CN114179970A - 一种基于ais的智能感知航标设备及其预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法可以智能的根据海面环境是否适合航标设备运行，而智能的选择在实体AIS航标和虚拟AIS航标之间进行切换，而且在使用虚拟AIS航标时，航标仍然使用航标灯结合虚拟AIS航标来对过往的船舶进行导航，不仅能满足安装了AIS***的船舶，对于未安装AIS***的船舶，其仍然能够根据航标灯进行导航，且在恶劣天气情况下，使得航标位于平静的海底中，且通过中继浮体进行卡设固定，避免了随着洋流而漂浮，同时，使用了蓄能卷筒结构实现了缆绳的收放，创造性的使得航标的收放不需要使用电机、液压等动力的输出。

Description

一种基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法

技术领域

本发明涉及海洋设备领域，特别是涉及一种基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法。

背景技术

航标是指示航道方向、界限与障碍物的标志，是标识航道与指引船舶航行的助航导航设施，是船舶航运安全的重要保障。船舶自动识别***(Automatic IdentificationSystem)由岸基(基站)设施和船载设备共同组成，其采用无线电波传播，定位数据来自于全球卫星导航***GNSS(Global Navigation Satellite System),其工作不受距离、位置的影响，更重要的是几乎不受气象条件限制，由此，AIS不论是在船舶上还是在航标上的应用都是非常广泛的。现有技术中，如专利文献1，其公开了一种AIS基站虚拟航标播发监测***及方法，其使用了AIS虚拟航标取代了AIS物理航标，并且针对AIS虚拟航标可能出现异常而影响船舶导航的问题，使用了冗余备用AIS基站，从而使得AIS虚拟航标总是能够进行工作，保证了船舶安全，但是，该专利文献中所使用的均为虚拟航标，其相对于物理航标虽然免去了实体的航标，但是并不能够实时的监测到海洋的真实数据，其信息需要人工录入，数据存在滞后性、存在较大偏差的问题；又如专利文献2，其公开了一种水上浮标，其穿设于悬浮于水中的中继附体3上，在遭遇恶劣风浪时，水上浮标1会偏离原来的位置，但是，由于浮标1通过绳缆2连接有配重物5，因此，在风浪过后依然能够回到原来的位置，其在一定程度上可以抵挡风浪，但是当风浪过大时，水上浮标1仍然会被风浪带动偏离原来的位置，使得配重物5卡设于中继浮体3上从而拉扯绳缆2或者锚缆4，强大的拉扯力可能导致绳缆2或者锚缆4发生断裂，最后造成水上浮标1的丢失；又如专利文献3，其公开了一种可远控自沉自浮式浮标，其在浮标内部设置了压缩气罐、气囊、压载水舱等结构，同时下部连接了线缆绞车，在需要下沉时，通过往压载水舱内冲入水，并且控制绞车收缆从而实现了下沉，需要上浮时，控制绞车放缆，并且气囊进行充气，实现其在水上漂浮，虽然该浮标实现了上浮、下沉的控制，但是，都是仅能通过远程进行遥控的，且线缆绞车是通过动力源进行收放的，需要定期进行供电，还要保证蓄电量足够才可以实现浮标的自动上浮或者是下沉。

[专利文献1]CN106714209B；

[专利文献2]CN102582794B；

[专利文献3]CN214296341U。

综上所述，现有技术中，要么使用单一的虚拟AIS航标，要么使用单一的现实AIS航标，其并没有考虑到虚拟AIS航标存在测量不准、数据更新延迟的问题，也没有考虑到现实AIS航标在遇到恶劣天气时容易被损坏或被吹走的问题，因此，并没有一种考虑到将现实的AIS航标与虚拟的AIS航标进行结合使用的航标***，并且也没有提供一种能够抵抗恶劣天气效果较好的航标设备，即使提供了一种可以进行下沉的浮标，其下沉也是使用具有动力源的卷筒结构进行收放，并且即使在进行下沉后该浮标也没有一个固定装置进行固定，很容易受到水流的影响而左右摇摆或者摆动而对内部的电子元件产生损伤，为此，本申请提供了一种能够切换使用现实AIS航标和虚拟AIS航标、在遇到恶劣天气时将航标沉于水下、不使用电机即可实现下沉、下称后仍然可以被雷达进行识别的基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法。

发明内容

为了克服现有航标设备的不足，本发明提供了一种技术方案，一种基于AIS的智能感知航标设备，其包括AIS航标本体、航标浮灯、绳缆、中继浮体、锚缆、锚定物和收放缆动力装置，中继浮体连接于锚缆上端，锚缆下端通过锚定物固定设置于海底，中继浮体悬浮于水中，并通过锚缆进行保持定位，收放缆固定装置固定设置于海底，绳缆从收放缆固定装置内伸出后，穿过中继浮体然后固定连接于AIS航标本体的底部，航标浮灯通过可伸缩的浮灯缆绳活动安装于AIS航标本体的内部，在未遇到恶劣天气时，AIS航标本体漂浮于海面上，AIS航标本体内的AIS***和航标浮灯正常工作，为船舶提供导航信息，在遇到恶劣天气时，AIS航标本体内的AIS***关闭并且将AIS***内的静态信息和动态信息发送到海岸管理后台，由收放缆动力装置收卷绳缆而下沉，然后固定卡设于中继浮体内，同时，浮灯缆绳进行放绳，使得航标浮灯漂浮于海面，航标浮灯正常工作，海岸管理后台在接受到上述的静态信息和动态信息后形成虚拟AIS航标，并将虚拟AIS航标发送到电子航海图上，从而为船舶提供导航信息。

