[发明专利]一种基于水下机器人的海洋环境监测系统

摘要

一种基于水下机器人的海洋环境监测系统，包括数据采集模块、微处理器模块、信号传输模块、船载监测中心和电源模块；数据采集模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，微处理器模块与数据采集模块相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并通过信号传输模块将评估结果传输给船载监测中心，船载监测中心用于存储接收到的数据并向微处理器模块下发各种控制信号，从而改变机器人的活动状态，电源模块用于保证整个系统的稳定供电。本发明的有益效果为：设置数据采集模块、微处理器模块、信号传输模块、电源模块和船载监测中心，结构简单，灵活方便，通过各模块之间的相互配合，能够实现对海洋水质环境的有效监测，并将监测结果传输给船载监测中心，保证了及时发现海洋水质污染从而提前处理。

主权项

1.一种基于水下机器人的海洋环境监测系统，其特征是，包括数据采集模块、微处理器模块、信号传输模块、船载监测中心和电源模块；数据采集模块用于采集影响海洋环境的各个参数的数据，微处理器模块与数据采集模块相连接，用于对采集得到的数据进行处理从而根据处理后的数据对海洋环境情况进行评估，并通过信号传输模块将评估结果传输给船载监测中心，船载监测中心用于存储接收到的数据并向微处理器模块下发各种控制信号，从而改变机器人的活动状态，电源模块用于保证整个系统的稳定供电，所述微处理器模块包括控制单元、数据处理单元和分析评估单元，所述控制单元用于根据船载监测中心下发的各种控制指令控制水下机器人的活动状态，所述数据处理单元采用数据修正及加权平均算法对数据进行处理，所述分析评估单元用于根据处理后的监测数据进行海洋环境的评估，所述分析评估单元包括水质评估模块、环境评估模块和综合评估模块，所述水质评估模块用于根据采集所得的PH值、溶解氧和盐度对水质情况进行评估，具体包括：/na.基于模糊算法建立水质评估模块，以PH值、溶解氧和盐度作为输入变量，对各输入变量设定上下限值，并根据各输入量对水质情况的影响程度分别制定相应的权重，对输入变量定义相同的模糊状态，即“高”、“正常”、“低”，以水质情况作为输出量，对水质情况定义模糊状态，即“优秀”、“良好”、“正常”、“差”和“极差”；/nb.根据历年收集的监测数据库，制定以海水PH值、溶解氧和盐度为依据来判断水质情况的模糊规则；/nc.输入变量值，当变量值超出上下限范围时，判定传感器故障，当变量值在范围内时，根据模糊规则推理得到各输入变量在模糊集中的隶属度，设定第i时刻采集得到的PH值、溶解氧和盐度的数据分别为p(i)、o(i)和z(i)，则水质情况s(i)的表达式为：/ns(i)＝θ₁ρ(p)+θ₂ρ(o)+θ₃ρ(z)/n其中，θ₁和ρ(p)分别为PH值p(i)的权重和隶属度，θ₂和ρ(o)分别为溶解氧o(i)的权重和隶属度，θ₃和ρ(z)分别为盐度z(i)的权重和隶属度；所述环境评估模块用于根据采集所得的水温和叶绿素浓度对海洋环境情况进行评估，具体包括：/na.基于模糊算法建立环境评估模块，以水温和叶绿素浓度作为输入变量，对各输入变量设定上下限值，并根据各输入量对海洋环境的影响程度制定相应的权重，对输入变量定义相同的模糊状态，即“很高”、“高”、“正常”、“低”、“很低”，以海洋环境情况作为输出量，对环境情况定义三个模糊状态，即“严重”、“轻度”、“正常”；/nb.根据历年收集的监测数据库，制定以水温和叶绿素浓度为依据推理海洋环境情况的规则表；/nc.输入变量值，当变量值超出上下限范围时，判定传感器故障，当变量值在范围内时，根据模糊规则推理得到各输入变量在模糊集中的隶属度，设定第i时刻采集得到的水温和叶绿素浓度的数据分别为t(i)和y(i)，则海洋环境情况h(i)的表达式为：/nh(i)＝σ₁ρ(t)+σ₂ρ(y)/n其中，σ₁和ρ(t)分别为水温t(i)的权重和隶属度，σ₂和ρ(y)分别为叶绿素浓度y(i)的权重和隶属度；所述综合评估模块用于根据水质情况s(i)和环境情况h(i)进一步对海洋环境进行综合评价，定义海洋环境评估系数为：/nα＝s(i)*logh(i)/n根据历年监测数据制定海洋环境分界值W，根据海洋环境评估系数α与分界值W的关系定义划分海洋环境情况，具体为：/n /n