞行的跨介质飞行器向若干高空飞艇发送后，当前低空飞行的跨介质飞行器入水，并到达第二虚拟正六边形的顶点处即可；第二虚拟正六边形的边长不超过第一虚拟正六边形边长，水下目标也位于第二虚拟正六边形内部。
12、进一步优选的，若干跨介质飞行器上的机载设备用于水面低空区域联合探测，是令若干跨介质飞行器进行阵列编组，若干跨介质飞行器开启本体上的机载设备，拍摄正下方的水面的图像，任一个跨介质飞行器获取阵列编组的所有的水面的图像，对水面的图像进行拼接得到拼接图像，识别拼接图像中的水面目标，拼接图像及水面目标作为水面低空区域联合探测结果，跨介质飞行器将水面低空区域联合探测结果发送给若干高空飞艇。
13、更进一步优选的，识别拼接图像中的水面目标，具体包括如下步骤：
14、预先获取包含水面目标的图像，包括同一个水面目标在不同光照条件和视角下的图像；
15、使用标注工具对包含水面目标的图像中的水面目标进行标注，生成用于训练的标注样本；
16、对标注样本转换为灰度图像，并进行去噪处理，得到样本集；
17、使用yolo模型架构，把样本集分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，所述若干深海平台均包括平台层、若干立柱、若干海流能发电机、储能设备和深海监测设备；平台层位于水下并与海平面平行设置，平台层靠近海底的一侧设置有若干立柱，若干立柱的一端与平台层固定连接，若干立柱的另一端竖直朝下延伸并与伸入海底；若干海流能发电机一一对应的设置在若干立柱的外侧；平台层靠近海平面的一侧设置有储能设备；海流能发电机的输出端与储能设备电性连接，储能设备上还设置有若干水下充电接头，若干水下充电接头用于对若干跨介质飞行器充电；储能设备靠近海平面一侧还设置有深海监测设备，深海监测设备与储能设备电性连接，深海监测设备用于获取深海环境信息并与若干跨介质飞行器通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，所述若干跨介质飞行器均包括本体、两用螺旋桨、一对前小翼、一对主机翼、尾部舱、尾翼和一对后小翼；所述本体一端设置有两用螺旋桨，本体侧面对
4.根据权利要求3所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，若干跨介质飞行器上的机载设备用于水下区域行联合探测，是若干跨介质飞行器首先在水下航行时，获取水下目标所在区域范围的第一位置信息；然后跨介质飞行器上浮并完成跨介质，实现在水面上方低空飞行，将深海环境信息和第一位置信息向外发送，行进到水下目标所在方位后，若干跨介质飞行器重新跨介质进入水下，更新水下目标所在区域的第二位置信息，使水下目标位于若干跨介质飞行器合围形成的虚拟范围内，并将第二位置信息向外发送；第一位置信息和第二位置信息共同构成水下区域联合探测结果。
5.根据权利要求4所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，所述第一位置信息是通过机载设备进行水下声呐探测，获取水下目标的当前位置，令若干跨介质飞行器按第一虚拟正六边形方式进行布局，每个跨介质飞行器位于第一虚拟正六边形的顶点位置，令相邻的顶点之间的间距不超过水下声呐探测半径的一半；根据若干跨介质飞行器在探测范围内返回的对同一个水下目标的识别信号的数量，判断水下目标相对于第一虚拟正六边形中心的位置，即为第一位置信息；
6.根据权利要求3所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，若干跨介质飞行器上的机载设备用于水面低空区域联合探测，是令若干跨介质飞行器进行阵列编组，若干跨介质飞行器开启本体上的机载设备，拍摄正下方的水面的图像，任一个跨介质飞行器获取阵列编组的所有的水面的图像，对水面的图像进行拼接得到拼接图像，识别拼接图像中的水面目标，拼接图像及水面目标作为水面低空区域联合探测结果，跨介质飞行器将水面低空区域联合探测结果发送给若干高空飞艇。
7.根据权利要求6所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，识别拼接图像中的水面目标，具体包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，所述深海探测信息、第一位置信号、第二位置信号和水面目标的位置均为世界坐标系下的坐标。
9.根据权利要求2所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，若干高空飞艇在水面高空采用虚拟矩形布局，若干高空飞艇分别位于虚拟矩形的顶点和中心处，相邻高空飞艇的型号接收范围部分重叠；高空飞艇接收到深海环境信息或者联合探测结果后，改变若干高空飞艇的布局方式，延长与近地卫星的信号传输时间。
10.根据权利要求9所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，所述高空飞艇接收到深海环境信息或者联合探测结果后，改变若干高空飞艇的布局方式，延长与近...
【技术特征摘要】
1.一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，所述若干深海平台均包括平台层、若干立柱、若干海流能发电机、储能设备和深海监测设备；平台层位于水下并与海平面平行设置，平台层靠近海底的一侧设置有若干立柱，若干立柱的一端与平台层固定连接，若干立柱的另一端竖直朝下延伸并与伸入海底；若干海流能发电机一一对应的设置在若干立柱的外侧；平台层靠近海平面的一侧设置有储能设备；海流能发电机的输出端与储能设备电性连接，储能设备上还设置有若干水下充电接头，若干水下充电接头用于对若干跨介质飞行器充电；储能设备靠近海平面一侧还设置有深海监测设备，深海监测设备与储能设备电性连接，深海监测设备用于获取深海环境信息并与若干跨介质飞行器通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，所述若干跨介质飞行器均包括本体、两用螺旋桨、一对前小翼、一对主机翼、尾部舱、尾翼和一对后小翼；所述本体一端设置有两用螺旋桨，本体侧面对称设置有一对前小翼，本体顶部设置有一对主机翼，所述一对前小翼和一对主机翼均与本体铰连接；本体另一端设置有尾部舱，尾部舱的顶部设置有尾翼，尾部舱的的侧面对称设置有一对后小翼，尾翼和一对后小翼均与尾部舱铰连接；两用螺旋桨用于驱动本体在水下或者空中前进，一对前小翼和一对后小翼用于改变本体在水下或者空中的俯仰姿态；一对主机翼用于在空中飞行时展开，提升升力，并在水下航行时收起，减小航行阻力；本体内还设置有机载设备和机载通信单元，机载通信单元分别与机载设备和深海监测设备通信连接，接收深海监测设备发送的深海环境信息；若干跨介质飞行器上的机载设备用于水下区域联合探测或者水面低空区域联合探测，并得到联合探测结果，并将联合探测结果发送给机载通信单元。
4.根据权利要求3所述的一种基于深海水下坐底式平台的多装备协同海洋观测监控系统，其特征在于，若干跨介质飞行器上的机载设备用于水下区域行联合探测，是若干跨介质飞行器首先在水下航行时，获取水下目标所在区域范围的第一位置信息；然后跨介质飞行器上浮并完成跨介质，实现在水面上方低空飞行，将深海环境信息和第一位置信息向外发送，行进到水下目标所在方位后，若干跨介质飞行器重新跨介质进入水下，更新水下目标所在区域的第二位置信息，使水下目标位于若干跨介质飞行器合围形成的虚拟范围内，并将第二位置信息向外发送；第一位置信息和第二位置信息共同构成水下区域联合探测结果。
5.根据权利要求4所述的一种基...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡海岳，东芳，刘海义，刘胜，杜博，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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