AIS***包括通信处理器、GNSS接收机、VHF收发机和输入接口，AIS***集成于AIS电子板模块上，且所述AIS电子板模块设置于AIS航标本体内，所述AIS电子板模块还包括电源管理模块、备用处理器和无线发送接收端，风速风向传感器、超声波流速传感器和电罗经传感器连接输入接口，风速风向传感器、超声波流速传感器和电罗经传感器采集的信息形成所述静态信息和动态信息。

优选地，蓄电池模块内的蓄电池连接所述电源管理模块，电源管理模块连接所述通信处理器和备用处理器，风速风向传感器还与备用处理器连接，无线发送接收端与备用处理器连接，电源管理模块用于切换蓄电池与通信处理器或备用处理器通断，所述恶劣天气的判断通过海岸管理后台的天气预报进行判断或者通过风速风向传感器检测到的数据进行判断，判断为恶劣天气时，通信处理器将传感器采集到的动态信息和静态信息通过VHF收发机发送给海岸管理后台，然后电源管理模块使得蓄电池断开与通信处理器的连接，接通与备用处理器的连接，后续通过无线发送接收端实现与海岸管理后台的通信。

优选地，AIS航标本体包括球形壳体和充气外环，充气外环环绕球形壳体固定设置，且为一充气空心结构，其在充满气时能够贴服于海面，从而能够保证AIS航标本体在漂浮于海面上时都不发生倾覆，在充气外环放气后，其贴附于球形壳体的外周。

优选地，球形壳体包括半球底座、弧形导轨和弧形封板，弧形导轨固定设置于半球底座的上部，弧形封板为若干块，且若干弧形封板相互滑动折叠设置，最外层的弧形封板能够沿着弧形导轨滑动，最内层的弧形封板连接有拉紧绳，拉紧绳能够拉紧弧形封板，使得弧形封板顺着弧形导轨进行滑动，而实现球形壳体的密封。

优选地，半球底座内部设置有弹性分隔膜，弹性分隔膜为高弹性材质的薄膜结构，弹性分隔膜和半球底座形成了一密封空间，密封空间内设置有水泵模块、气泵模块、浮动支撑模块、AIS电子板模块和蓄电池模块，浮动支撑模块底端固定设置于半球底座上，AIS电子板模块和蓄电池模块固定连接后，共同固定连接于浮动支撑模块的顶端，水泵模块和气泵模块分别固定设置于浮动支撑模块的两端，水泵模块、气泵模块、浮动支撑模块、AIS电子板模块和蓄电池模块外周均通过隔水密封膜进行封装。

优选地，弹性分隔膜中部固定设置有支撑架，支撑架上固定设置有支撑管，弹性分隔膜上位于支撑架内还固定设置有中间撑板，在支撑架和中间撑板之间分别转动设置有卷筒一和卷筒二，在卷筒一和中间支撑板之间固定设置有蓄能弹簧一，在卷筒二和中间支撑板之间设置有蓄能弹簧二，浮灯缆绳卷绕于卷筒一上，支撑架上和支撑管内设置有供浮灯缆绳通过的通孔结构；拉紧绳卷绕于卷筒二上，在卷筒二和支撑架之间还设置有电磁铁抱闸，用于控制卷筒二的转动和制动。

优选地，半球底座上设置有锁定槽，中继浮体包括中继主体、穿孔和航标卡紧结构，穿孔设置于中继主体内侧，且其直径大小与球形壳体的内径大小相同，航标卡紧结构包括滑动卡块以及锁紧弹簧，滑动卡块能够伸出或缩回中继主体，滑动卡块和锁定槽的结构相同，均上部为弧形结构，下部为支边结构。

一种基于AIS的智能感知航标设备的预警方法，其特征在于：其步骤包括：

一、获取天气状况：

通过风速风向传感器或者海岸管理后台的天气预报，获得海面的天气状况；

二、切换航标设备的工作模式：

在获取到天气状况为恶劣天气，不适宜航标设备位于海平面工作时，关闭航标设备上的AIS***，并将关闭前传感器采集到的相应静态信息和动态信息发送到海岸管理后台，从而形成虚拟AIS航标，将虚拟AIS航标导入电子航图中对船舶进行导航，选择AIS航标本体下沉于海底卡合于中继浮体上，航标浮灯放出，漂浮于海面继续进行预警；

三、航标设备复原：

在恶劣天气过后，解锁中继浮体内的航标卡紧机构，使得航标本体上浮，同时收回航标浮灯，最后在航标本体浮于海面后，打开弧形封板，打开AIS***并向海岸管理后台发送打开信号，海岸管理后台收到该信号后，取消电子航标图上的虚拟AIS航标，最后使得航标复原。

优选地，步骤二中形成虚拟AIS航标的具体步骤为：通信处理器将各传感器采集到的静态信息和动态信息通过VHF收发机传递给海岸管理后台，然后控制电源管理模块切断蓄电池向通信处理器的供电，然后切换使得蓄电池向备用处理器供电，实现AIS***的关闭，海岸管理后台将接收到的静态信息和动态信息转换为AIS航标信息然后导入到电子航图中，从而形成虚拟AIS航标。

