[0001] 本发明属于信息采集领域，特别涉及一种能够长时间置空的信息采集及监控装置。

[0002] 信息采集是人们生活和工作当中的一项重要事项，没有信息采集，人们就无法对外界的事务进行判断和决策；人们的感官就是最常见的信息采集装置，外界的信息对人体的感官产生刺激，从而在感官留下信息印记，这些信息通过神经系统送到大脑，供人们进行分析，判断和决策；人的感官的感知能力在大自然中是非常有限的，所以人们发明了望远镜，照相机，雷达，红外线探测器，人造卫星等，大大延伸了人们感官的感知范围，为人类生活创造了更多了解自然的手段，也为人类利用自然资源创造了有利的条件；但是目前为止，人类仍有许多不能够探测或者不能够详细探测的自然区域，例如，海洋，山脉，沙漠，森林等区域，由于这些区域范围特别广大，现有的探测装置不能探测或者不能详细的探测到这些区域内部的详细详细，并且这些区域内的状态处于变化状态，其变化规律需要实时收集其信息，并将这些信息进行比对，找出这些区域内的状态变化规律；目前人们采集这些区域的手段大致有以下方法，一是人工采集，其缺陷是人工游历的范围小，速度慢，且能够进入的深度不够；二是航空器，其缺陷是，在以上区域滞留时间短，不能够连续采集该区域内的信息变化；再者就是人造卫星，其缺陷是精度差，成本高。

[0003] 针对现有的海洋，山脉，沙漠，森林的信息采集存在的上述问题，本发明提出一种能够长时间置空的信息采集及监控装置，其特征在于：包括主气囊，太阳能电池板，侧翼，隔膜，骨架，喷气装置，信息采集装置，动力系统，定位系统，水平运动及控制系统，信息传输及远程控制系统，设备舱，控制系统，悬浮高度控制系统，伸缩翼；所述的主气囊为球形，由轻质不透气薄膜材料制成；所述的太阳能电池板安装在主气囊和侧翼的上半部分表面；所述的太阳能电池板是柔性薄膜形式；所述的侧翼设置在主气囊的水平周边，呈放射状分布；所述的侧翼有多个，均匀分布在主气囊水平切面周边；所述的侧翼有6个或8个；所述的隔膜设置在主气囊、侧翼、伸缩翼内部，将主气囊、侧翼、伸缩翼内部空间分隔成多个空间且每个隔离空间之间相互密封的气囊单元；所述的骨架设置在主气囊和侧翼内部，支撑主气囊和侧翼的外部形状；所述的骨架由轻质高强度材料制成；所述的骨架由钛合金或者碳纤维材料制成；所述的喷气装置设置在侧翼的外端部，包括外喷气口，左喷气口，左喷气管，外喷气管，右喷气管，外壳，右喷气口；所述的外喷气口设置在外壳上，其口部方向与侧翼放射方向相同，尾部与外喷气管连接；所述的左喷气口设置在外壳上，口部与外喷气口垂直的左侧与外喷气口垂直，尾部与左喷气管连接；所述的左喷气管安装在左喷气口尾部，一端与左喷气口密闭连接，另一端与喷气控制阀连接；所述的外喷气管安装在外喷气口尾部，一端与外喷气口密闭连接，另一端与喷气控制阀连接；所述的右喷气管安装在右喷气口的尾部，一端与右喷气管尾部密闭连接，另一端与喷气控制阀连接；所述的外壳安装在侧翼端部，并与各个喷气口连接；所述的右喷气口设置在外壳上，其口部方向与外喷气口垂直的右侧，与外喷气口垂直并与左喷气口同轴线；所述的喷气控制阀安装在喷气装置内部，位于进气管和喷气管中间；所述的信息采集装置安装在支架上，与所述的控制系统连接；所述的动力系统安装在设备舱内，与太阳能电池板和水平运动及控制系统及各个功能部件的电源输入装置连接；所述的定位系统安装在设备舱内，与控制系统及动力系统连接；所述的水平运动及控制系统安装在设备舱内，与太阳能电池板及喷气装置及水平运动及控制系统连接；所述的信息传输及远程控制系统安装在设备舱内与控制系统及动力系统的电源连接；所述的设备舱设置在主气囊中部；所述的设备舱由轻质高强度材料制成；所述的控制系统安装在设备舱内与动力系统的电源及各个功能部件连接；所述的悬浮高度控制系统安装在设备舱内与控制系统及主气囊、侧翼、伸缩翼上的气囊单元连接；所述的伸缩翼安装在每两个侧翼之间，能够沿侧翼展开和收回。

