一种海带养殖水下监测系统论文和设计

全文摘要

一种海带养殖水下监测系统，涉及水产养殖监测技术领域，包括浮标标体、太阳能供电系统、摄像头阵列、控制系统和图像分析平台；浮标标体固定于海带养殖区域；太阳能供电系统的太阳能控制器及蓄电池固定于浮标标体内部，太阳能电池板固定于浮标标体外部；摄像头阵列固定于浮标标体底部，摄像头阵列拍摄海带图像；控制系统固定于浮标标体内部并与图像分析平台无线连接、与摄像头阵列数据连接，控制系统获取摄像头阵列的图像数据并发送至图像分析平台；图像分析平台对图像数据存储、处理与分析。本实用新型结构轻便，运行稳定，功能丰富，维护简易，成本较低，可在海带养殖区大规模多点布放，构建全面、实时的海带生长状态监测网络。

主设计要求

1.一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：包括浮标标体、太阳能供电系统、摄像头阵列、控制系统和图像分析平台；所述浮标标体固定于海带养殖区域；所述太阳能供电系统包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，太阳能控制器及蓄电池固定于浮标标体内部，太阳能电池板固定于浮标标体外部；所述摄像头阵列通过缆绳固定于浮标标体底部，摄像头阵列用于拍摄不同深度海带生长过程中的实物图像；所述控制系统固定于浮标标体的内部，控制系统与图像分析平台通过无线网络连接，控制系统与摄像头阵列通过数据传输线连接，控制系统用于获取摄像头阵列的图像数据并将该数据发送至图像分析平台，同时控制系统实时监测浮标标体的状态；图像分析平台用于监测点图像数据的汇聚并对图像数据存储、处理与分析。

设计方案

2.如权利要求1所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述浮标标体包括固定组件、浮桶、设备柜、支架、缓冲层；所述固定组件与支架连接，固定组件用于将支架固定在海带养殖区域；所述浮桶通过可拆卸的固定结构安装于支架的底部，浮桶四周设置有缓冲层；所述设备柜放置于支架上，设备柜用于放置控制系统、太阳能控制器和蓄电池；支架底部固定有钢缆及配重块以固定摄像头阵列；支架上方放置有太阳能电池板及航标指示灯。

3.如权利要求2所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述固定组件包括缆绳、锚及锚链；所述缆绳用于连接海带养殖的缆绳和支架，以防止浮标标体移位，所述锚分布于海带养殖区底部，所述锚链连接锚及支架的底部。

4.如权利要求1所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述摄像头阵列包含多个摄像头，每个摄像头均由CMOS传感器、LED灯和防水外壳组成，CMOS传感器和LED灯设于防水外壳内；CMOS传感器用于获取海带实物图像；LED灯为白色灯组，LED灯用于加强拍摄过程的曝光量。

5.如权利要求4所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述摄像头具有独立的通信接口，输出标准的信号制式为PAL或NTSC。

6.如权利要求1所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述摄像头阵列沿垂直方向依据梯度通过缆绳固定于浮标标体底部，同一梯度设置有多路摄像头，以用于水平方向360°图像数据的获取。

7.如权利要求1所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述控制系统包括控制器以及分别与控制器连接的通信模块、LED驱动模块、图像数据采集模块；所述控制器用于通过LED驱动模块控制LED灯光源开关，同时通过图像数据采集模块采集摄像头阵列所监测的海带实物图像数据，并将获取的图像数据、浮标标体状态上传至图像分析平台；所述图像数据采集模块用于同时并行采集多路图像数据；所述通信模块用于控制器与图像分析平台之间建立数据连接，通信模块支持多种网络制式。

8.如权利要求7所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述多种网络制式包括GPRS、WCDMA、CDMA、TDSCDMA和LTE在内的全网通信。