本发明的有益效果为：

1)、本发明的基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法，综合考虑了现实AIS航标能够更加精确的采集海面数据、但是在面临恶劣天气又容易损坏，虚拟AIS航标由于不存在实体，其能够在恶劣天气时对装载有AIS***的船舶通过在航图中输入虚拟AIS航标而进行导航，但是AIS航标采集的数据又不能精确反应海面情况，且数据存在滞后性，由此，采用了现实AIS航标和虚拟AIS航标混合使用，在遇到恶劣天气时将现实AIS航标收起，然后导入虚拟AIS航标对船舶进行导航，而在正常天气时又采用现实AIS航标进行导航，从而综合了现实AIS航标和虚拟AIS航标的优缺点，能够进一步提高对船舶的导航；

2)、进一步地，本发明的基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法，使用蓄能卷筒来进行航标的下沉或者上浮，且下沉或上浮的拉力均是由卷簧进行提供的，并不需要使用电能或者液压能，完全不用担心电能供应不足的问题，同时蓄能卷筒的收卷或者是放开均是自动完成的，并不需要额外设置一控制装置来进行控制，整个收放过程都是自动进行的，能够自适应的进行航标的上浮或者是下沉；

3)、进一步地，本发明的基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法，在靠近水底的位置处设置了一具有一定浮力的中间浮体，且在中间浮体处设置了一能够与下沉的航标设备进行卡合固定的卡合结构，通过该卡合结构，使得下沉的航标设备通过中间浮体固定于水下，而不会随着水流进行漂浮，避免了航标设备内部的电子元件损坏，并且该卡合结构在航标设备上浮时，能够自动的进行解锁，该能自动卡合和解锁的卡合结构并不需要通过电子元件进行控制，完全使用机械结构来进行动作，整个过程可靠不需要提供能源；

4)、进一步地，本发明的在航标设备包括一探测球，探测球在航标设备处于浮上水面的状态时，处于航标设备的顶端，探测球为空心密封结构，内部设置有照明灯、传感器等部件，平常状态下作为探测、预警、照明功能，在航标设备下沉入水下后，探测球能够脱离航标设备，继续漂流在海面上，在AIS航标切换到虚拟AIS航标后，探测球仍然能够正常工作，被船舶雷达所探测到，从而雷达结合AIS虚拟航标来对船舶进行导航，进一步提高导航安全性；

5)、进一步地，本发明的航标设备，整体框架为球形，漂浮于海面上时，电子板件等设备包覆于防水结构中，设置于下板球形中，上半球形为开放结构，只有再需要潜入水下时，上半球形关闭形成整个球形结构，同时，在下半球内充入液体(如海水)，使得下半球膨胀，直至充满整个球体，此时蓄能卷筒的拉力大于航标设备的浮力，从而拉动航标设备下沉；

6)、进一步地，电子板件封装于一矩形密封结构内，且该密封结构位于一可以升降滑移的套筒结构上，在需要对航标设备进行充液时，液体经过该套筒结构进入，从而对该矩形密封结构有一推力，在下半球膨胀后，能够推着电子板件上移，从而使得其能够位于球体的上半球内，套筒此时即可以形成一缓冲结构，从而避免了电子板件所受的冲击过大，保障了航标设备的使用寿命；

7)、进一步地，球体通过一可伸缩防水的薄膜结构分割为上半球体和下半球体，该薄膜结构形成了航标设备内部的密封结构，同时，该变形的薄膜结构在航标设备需要上浮而释放液体时可以提供一压缩力，从而能够将液体退出球体外，通过该推力又能够推进航标设备上浮，从而能够克服蓄能卷筒而向上漂浮，同时，对球体外进行充气，从而使得卡合机构解锁，上浮时又将探测球收起，在航标设备又上浮后，又将虚拟AIS航标切换为实体的AIS航标，对船舶进行导航、报警工作，整个过程都能保障有AIS航标的存在，且能够利用风暴或恶劣天气海底内平稳的特性对航标进行保护，进一步提高了导航安全；

8)、最后，针对拉扯绳缆3的收放缆动力装置一直是处于一绷紧状态，对于里面运行的蓄能弹簧三，其总是处于一扭紧状态，长时间如此会对蓄能弹簧三产生不可避免的损坏，如变形、断裂等，为了改善其工作环境，在AIS航标本体卡设于中继浮体中时，其能够触碰切换机构，使得蓄能弹簧三相连的一边的分离板挣脱触发杆的锁紧，而能够处于自由转动状态，此时即可释放蓄能弹簧三存在的多余扭力，同时，也能够在每次AIS航标本体停留海底时进行蓄能弹簧三的修正，在AIS航标本体上浮时又能使得分离板45卡紧，从而使得蓄能弹簧三又进行正常工作，能够进一步提高蓄能弹簧的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的基于AIS的智能感知航标设备浮于海面的示意图；