[0004] 所述的信息采集装置安装在骨架上，包括影像采集装置，红外探测装置，激光测距装置，声波探测装置，风量测量装置，湿度检测装置，温度检测装置，雷达系统；所述的影像采集装置安装在骨架外部，是高分辨率摄像设备，与控制系统连接；所述的红外探测装置是红外线成像设备，安装在骨架外部，与控制系统连接；所述的激光测距装置是激光测距仪，安装在骨架下部，与控制系统连接；所述的声波探测装置安装在骨架外部或者悬挂在骨架下方采用柔索与骨架连接，并与控制系统连接；所述的风量测量装置安装在骨架下部或者侧翼端部，是风速测量设备，与控制系统连接；所述的湿度检测装置是湿度测量仪，安装在骨架外部，与控制系统连接；所述的温度检测装置是温度测量仪，安装在骨架外部，与控制系统连接；所述的雷达系统安装在骨架上，与控制系统连接。

[0005] 所述的动力系统包括空气压缩机，压缩空气储存装置，蓄电池，气体分配阀；所述的空气压缩机由轻质高强度材料制成，其电机与蓄电池匹配并连接；空气压缩机的进气口通过气体分配阀能够实现与大气或者主气囊包括侧翼和伸缩翼上的气囊上的悬浮高度控制系统连接；所述的压缩机的出气口通过气体分配阀能够实现与喷气装置或悬浮高度控制系统的中压储气罐连接；所述的压缩空气储存装置安装在设备舱内，其进口通过管道与气体分配阀连接到空气压缩机，其出口通过气体分配阀与水平运动及控制系统连接；所述的蓄电池安装在设备舱内，包括蓄电池与电源交换装置，与太阳能电池及个用电部件连接；所述的蓄电池为高效轻便蓄电池，所述的电源交换装置能够将太阳能电池及蓄电池的电能转换为各个功能部件所需的电压和频率的电源，同时将太阳能电池的电能为蓄电池充电；所述的气体分配阀安装在设备舱内，是由多个电磁控制阀组合成的组合体，其气体通道分别与大气和压缩空气储存装置以及悬浮高度控制系统的中压储气罐连接，并与控制系统连接。

[0006] 所述的定位装置安装在设备舱内，包括卫星定位装置，位置信息输出装置，位置修正装置；所述的卫星定位装置采用北斗卫星定位终端，与控制系统连接；所述的位置信息输出装置安装在设备舱内，与北斗卫星定位终端和位置修正装置连接；所述的位置修正装置安装在设备舱内，与位置信息输出装置和控制系统连接。

[0007] 所述的水平运动及控制系统包括喷气控制阀，压缩空气管道系统；所述的喷气控制阀是多路换向阀，有多个，分别安装在喷气装置内，与控制系统和压缩空气管道系统连接，能够控制各个喷气装置的喷气与否和喷气方向及喷气量；所述的压缩空气管道系统通过气体分配阀安装在喷气装置和压缩空气储存装置之间；所述的压缩空气管道系统由管道和接头组成；所述的压缩空气管道由轻质耐压材料制成。

[0008] 所述的控制系统包括中央处理器，存储单元，通讯单元，压力传感器，控制电磁阀；所述的中央处理器与通讯单元和存储单元连接，并通过通讯单元与信息采集装置和定位系统和动力系统和水平运动及控制系统和信息传输及远程控制控制系统和悬浮高度控制系统连接；所述的存储单元安装在控制系统中，与通讯单元和中央处理器连接；所述的通讯单元安装在控制系统中，包括信息输入单元和信息输出单元；所述的信息输入单元与信息采集装置和信息传输及远程控制系统连接，并连接位于气囊和各个气体存储设备中的压力传感器连接所述的信息输出单元与信息传输及远程控制系统及安装在各个气囊上和气体管路上的控制电磁阀连接；所述的压力传感器有多个，分别安装在主气囊和侧翼气囊，和伸缩翼气囊中；所述的控制电磁阀有多个，分别安装在各个气囊的进出气管道和气体储存设备上，能够控制气体的通断和流量大小。