9.如权利要求1所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述图像分析平台包括依次连接的前端接收机、图像存储服务器、图像分析服务器、web服务器和显示器；前端接收机用于接收控制系统上传的图像数据，并将图像数据存入图像存储服务器；图像分析服务器用于对海带的图像数据进行识别和分析，并向web服务器提供数据请求服务；web服务器提供web服务和数据下载服务，在显示器上可视化显示。

10.如权利要求1所述的一种海带养殖水下监测系统，其特征在于：所述蓄电池为铅酸蓄电池；太阳能控制器的输出电压信号为直流电压信号。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及水产养殖监测技术领域，尤其涉及一种海带养殖水下监测系统。

背景技术

海带是一种营养价值很高的蔬菜，同时具有一定的药用价值。目前在我国北部沿海及浙江、福建沿海大量养殖，我国海带产量居世界第一，海带已经发展成为我国养殖产业重要的经济作物。海带病害防治是海带养殖技术的重要内容，白烂、卷曲、泡烂等常见的海上叶状体病害直接影响着海带养殖的产量和地方的经济收入。如何高效实时地监测海带生长过程，在早期发现海带病害成为了迫切的研究需求，对海带病害的防止有着重要的意义。当前海带养殖主要采用筏式人工养殖技术，海带生长过程观测需要乘坐木船，人工拖拉苗绳观察，工作繁琐，并受限于天气状况。因此一套稳定、低成本、可复制运行的海带养殖水下监测系统成为当前研究的关键。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种海带养殖水下监测系统，结构简单、低成本、运行稳定、维护简便。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种海带养殖水下监测系统，包括浮标标体、太阳能供电系统、摄像头阵列、控制系统和图像分析平台；所述浮标标体固定于海带养殖区域；所述太阳能供电系统包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，太阳能控制器及蓄电池固定于浮标标体内部，太阳能电池板固定于浮标标体外部；所述摄像头阵列通过缆绳固定于浮标标体底部，摄像头阵列用于拍摄不同深度海带生长过程中的实物图像；所述控制系统固定于浮标标体的内部，控制系统与图像分析平台通过无线网络连接，控制系统与摄像头阵列通过数据传输线连接，控制系统用于获取摄像头阵列的图像数据并将该数据发送至图像分析平台，同时控制系统实时监测浮标标体的状态；图像分析平台用于监测点图像数据的汇聚并对图像数据存储、处理与分析。

所述浮标标体包括固定组件、浮桶、设备柜、支架、缓冲层；所述固定组件与支架连接，固定组件用于将支架固定在海带养殖区域；所述浮桶通过可拆卸的固定结构安装于支架的底部，浮桶四周设置有缓冲层；所述设备柜放置于支架上，设备柜用于放置控制系统、太阳能控制器和蓄电池；支架底部固定有钢缆及配重块以固定摄像头阵列；支架上方放置有太阳能电池板及航标指示灯。

所述固定组件包括缆绳、锚及锚链；所述缆绳用于连接海带养殖的缆绳和支架，以防止浮标标体移位，所述锚分布于海带养殖区底部，所述锚链连接锚及支架的底部。

所述摄像头阵列包含多个摄像头，每个摄像头均由CMOS传感器、LED灯和防水外壳组成，CMOS传感器和LED灯设于防水外壳内；CMOS传感器用于获取海带实物图像；LED灯为白色灯组，LED灯用于加强拍摄过程的曝光量。

所述摄像头具有独立的通信接口，输出标准的信号制式为PAL或NTSC。

所述摄像头阵列沿垂直方向依据梯度通过缆绳固定于浮标标体底部，同一梯度设置有多路摄像头，以用于水平方向360°图像数据的获取。

所述控制系统包括控制器以及分别与控制器连接的通信模块、LED驱动模块、图像数据采集模块；所述控制器用于通过LED驱动模块控制LED灯光源开关，同时通过图像数据采集模块采集摄像头阵列所监测的海带实物图像数据，并将获取的图像数据、浮标标体状态上传至图像分析平台；所述图像数据采集模块用于同时并行采集多路图像数据；所述通信模块用于控制器与图像分析平台之间建立数据连接，通信模块支持多种网络制式。