图2为本发明的基于AIS的智能感知航标设备沉于海底的示意图；

图3为AIS航标本体除去充气外环后的剖视图；

图4为AIS电子板模块结构示意图；

图5为半球底座俯视图；

图6为图5的A-A剖视图；

图7为浮动支撑模块剖视图；

图8为收放缆动力装置剖视图。

标号说明

1、AIS航标本体；2、航标浮灯；3、绳缆；4、中继浮体；5、锚缆；6、锚定物；7、收放缆动力装置；8、浮灯缆绳；9、中继主体；10、穿孔；11、航标卡紧结构；12、滑动卡块；13、锁紧弹簧；14、球形壳体；15、充气外环；16、弧形导轨；17、弹性分隔膜；18、AIS电子板模块；19、蓄电池模块；20、水泵模块；21、气泵模块；22、浮动支撑模块；23、弧形封板；24、拉紧绳；25、支撑架；26、支撑管；27、锁定槽；28、中间支撑板；29、卷筒一；30、蓄能弹簧一；31、卷筒二；32、蓄能弹簧二；33、电磁铁抱闸；34、外筒；35、内筒；36、出口；37、进水口；38、连接环；39、密封盒体；40、支撑侧壁；41、变形顶板；42、绳缆出口；43、卷筒三；44、蓄能弹簧三；45、分离板；46、切换机构；47、容纳槽；48、触发杆；49、锥形头；50、回位弹簧；51、定位孔；52、弹簧固定孔一；53、弹簧固定孔二；54、通信处理器；55、GNSS接收机；56、VHF收发机；57、输入接口；58、风速风向传感器；59、超声波流速传感器；60、电罗经传感器；61、蓄电池；62、电源管理模块；63、备用处理器；64、无线发送接收端；65、半球底座。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

一种基于AIS的智能感知航标设备，如图1-3所示，其包括：AIS航标本体1、航标浮灯2、绳缆3、中继浮体4、锚缆5、锚定物6和收放缆动力装置7，中继浮体4连接于锚缆5上端，锚缆5下端通过锚定物6固定设置于海底，中继浮体4悬浮于水中，并通过锚缆5进行保持定位，收放缆固定装置7固定设置于海底，绳缆3从收放缆固定装置7内伸出后，穿过中继浮体4然后固定连接于AIS航标本体1的底部，航标浮灯2通过可伸缩的浮灯缆绳8活动安装于AIS航标本体1的内部，在未遇到恶劣天气，如风暴、海啸、台风等时，AIS航标本体1漂浮于海面上，AIS航标本体1内的AIS***和航标浮灯2正常工作，为船舶提供导航信息，在遇到恶劣天气，如风暴、海啸、台风等时，AIS航标本体1内的AIS***关闭并且将AIS***内的静态信息和动态信息发送到海岸管理后台，由收放缆动力装置7收卷绳缆3而下沉，然后固定卡设于中继浮体4内，同时，浮灯缆绳8进行放绳，使得航标浮灯2漂浮于海面，航标浮灯2正常工作，海岸管理后台在接受到上述的静态信息和动态信息后形成虚拟的AIS航标，并将其发送到电子航海图上，从而为船舶提供导航信息。

如图4所示，AIS***包括通信处理器54、GNSS接收机55、VHF收发机56和输入接口57，AIS***集成于AIS电子板模块18上，且所述AIS电子板模块18设置于AIS航标本体1内，所述AIS电子板模块18还包括电源管理模块62、备用处理器63和无线发送接收端64，风速风向传感器58、超声波流速传感器59和电罗经传感器60连接输入接口57，风速风向传感器58用于采集主要的气象参数，如大气温度、大气湿度、风向和风速；超声波流速传感器59用于测量船舶在水中的速度；电罗经传感器60为船舶提供稳定航向信息。风速风向传感器58、超声波流速传感器59和电罗经传感器60采集的信息形成所述静态信息和动态信息。

蓄电池模块19内的蓄电池61连接所述电源管理模块62，电源管理模块62连接所述通信处理器54和备用处理器63，风速风向传感器58还与备用处理器63连接，无线发送接收端64与备用处理器63连接，电源管理模块62用于切换蓄电池61与通信处理器54或备用处理器63的通断，所述恶劣天气的判断可以通过海岸管理后台的天气预报进行判断或者时通过风速风向传感器58检测到的数据进行判断，如海岸管理后台的天气预报检测到将有风暴、海啸、台风时，将该信息发送给VHF收发机56，接收到该信息后，通信处理器54将传感器采集到的动态信息和静态信息通过VHF收发机56发送给海岸管理后台，然后电源管理模块62使得蓄电池61断开与通信处理器54的连接，接通与备用处理器63的连接，后续通过无线发送接收端64实现与海岸管理后台的通信。

如图1-7所示，AIS航标本体1包括球形壳体14和充气外环15，充气外环15环绕球形壳体14固定设置，且为一充气空心结构，其在充满气时能够贴服于海面，从而能够保证AIS航标本体1在漂浮于海面上时都不发生倾覆。在充气外环15放气后，其贴附于球形壳体14的外周。

球形壳体14包括半球底座65、弧形导轨16和弧形封板23，弧形导轨16固定设置于半球底座65的上部，弧形封板23为若干块，且若干弧形封板23相互滑动折叠设置，最外层的弧形封板23能够沿着弧形导轨16滑动，最内层的弧形封板23连接有拉紧绳24，拉紧绳24能够拉紧弧形封板23，使得弧形封板23顺着弧形导轨16进行滑动，而实现球形壳体14的密封。优选地，半球底座65内部设置有弹性分隔膜17，弹性分隔膜17为高弹性材质的薄膜结构，其材质可以选择为橡胶、乳胶等材料。弹性分隔膜17和半球底座65形成了一密封空间。密封空间内设置有水泵模块20、气泵模块21、浮动支撑模块22、AIS电子板模块18和蓄电池模块19，浮动支撑模块22底端固定设置于半球底座65上，AIS电子板模块18和蓄电池模块19固定连接后，共同固定连接于浮动支撑模块22的顶端，水泵模块20和气泵模块21分别固定设置于浮动支撑模块22的两端。水泵模块20、气泵模块21、浮动支撑模块22、AIS电子板模块18和蓄电池模块19外周均通过隔水密封膜进行封装。