[0009] 所述的信息传输及远程控制系统包括，卫星通讯系统，信号输出系统，通讯天线；所述的卫星通讯系统安装在信息传输及远程控制系统中，能够实现本发明与远距离遥控站之间的通讯及数据交换和编译；所述的信号输出系统分别于卫星通讯系统和中央处理器连接；所述的通讯天线是本发明中的骨架。

[0010] 所述的悬浮高度控制系统包括，高压储气罐，中压储气罐，气体分配阀，气囊单元，轻质气体，受气口；所述的高压储气罐安装在设备舱中，是由轻质高强度材料制成的薄壁密闭容器，内部装有高压轻质气体；所述的高压储气罐出口安装有高压电磁控制阀，通过管道与中压储气罐连接；所述的高压储气罐内安装有压力传感器，该压力传感器与控制系统连接；所述的中压储气罐是由轻质高强度材料制成的薄壁密闭容器，其进口与通过管道与高压储气罐的出口连接，其出口通过管道和气体分配阀与气囊单元和空气压缩机连接；所述的中压储气罐内安装有压力传感器，与控制系统连接；所述的气体分配阀安装在气囊单元和中压储气罐之间，能够将中压储气罐中的轻质气体分配到不同的气囊单元中；所述的气囊单元是由隔膜在主气囊和侧翼和伸缩翼内部隔离出的独立的密闭空间，通过管道与气体分配阀连接；所述的轻质气体是氦气，充填进气囊单元内在空气中产生悬浮力；所述的受气口安装在其中一个侧翼端部或者气囊顶部，能够与外来气源对接，接受外来轻质气体补充。

[0011] 所述的伸缩翼包括滑块驱动装置，牵引索，气囊单元组，滑块，滑轮，滑轮架，滑块导轨；所述的滑块驱动装置安装在设备舱，包括电机及传动轮，其传动轮与牵引索连接；所述的牵引索与滑块固定连接，并通过滑轮后与滑块驱动装置形成闭环连接；所述的气囊单元组是由所述的隔膜与伸缩翼壁组成的多个密闭单元组合成的，其内部充气后鼓起，不充气时收拢；所述的每个密闭单元内部安装有控制系统的压力传感器和气体控制电磁阀，通过管道与悬浮高度控制系统中的气体分配阀及控制系统连接；所述的滑块安装在气囊单元组的外端两侧，并与滑块导轨配合，能够在滑块导轨内做直线运动，所述的滑块有多个沿滑块导轨同向布置并分别与伸缩翼的气囊单元组外层连接；所述的滑轮安装在滑轮架端部，能够在滑轮架上自转；所述的滑轮架安装在滑块导轨外端，与滑块导轨固定连接；所述的滑块导轨安装侧翼的两侧边中线附近，贯通侧翼的整个长度。

[0012] 有益效果 本发明的有益效果在于，能够保持对一定区域的长时间连续观测并采集相应的信息，制造和运行成本低，获取信息精度高。
附图说明

[0013] 图1是本发明的纵向剖面示意图1.主气囊，2.太阳能电池板，3.侧翼，4.隔膜，5.骨架，6.喷气装置，7. 信息采集装置，
8. 动力系统，9. 定位系统，10. 水平运动及控制系统，11. 信息传输及远程控制系统，12. 设备舱，13. 控制系统，14. 悬浮高度控制系统。

[0014] 图2是本发明的俯视图1.主气囊，3.侧翼，6.喷气装置，15.伸缩翼。

[0015] 图3是信息采集装置的结构示意图5.骨架，71.影像采集装置，72.红外探测装置，73.激光测距装置，74.声波探测装置，
75.风量测量装置，76.湿度检测装置，77.温度检测装置，78.雷达系统。

