一种基于水上灯浮标的智能监控装置设计方案,该文是智能监控方面硕士论文开题报告范文与浮标和灯浮标和设计方案相关论文范文素材.
智能监控论文参考文献：
摘 要：航标是标示航道与指引船舶航行的助航导航设施,是重要的社会公共资源.水上灯浮标是航标的一种.由于船舶驾驶员疏忽等原因,灯浮标被过往船只碰撞的事故时有发生.灯浮标被碰撞后,需要进行吊换和维修,成本较高.一直以来,由于缺少证据,对被碰撞浮标的追责和索赔一直是航标管理部门面临的难题.影像监控不失为一个好的方法,本文作者根据灯浮标的实际状况和目前技术的发展情况,阐述了用于灯浮标的新型智能监控装置的设计方案,以供研究人员参考.
关键词：航标 灯浮标 监控 设计 方案
1.前言
灯浮标是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的水上人工标志,在沿海及内河航道两侧比较多见.包括左右通航标、示位标、孤立危险物标、沉船标等.设置地点通常离岸远,有线和无线网络往往都无法覆盖,陆上常用的影像监控方式不适用于灯浮标.
目前,灯浮标被碰撞后,对于安装有AIS航标的灯浮标,可通过对过往船舶的AIS航行轨迹进行筛查.由于通常无法确定被撞的时间节点,船舶AIS航行轨迹也存在一定的误差,往往较难精准地锁定肇事船舶.以往,航标管理部门对水上灯浮标的监控做过一些研究和开发,由于受到技术方面的限制,产品都未能大范围开展应用.随着科技不断发展,特别是新的影像和无线网络技术不断进步,为新的灯浮标智能监控装置的开发提供了可能.下面将新型灯浮标智能监控装置的设计思路做一个分析和介绍.
2.概述
该智能监控装置安装在灯浮标的灯架上,主要由广角摄像头、微波探测装置（雷达）、AIS航标、红外线组件、WiFi热点模块、碰撞传感器、电源系统等组成.根据海洋环境,该装置在高温高湿、防雨防震、夜间拍摄、防腐蚀、防抖拍照、防撞击、防雷击等环境方面都采取对应的设计,以保证设备在复杂的海面环境中稳定工作.
3.功能介绍
（1）灯浮标智能监控装置配置一个220°广角摄像头,在垂直剖面内的视角可达220°,可拍摄照片和视频.快门1/1000以上,摄像头光学防抖设计.索尼超星光高感sensor与红外补光,夜间也能达到良好的拍摄效果.
（2）微波探测器共四个,分别装在灯架的四面.微波探测器的原理是持续发射微波,并接收反射回的微波信号.当探测区内的目标移动时,原发射信号与反射的信号之间会有频率差异,通常称为多普勒效应.探测器的灵敏度取决于目标的移动速度、大小、反射能量的多少以及与探测器的距离.探测器会根据频率改变的大小来生成相应强度的探测信号.一般而言,探测信号的强弱取决于目标的大小以及与探测器的距离.目标越大,距离越短,生成的探测信号就越强.
除此以外,微波灵敏度与目标移动的速度也紧密相关.目标缓慢移动时,微波传感设备生成低频信号,目标快速移动时则生成高频信号；当目标移近或远离探测器时,也会发生相同的情况：斜向移近或远离探测器生成的频率会比直线移动生成的频率信号低,因为斜向接近或远离探测器的速度更慢.两个正以相同速度移动的目标,走直线距离A,生成频率高的信号,走斜线距离B,生成频率低的信号.
（3）灯浮标上安装AIS航标,将采集到的监控装置状态数据通过报文的形式,向航标 A IS 信息中心报告,其中录像模式（见4.工作模式）即时报告.在A IS信息中心也可以随时查看监控装置的工作状态.同时, 对靠近灯浮标的船舶,对其发送警告信息,提醒船舶安全驾驶.如果监控装置在没有AIS安装条件的灯浮标上使用,只是缺少报告功能,不影响拍摄,航标管理人员同样可以通过读取存储卡来获取信息.
（4）红外线组件在夜间或自然光线条件较差时,启动发射红外光为监控摄像头补光.红外线组件的启停由日光阀控制,保证在自然光线不佳的条件下也能拍摄到清晰的影像.
（5）灯浮标智能监控装置内置WiFi热点,在巡检船靠近灯浮标时,无需接线和拔卡,就可以利用巡检船上的设备（手机、电脑、移动终端等）与其无线连接,来读取或拷贝储存卡上的影像资料.