优选地，如图6所示，弹性分隔膜17中部固定设置有支撑架25，支撑架25上固定设置有支撑管26，弹性分隔膜17上位于支撑架25内还固定设置有中间撑板28，在支撑架25和中间撑板28之间分别转动设置有卷筒一29和卷筒二31，在卷筒一29和中间支撑板28之间固定设置有蓄能弹簧一30，在卷筒二31和中间支撑板28之间设置有蓄能弹簧二32，浮灯缆绳8卷绕于卷筒一29上，支撑架25上和支撑管26内设置有供浮灯缆绳8通过的通孔结构；拉紧绳24卷绕于卷筒二31上，在卷筒二31和支撑架25之间还设置有电磁铁抱闸33，用于控制卷筒二31的转动和制动。

如图7所示，所述浮动支撑模块22包括外筒34和内筒35，内筒35顶部为封闭结构，在内筒35的顶部侧壁处开设有出口36。在半球底座65上还开设有进水口37，优选地，进水口37上还设置有电磁开闭阀，水泵模块20使海水从进水口37进入后，通过外筒34、内筒35后，从出口36送出，进入所述密封空间内。

如图5所示，弧形导轨16包括两条，且弧形导轨16之间平行设置，它们之间的距离大于航行浮灯2的直径小于支撑架25的宽度。

如图2-3所示，半球底座65上设置有锁定槽27，中继浮体4包括中继主体9、穿孔10和航标卡紧结构11，穿孔10设置于中继主体9内侧，且其直径大小与球形壳体14的内径大小相同，或者优选地，穿孔10的直径大小略大于球形壳体14，航标卡紧结构11包括滑动卡块12以及锁紧弹簧13，滑动卡块12能够伸出或缩回中继主体9。滑动卡块12和锁定槽27的结构相同，均上部为弧形结构，下部为支边结构。

如图8所示，所述收放缆动力装置7包括密封盒体39、卷筒三43和蓄能弹簧三44，卷筒三43转动安装于密封盒体39的支撑侧壁40内，蓄能弹簧三44两端分别固定设置于卷筒三43的侧面和支撑侧壁40的侧面处，绳缆3缠绕于卷筒三43上。

优选地，蓄能弹簧一30在航标浮灯2位于支撑管26顶端时，其处于自由放松状态，并没有预紧扭力；蓄能弹簧二32具有预设的一定扭力，在电磁铁抱闸33处于打开卷筒二32的转轴状态时，能够带动拉紧绳24收缩，从而能够带动弧形封板23闭合；蓄能弹簧三44在AIS航标本体1处于卡合中继浮体4时处于自由放松状态，在AIS航标本体1处于漂浮于海面上时，其具有一定预紧力，从而能够在AIS航标本体1偏离过远时自动将其拉回。

优选地，为了能够改善蓄能弹簧三44的工作环境，避免其一直处于扭转状态，在AIS航标本体1卡设于中继浮体4时，使得可以对蓄能弹簧三44进行校正。具体的，如图8所示，密封盒体39还包括变形顶板41，在变形顶板41上设置有绳缆出口42，在支撑侧壁40一侧还设置有一分离板45，卷筒三43的右边转轴穿过分离板45，分离板45和支撑侧壁40之间设置有切换机构46，切换机构46包括触发杆48、回位弹簧50、设置于触发杆48左端的锥形头49和设置于支撑侧壁内的容纳槽47，回位弹簧50套设于触发杆48上且位于锥形头49和分离板45之间，触发杆48为“7”型结构，触发杆48的另一端穿设于分离板45右侧的定位孔51内，回位弹簧50使得触发杆48插设于定位孔51内，蓄能弹簧三44的两端分别固定于卷筒三43右侧的弹簧固定孔一52内和分离板45左侧的弹簧固定孔二53内，蓄能弹簧一和蓄能弹簧二两端的连接方式与蓄能弹簧三相同，此处就不再赘述了，为了保证密封盒体39的密封性，在绳缆出口42处设置有密封结构，如密封圈、密封塞等。中继浮体4停留的位置优选为，在AIS航标本体1卡合于中继浮体4上时，球形壳体14紧压变形顶板41，使得其发生变形，从而带动锥形头49向右滑动克服回位弹簧50的弹力，使得触发杆48右移，分离板45与支撑侧壁40分离，蓄能弹簧三44释放弹力，从而改善了蓄能弹簧三44的工作环境。

优选地，为了使得AIS航标本体1能够脱离航标卡紧结构11而上浮，气泵模块21内包括储气罐，启动气泵模块21，对充气外环15进行充气，充气外环15由于充气后进行膨胀，然后将滑动卡块12向外滑动从而进行解锁。

优选地，为了防止弧形封板23滑出，在每个弧形封板23上都设置有限位结构，如设置限位卡块，防止弧形封板23滑出，为了防止滑动卡块12滑出，在滑动卡块12内也设置有限位结构，如限位卡块。优选地，为了能够保证弧形封板23能够顺利进行滑动，在最外部的弧形封板23外部设置与弧形导轨16配合的导槽结构，位于中间的弧形封板23在外端处设置导槽结构在内端处设置导轨结构，位于最内部的弧形封板23在外端处设置导槽结构，导轨结构和导槽结构相互配合，拉紧绳24连接于最内侧的弧形封板23，在最内侧的弧形封板23由拉紧绳24拉紧向上滑动时，其限位卡块与中间的弧形封板23限位卡块卡设，从而再带动中间的弧形封板23向上滑动，最后使得两侧的弧形封板23封闭对接，与半球底座65形成一个完整的球形结构。为了增强弧形封板23之间的密封性，在各弧形封板23的边缘处均设置密封橡胶或密封膜等结构，或者是将限位卡块设置为密封橡胶的方式，此处不是本申请的重点，故不再赘述。

