CN213515791U

CN213515791U - 海洋水位和波浪测量的低成本gnss浮标

Info

Publication number: CN213515791U
Application number: CN202023073515.4U
Authority: CN
Inventors: 杨磊
Original assignee: First Institute of Oceanography MNR
Current assignee: First Institute of Oceanography MNR
Priority date: 2020-12-19
Filing date: 2020-12-19
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2030-12-19

Abstract

本实用新型涉及海洋监测技术领域，公开了一种海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其包括：机箱，为长方体中空密闭结构，内部设有GNSS接收机、姿态传感器、可充电电池模组、天线模块、数据传输模块及数据存储模块，机箱上方中部设有透明半球状玻璃罩，玻璃罩内部位于机箱上安装有天线及位于天线一侧的摄像头；浮标框架结构，包括直角立体五通连接管件，其中一个管口竖直连接有重力管，其余四个管口分别水平连接有呈十字型设置的平衡管，每根平衡管端部均挂载有浮子，重力管和平衡管均采用铝合金材质；锚系重块；浮球：与重力管和锚系重块通过缆绳、连接环分别连接。本实用新型结构简单，在保持高精度测量的基础上大大降低了制造成本。

Description

海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标

技术领域

本实用新型涉及一种海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，属于海洋监测技术领域。

背景技术

目前海洋水位数据主要由验潮站配置的验潮仪采集，海浪数据主要由海洋站配置的波浪浮标采集获得，而验潮站的分布在我国乃至世界范围内都较为稀疏，从而限制了任意海域的海洋水位和波浪参数采集，GNSS技术迅速发展，搭载GNSS传感器的浮标可以实现海洋水位和波浪的采集，然而目前现有技术中的海洋站验潮仪和波浪浮标不具备机动性，只能定点观测；且临时验潮仪不具备水位和波浪同步观测的功能；现有GNSS浮标的造价高昂，重量大，其运输、布放和回收均较为困难。因此，需要设计一种低成本可测量海洋水位和波浪的浮标。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提出了一种海洋水位和波浪测量的低成本 GNSS浮标。

本实用新型所述的一种海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，包括：

机箱，为长方体中空密闭结构，内部设有GNSS接收机、姿态传感器、可充电电池模组、天线模块、数据传输模块及数据存储模块，机箱上方中部设有透明半球状玻璃罩，玻璃罩内部位于机箱上安装有天线及位于天线一侧的摄像头，GNSS接收机、姿态传感器、天线模块、数据传输模块、数据存储模块和摄像头均与可充电电池模组电连接；摄像头可采集浮标周围环境图像，并通过天线模块及天线传送到地面基站，排除人为或大型鱼类导致的浮标晃动，可辅助更精确的进行水位和波浪的观测。玻璃罩透明可提高太阳光线穿透力。

浮标框架结构，包括直角立体五通连接管件，直角立体五通连接管件顶部平面与机箱底部可拆卸连接，直角立体五通连接管件其中一个管口竖直可拆卸连接有重力管，其余四个管口分别水平可拆卸连接有呈十字型设置的平衡管，每根平衡管端部均挂载有浮子，重力管上设有连接环Ⅰ，直角立体五通连接管件、重力管和平衡管均采用铝合金材质；呈十字型放置的四个浮子及重力管的联合设置可使浮标稳定性更强，不易被海浪打翻，在浮标布放或回收过程中，重力管和平衡管可拆卸，便于收纳和运输，大大减小了运输成本和所需运输空间；直角立体五通连接管件、重力管和平衡管均采用铝合金材质质量较轻且价格低，减少了制造成本。

锚系重块，锚系重块上设有连接环Ⅱ；便于缠绑缆绳。

浮球：与重力管和锚系重块通过缆绳、连接环分别连接。

优选的，所述天线采用宽频GNSS天线。可以收发多类信号，成本较低。

优选的，所述玻璃罩内部位于机箱上还安装有太阳能电池板，太阳能电池板与可充电电池模组电连接。太阳能电池板可为可充电电池模组进行充电，大大增加浮标的续航能力减少后期维护成本且太阳能发电无污染，对环境友好。

