本發(fā)明涉及水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測裝置，尤其涉及一種懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：
由于目前的基礎(chǔ)建設(shè)和運輸成本的限制，石油運輸還是以海上運輸為主的，但是由于海上運輸?shù)牟簧?，很容易造成海面溢油的情況，而溢油會極大的影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，因此，各國都已開始重視溢油監(jiān)測防控體系的建設(shè)。目前溢油監(jiān)測設(shè)備主要有固定式紫外檢測設(shè)備，溢油監(jiān)測雷達，遙感監(jiān)測等幾種。其中固定式紫外監(jiān)測設(shè)備優(yōu)點是監(jiān)測精度高，用于港口碼頭，排污口，需要檢測水面溢油的水體。缺點是監(jiān)測范圍有限，如安裝高度5米，只能測量下方5平方米的水面。溢油監(jiān)測雷達利用雷達波的回波原理可以大面積的掃描開闊水面，監(jiān)測范圍可以達到5公里，甚至更大，缺點是監(jiān)測精度有限，天氣因素影響較大。遙感監(jiān)測有機載型和衛(wèi)星遙感監(jiān)測，投資較大，適合政府大企業(yè)和專業(yè)的監(jiān)測機構(gòu)。而且一般的測試設(shè)備，完全無法針對水文做出針對性的調(diào)整，無法進行實時和準(zhǔn)確的預(yù)測，對應(yīng)溢油或者其他需要的情況下，無法幫助決策部門制定相關(guān)政策。中國專利公告號：CN203243362U，公開日2012年12月17日，公開了一種溢油浮標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)，它由浮標(biāo)水上終端設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理中心、英特網(wǎng)、監(jiān)控平臺組成；浮標(biāo)水上終端設(shè)備通過通信網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心又通過英特網(wǎng)與監(jiān)控平臺相連；該浮標(biāo)水上終端設(shè)備，分為溢油跟蹤浮標(biāo)、溢油報警浮標(biāo)和化學(xué)品泄漏報警浮標(biāo)；溢油跟蹤浮標(biāo)能跟蹤海上溢油的漂移，溢油報警浮標(biāo)能準(zhǔn)確檢測到水上溢油并報警，化學(xué)品泄露報警浮標(biāo)用于監(jiān)測水上化學(xué)品泄露污染事故的預(yù)測預(yù)警；該通信網(wǎng)絡(luò)是指浮標(biāo)與數(shù)據(jù)處理中心之間實現(xiàn)信息傳送的無線通信網(wǎng)絡(luò)；該通信網(wǎng)絡(luò)采用衛(wèi)星通信網(wǎng)，它們是海事衛(wèi)星、銥星以及GSM移動通信網(wǎng)、短信、GPRS、3G和4G；該數(shù)據(jù)處理中心具有數(shù)據(jù)處理及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的功能，數(shù)據(jù)處理中心采用DELLPowerEdgeTMR720服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理中心與浮標(biāo)之間的通信采用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和GSM無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)處理中心與監(jiān)控平臺的之間的通信采用英特網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的傳送；該監(jiān)控平臺是使用人員人機交互的監(jiān)控界面，在電子海圖上直觀的顯示浮標(biāo)，并對浮標(biāo)發(fā)送控制指令，接收和處理浮標(biāo)數(shù)據(jù)。此技術(shù)方案，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，容易被腐蝕的問題。