优选地，为了使得在AIS航标本体1浮于海面时能够打开，在卷筒二31的转轴右侧还设置有一复位电机(图上未画出)，在需要打开弧形封板23时，启动复位电机，使得卷筒二31反转，拉紧绳24放松，由于重力作用弧形封板23向下滑动，从而实现弧形封板23的打开。

优选地，在半球底座65底部还设置有连接环38，绳缆3固定于连接环38上。

优选地，为了防止支撑架25由于放置于弹性分隔膜17上而一直摇摆，使得浮动支撑模块22在处于初始状态时，电子模块18和蓄电池模块19紧贴弹性分隔膜17，从而能够为支撑架25提供支撑力。

优选地，为了能够适应AIS航标本体1所处的不同位置，使得风速风向传感器58设置于航标浮灯2上，超声波流速传感器59和电罗经传感器60均位于AIS航标本体1上，优选地，超声波流速传感器59和电罗经传感器60位于弧形导轨16内侧，弧形导轨16上可以设置能够容纳传感器的凹槽结构，优选地，为了保证AIS航标本体1在下沉后传感器不被浸水，在凹槽结构外设置由电机驱动的可滑动闭合的封板结构，在下沉后封板封闭，此处不是本申请的重点，故不再赘述。

优选地，还包括一种基于AIS的智能航标设备的预警方法，其步骤包括：

一、获取天气状况：

通过风速风向传感器58或者海岸管理后台的天气预报，获得海面的天气状况；

二、切换航标设备的工作模式：

在获取到天气状况为恶劣天气，如风暴、海啸、台风等不适宜航标设备位于海平面工作时，关闭航标设备上的AIS***，并将关闭前传感器采集到的相应静态信息和动态信息发送到海岸管理后台，从而形成虚拟AIS航标，将虚拟AIS航标导入电子航图中对船舶进行导航，选择AIS航标本体1下沉于海底卡合于中继浮体4上，航标浮灯2放出，漂浮于海面继续进行预警。

三、航标设备复原：

在恶劣天气过后，解锁航标卡紧机构11，使得航标本体1上浮，同时收回航标浮灯2，最后在航标本体1浮于海面后，打开弧形封板23，打开AIS***并向海岸管理后台发送打开信号，海岸管理后台收到该信号后，取消电子航标图上的虚拟AIS航标，最后使得航标复原。

优选地，步骤二中形成虚拟AIS航标的具体步骤为：通信处理器54将各传感器采集到的静态信息和动态信息通过VHF收发机传递给海岸管理后台，然后控制电源管理模块62切断蓄电池61向通信处理器54的供电，然后切换使得蓄电池61向备用处理器63供电，实现AIS***的关闭，海岸管理后台将接收到的静态信息和动态信息转换为AIS航标信息然后导入到电子航图中，从而形成虚拟AIS航标。

优选地，AIS航标本体1的下沉步骤如下：备用处理器63控制进水口37处的电磁开闭阀打开，启动水泵模块20中的水泵工作，海水通过进水口37经过浮动支撑模块22后进入由半球底座65和弹性分隔膜17形成的密封空间内，随着水的进入，弹性分隔膜17膨胀变形，从而带动支撑件25向上运动，拉紧绳24带动最内侧的弧形封板23向上滑动，当密封空间内充满水后，支撑件25抵紧弧形导轨16，控制电磁开闭阀关闭，控制电磁铁抱闸33得电，解除对卷筒二31转轴的抱紧，蓄能弹簧二32驱动拉紧绳24拉紧，从而使得弧形封板23之间继续靠近，直到两最外弧形封板23相互抵紧，实现航标本体1的整体闭合，两相互接触的弧形封板23之间的电磁锁锁止，然后使得电磁铁抱闸33失电，抱紧卷筒二31的转轴，备用处理器63控制气泵模块21进行工作，将充气外环15内的空气都吸入或者部分吸入到气泵模块21内的储气罐内，最后使得充气外环15内不存在气体，充气外环15紧贴于半球底座65外侧，此时，AIS航标本体1的浮力再不能支撑其漂浮，收放缆动力装置7带动其下沉，直至AIS航标本体1卡设于中继浮体4，而航标浮灯2其内部具有空气，因此其能够漂浮于海面上，再AIS航标本体1下沉时，航标浮灯2拉动浮灯缆绳8伸长而继续漂浮于海面上，优选地，中继浮体4提供的浮力足够AIS航标本体1卡设于中继浮体4时任然能够处于漂浮状态。