[0016] 图4是动力系统的结构示意图81.空气压缩机，82.压缩空气储存装置，83.蓄电池，84.气体分配阀。

[0017] 图5是水平运动及控制系统的结构示意图101.喷气控制阀，102.压缩空气管道系统。

[0018] 图6是控制系统的结构示意图131.中央处理器，132.存储单元，133.通讯单元，134.压力传感器，135.控制电磁阀，7. 信息采集装置，8. 动力系统，9. 定位系统，10. 水平运动及控制系统，11. 信息传输及远程控制系统，14. 悬浮高度控制系统。

[0019] 图7是悬浮高度控制系统的结构示意图141.高压储气罐，142.中压储气罐，143.气体分配阀，144.气囊单元，145.轻质气体，
146.受气口，81.空气压缩机。

[0020] 图8是伸缩翼的结构示意图12.设备舱，151.滑块驱动装置，152.牵引索，153.气囊单元组，154.滑块，155.滑轮，
156.滑轮架，157.滑块导轨。

[0021] 图9是喷气装置的结构示意图61.外喷气口，62.左喷气口，63.左喷气管，64.外喷气管，65.右喷气管，66.外壳，67.右喷气口。

[0022] 为了进一步说明本发明的技术方案，现结合附图说明本发明的具体实施方式；如图9，本例中选用厚度1毫米的钛合金板，将其制成外壳66，同样分别制成直径相同均为200毫米的圆筒状的外喷气口61、左喷气口62、右喷气口67，并将其安装在外壳66上，其出口方向为外喷气口61与左喷气口62、右喷气口67垂直，左喷气口62、右喷气口67分别位于外喷气口61的两侧；选用直径30毫米的薄壁钛合金管材分别作为左喷气管63，外喷气管64、右喷气管65，并将其一端分别与外喷气口61、左喷气口62、右喷气口67的尾部密闭连接，另一端与喷气控制阀101连接；在外壳61上设置安装结构与侧翼3的端部固定连接，连接后保证外喷气口61的方向与侧翼3的根部到端部展开方向相同；这样就完成了喷气装置6的实施。

[0023] 如图8，本例中选用轻质高强度织物作为伸缩翼的气囊单元组153的外层并在其内侧附着不透气密封材料，并在其内部连接多个相同材料制成的隔膜4，将气囊单元组153分割成多个空间本例中选用50个分隔空间；选用钛合金薄板制成设备舱12，选用步进电机加滑轮组合作为滑块驱动装置151，将其安装在设备舱12内侧，选用轻质高强度绳索作为牵引索152，选用钛合金制成滑块154和滑轮155和滑轮架156和滑块导轨157；本例中选用滑块导轨157的截面形状为凹形，也就是一边有开口的矩形，将其安装在侧翼3的中线并贯通整个侧翼3的长度其开口方向位于侧翼3的外侧；在滑块154上设置台阶，台阶的宽度小于等于滑块导轨157上开口的宽度；在滑块154的截面中部有贯通滑块154的牵引索固定孔；将滑轮架156安装在滑块导轨157的外端部，并将滑轮154安装在滑轮架156上，保证滑轮154能够自由旋转；将牵引索152两端闭合形成闭环，其一侧与滑块154上的牵引索固定孔穿过并固定，本例中选用每侧20个滑块154，将滑块154与气囊单元组153间隔固定连接，牵引索的端部分别在滑轮154和驱动装置151的滑轮上缠绕，这样就完成了伸缩翼15的实施。

[0024] 如图7，本例中选用钛合金制成高压储气罐141、中压储气罐142、气体分配阀143、受气,146、空气压缩机81；将高压储气罐141、中压储气罐142、气体分配阀143、受气,146、空气压缩机81安装在设备舱中，在高压储气罐141和中压储气罐142内部安装压力传感器，其出口处安装高压电磁控制阀并与控制系统13连接；将高压储气罐141和中压储气罐142采用管道连接；将中压储气罐142通过管道与气体分配阀143连接，将气体分配阀143与控制系统13连接，其出气口通过管道与气囊单元144连接气囊单元144包括主气囊1和侧翼3和伸缩翼
15上的所有气囊单元；在高压储气罐141、中压储气罐142、气囊单元144中充入轻质气体
145，本例中选用氦气作为轻质气体145；将受气口146安装在主气囊1顶部或者侧翼3端部，在受气口146内安装有单向阀，气体只能够从外部进入而不能从内部向外流出；本例中为了减轻本发明的载荷，采用悬浮高度控制系统14与动力系统8公用一个空气压缩机；这样就完成了悬浮高度控制系统14的实施。

