本發(fā)明屬于遠(yuǎn)洋監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是一種基于聲音檢測(cè)的全天候大洋錨系浮標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

大洋錨系浮標(biāo)是布放在遠(yuǎn)離大陸的海洋中的表面錨系海洋水文氣象自動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)，為海洋科學(xué)研究及相關(guān)領(lǐng)域通過(guò)衛(wèi)星實(shí)時(shí)提供海洋水文氣象數(shù)據(jù)。由于其遠(yuǎn)離大陸，布放后處于無(wú)人值守狀態(tài)，在位工作一年。附近海域的漁民經(jīng)過(guò)處于工作狀態(tài)的浮標(biāo)時(shí)，往往會(huì)對(duì)浮標(biāo)產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心，或者直接利用其作為捕魚(yú)的平臺(tái)，從而導(dǎo)致不斷有人過(guò)分靠近浮標(biāo)甚至登上浮標(biāo)，造成浮標(biāo)損壞。另外，浮標(biāo)失竊的案件也時(shí)有發(fā)生。這些外界干預(yù)嚴(yán)重影響了正常的海洋監(jiān)測(cè)工作。

目前采用圖像的監(jiān)測(cè)手段存在耗電量大、不能全天候監(jiān)測(cè)的弊端，由于海上供電量有限，因此有必要研究一種可以降低功耗，適用于全天候監(jiān)測(cè)預(yù)警的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，發(fā)明提供了一種基于聲音檢測(cè)的全天候大洋錨系浮標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)，可以有效避免可疑船只與漁民對(duì)浮標(biāo)的損害，遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高工作效率，適用于全天候監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明采用下面的技術(shù)方案：

一種基于聲音檢測(cè)的全天候大洋錨系浮標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)，包括：

安裝于大洋錨系浮標(biāo)四周的拾音器，用于對(duì)海面各個(gè)方向的可疑船只進(jìn)行音頻檢測(cè)；

分析比較模塊，與所述拾音器相連，用于解析音頻，判斷可疑船只的方位及靠近程度；

安裝于大洋錨系浮標(biāo)四周的測(cè)距模塊，根據(jù)所述分析比較模塊的結(jié)果，對(duì)在一定靠近程度內(nèi)的可疑船只，有針對(duì)性的開(kāi)啟可疑船只方位的測(cè)距模塊，實(shí)時(shí)測(cè)量可疑船只與大洋錨系浮標(biāo)之間的距離；

安裝于大洋錨系浮標(biāo)四周的預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊，當(dāng)測(cè)距模塊的結(jié)果小于設(shè)定距離時(shí)，則通過(guò)衛(wèi)星通訊向岸站工作站發(fā)送報(bào)警信息，岸站工作人員通過(guò)衛(wèi)星通訊與可疑人員進(jìn)行語(yǔ)音通話，或，岸站工作人員通過(guò)衛(wèi)星通訊向可疑人員播報(bào)浮標(biāo)宣傳信息；

中央處理模塊，與分析比較模塊、電源控制模塊、預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊相連，根據(jù)分析比較模塊的結(jié)果，控制電源控制模塊，選擇開(kāi)啟對(duì)應(yīng)方向的測(cè)距模塊或預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊；同時(shí)通過(guò)衛(wèi)星通訊，實(shí)現(xiàn)岸站工作人員與可疑人員的交流；

電源控制模塊，與中央處理模塊、測(cè)距模塊、預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊相連，根據(jù)中央處理模塊的指令，控制開(kāi)啟可疑船只出現(xiàn)方向的測(cè)距模塊或預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊。

進(jìn)一步的，所述拾音器用于檢測(cè)可疑船只的發(fā)動(dòng)機(jī)音頻信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述測(cè)距模塊為超聲測(cè)距模塊。

進(jìn)一步的，所述分析比較模塊為頻譜分析比較模塊。

進(jìn)一步的，當(dāng)可疑船只在的方向上移動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的測(cè)距模塊、預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊。

進(jìn)一步的，在所述拾音器與分析比較模塊之間還設(shè)置有放大器。

本發(fā)明還提出了一種基于聲音檢測(cè)的全天候大洋錨系浮標(biāo)預(yù)警方法，包括：

獲取可疑船只發(fā)出的音頻，判斷可疑船只的方位及靠近大洋錨系浮標(biāo)的程度；

對(duì)在一定靠近程度內(nèi)的可疑船只，實(shí)時(shí)測(cè)量其與大洋錨系浮標(biāo)之間的距離；

當(dāng)可疑船只與大洋錨系浮標(biāo)的距離小于設(shè)定距離時(shí)，啟動(dòng)預(yù)警與語(yǔ)音交流功能。

其中獲取可疑船只發(fā)出的音頻包括：獲取可疑船只的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的音頻信號(hào)。