优选的，所述机箱上还设置有夜间提示灯。可在夜间对对观测人员及来往船只提供浮标位置的提示。

优选的，所述机箱外表面及浮标框架结构表面均涂设有海洋防腐涂料。防止海洋盐分侵蚀机箱及浮标框架结构，造成浮标结构损坏。

优选的，所述平衡管和重力管分别与直角立体五通连接管件的各个管口之间螺纹连接。具有结构简单、连接可靠，使浮标装拆方便的优点。

优选的，所述浮子采用聚氯乙烯泡沫材质。聚氯乙烯泡沫材质的浮子表面吸水率低、浮力大、耐腐蚀性能好，且产品环保价格低廉。

本实用新型所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标具有以下有益效果：

(1)浮标结构可快拆快装，减少了运输、布放及回收的成本；

(2)摄像头采集图像辅助判断水位信息及波浪信息，使观测结果精度更高；

(3)采用宽频GNSS天线，接收信号范围广，铝合金框架，大大降低了生产成本；

(4)结构简单、制造容易，所需后期维护少。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是浮标框架结构的示意图。

图3是机箱内部结构的示意图。

图中：1、机箱；11、GNSS接收机；12、天线模块；13、数据传输模块；14、数据存储模块；15、可充电电池模组；2、玻璃罩；3、平衡管；4、重力管；41、连接环Ⅰ；5、浮子； 6、浮球；7、缆绳；8、锚系重块；81、连接环Ⅱ；9、直角立体五通连接管件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1至图3所示，本实用新型所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，包括机箱1、浮标框架结构、锚系重块8和浮球6，浮标框架结构包括直角立体五通连接管件9，直角立体五通连接管件9其中一个管口竖直螺纹连接有100cm长的重力管4，重力管4可为浮标提供重力，使浮标不易被海浪打翻，直角立体五通连接管件9其余四个管口分别水平螺纹连接有50cm长的平衡管3，螺纹连接便于拆卸和安装，提高了浮标布放、回收的效率，也减少了运输成本；四根平衡管3呈十字型设置，每根平衡管3远离直角立体五通连接管件9的一端挂载有椭球型浮子5，平衡管3挂载浮子5十字型设置可使浮标更平稳的漂浮在海面，重力管4、平衡管3及直角立体五通连接管件9均采用铝合金材质，且管径均为33mm，铝合金材质质量轻且价格低，减少了制造成本。

直角立体五通连接管件9顶部平面通过螺栓连接有机箱1，机箱1为长方体中空密闭结构，具有IP67/68防水等级，机箱1内部设有GNSS接收机11、姿态传感器、可充电电池模组15、天线模块12、数据传输模块13及数据存储模块14，GNSS接收机11采用双频Ublox 的ZED-F9P芯片，可接收我国北斗、美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯等卫星导航定位的信号，并保存高频原始观测数据到数据存储模块14中；姿态传感器可对浮标随波浪运动的姿态进行测量，将姿态信息存储到数据存储模块14中；可充电电池模组15为GNSS接收机11、姿态传感器、天线模块12、数据传输模块13、数据存储模块14提供电能；机箱1上方中部设有半球状玻璃罩2，玻璃罩2内部位于机箱1正上方安装有天线及位于天线一侧的摄像头，天线采用宽频GNSS天线，尺寸为38mm×38mm(直径)×143mm，天线成本大大降低，摄像头可捕捉浮标周围环境的图像信息存储到数据存储模块14中，数据存储模块14中的图像信息、浮标姿态信息及GNSS接收机11接收的观测数据均通过数据传输模块、天线模块12 及天线传送到地面基站，图像信息可排除人为或大型鱼类导致的浮标晃动，使水位和波浪观测结果更准确；机箱1上方位于半球状玻璃罩2内部还设有夜间提示灯，可在夜间对观测人员及来往船只提供浮标位置的提示。

重力管4中部偏下的位置套接有连接环Ⅰ41，为防止浮标随海漂走，浮标通过重力管4 上的连接环Ⅰ41缠绑缆绳7与浮球6连接，浮球6还通过缆绳7与锚系重块8连接，锚系重块8上设有连接环Ⅱ81，可使缆绳7更好的与锚系重块8缠绑；浮标也可通过缆绳7直接与船舶进行连接。