所述多种网络制式包括GPRS、WCDMA、CDMA、TDSCDMA和LTE在内的全网通信。

所述图像分析平台包括依次连接的前端接收机、图像存储服务器、图像分析服务器、web服务器和显示器；前端接收机用于接收控制系统上传的图像数据，并将图像数据存入图像存储服务器；图像分析服务器用于对海带的图像数据进行识别和分析，并向web服务器提供数据请求服务；web服务器提供web服务和数据下载服务，在显示器上可视化显示。

所述蓄电池为铅酸蓄电池；太阳能控制器的输出电压信号为直流电压信号。

相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：

本实用新型结构轻便，运行稳定，功能丰富，维护简易，成本较低，可在海带养殖区大规模多点布放，构建全面、实时的海带生长状态监测网络。

本实用新型有利于海带养殖区大面积的多点布放，通过统一的图像分析平台实时在线获取海带图像数据，并运用分析软件识别海带病害，保证了对海带生长过程监测的可靠性、准确性和方便性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为浮标标体的结构示意图；

图3为太阳能供电系统的结构示意图；

图4为摄像头阵列的结构示意图；

图5为控制系统的结构示意图；

图6为图像分析平台的结构示意图。

附图标注：浮标标体1，太阳能供电系统2，摄像头阵列3，控制系统4，图像分析平台5，无线网络6，固定组件7，浮桶8，设备柜9，支架10，缓冲层11，太阳能电池板12，太阳能控制器13，蓄电池14，CMOS传感器15，LED灯16，防水外壳17，控制器18，通信模块19，LED驱动模块20，图像数据采集模块21，前端接收机22，图像存储服务器23，图像分析服务器24，web服务器25，显示器26。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1和图3所示，一种海带养殖水下监测系统，包括浮标标体1、太阳能供电系统2、摄像头阵列3、控制系统4和图像分析平台5；

其中，浮标标体1为海带养殖水下监测系统的主体支撑结构，通过缆绳固定、锚定等措施帮助海带养殖水下监测系统固定于海带养殖区域；

所述太阳能供电系统2的太阳能控制器13及蓄电池14固定于浮标标体1内部，太阳能电池板12固定于浮标标体1外部；所述太阳能供电系统2用于向系统供电并将电能存储于内置的蓄电池14中；

所述摄像头阵列3通过缆绳固定于浮标标体1底部，摄像头阵列3用于拍摄不同深度海带生长过程中的实物图像；

所述控制系统4固定于浮标标体1的内部，控制系统4与图像分析平台5通过无线网络6建立网络连接，控制系统4通过数据传输线与摄像头阵列3建立通信，控制系统4用于获取摄像头阵列3的图像数据并将该数据发送至图像分析平台5，同时控制系统4实时监测浮标标体1的状态，一旦出现异常，系统将产生告警；

所述图像分析平台5用于监测点图像数据的汇聚并对图像数据存储、处理与分析。

如图2所示，所述浮标标体1包括固定组件7、浮桶8、设备柜9、支架10、缓冲层11；

其中，所述固定组件7与支架10连接，保证浮标标体1固定在海带养殖区域；所述浮桶8通过可拆卸的固定结构安装于支架10的底部，以对海带养殖水下监测系统提供相应的支撑浮力，浮桶8四周设置有缓冲层11防止浮桶8碰撞损毁；所述设备柜9放置于支架10上，设备柜9用于放置控制系统4、太阳能控制器13和蓄电池14，具备水密特性；支架10底部固定有钢缆及配重块以固定摄像头阵列3，支架10具备耐腐蚀、耐生物附着的特点；支架10上方放置有太阳能电池板12及航标指示灯。

