一种水上自主感知与监察装置

1.本发明涉及一种水上自主感知与监察装置，属于涉及生态航道和智慧航道管控技术领域。


背景技术：

2.生态航道和智慧航道建设规划的提出，给航道信息的实时感知与智能化管理提出了新的需求与挑战，目前虽已见智能航标船可以通过搭载小型天气状态传感器能够实现气温、湿度和能见度等少量航道环境信息的监测和回传，但是因为目前已有的航道检测设备无法支撑航道信息的全天候全面感知，特别是支撑智慧航道管理具备航道端智能分析、识别与分类的装备尚未出现。
3.为此，本发明提出一种支持航道全时空信息感知、具备自主智能分析、识别与处置的智能水上自主感知与监察装置。解决现有智能航标难以实现航道全时空感知、无法进行类人自主分析处理等瓶颈问题，为生态航道和智慧航道的建设提供装备保障。


技术实现要素：

4.针对生态航道建设，本发明可为生态航道提供感知终端，用于航道流速、流量、水质、生态保护、生态环境监控、采砂、随意排污等全要素、全时空智能感知；面向智慧航道建设，本发明可为智慧航道提供监察终端，用于渔业监察、水上治安、应急救援等智能化全天候海事监察工作。
5.本发明的一种水上自主感知与监察装置主要由以下结构组成：双体船载体平台、环境感知系统、中央控制系统、声光屏示警系统、数据传输系统。
6.双体船载体平台包括双体船1、支撑结构2和终端搭载平台3。双体船1可为水上自主感知与监察装置提供水上作业平台保障，能够为其他装备提供载体，保障其他设备的稳定运行；支撑结构2包括中部柱体21、支撑圆盘22和围栏23，可用于安装声光示警大屏和中央控制系统，并可支撑上部终端搭载平台3；终端搭载平台3包括支撑柱31、拉伸长杆32、拉伸短杆33和支撑平台34，用于搭载检测航道流态、水面环境、空气质量和船舶通航业务的四类传感器。
7.环境感知系统包含图像采集系统321、多波束测深仪322、走航式adcp323、傅里叶红外气体遥测仪324、空气监测一体化传感器325、北斗定位模块334。图像采集系统321搭载的360
°
摄像头拍摄收集航道过往船只的影像数据信息；多波束测深仪322、走航式adcp323、傅里叶红外气体遥测仪324、空气监测一体化传感器325，采集航道流态、水面环境、危害气体、空气质量的数据信息，实时感知收集航道情况；北斗定位模块334可实现对水上自主感知与监察装置自身位置的实时定位。
8.数据传输系统主要由ais收发模块332、5g传输模块333和wi-fi传输模块335组成。ais收发模块332可接收与发放附近船舶和自身位置信息，实时监控过往船舶位置与自身位置，避免过往船舶发生碰撞；5g传输模块333和wi-fi传输模块335主要是在中央控制系统的
控制下完成数据和指令的传输。
9.中央处理器工控机24安装固定于中部柱体21的内部，通过控制各类型传感器进行实时感知，利用专属算法，对感知的数据信息进行分析、识别、预测与分类，对于监测数据超标情况和过往船闸的危险行为进行声光屏示警，并向航道管理中心发布识别结果。同时，向航道管理部门发布设备自身健康信息，执行航道管理部门发出的指令。
10.声光屏示警系统由声光示警终端331、旋转警示大屏25和航标灯4三个部分组成。声光示警终端331固定于拉伸短杆边缘33，对船舶危险行为进行声光示警；旋转警示大屏25固定于中部柱体21外部，旋转提示航道水文与过往船舶危险行为等示警信息；航标灯4设置于支撑平台34上部，辅助船舶在航道内通航。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以搭载用于环境和过往船舶行为监测的全套设备，实现全天候监测，为生态航道和智慧航道建设提供必要的在线全时空数据支持；利用内嵌的专属算法的边缘计算模块，基于检测到的环境数据和过往船舶行为，对环境异常和船舶危险行为进行自主识别、示警和处理，为智慧航道提供装备保障。
附图说明
12.图1水上自主感知与监察装置三维结构图；
13.图2支撑结构三维结构图；
14.图3终端搭载平台三维结构图；
15.图4数据监测传感器搭载方案三维结构示意图。
16.图中：1、双体船；2、支撑结构；21、中部柱体；22、支撑圆盘；23、围栏；3、终端搭载平台；24、中央处理器工控机；25、旋转警示大屏；31、支撑柱；32、拉伸长杆；321、图像采集系统；322、多波束测深仪；323、走航式adcp；324、傅里叶红外气体遥测仪；325、空气监测一体化传感器；33、拉伸短杆；331、声光示警终端；332、ais收发模块；333、5g传输模块；334、北斗定位模块；335、wi-fi传输模块；34、支撑平台；4、航标灯。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。本发明双体船载体平台可为水上自主感知与监察装置提供浮力，其中共包括3个组成部分：双体船1、支撑结构2和终端搭载平台3。请参照图1所示。支撑结构2包括中部柱体21、支撑圆盘22和围栏23，固定于双体船1之上，请参照图2所示。终端搭载平台3包括支撑柱31、拉伸长杆32和拉伸短杆33，焊接安装于支撑结构2上，拉伸长杆32共计4个，夹角为90
°
分布安装于支撑柱31上，拉伸短杆33共计4个，夹角为90
°
，分布安装于拉伸长杆32上方，固定于支撑柱31上，支撑平台34固定于支撑柱31上方，具体请参照图3所示。
19.拉伸长杆32末端边缘安装图像采集系统321，通过图像采集航道过往船只的影像信息，并将收集的图像数据传输至中央处理器工控机24。4个拉伸长杆32中部分别连接多波
束测深仪322、走航式adcp323、傅里叶红外气体遥测仪324和空气监测一体化传感器325，用于采集航道流态和水面环境的监测数据，并将收集的感知数据传输至中央控制系统。其中1个拉伸短杆33中部固定334北斗定位模块，用于收集水上自主感知与监察装置自身位置信息，并实时传输至中央控制系统。具体结构请参照图4所示。
20.4个拉伸短杆33中部分别固定ais收发模块332、5g传输模块333、北斗定位模块334和wi-fi传输模块335。其中，ais收发模块332用于接收与发放附近船舶和自身位置信息，将位置信息传输至中央控制系统，实现对过往船舶位置与自身位置的实时监控，避免过往船舶发生碰撞。5g传输模块333和wi-fi传输模块335用于将水上自主感知与监察装置的数据信息实时回传至航道管理部门，同时接受航道管理部门发布的指令。具体结构请参照图4所示。
21.中部柱体21内部安装中央处理器工控机24。中央处理器工控机24通过控制各类型传感器进行实时感知，利用专属算法，对感知的数据信息进行分析、识别、预测与分类，对于监测数据超标情况和过往船闸的违规和危险行为进行声光屏示警，并向航道管理中心发布识别结果。同时，向航道管理部门发布设备自身健康信息，执行航道管理部门发出的指令。具体三维透视结构请参照图2所示。
22.拉伸短杆33末端安装声光示警终端331，对船只违规及危险行为进行声光示警，中部柱体21外部安装旋转警示大屏25，旋转提示航道水文与过往船舶危险行为等相关信息，支撑平台34上端安装航标灯4，可辅助船舶在航道内通航，指引过往船只航行，标示内河航道的方向、岸边界限与浅滩礁石等障碍物，指示船舶循标志进入河口或警告船舶避离危险区，为船舶指引安全、经济的航线，标示岸线或岛屿的轮廓，满足内河航道通航日常需求。