其中判斷可疑船只的方位及靠近大洋錨系浮標(biāo)的程度包括：

根據(jù)安裝于大洋錨系浮標(biāo)四周的拾音器的布置位置，判斷可疑船只的方位；

根據(jù)可疑船只發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的音頻信號(hào)，采用頻譜分析方法，判斷可疑船只靠近大洋錨系浮標(biāo)的程度。

其中，采用頻譜分析方法判斷可疑船只靠近大洋錨系浮標(biāo)的程度包括：

首先，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換得到信號(hào)中頻率的分布和對(duì)應(yīng)的幅值，表示如下：

{f(i),m(i)},i＝1,2,……,n/2(式1)

其中，f(i)為變換后的頻率，m(i)為該頻率成分的幅值，n為采樣點(diǎn)數(shù)(因?yàn)楦盗⑷~變換是對(duì)稱的，所以選用單邊的結(jié)果)。

然后，判斷以下兩個(gè)條件：

條件1：找出幅值最大的頻率成分{f(max),m(max)}，并計(jì)算m(max)>α是否成立，其中α為響度閾值；

條件2：計(jì)算最近p次檢測(cè)的最大頻率成分分布誤差是否小于某閾值：

其中，β為靈敏度閾值，該閾值用于過(guò)濾雷電、海浪等聲音的干擾。

先判斷條件1，如果不成立則認(rèn)為沒(méi)有可疑船只靠近，如果條件1成立，則繼續(xù)判斷條件2；

如果條件2不成立，則認(rèn)為是雷電、海浪等聲音引起的干擾，沒(méi)有可疑船只靠近，如果條件2滿足，才認(rèn)為有可疑船只靠近。

此時(shí)，由于各拾音器面向的方位不同，他們各自檢測(cè)到的船只信號(hào)強(qiáng)度會(huì)不同，強(qiáng)度最高的(m(max)最大的)拾音器所在的方位就是可疑船只所處的方位；

隨著可疑船只的移動(dòng)，其與大洋錨系浮標(biāo)之間的相對(duì)方位產(chǎn)生變化，通過(guò)設(shè)置于不同方位的拾音器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤可疑船只的方位變化。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明在漁船及漁民靠近浮標(biāo)的過(guò)程中，進(jìn)行逐級(jí)預(yù)警，結(jié)合衛(wèi)星遠(yuǎn)程對(duì)話功能進(jìn)行交流溝通，實(shí)現(xiàn)了對(duì)浮標(biāo)的有效保護(hù)。

(2)本發(fā)明采用音頻和測(cè)距相結(jié)合的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)周?chē)梢纱坏臋z測(cè)，不受天氣、光線等條件的影響，可以實(shí)現(xiàn)全天候的運(yùn)行監(jiān)測(cè)。

(3)本發(fā)明利用衛(wèi)星進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，方便了工作，提高了效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)功能框圖；

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)模塊布置圖；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)功能演示圖；

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

如圖1本發(fā)明系統(tǒng)功能框圖所示，一種基于聲音檢測(cè)的全天候大洋錨系浮標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)，包括：

安裝于大洋錨系浮標(biāo)四周的拾音器，用于對(duì)海面各個(gè)方向的可疑船只進(jìn)行音頻檢測(cè)；

分析比較模塊，與所述拾音器相連，用于解析音頻，判斷可疑船只的方位及靠近程度；

安裝于大洋錨系浮標(biāo)四周的測(cè)距模塊，根據(jù)所述分析比較模塊的結(jié)果，對(duì)在一定靠近程度內(nèi)的可疑船只，有針對(duì)性的開(kāi)啟可疑船只方位的測(cè)距模塊，實(shí)時(shí)測(cè)量可疑船只與大洋錨系浮標(biāo)之間的距離；

安裝于大洋錨系浮標(biāo)四周的預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊，當(dāng)測(cè)距模塊的結(jié)果小于設(shè)定距離時(shí)，則通過(guò)衛(wèi)星通訊向岸站工作站發(fā)送報(bào)警信息，岸站工作人員通過(guò)衛(wèi)星通訊與可疑人員進(jìn)行語(yǔ)音通話，或，岸站工作人員通過(guò)衛(wèi)星通訊向可疑人員播報(bào)浮標(biāo)宣傳信息；

中央處理模塊，與分析比較模塊、電源控制模塊、預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊相連，根據(jù)分析比較模塊的結(jié)果，控制電源控制模塊，選擇開(kāi)啟對(duì)應(yīng)方向的測(cè)距模塊或預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊；同時(shí)通過(guò)衛(wèi)星通訊，實(shí)現(xiàn)岸站工作人員與可疑人員的交流；