同時此技術(shù)方案，只能對現(xiàn)有溢油的污染進行判斷，缺少對溢油速度的預(yù)測和估算，對于編制應(yīng)急方案很是不利的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為解決目前的技術(shù)方案存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，容易被腐蝕的問題，提供一種懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測裝置，包括設(shè)置在陸上或船上的服務(wù)器，和若干個浮標(biāo)，所述的浮標(biāo)包括密封標(biāo)體、浮力套和水帆，所述浮力套套設(shè)在密封標(biāo)體的外側(cè)，所述的水帆通過軟纜與密封標(biāo)體的下端固定連接，所述密封標(biāo)體內(nèi)設(shè)置有電源、數(shù)據(jù)采集裝置、GPS定位裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置、GPS定位裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置均由電源供電，數(shù)據(jù)采集裝置、GPS定位裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置均與數(shù)據(jù)處理裝置電連接，所述數(shù)據(jù)傳輸裝置與所述的服務(wù)器通訊連接。豎直漂在海面的漂流浮標(biāo)在海水表層流的海流作用下，隨海水流動而移動。在流動的過程中根據(jù)設(shè)置好的發(fā)送頻率，向服務(wù)器發(fā)送自己的位置信息和所處位置的海水溫度信息。服務(wù)器客戶端軟件根據(jù)收到的位置信息進行計算描繪出移動的軌跡也就是油污擴散的路徑。石油入海后在重力、摩擦力、慣性力和表面張力的作用下在海水表面迅速擴展形成油膜。這些油膜在風(fēng)浪和海流的作用下被分隔成大大小小的塊狀和帶狀，隨風(fēng)和海流擴散。油膜在漂移和擴散的過程中，約有1/4～1/3輕組份通過蒸發(fā)進入大氣，蒸發(fā)速率隨分子量、沸點、油膜表面積、厚度和海況而不同。含碳原子數(shù)小于12的烴在入海幾小時內(nèi)便大部分蒸發(fā)逸走，碳原子數(shù)在12～20的烴的蒸發(fā)要經(jīng)過若干星期，碳原子數(shù)大于20的烴不易蒸發(fā)。油膜在海水中隨海流漂移，將漂流浮標(biāo)放入大面積的油膜帶中，漂流浮標(biāo)也會在同樣的風(fēng)浪和海流推動下隨油膜一起浮動漂移，并且在漂移的過程中實時傳送當(dāng)前的位置信息，服務(wù)器接收到位置信息后會對油污的漂移軌跡進行描繪，從而達到監(jiān)測油污擴散的目的。作為優(yōu)選，所述的浮標(biāo)還包括防撞外罩，所述防撞外罩包括圓形的防撞鋼圈、均勻設(shè)置在防撞鋼圈上的彈簧支撐桿、防撞球和防撞保護層，所述彈簧支撐桿的一端與防撞鋼圈固定連接，彈簧支撐桿的另一端與防撞球固定連接，所述防撞球的防撞保護層套設(shè)在防撞球的表面所述防撞鋼圈內(nèi)部均勻設(shè)置有八根連接桿，其中四根連接桿水平連接在密封標(biāo)體上，剩下的四根連接桿與水平面45度向上連接在密封標(biāo)體上。這樣設(shè)置，防撞外罩可以起到保護浮標(biāo)的作用，防撞外罩具有一定的彈性，一旦接觸到礁石，可以被直接被彈開，防止了被浮標(biāo)被卡住的悲劇。作為優(yōu)選，所述GPS定位裝置中的核心芯片為L50GPS芯片，數(shù)據(jù)處理裝置的處理芯片是STM8L151K6單片機，數(shù)據(jù)傳輸裝置的核心芯片為上海域格通信的CEM800CDMA芯片，數(shù)據(jù)采集裝置是TMP101溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集裝置、GPS定位裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置均通過I2C總線與數(shù)據(jù)處理裝置通訊連接。數(shù)據(jù)采集部分主要是采集海水表層的溫度數(shù)據(jù)，這一部分的核心是TMP101溫度傳感器。TMP101是SOT23-6封裝的小尺寸芯片，該芯片數(shù)據(jù)分辨率最高可達12位（分辨率可軟件設(shè)置），采用I2C總線進行數(shù)據(jù)傳輸，I2C總線數(shù)據(jù)傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s，高速模式下可達3.4Mbit/s。