CN103821120A - 一种基于机器人海上溢油回收的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于机器人海上溢油回收的方法，具体地说是一种在海上溢油事故发生后，使用机器人自主完成溢油回收的方法；它主要利用母船、溢油回收机器人、局域差分GPS系统、围油栏及吸油材料进行操作，当事故发生后，母船驶往漏油海域，用围油栏将溢油围控，并在围油栏内侧布置吸油材料；机器人使命下载完成后，将其布放在围油栏区域内，机器人在围油栏上布置的局域差分GPS系统指引下自主完成溢油回收作业；本发明具有操作简便、安全可靠，经济性好、溢油回收效率高、海况适应能力强的特点，适合海上溢油回收作业。

Description

一种基于机器人海上溢油回收的方法
技术领域
本发明涉及海上溢油回收，具体地说是一种在海上溢油事故发生后，基于机器人自主完成溢油回收的方法。
背景技术
随着石油工业和海上石油开发的迅速发展，水上石油运输日益繁忙，因海损、触礁、机械故障、人为操作不当等导致的石油溢油事故也日益增多，特别是大规模的溢油事故，其污染危害之严重，已为举世瞩目。我国是石油进口大国，海上石油运输量巨大，大规模溢油事故时有发生。据统计，1973年至2006年，我国沿海共发生大小船舶溢油事故2635起，其中溢油50t以上的重大船舶溢油事故69起，总溢油量达3.7万吨，震惊中外的大连海上溢油事故溢油量达1.2万吨。泄漏到水体中的溢油不仅造成了巨大的经济损失，更对河海生态环境造成了重大的污染。因此溢油回收技术的研究就显得十分重要。
当前溢油回收主要方式是先用围油栏将溢油围控，阻止其进一步扩散和漂移，再由工作母船带动撇油器进行溢油回收工作。这种方法存在的主要问题是：（1）、经济成本高。随着石油价格的不断攀升以及人力成本的加大，收油船每出动一次将带来巨大的花费。（2）、回收效率低。由于收油船航速限制及航行时造成的水面波动较大，撇油器无法在最佳工作状态下工作，造成其效率较低，回收的溢油中水含量较大。（3）、海况适应能力差。考虑到作业人员安全及撇油器工作状态，收油船无法在3级海况以上工作，使得收油系统的环境适应能力变差。因此急需一种经济可靠、回收效率高、海况适应能力强的方法进行溢油回收。
发明内容
为了解决现有溢油回收方式中成本高、效率低、海况适应能力差的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种基于机器人海上溢油回收的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于机器人海上溢油回收的方法，其特征在于：包括如下步骤：
在围油栏上根据其长短均匀布置多个GPS基站；
利用布置好GPS基站的围油栏将溢油围控，再把吸油材料采用为溶喷聚丙烯吸油纤维布置于围油栏内侧；
再将溢油回收机器人放置在事故水域的围油栏内；
通过控制母船上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人作业，溢油回收机器人先利用局域差分GPS系统求出溢油回收机器人与GPS基站的距离，计算出机器人运行轨迹，然后按机器人求出运行轨迹航行进行溢油回收任务；
机器人按运行轨迹航行的过程中，实时判断其自身运行状态；
如携带储油囊已全部充满并脱离或机器人能源耗尽，自动通知工作人员回收漂浮的储油囊和机器人放回至母船上进行处理，并记录机器人离开地点的当前位置；
当机器人收到启动命令后，回到记录之前位置继续作业。
当判断机器人的自身运行状态为携带的储油囊已全部充满并脱离或机器人能源耗尽时，其处理过程为：
对打捞的储油囊进行回收；
判断机器人能源是否耗尽，如没耗尽，
将处理后的储油囊重新安装于机器人上，并将机器人送回围油栏内；
通过控制母船上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人回到离开之前位置，继续按原运行轨迹进行作业。
机器人能源如耗尽，为机器人充电或给油箱加油，并将处理后的机器人送回围油栏内；
通过控制母船上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人回到离开之前位置，继续按原运行轨迹进行作业。
当判断机器人的自身运行状态为机器人航行至GPS基站终点为最后的GPS基站时，自动通知工作人员将漂浮的储油囊和机器人回收到母船上，即完成全部溢油回收任务。
围油栏上根据实际情况布置多个GPS基站构成局域差分GPS系统，一般GPS基站在圆周方向上每隔200米设置一个GPS基站；溢油回收机器人运行轨迹为梳形前进型，即覆盖整个围油栏内部区域来完成溢油回收作业。
本发明的有益效果及优点为：
1.本发明方法，采用机器人作为溢油回收工具，替代传统的船携式收油方式，降低了母船的燃油消耗；并当把机器人放入围油栏内，通过无线遥控命令机器人作业，无需人工干预，母船在布放好机器人后可前往其他海域作业或原地等待，降低了燃油及人力成本。
2.海况适应能力强。由于采用了无人作业的方式，机器人海况适应能力强，可以在大海况时停止作业，待环境稳定后自动重新开始溢油回收工作。
附图说明
图1为本发明的海上溢油回收方法的处理步骤框图。
图2为本发明中机器人运行轨迹和多个GPS基站的布置示意图。
图3～图4为本发明海上溢油回收方法的实际作业示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的方案进一步详细说明。
如图1～4所示，为本发明的海上溢油回收方法的处理步骤框图，一种基于机器人海上溢油回收的方法，其特征在于：包括如下步骤：