机箱外表面及浮标框架结构表面均涂设有海洋防腐涂料。防止海洋盐分侵蚀机箱及浮标框架结构，造成浮标结构损坏。

透明半球状玻璃罩2内部位于机箱1上还安装有太阳能电池板，太阳能电池板与可充电电池模组15电连接。太阳能电池板可为可充电电池模组15进行充电，大大增加浮标的续航能力减少后期维护成本，且太阳能发电无污染，对环境友好。

浮子5采用聚氯乙烯泡沫材质。聚氯乙烯泡沫材质的浮子5表面吸水率低、浮力大、耐腐蚀性能好，且产品环保价格低廉。

实施例2：

在实施例1的基础上，机箱1内部还对称设有若干塑料浮子，在平衡管3端部的浮子5 丢失或浮标框架结构出现损坏难以维持浮标平衡时，机箱1仍可在风浪较小的情况下漂浮水面等待回收。

本实用新型的使用过程如下所示：将本实用新型所述的海洋水位和波浪测量的低成本 GNSS浮标待组装好后通过船舶运输至测量地点，并通过缆绳7连接重力管4，缆绳7的另一端可选择固定在浮球6上，也可以直接和船舶进行连接，将浮标下放在海面，GNSS接收机11 和天线接收我国北斗、美国GPS等卫星导航定位信号并保存高频原始观测数据到数据存储模块14中，摄像头采集周围环境信息，天线、天线模块12及数据传输模块13将观测到的数据传送给地面，对数据进行标准格式转换，通过现有的处理技术及软件计算并解算分析得到水位及波浪信息。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标安装拆卸方便，制造简单，便于运输，采用GNSS宽频天线及铝合金框架结构，在得到高精度海洋水位和波浪信息的基础上，大幅降低了成本，可降至现有GNSS浮标造价成本的3％左右。

本实用新型可广泛运用于海洋监测场合。

涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本实用新型保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其特征在于，包括：

机箱(1)，为长方体中空密闭结构，内部设有GNSS接收机(11)、姿态传感器、可充电电池模组(15)、天线模块(12)、数据传输模块(13)及数据存储模块(14)，机箱(1)上方中部设有透明半球状玻璃罩(2)，玻璃罩(2)内部位于机箱(1)上安装有天线及位于天线一侧的摄像头，GNSS接收机(11)、姿态传感器、天线模块(12)、数据传输模块(13)、数据存储模块(14)和摄像头均与可充电电池模组(15)电连接；

浮标框架结构，包括直角立体五通连接管件(9)，直角立体五通连接管件(9)顶部平面与机箱(1)底部可拆卸连接，直角立体五通连接管件(9)其中一个管口竖直可拆卸连接有重力管(4)，其余四个管口分别水平可拆卸连接有呈十字型设置的平衡管(3)，每根平衡管(3)端部均挂载有浮子(5)，重力管(4)上设有连接环Ⅰ(41)，重力管(4)和平衡管(3)均采用铝合金材质；

锚系重块(8)，锚系重块(8)上设有连接环Ⅱ(81)；

浮球(6)，与重力管(4)和锚系重块(8)通过缆绳(7)、连接环分别连接。

2.根据权利要求1所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其特征在于，所述天线采用宽频GNSS天线。

3.根据权利要求1所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其特征在于，所述玻璃罩(2)内部位于机箱(1)上还安装有太阳能电池板，太阳能电池板与可充电电池模组(15)电连接。

4.根据权利要求1所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其特征在于，所述机箱(1)上还设置有夜间提示灯。

5.根据权利要求1所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其特征在于，所述机箱(1)外表面及浮标框架结构表面均涂设有海洋防腐涂料。

6.根据权利要求1所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其特征在于，所述平衡管(3)和重力管(4)分别与直角立体五通连接管件(9)的各个管口之间螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的海洋水位和波浪测量的低成本GNSS浮标，其特征在于，所述浮子(5)采用聚氯乙烯泡沫材质。