所述固定结构设于支架10的底部，固定结构用于固定浮桶8，防止浮桶8在海浪冲击下脱离浮标标体1。

所述固定组件7包括缆绳、锚及锚链；所述缆绳用于连接海带养殖的缆绳和支架10，以防止浮标标体1移位，所述锚分布于海带养殖区底部，所述锚链连接锚及支架10的底部。

如图3所示，所述太阳能供电系统2包括依次连接的太阳能电池板12、太阳能控制器13和蓄电池14；

其中，所述太阳能电池板12用于将光能转化为电能，太阳能电池板12采用单晶硅材料制作，电转化效率，太阳能电池板12表面采用钢化材料以及防水材料进行封装，坚固耐用，不易受海水腐蚀；

所述太阳能控制器13是太阳能供电系统的主要核心部件，太阳能控制器13具备短路保护、开路保护、过流保护、过充保护、过放保护、反接保护的多种保护功能，太阳能控制器13的输出电压信号为直流电压信号；

所述蓄电池14为铅酸蓄电池，具备大容量的特点，可以保证海带养殖水下监测系统长期运行、不间断工作。

如图4所示，所述摄像头阵列3包含多个摄像头，每个摄像头均由CMOS传感器15、LED灯16和防水外壳17组成，CMOS传感器15和LED灯16设于防水外壳17内；CMOS传感器15具有较高的分辨率和较低的背景噪声，能够获取清晰的海带实物图像；LED灯16为大功率的LED白色灯组，LED灯16用于加强拍摄过程的曝光量；防水外壳17的材质主要为聚四氟乙烯，具备防水、防腐特性，防水外壳17一侧为高透光率钢化玻璃，便于CMOS传感器15获取图像数据。

所述摄像头具有独立的通信接口，输出标准的信号制式为PAL或NTSC。

所述摄像头阵列3根据实际监测需求沿垂直方向依据梯度通过缆绳固定于浮标标体1底部，同一梯度设置有多路摄像头，以用于水平方向360°图像数据的获取。

如图5所示，所述控制系统4包括控制器18以及分别与控制器18连接的通信模块19、LED驱动模块20、图像数据采集模块21；

其中，所述控制器18可接收来自图像分析平台5下发的指令，根据指令设置校正系统参数，所述控制器18通过LED驱动模块20控制LED灯16光源开关，同时根据设定的参数、流程通过图像数据采集模块21采集摄像头阵列3所监测的海带实物图像数据，并将获取的图像数据、浮标标体状态上传至图像分析平台5；所述图像数据采集模块21可同时并行采集多路图像数据；所述通信模块19用于控制器18与图像分析平台5之间建立数据连接，通信模块19支持多种网络制式；所述多种网络制式包括GPRS、WCDMA、CDMA、TDSCDMA和LTE在内的全网通信。

如图6所示，所述图像分析平台5包括依次连接的前端接收机22、图像存储服务器23、图像分析服务器24、web服务器25和显示器26；

其中，前端接收机22用于接收控制系统4上传的图像数据，并将图像数据存入图像存储服务器23；图像分析服务器24用于对海带的图像数据进行识别和分析，并向web服务器25提供数据请求服务；web服务器25提供web服务和数据下载服务，在显示器26上可视化显示。

本实用新型可布放于海带养殖区，用于监测海带生长的过程变化，是以自动化控制技术为核心，结合数据采集技术，数据通信技术以及图像分析技术，形成的一套完整监测系统。

本实用新型集成浮标标体、太阳能供电系统、摄像头阵列、控制系统和图像分析平台，可以实现对海带生长状态的长期在线观测。另外，本实用新型结构合理简单，运行稳定，功能完备，测试维护便捷，可对海带养殖区域快速进行大面积多点布放，回收简便，通过对海带图像分析处理完成海带病害的自动识别，极大提高了海带养殖过程防病减害的工作效率。

设计图

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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