[0025] 如图6，本例中选用本行业通用的中央处理器、存储单元、通讯单元、压力传感器、控制电磁阀分别作为中央处理器131、存储单元132、通讯单元133、压力传感器134、控制电磁阀135；以上作为控制系统的中央控制模块，将其分别于信息采集装置7，动力系统8， 定位系统9， 水平运动及控制系统10， 信息传输及远程控制系统11， 悬浮高度控制系统14连接，并与地面控制中心形成一致的通讯协议；将压力传感器134和控制电磁阀135分别安装在各个气囊单元144内部，并与中央控制模块连接，就完成了控制系统13的实施。

[0026] 如图5，本例中选用钛合金制成本行业通用的气体电磁换向阀作为喷气控制阀101，采用轻质高强度塑料管道制成压缩空气管道系统102，将压缩空气管道系统102与动力系统8的气体分配阀84连接，并与安装在侧翼3外端部的喷气装置6内部的喷气控制阀101连接，完成了就水平运动及控制系统10的实施。

[0027] 如图4，本例中采用动力系统8与悬浮高度控制系统14共用一个空气压缩机81，采用钛合金材料制造；选用钛合金制成本行业通用的储气罐作为压缩空气储存装置82；在压缩空气储存装置82内安装有压力传感器，出口处安装有电磁控制阀，并与控制系统13连接；本例中采用锂离子电池组合电源逆变器作为蓄电池83，将蓄电池83与太阳能电池板2以及控制系统13等功能部件的电源输入部分连接；将气体分配阀84通过管道分别与压缩空气储存装置82、水平运动及控制系统10连接，就完成了动力系统8的实施。

[0028] 如图3，本例中选用钛合金制成骨架5，选用卫星系统通用的高清摄像装置作为影像采集装置71；选用卫星系统通用的红外探测装置作为红外探测装置72；采用卫星或者飞机系统通用的激光测距仪作为激光测距装置73，选用飞机或者舰艇通用的声呐探测装置作为声波探测装置74，采用气象监测系统通用的风量测量装置和湿度检测装置和温度检测装置分别作为风量测量装置75、湿度检测装置76和温度检测装置77；选用飞机机载雷达作为雷达系统78，分别将上述装置的信息采集部分安装在骨架上，并分配合理位置不产生相互干扰，其信息处理及传输装置安装在设备舱12内与控制系统13连接，这样就完成了信息采集装置7的实施。

[0029] 如图1，图2，本例中选用轻质高强度织物作为主气囊1和隔膜4的外层材料并在其内层附着不透气薄膜材料共同组成主气囊1和隔膜4；本例中选用市售的薄膜式太阳能电池板作为太阳能电池板2，将其分块固定安装在主气囊1和侧翼3的上表面，并与动力系统8的蓄电池83连接；本例中选用8个侧翼3，其水平截面形状为三角形，均匀分布在主气囊1的水平周边；本例中选用钛合金管状材料将其相互连接制成与主气囊1和侧翼3形状匹配的骨架5，用于支撑和安装各个功能部件，同时兼做信息传输及远程控制系统11的天线，在骨架5的相应位置设置能够伸缩调整的支脚和牵引钩用于本装置落地和被其他动力装置牵引；本例中选用主气囊1为直径50米的半球形，其侧翼3的长度为20米，高度10米位于主气囊1半球中心平面上部；将所述的喷气装置6安装在侧翼3的外端；将信息采集装置7安装在主气囊1下部的骨架5上并与控制系统13连接，将动力系统8安装在设备舱12内并与各个功能部件连接；将定位系统9安装在设备舱12内，本例中选用本行业通用的北斗导航定位系统终端作为定位系统9；将水平运动及控制系统10安装在设备舱12内，本例中选用卫星控制系统或者无人机控制系统以及本行业通用的信息传输及远程控制系统作为信息传输及控制系统11，并将其安装在设备舱12内，并与动力系统8的电源及控制系统13连接；选用钛合金板材将其制成设备舱12并与骨架5固定连接；将控制系统13和悬浮高度控制系统14安装在设备舱12内，并与相应的部件连接；本例中选用8个伸缩翼15，分别安装在侧翼3之间；就完成了本发明一种能够长时间置空的信息采集及监控装置的实施。