TMP101靜態(tài)功耗最高45uA，待機模式下只有0.1uA，溫度精度典型為±0.5℃，芯片工作范圍-55℃～+125℃。電源由一個13.2Ah的聚合物鋰電池組組成，輸出電壓為3.7V。該鋰電池組可以通過電壓監(jiān)測電路控制電池的充電。在5V充電器接入系統(tǒng)的狀態(tài)下充電控制芯片自動檢測到鋰電池電壓低于3.3V時會自動已設(shè)定的電流值給電池充電，直到電池電壓達到4.2V時會自動停止充電。充電控制芯片為TI公司的BQ24085芯片，BQ24085芯片可以最大以750mA的充電電流給電池充電。該芯片具有短路保護和熱保護功能，靜態(tài)功耗低，體積小，采用3x3mm的MLP封裝，特別適合用于低功耗電池供電的小體積設(shè)備。GPS定位主要是有L50GPS模塊來完成的，L50GPS模塊是上海移遠公司推出的一款支持GPSL1頻率段的產(chǎn)品，該模塊采用+1.8V電壓供電，接收中心頻率為1575.42MHz，采用C/A碼編碼，搜索通道最多可達48通道。數(shù)據(jù)處理部分的核心是意法半導(dǎo)體公司的STM8L151K6MCU。該芯片是ST公司的一款超低功耗單片機，采用LQFP48封裝，體積小可用在電池供電設(shè)備、手持設(shè)備等產(chǎn)品開發(fā)上。作為優(yōu)選，所述電源的開關(guān)為磁性開關(guān)裝置，對應(yīng)磁性開關(guān)裝置配設(shè)有磁性解鎖裝置，所述的磁性開關(guān)裝置包括磁塊軌道管、磁塊和按鈕開關(guān)，所述的按鈕開關(guān)的按鈕與所述磁塊抵接，所述的磁塊和按鈕開關(guān)均設(shè)置于所述的磁塊軌道管內(nèi)，所述的磁塊大小與所述按鈕開關(guān)的按鈕大小相匹配，所述的磁性解鎖裝置與所述磁塊相匹配，所述的磁性解鎖裝置包括解鎖用磁塊和塑料外罩，所述的解鎖用磁塊固定在所述的塑料外罩內(nèi)。作為優(yōu)選，所述的按鈕開關(guān)包括接插部、螺桿部、按鈕和固定臺，所述的固定臺的一端與所述的插接部固定連接，所述固定臺的另一面通過螺桿部與所述按鈕的底面連接，所述的按鈕的頂面與所述的磁塊抵接。磁性開關(guān)解鎖器是利用了磁體之間同極相斥的原理。如果磁性開關(guān)處于斷開狀態(tài)當(dāng)解鎖器靠近漂流浮標(biāo)底部的磁性開關(guān)時由于磁極之間極性相同在排斥力的作用下漂流浮標(biāo)底部的小磁鐵會用力頂住開關(guān)的觸點，使得開關(guān)進入閉合狀態(tài)，并將此狀態(tài)保持，開關(guān)閉合后漂流器底部的小磁鐵會回落到之前的位置。如果開關(guān)已經(jīng)處于閉合狀態(tài)，當(dāng)用磁性開關(guān)解鎖器靠近漂流器底部的小磁體時，在同極相斥的作用下，小磁鐵會被再次向上頂起，緊緊頂住開關(guān)的柄，這是開關(guān)會從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)入斷開狀態(tài)，開關(guān)的柄會向下彈起，將小磁體頂回原來的位置。這樣保證了機構(gòu)的密封性，有足夠的安全保護，標(biāo)體采用耐腐蝕材料之后原來經(jīng)常被腐蝕的開關(guān)部位沒有了，那些有空隙易被腐蝕的地方都沒有了，大大增強了本發(fā)明的壽命。一種懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測方法，適用于如權(quán)利要求5所述的懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測裝置，其特征在于：包括以下步驟：步驟一：服務(wù)器和浮標(biāo)均上電初始化，服務(wù)器與數(shù)據(jù)傳輸裝置建立連接，讀取預(yù)設(shè)的參數(shù)，確定定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間間隔；步驟二：GPS定位裝置工作，確定浮標(biāo)當(dāng)前時間的位置，數(shù)據(jù)傳輸裝置將獲取的當(dāng)前經(jīng)緯度信息傳輸至服務(wù)器；步驟三：服務(wù)器提取當(dāng)前時間點對應(yīng)的經(jīng)緯度數(shù)值、當(dāng)前時間點前一個時間點錄入的經(jīng)緯度值作為參數(shù)代入卡爾曼算法，如果有反饋數(shù)據(jù)則將反饋數(shù)據(jù)也作為參數(shù)帶入卡爾曼算法進行預(yù)估計，獲得預(yù)估計值；步驟四：服務(wù)器計算得出預(yù)估計協(xié)方差矩陣；步驟五：根據(jù)步驟四所得的結(