（6）碰撞传感器的工作原理是利用碰撞时产生的加速度,其实质为一变极距差动工作电容.当没有加速度即灯浮标无外力碰撞时,电容C1等于 C2,中间间隙δ1等于δ2 ,当有外力碰撞时会有加速度产生,叉指型结构中间可动部分偏离中间位置,间隙δ1≠δ2,电容C1≠C 2.加速度传感器采用了微机械结构,半导体材料.在一个9mm2的芯片集成了加速度传感器和它的模拟处理电路,其中加速度传感器本身需要1mm2 ,结构如图2所示.加速度传感器在芯片上悬挂一个可动部分,并通过4个弯曲梁与芯片固定,弯曲梁长200 μm,宽2μm,它被置于一叉指形状的单元结构槽内,叉指结构的中间部分即为加速度传感器的可动部分,该部分质量小于0. 1μg.碰撞传感器由多个这样的叉指型结构组合,形成了由C 1和C2组成的变极式差动工作电容传感器.碰撞传感器内的微控制器可以对ΔC （C 1-C2）进行监测,并结合可动部分的质量和弯曲梁的弹性系数,计算出作用于传感器上的加速度,超过设置的加速度时便发出触发信号.
灯浮标设置在水中,受风浪的影响会产生摇荡运动,碰撞传感器的触发应该过滤掉摇荡运动产生的信号.
（7）为了不影响灯浮标灯器正常工作,智能监控装置电源系统单独配置,主要包括12V 80AH的免维护蓄铅酸电池1只,峰值功率20W单晶硅太阳能电池板2块.本设备正常工作功率白天约2W,夜间拍摄功耗约为22W,待机+工作平均功耗约3.75W,以一个电池60A/12V（720）的容量计算,则在无太阳光补充电能的情况下,可使用约190小时左右（~7.9天）.
4.工作模式
新型灯浮标智能监控装置工作分三种模式.
一是拍照模式,当微波探测装置探测到周围船只与灯浮标的距离大于15米时,监控装置自动拍摄全景照片,拍摄频率为1张/min.监控装置内置1 28G储存卡,储存卡分为普通存储区和重要存储区.普通储存区容量为96G,采用循环存储的方式,保存时间约一个月.重要储存区容量为32G,除获得授权外,储存的资料不可循环替代,永久保存.拍照模式下拍摄的照片储存在存储卡的普通存储区.
二是正常录像模式,当微波探测装置探测到周围船只与灯浮标的距离不超过15米时,监控装置转为拍摄全景视频.直到船只离开设置的15米半径范围,才自动转为拍照模式.拍摄的全景视频储存在存储卡的普通存储区.此时由微波探测器触发信号通过AIS向岸基接收设备发送拍摄视频条文的记录信息,信息内容包括开始和结束时间、灯浮标代号、位置等,便于航标管理人员查阅.
三是紧急录像模式,当船只与灯浮标碰撞时,触发碰撞传感器,此时不仅拍摄全景视频,还由碰撞传感器触发信号通过AIS向岸基接收设备发送碰撞报警条文信息,信息内容包括碰撞时间、灯浮标代号、位置等,同时将拍摄的全景视频存入储存卡的重要存储区,不可循环替代,永久保存.
5.展望
智能监控装置可在灯浮标、沿岸灯桩、灯塔等设施上推广应用,形成船舶智能公共监控系统.未来,随着自动识别技术的逐渐成熟,可与船舶检验管理部门的数据库连接,与海事系统CCTV监控系统对接,对过往船舶进行自动识别,建立船舶智能公共监控系统数据库,构建水上交通监控体系,为海事监管、调查等提供强有力的技术保障.
6.结论
智能监控装置包括摄像头、微波探测装置（雷达）、AIS航标、红外线组件、WiFi热点模块、碰撞传感器等部件,各部件单独应用都很成熟,但各个部件之间存在相互控制或关联的关系,智能化的实现关键在于软件程序的开发.
智能监控装置以水上灯浮标为搭载平台,覆盖范围广,应用前景广泛,不仅为灯浮标提供安全防护监控,还为未来建立水上智能监管体系、水上智能导航系统等打下良好基础.
参考文献：
［1］孙文杰,孙浩然.AIS与雷达数据融合技术研究［K］.科技创新与应用,2018,(1):65-66
［2］贾石峰.汽车安全气囊加速度传感器的研究［J］.甘肃科学学报,2002,14(4):91-93.
简而言之:本文论述了关于对不知道怎么写浮标和灯浮标和设计方案论文范文课题研究的大学硕士、智能监控本科毕业论文智能监控论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料.
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