電源控制模塊，與中央處理模塊、測(cè)距模塊、預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊相連，根據(jù)中央處理模塊的指令，控制開(kāi)啟可疑船只出現(xiàn)方向的測(cè)距模塊或預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊。

圖2中可以看到，拾音器和測(cè)距模塊布置在浮標(biāo)體的周邊，對(duì)各個(gè)方向的海面船只進(jìn)行檢測(cè)。

本系統(tǒng)按照以下方法進(jìn)行預(yù)警：

第一步，實(shí)施音頻檢測(cè)：針對(duì)系統(tǒng)的低功耗控制目的，由電源控制模塊切斷各模塊的工作電源，保留拾音器部分對(duì)周邊環(huán)境聲音進(jìn)行監(jiān)測(cè)，拾音器的音頻信號(hào)被放大后，由分析比較模塊進(jìn)行處理，通過(guò)解析可疑船只發(fā)動(dòng)機(jī)的頻譜來(lái)判斷船只的出現(xiàn)和靠近程度。一旦認(rèn)為有船只靠近則進(jìn)行第二步。

第二步，進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)距監(jiān)控：由第一步中檢測(cè)到可疑船只的最強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)的拾音器的布置位置可以獲知船只的方位，進(jìn)而由電源控制打開(kāi)同方位的測(cè)距模塊，測(cè)距模塊實(shí)時(shí)測(cè)取船只距離浮標(biāo)的距離，當(dāng)距離小于預(yù)警距離時(shí)，進(jìn)行第三步。

第三步，進(jìn)行預(yù)警與語(yǔ)音交流：當(dāng)測(cè)距模塊檢測(cè)到可疑船只靠近小于安全距離，則開(kāi)啟同方位的預(yù)警模塊對(duì)船只進(jìn)行警告，同時(shí)通過(guò)衛(wèi)星通訊向岸站工作站發(fā)送報(bào)警信息，岸站工作人員通過(guò)衛(wèi)星通訊與可疑人員進(jìn)行語(yǔ)音通話或播報(bào)浮標(biāo)宣傳信息。

當(dāng)可疑船只在的方向上移動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的測(cè)距模塊、預(yù)警與語(yǔ)音交流模塊。

用頻譜分析方法判斷可疑船只靠近大洋錨系浮標(biāo)的程度采用下面的原理：

首先，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換得到信號(hào)中頻率的分布和對(duì)應(yīng)的幅值，表示如下：

{f(i),m(i)},i＝1,2,……,n/2(式1)

其中，f(i)為變換后的頻率，m(i)為該頻率成分的幅值，n為采樣點(diǎn)數(shù)(因?yàn)楦盗⑷~變換是對(duì)稱的，所以選用單邊的結(jié)果)。

然后，判斷以下兩個(gè)條件：

條件1：找出幅值最大的頻率成分{f(max),m(max)}，并計(jì)算m(max)>α是否成立，其中α為響度閾值；

條件2：計(jì)算最近p次檢測(cè)的最大頻率成分分布誤差是否小于某閾值：

其中，β為靈敏度閾值，該閾值用于過(guò)濾雷電、海浪等聲音的干擾。

先判斷條件1，如果不成立則認(rèn)為沒(méi)有可疑船只靠近，如果條件1成立，則繼續(xù)判斷條件2；

如果條件2不成立，則認(rèn)為是雷電、海浪等聲音引起的干擾，沒(méi)有可疑船只靠近，如果條件2滿足，才認(rèn)為有可疑船只靠近。

此時(shí)，由于各拾音器面向的方位不同，他們各自檢測(cè)到的船只信號(hào)強(qiáng)度會(huì)不同，強(qiáng)度最高的(m(max)最大的)拾音器所在的方位就是可疑船只所處的方位；

隨著可疑船只的移動(dòng)，其與大洋錨系浮標(biāo)之間的相對(duì)方位產(chǎn)生變化，通過(guò)設(shè)置于不同方位的拾音器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤可疑船只的方位變化。

同時(shí)依靠頻譜信號(hào)的強(qiáng)弱可以判斷船只的方位，這種判斷因船只發(fā)動(dòng)機(jī)的功率而異，所以該信號(hào)強(qiáng)弱只用于上述第一步的船只檢測(cè)功能，具體精確的距離測(cè)定由專門(mén)的測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于拾音器是沿浮標(biāo)體環(huán)繞布置的，根據(jù)檢測(cè)到音頻信號(hào)的強(qiáng)弱可以對(duì)船只的方位進(jìn)行定位，從而用于后面步驟的電源管理等模塊工作。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。