jié)果計算得出卡爾曼增益矩陣；步驟六：服務(wù)器根據(jù)卡爾曼增益矩陣更新預(yù)估計值；步驟七：服務(wù)器根據(jù)更新后的預(yù)估計值重新得出協(xié)方差矩陣；步驟八：服務(wù)器得出誤差值和預(yù)測的下一時間點位置的經(jīng)緯度數(shù)值，同時服務(wù)器將當(dāng)前的誤差值作為反饋數(shù)據(jù)進行保存，當(dāng)下一個定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間到來時重新跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟三。本發(fā)明的實質(zhì)性效果是：此技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，不易被腐蝕的問題。此技術(shù)方案，能對現(xiàn)有溢油的污染進行判斷，能對溢油速度的預(yù)測和估算，方便編制應(yīng)急方案。附圖說明圖1是本發(fā)明中密封標(biāo)體與浮力套配合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中防撞鋼圈的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中防撞鋼圈的一種放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中按鈕開關(guān)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1、密封標(biāo)體，2、浮力套，3、磁性開關(guān)裝置，21、防撞鋼圈，22、連接桿，23、彈簧支撐桿，24、防撞球，25、防撞保護層，41、接插部，42、固定臺，43、螺桿部，44、按鈕，51、電源，52、數(shù)據(jù)傳輸裝置，53、GPS定位裝置，54、數(shù)據(jù)采集裝置，55、數(shù)據(jù)處理裝置。具體實施方式下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的具體說明。實施例：一種懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測裝置，包括設(shè)置在陸上或船上的服務(wù)器，和若干個浮標(biāo)，所述的浮標(biāo)包括密封標(biāo)體1、浮力套2和水帆，所述浮力套套設(shè)在密封標(biāo)體的外側(cè)，所述的水帆通過軟纜與密封標(biāo)體的下端固定連接，所述密封標(biāo)體內(nèi)設(shè)置有電源51、數(shù)據(jù)采集裝置52、GPS定位裝置53、數(shù)據(jù)處理裝置55和數(shù)據(jù)傳輸裝置52，所述數(shù)據(jù)采集裝置、GPS定位裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置均由電源供電，數(shù)據(jù)采集裝置、GPS定位裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置均與數(shù)據(jù)處理裝置電連接，所述數(shù)據(jù)傳輸裝置與所述的服務(wù)器通訊連接。所述的浮標(biāo)還包括防撞外罩，所述防撞外罩包括圓形的防撞鋼圈21、均勻設(shè)置在防撞鋼圈上的彈簧支撐桿23、防撞球24和防撞保護層25，所述彈簧支撐桿的一端與防撞鋼圈固定連接，彈簧支撐桿的另一端與防撞球固定連接，所述防撞球的防撞保護層套設(shè)在防撞球的表面所述防撞鋼圈內(nèi)部均勻設(shè)置有八根連接桿22，其中四根連接桿水平連接在密封標(biāo)體上，剩下的四根連接桿與水平面45度向上連接在密封標(biāo)體上。所述GPS定位裝置中的核心芯片為L50GPS芯片，數(shù)據(jù)處理裝置的處理芯片是STM8L151K6單片機，數(shù)據(jù)傳輸裝置的核心芯片為上海域格通信的CEM800CDMA芯片，數(shù)據(jù)采集裝置是TMP101溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集裝置、GPS定位裝置和數(shù)據(jù)傳輸裝置均通過I2C總線與數(shù)據(jù)處理裝置通訊連接。