优选地，AIS航标本体1的上浮步骤如下：在航标浮灯2上的风速风向传感器58检测到风速减小后，或者由海岸管理后台发出恶劣天气已过的信息被无线发送接收端64接收到后，备用处理器63得到该信号，然后启动气泵模块21，对充气外环15充入一定量的空气，使得膨胀后的充气外环15将滑动卡块12压入中继主体9内即可，此时，航标卡紧结构11处于解锁状态，然后启动水泵模块20进行放水，控制电磁开闭阀打开，排出的水形成一推力，推动AIS航标本体1向上运动，备用处理器63使得电磁铁抱闸33得电解除锁定，同时，随着水的排出，其内的浮力变大从而向上浮，同时浮灯缆绳8由卷筒一29带动收卷，最后，AIS航标本体1浮于海面上，然后将充气外环15充满气，同时控制电磁锁解锁，弧形封板23由于重力而打开，若还未恢复，给恢复电机信号，使得卷筒二31转动带动拉紧绳恢复，在拉紧绳24恢复后，电源管理模块62切换蓄电池61给通信处理器54通电，关闭对备用处理器63的供电，从而实现了AIS***的打开，海岸管理后台检测到AIS***打开后，取消电子航图上的虚拟AIS航标，继续使用实体的AIS航标。优选地，为了能够更加顺利的将密封空间内的水排出，可以在弹性分隔膜17的上部空间内设置气球结构，在需要排水时气泵模块21为气球结构充气，进一步加快水的排出，同时，为了排出密封空间内的水，在水泵模块20进行排水时，气泵模块22也充入空气，加快水的排出；优选地，在AIS电子板模块18或蓄电池模块19上设置一带排气口的排气管，排气管联通气泵模块21，需要排气或者吸气都使用该排气口，而由于浮动支撑模块22的支撑，使得该排气管总是会随着水的增多而升高从而保证排气口的使用。此处并不是本申请的重点，故不再赘述。优选地，为了使得密封空间内的水能够全部排出，在外筒34的底部侧壁处设置一带电磁开闭阀的排水孔，需要排出水时电磁开闭阀打开进行积水的排出。

优选地，浮灯缆绳8为内部带电线的缆绳结构，航标浮灯2所使用的电力均为蓄电池进行提供，其与蓄电池的供电连接方式可以通过将缆绳设置于半球底座65内的方式进行走线，其他弹性分隔膜17以外的电子器件供电方式均通过此种方式实现，而弹性分隔膜17以内的电子器件供电也是通过与蓄电池的连接实现的，此处并不是本申请的重点，故不再赘述。

优选地，电罗经传感器的型号可以为HLD-GC100电罗经；超声波流速传感器的型号为：DMF超声波多普勒流速仪；风速风向传感器型号为EC21B风速风向传感器。

综上，本发明的一种基于AIS的智能感知航标设备及其预警方法可以智能的根据海面环境是否适合航标设备运行，而智能的选择在实体AIS航标和虚拟AIS航标之间进行切换，而且在使用虚拟AIS航标时，航标仍然使用航标灯结合虚拟AIS航标来对过往的船舶进行导航，不仅能满足安装了AIS***的船舶，对于未安装AIS***的船舶，其仍然能够根据航标灯进行导航，且在恶劣天气情况下，使得航标位于平静的海底中，且通过中继浮体进行卡设固定，避免了随着洋流而漂浮，同时，使用了蓄能卷筒结构实现了缆绳的收放，创造性的使得航标的收放不需要使用电机、液压等动力的输出。

Claims (10)

1.一种基于AIS的智能感知航标设备，其包括AIS航标本体(1)、航标浮灯(2)、绳缆(3)、中继浮体(4)、锚缆(5)、锚定物(6)和收放缆动力装置(7)，中继浮体(4)连接于锚缆(5)上端，锚缆(5)下端通过锚定物(6)固定设置于海底，中继浮体(4)悬浮于水中，并通过锚缆(5)进行保持定位，收放缆固定装置(7)固定设置于海底，绳缆(3)从收放缆固定装置(7)内伸出后，穿过中继浮体(4)然后固定连接于AIS航标本体(1)的底部，航标浮灯(2)通过可伸缩的浮灯缆绳(8)活动安装于AIS航标本体(1)的内部，在未遇到恶劣天气时，AIS航标本体(1)漂浮于海面上，AIS航标本体(1)内的AIS***和航标浮灯(2)正常工作，为船舶提供导航信息，其特征在于：在遇到恶劣天气时，AIS航标本体(1)内的AIS***关闭并且将AIS***内的静态信息和动态信息发送到海岸管理后台，由收放缆动力装置(7)收卷绳缆(3)而下沉，然后固定卡设于中继浮体(4)内，同时，浮灯缆绳(8)进行放绳，使得航标浮灯(2)漂浮于海面，航标浮灯(2)正常工作，海岸管理后台在接受到上述的静态信息和动态信息后形成虚拟AIS航标，并将虚拟AIS航标发送到电子航海图上，从而为船舶提供导航信息。

2.如权利要求1所述的一种基于AIS的智能感知航标设备，其特征在于：AIS***包括通信处理器(54)、GNSS接收机(55)、VHF收发机(56)和输入接口(57)，AIS***集成于AIS电子板模块(18)上，且所述AIS电子板模块(18)设置于AIS航标本体(1)内，所述AIS电子板模块(18)还包括电源管理模块(62)、备用处理器(63)和无线发送接收端(64)，风速风向传感器(58)、超声波流速传感器(59)和电罗经传感器(60)连接输入接口(57)，风速风向传感器(58)、超声波流速传感器(59)和电罗经传感器(60)采集的信息形成所述静态信息和动态信息。

3.如权利要求2所述的一种基于AIS的智能感知航标设备，其特征在于：蓄电池模块(19)内的蓄电池(61)连接所述电源管理模块(62)，电源管理模块(62)连接所述通信处理器(54)和备用处理器(63)，风速风向传感器(58)还与备用处理器(63)连接，无线发送接收端(64)与备用处理器(63)连接，电源管理模块(62)用于切换蓄电池(61)与通信处理器(54)或备用处理器(63)的通断，所述恶劣天气的判断通过海岸管理后台的天气预报进行判断或者通过风速风向传感器(58)检测到的数据进行判断，判断为恶劣天气时，通信处理器(54)将传感器采集到的动态信息和静态信息通过VHF收发机(56)发送给海岸管理后台，然后电源管理模块(62)使得蓄电池(61)断开与通信处理器(54)的连接，接通与备用处理器(63)的连接，后续通过无线发送接收端(64)实现与海岸管理后台的通信。