[0030] 应用时，将安装好的本装置放置空旷地，在悬浮高度控制系统14中的受气口注入高压氦气，通过减压后注入各个气囊单元，由于轻质气体的浮力作用，本装置会悬浮空中，根据所采集信息的地貌条件不同，地面控制中心发出指令，设定相应的参数，控制系统13发出指令，调节各个气囊单元内的充气压力及充入轻质气体氦气的气囊数量及分布规律；由于充入氦气的气囊数量不同及压力不同，所产生的浮力不同，就能够调节相应的悬浮高度；在调节悬浮高度的同时或者以后，启动水平运动及控制系统10，控制系统13根据地面控制中心的指令，控制喷气装置6内的喷气控制阀101的开启数量和位置，从而控制喷气方向和速度和喷气口开启的数量，以决定本装置的水平运动方向和运动速度，为了加快本装置的运动速度，在骨架5上设置牵引挂钩，采用直升飞机或者舰船将本装置拖曳到指定区域进行投放；到达指定区域后，地面控制中心（本例中选用卫星地面控制系统或者无人机地面控制系统作为地面控制中心）指令控制系统13，开启信息采集装置7，根据不同需要，将本装置所在区域的地理位置、影像、温度、湿度、风力、地貌、是否有水下移动声源或者动物活动、电磁波源等信息通过信息传输及控制系统11传送动地面控制中心，当需要移动或者变换悬浮高度，地面控制中心随时发出指令，控制系统13启动水平运动及控制系统10和悬浮高度控制系统14变换位置；由于本装置工作区域适用于大面积的无人区，太阳能电池板2能够为本装置提供充足的能源，通过蓄电池83为各个功能部件供电；由于水平运动及控制系统10采用的是压缩空气，是本装置悬浮中取之不尽的，因此不需要额外动力能源；空气压缩机81将空气压缩形成高压空气进入动力系统8的压缩空气储存装置82中，通过压缩空气储存装置82再释放到水平运动及控制系统10中，避免了空气压缩机81供气量不足的缺陷，在水平运动及控制系统10不工作时，空气压缩机81可以根据压缩空气储存装置82的压力传感器测量压力信息随时工作；由于采用了多气囊结构，避免了由于气囊漏气造成整个装置坠落的危险，当单个气囊漏气时，控制系统13能够检测到该气囊充气时间超标，便可以关闭该气囊；当需要调整悬浮高度时，地面控制中心指令控制系统13，向主气囊1和侧翼3内的各个气囊单元充如氦气，当需要大幅度调节悬浮高度时，控制系统13发出指令，悬浮高度控制系统14向伸缩翼15内的气囊单元充气，同时启动伸缩翼15的滑块驱动装置151，将伸缩翼15展开或者收拢；当需要降低悬浮高度时，启动空气压缩机81，通过气体分配阀143，将气囊单元的气体管路与空气压缩机81的进气口连通，空气压缩机81的出气口与中压储气罐142连接，启动空气压缩机81，这样就能够循环使用轻质气体，这样轻质气体损耗量小，能够保证本发明的置空时间；当由于轻质气体损耗，导致中压储气罐142内气体压力降低时，控制系统13指令高压储气罐141出口电磁阀打开，为中压储气罐142补充氦气，保证悬浮高度控制系统14正常工作；当经过长时间置空后，高压储气罐141内的气体压力降低到设定值时，可以派遣飞机或者舰艇或者其他运载工具通过受气口146向高压储气罐141内充入氦气，这样就能够保证本装置更长的置空时间；由于能够长时间置空，能够连续监测所在区域的信息状况，克服了飞机和人员不能连续工作的缺陷；由于悬浮高度比人造卫星低，克服了卫星监控距离远信息不准确的缺陷；由于能够控制在所在区域内移动，克服了固定监测站点监测范围小的缺陷，同时可以在连续区域内施放多个本装置，能够形成区域链，扩大监测范围，同时由于结构简单，不需要额外动力，相对于飞机和人造卫星等现有的信息采集装置的制造和运行成本低。