所述電源的開關(guān)為磁性開關(guān)裝置3，對應(yīng)磁性開關(guān)裝置配設(shè)有磁性解鎖裝置，所述的磁性開關(guān)裝置包括磁塊軌道管、磁塊和按鈕開關(guān)，所述的按鈕開關(guān)的按鈕與所述磁塊抵接，所述的磁塊和按鈕開關(guān)均設(shè)置于所述的磁塊軌道管內(nèi)，所述的磁塊大小與所述按鈕開關(guān)的按鈕大小相匹配，所述的磁性解鎖裝置與所述磁塊相匹配，所述的磁性解鎖裝置包括解鎖用磁塊和塑料外罩，所述的解鎖用磁塊固定在所述的塑料外罩內(nèi)。所述的按鈕開關(guān)包括接插部41、螺桿部43、按鈕44和固定臺42，所述的固定臺的一端與所述的插接部固定連接，所述固定臺的另一面通過螺桿部與所述按鈕的底面連接，所述的按鈕的頂面與所述的磁塊抵接。一種懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測方法，適用于如實施例中所述的懸浮式表層水流流速流向在線跟蹤監(jiān)測裝置，包括以下步驟：步驟一：服務(wù)器和浮標(biāo)均上電初始化，服務(wù)器與數(shù)據(jù)傳輸裝置建立連接，讀取預(yù)設(shè)的參數(shù)，確定定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間間隔；步驟二：GPS定位裝置工作，確定浮標(biāo)當(dāng)前時間的位置，數(shù)據(jù)傳輸裝置將獲取的當(dāng)前經(jīng)緯度信息傳輸至服務(wù)器；步驟三：服務(wù)器提取當(dāng)前時間點對應(yīng)的經(jīng)緯度數(shù)值、當(dāng)前時間點前一個時間點錄入的經(jīng)緯度值作為參數(shù)代入卡爾曼算法，如果有反饋數(shù)據(jù)則將反饋數(shù)據(jù)也作為參數(shù)帶入卡爾曼算法進行預(yù)估計，獲得預(yù)估計值；步驟四：服務(wù)器計算得出預(yù)估計協(xié)方差矩陣；步驟五：根據(jù)步驟四所得的結(jié)果計算得出卡爾曼增益矩陣；步驟六：服務(wù)器根據(jù)卡爾曼增益矩陣更新預(yù)估計值；步驟七：服務(wù)器根據(jù)更新后的預(yù)估計值重新得出協(xié)方差矩陣；步驟八：服務(wù)器得出誤差值和預(yù)測的下一時間點位置的經(jīng)緯度數(shù)值，同時服務(wù)器將當(dāng)前的誤差值作為反饋數(shù)據(jù)進行保存，當(dāng)下一個定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間到來時重新跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟三。例如：假設(shè)K時刻漂流器在B點，K-1時刻在A點，K+1時刻在C點。通過A點和B點建立的直角坐標(biāo)系算出偏移角度a，通過C點和B點算出偏移角度b。把角度a和b帶入卡爾曼算法計算出中間的誤差值，根據(jù)計算出的誤差值推算出沖C點漂移到D點所偏移的角度，從而確定D點所在位置。當(dāng)K+2時刻數(shù)據(jù)發(fā)送過來，也就是D點數(shù)據(jù)。算出D點和C點的偏移角度，在把算出的角度帶入卡爾曼算法計算出誤差值，推算出K+3時刻的偏移角度，依次類推算出一小時，兩個小時候的漂流器所在位置。豎直漂在海面的漂流浮標(biāo)在海水表層流的海流作用下，隨海水流動而移動。在流動的過程中根據(jù)設(shè)置好的發(fā)送頻率，向服務(wù)器發(fā)送自己的位置信息和所處位置的海水溫度信息。服務(wù)器客戶端軟件根據(jù)收到的位置信息進行計算描繪出移動的軌跡也就是油污擴散的路徑。石油入海后在重力、摩擦力、慣性力和表面張力的作用下在海水表面迅速擴展形成油膜。這些油膜在風(fēng)浪和海流的作用下被分隔成大大小小的塊狀和帶狀，隨風(fēng)和海流擴散。油膜在漂移和擴散的過程中，約有1/4～1/3輕組份通過蒸發(fā)進入大氣，蒸發(fā)速率隨分子量、沸點、油膜表面積、厚度和海況而不同。含碳原子數(shù)小于12的烴在入海幾小時內(nèi)便大部分蒸發(fā)逸走，碳原子數(shù)在12～20的烴的蒸發(fā)要經(jīng)過若干星期，碳原子數(shù)大于20的烴不易蒸發(fā)。油膜在海水中隨海流漂移，將漂流浮標(biāo)放入大面積的油膜帶中，漂流浮標(biāo)也會在同樣的風(fēng)浪和海流推動下隨油膜一起浮動漂移，并且在漂移的過程中實時傳送當(dāng)前的位置信息，服務(wù)器接收到位置信息后會對油污的漂移軌跡進行描繪，從而達到監(jiān)測油污擴散的目的。以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。