4.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种基于AIS的智能感知航标设备，其特征在于：AIS航标本体(1)包括球形壳体(14)和充气外环(15)，充气外环(15)环绕球形壳体(14)固定设置，且为一充气空心结构，其在充满气时能够贴服于海面，从而能够保证AIS航标本体(1)在漂浮于海面上时都不发生倾覆，在充气外环(15)放气后，其贴附于球形壳体(14)的外周。

5.如权利要求4所述的一种基于AIS的智能感知航标设备，其特征在于：球形壳体(14)包括半球底座(65)、弧形导轨(16)和弧形封板(23)，弧形导轨(16)固定设置于半球底座(65)的上部，弧形封板(23)为若干块，且若干弧形封板(23)相互滑动折叠设置，最外层的弧形封板(23)能够沿着弧形导轨(16)滑动，最内层的弧形封板(23)连接有拉紧绳(24)，拉紧绳(24)能够拉紧弧形封板(23)，使得弧形封板(23)顺着弧形导轨(16)进行滑动，而实现球形壳体(14)的密封。

6.如权利要求5所述的一种基于AIS的智能感知航标设备，其特征在于：半球底座(65)内部设置有弹性分隔膜(17)，弹性分隔膜(17)为高弹性材质的薄膜结构，弹性分隔膜(17)和半球底座(65)形成了一密封空间，密封空间内设置有水泵模块(20)、气泵模块(21)、浮动支撑模块(22)、AIS电子板模块(18)和蓄电池模块(19)，浮动支撑模块(22)底端固定设置于半球底座(65)上，AIS电子板模块(18)和蓄电池模块(19)固定连接后，共同固定连接于浮动支撑模块(22)的顶端，水泵模块(20)和气泵模块(21)分别固定设置于浮动支撑模块(22)的两端，水泵模块(20)、气泵模块(21)、浮动支撑模块(22)、AIS电子板模块(18)和蓄电池模块(19)外周均通过隔水密封膜进行封装。

7.如权利要求6所述的一种基于AIS的智能感知航标设备，其特征在于：弹性分隔膜(17)中部固定设置有支撑架(25)，支撑架(25)上固定设置有支撑管(26)，弹性分隔膜(17)上位于支撑架(25)内还固定设置有中间撑板(28)，在支撑架(25)和中间撑板(28)之间分别转动设置有卷筒一(29)和卷筒二(31)，在卷筒一(29)和中间支撑板(28)之间固定设置有蓄能弹簧一(30)，在卷筒二(31)和中间支撑板(28)之间设置有蓄能弹簧二(32)，浮灯缆绳(8)卷绕于卷筒一(29)上，支撑架(25)上和支撑管(26)内设置有供浮灯缆绳(8)通过的通孔结构；拉紧绳(24)卷绕于卷筒二(31)上，在卷筒二(31)和支撑架(25)之间还设置有电磁铁抱闸(33)，用于控制卷筒二(31)的转动和制动。

8.如权利要求1所述的一种基于AIS的智能感知航标设备，其特征在于：半球底座(65)上设置有锁定槽(27)，中继浮体(4)包括中继主体(9)、穿孔(10)和航标卡紧结构(11)，穿孔(10)设置于中继主体(9)内侧，且其直径大小与球形壳体(14)的内径大小相同，航标卡紧结构(11)包括滑动卡块(12)以及锁紧弹簧(13)，滑动卡块(12)能够伸出或缩回中继主体(9)，滑动卡块(12)和锁定槽(27)的结构相同，均上部为弧形结构，下部为支边结构。

9.一种如权利要求1-8任意一项权利要求的基于AIS的智能感知航标设备的预警方法，其特征在于：其步骤包括：

一、获取天气状况：

通过风速风向传感器(58)或者海岸管理后台的天气预报，获得海面的天气状况；

二、切换航标设备的工作模式：

在获取到天气状况为恶劣天气，不适宜航标设备位于海平面工作时，关闭航标设备上的AIS***，并将关闭前传感器采集到的相应静态信息和动态信息发送到海岸管理后台，从而形成虚拟AIS航标，将虚拟AIS航标导入电子航图中对船舶进行导航，选择AIS航标本体(1)下沉于海底卡合于中继浮体(4)上，航标浮灯(2)放出，漂浮于海面继续进行预警；

三、航标设备复原：

在恶劣天气过后，解锁中继浮体(4)内的航标卡紧机构(11)，使得航标本体(1)上浮，同时收回航标浮灯(2)，最后在航标本体(1)浮于海面后，打开弧形封板(23)，打开AIS***并向海岸管理后台发送打开信号，海岸管理后台收到该信号后，取消电子航标图上的虚拟AIS航标，最后使得航标复原。

10.根据权利要求9所述的预警方法，其特征在于：步骤二中形成虚拟AIS航标的具体步骤为：通信处理器(54)将各传感器采集到的静态信息和动态信息通过VHF收发机传递给海岸管理后台，然后控制电源管理模块(62)切断蓄电池(61)向通信处理器(54)的供电，然后切换使得蓄电池(61)向备用处理器(63)供电，实现AIS***的关闭，海岸管理后台将接收到的静态信息和动态信息转换为AIS航标信息然后导入到电子航图中，从而形成虚拟AIS航标。

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