[发明专利]机艇一体的超声水下探测成像系统

说明书

本发明提供一种机艇一体的超声水下探测成像系统。该系统包括无人机、水下超声探测器和后台云计算中心。无人机负责投放、回收水下超声探测器，并承担数据中继、定位基准任务；水下超声探测器负责获取水下目标探测数据，并提供自身姿态、位置信息；后台云计算中心负责回波参数估计、数据融合，并对水下探测目标进行反演及三维拼接成像。本发明借助无人机的投放与回收，使水下超声探测器可以灵活进入障碍水域、自主进行水下探测，提高了探测效率；针对水下超声探测器在运动时提供的位置信息不准确的问题，本发明利用无人机悬停提供精准定位基准，结合航拍图像对水下超声探测器的位置进行校正；云后台计算中心利用大数据处理技术，将无人机和水下超声探测器获取的信息进行融合，完成水下探测目标反演及三维拼接成像。

技术领域

本发明涉及超声水下探测领域，具体涉及一种机艇一体的超声水下探测成像系统。

背景技术

我国水产养殖的产量一直占世界养殖产量的三分之二左右，为消费者提供了三分之一以上的动物蛋白来源，对于我国的社会、经济及民生具有极其重要的意义。2017年全国渔业经济总产值约为24761亿元，其中渔业产值约12314亿元，养殖产品与捕捞产品之比约为3:1，居世界第一。高效的水产养殖需要根据养殖对象体大小和水环境情况，进行精准投饵。通常种鱼放养密度为5～10千克/立方米；最终成鱼养殖密度为20～40千克/立方米。大规格鱼种的日投饵率要依据鱼的体重自适应确定，一般为鱼体重的5％左右，投喂次数为每日1～3次。

由于养殖区域是靠网箱分块隔离的，普通的探测船不能自主进入各养殖网箱，要靠人工巡察获取水下鱼群等信息。2017年，我国水产养殖面积约为7449千公顷，养殖网箱总数超过1亿。如果要对如此大量的网箱进行监测，不仅人员劳动强度非常大，而且几乎无法实现实时预警。此外，缺乏有效的信息采集与检测手段，过于依赖“三靠”(靠经验、靠体力、靠天气)，导致我国传统水产养殖可控性较差，水资源利用率和劳动生产率低，与国际先进水平差距较大。

针对这些问题，我国现代水产养殖确立了“高效、生态、绿色、安全”的发展目标，并提出“以信息采集为基石，信息处理为支撑，辅助决策为手段，信息传播为保证，智能设备为重点”的措施。要实现上述目标，很有必要开发出一种能够灵活进入障碍水域、自主进行水下探测的装置，以便为水产养殖全过程精细化管理提供信息。目前，这类装置在国内外仍为空白。

发明内容

为解决探测船不能自主进入养殖网箱、现有信息采集不够及时等问题，本发明提供一种机艇一体的超声水下探测成像系统。

机艇一体的超声水下探测成像系统包括无人机、水下超声探测器和后台云计算中心。其中，无人机与水下超声探测器用电缆和绳索连成一体；无人机负责投放、回收水下超声探测器，并承担数据中继、定位基准任务；水下超声探测器负责获取水下目标探测数据，并提供自身姿态、位置信息；后台云计算中心负责回波参数估计、数据融合，并对水下探测目标进行反演及三维拼接成像。

上述无人机包括中心控制模块、电池、电源管理模块、飞行控制系统、旋翼、GPS、航拍摄像头、数据存储模块和无线通信模块。其中，中心控制模块负责系统的总体控制，使系统按预先设定的指令或临时接收的指令工作；电池为系统提供能源；电源管理模块负责电池的充放电管理、各模块的供电管理、以及外部电源供电管理；飞行控制系统负责控制无人机的姿态与航迹；旋翼在飞行控制系统的控制下旋转，以实现无人机的某种姿态或航行轨迹；GPS提供无人机的地理位置信息；航拍摄像头提供无人机的航拍图像；数据存储模块负责存储GPS获取的位置信息、航拍摄像头获取的航拍图像数据，以及无线通信模块从后台云计算中心接收的指令，在无人机充当数据中继时，数据存储模块还需存储水下超声探测器获取的数据；无线通信模块负责将数据存储模块中存储的数据以无线方式传至后台云计算中心，并接收后台云计算中心发送的指令，存储于数据存储模块，之后反馈给中心控制模块，在无人机充当数据中继时，无线通信模块还负责接收水下超声探测器获取的数据，并存储于数据存储模块。