技术特征：
1.一种水上自主感知与监察装置，其特征在于：包括双体船、支撑结构和终端搭载平台，支撑结构固定于双体船上，具体包括中部柱体、支撑圆盘和围栏，中部柱体内部安装中央处理器工控机，中部柱体外部安装旋转警示大屏；终端搭载平台安装于支撑结构上，包括支撑柱、拉伸长杆和拉伸短杆，拉伸长杆共计4个且对称分布安装于支撑柱上，拉伸短杆共计4个且对称分布安装于拉伸长杆上方的支撑柱上，支撑平台固定于支撑柱上方，支撑平台上端安装航标灯，拉伸长杆末端边缘安装图像采集系统，通过图像采集航道过往船只的影像信息，并将收集的图像数据传输至中央处理器工控机；4个拉伸长杆中部分别连接多波束测深仪、走航式adcp、傅里叶红外气体遥测仪和空气监测一体化传感器；4个拉伸短杆中部分别固定ais收发模块、5g传输模块、北斗定位模块和wi-fi传输模块；拉伸短杆末端安装声光示警终端。2.根据权利要求1所述的一种水上自主感知与监察装置，其特征在于：图像采集系统通过图像采集航道过往船只的影像信息，并将收集的图像数据传输至中央处理器工控机。3.根据权利要求1所述的一种水上自主感知与监察装置，其特征在于：ais收发模块用于接收与发放附近船舶和自身位置信息，将位置信息传输至中央控制系统，实现对过往船舶位置与自身位置的实时监控，避免过往船舶发生碰撞；5g传输模块和wi-fi传输模块用于将水上自主感知与监察装置的数据信息实时回传至航道管理部门，同时接受航道管理部门发布的指令。

技术总结
本发明提供一种水上自主感知与监察装置，包括3个组成部分：双体船、支撑结构和终端搭载平台。支撑结构包括中部柱体、支撑圆盘和围栏，固定于双体船之上，终端搭载平台包括支撑柱、拉伸长杆和拉伸短杆，焊接安装于支撑结构上，拉伸长杆共计个，分布安装于支撑柱上，拉伸短杆共计4个，分布安装于拉伸长杆上方，支撑平台固定于支撑柱上方。本发明可为生态航道提供感知终端，用于航道流速、流量、水质、生态保护、生态环境监控、采砂、随意排污等全要素、全时空智能感知；面向智慧航道建设，本发明可为智慧航道提供监察终端，用于渔业监察、应急救援等智能化全天候海事监察工作。能化全天候海事监察工作。能化全天候海事监察工作。


技术研发人员：李明伟 徐瑞喆 齐俊麟 安小刚 耿敬 李然 易强 王宇田 李向阳 王梓鹤
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/6/28