在围油栏2上根据其长短均匀布置多个GPS基站5；
利用布置好GPS基站5的围油栏2将溢油围控，再把吸油材料3采用为溶喷聚丙烯吸油纤维布置于围油栏2内侧；
再将溢油回收机器人4放置在事故水域的围油栏2内；
通过控制母船1上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人4作业，溢油回收机器人先利用局域差分GPS系统求出溢油回收机器人与GPS基站的距离，计算出机器人运行轨迹，然后按机器人求出运行轨迹航行进行溢油回收任务；
机器人按运行轨迹航行的过程中，实时判断其自身运行状态；
如携带储油囊已全部充满并脱离或机器人能源耗尽，自动通知工作人员回收漂浮的储油囊和机器人放回至母船1上进行处理，并记录机器人离开地点的当前位置；
当机器人收到启动命令后，回到记录之前位置继续作业。
围油栏2上根据实际情况布置多个GPS基站5构成局域差分GPS系统，一般GPS基站5在圆周方向上每隔200米设置一个GPS基站5；溢油回收机器人4运行轨迹为梳形前进型，即覆盖整个围油栏2内部区域来完成溢油回收作业。
当判断机器人的自身运行状态为携带的储油囊已全部充满并脱离或机器人能源耗尽时，其处理过程为：
对打捞的储油囊进行回收；
判断机器人能源是否耗尽，如没耗尽，
将处理后的储油囊重新安装于机器人上，并将机器人送回围油栏2内；
通过控制母船1上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人4回到离开之前位置，继续按原运行轨迹进行作业。
机器人能源如耗尽，为机器人充电或给油箱加油，并将处理后的机器人送回围油栏2内；
通过控制母船1上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人4回到离开之前位置，继续按原运行轨迹进行作业。
当判断机器人的自身运行状态为机器人航行至GPS基站5终点为最后的GPS基站5时，自动通知工作人员将漂浮的储油囊和机器人回收到母船1上，即完成全部溢油回收任务。
对该海上溢油回收方法进行详细说明：
该海上溢油回收方法涉及到的系统组成主要有母船1、围油栏2、吸油材料3、溢油回收机器人4及多个GPS基站5。其中母船1上布置设有控制计算机、水面通讯装置及布放回收设备。控制计算机负责半物理仿真、溢油回收机器人4初始化使命下载与数据处理；水面通讯装置负责溢油回收机器人4的远距离控制；布放回收设备负责溢油回收机器人4从母船1至作业水域及返回时的吊运操作。
围油栏2上按实际需要布置有多个GPS基站5，在圆周方向上每200米设置一个GPS基站5，围油栏2上所设置的GPS基站5构成局域差分GPS系统，溢油回收机器人4运行轨迹为以梳形前进方式，即覆盖整个围油栏2内部区域来完成溢油回收作业。
围油栏2用于在作业使命开始前，将溢油围控在一定区域，以便于溢油回收机器人4作业；吸油材料3布置于围油栏2上，用于吸附围油栏2周围溢油回收机器人4无法回收区域的溢油；局域差分GPS系统由多个GPS基站5组成，用于溢油回收机器人4的自定位及导航控制；溢油回收机器人4在围油栏2中按照规定的使命梳形航行，达到溢油回收的目的。
如图3所示，作业流程如下：在发生溢油事故后，母船1进驻溢油区域，用围油栏2及吸油材料3将溢油围控；溢油回收机器人4下载好作业程序后，将其置于围油栏内。实际操作时，可根据围油栏围控区域面积大小，可采用多台机器人同时进行溢油回收工作，这时多台机器人根据算法从多个GPS基站点以不同运行方向同时以梳形前进方式进行工作。
母船1驶离作业海域，工作人员通过水面通讯装置发出指令后，溢油回收机器人4开始按照梳形方式，通过局域差分GPS系统的指引进行溢油回收作业。作业时当溢油充满储油囊6后，储油囊的自动更换脱离装置断开与储油囊6的连接，储油囊6漂浮在水面上等待母船回收。储油囊的自动更换脱离装置自动更换新的储油囊6继续溢油回收作业，如图4所示。母船1一定时间后驶回作业区域将装满的储油囊6打捞回收，完成收油任务。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，而非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明方法范围的内容所作的等效变化与修饰，例如采用多机器人同时进行溢油回收工作等，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种基于机器人海上溢油回收的方法，其特征在于：包括如下步骤：
在围油栏（2）上根据其长短均匀布置多个GPS基站（5）；
利用布置好GPS基站（5）的围油栏（2）将溢油围控，再把吸油材料（3）采用为溶喷聚丙烯吸油纤维布置于围油栏（2）内侧；
再将溢油回收机器人（4）放置在事故水域的围油栏（2）内；
通过控制母船（1）上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人（4）作业，溢油回收机器人先利用局域差分GPS系统求出溢油回收机器人与GPS基站的距离，计算出机器人运行轨迹，然后按机器人求出运行轨迹航行进行溢油回收任务；
机器人按运行轨迹航行的过程中，实时判断其自身运行状态；
如携带储油囊已全部充满并脱离或机器人能源耗尽，自动通知工作人员回收漂浮的储油囊和机器人放回至母船（1）上进行处理，并记录机器人离开地点的当前位置；
当机器人收到启动命令后，回到记录之前位置继续作业。
2.按权利要求1所述的一种基于机器人海上溢油回收的方法，其特征在于：当判断机器人的自身运行状态为携带的储油囊已全部充满并脱离或机器人能源耗尽时，其处理过程为：
对打捞的储油囊进行回收；
判断机器人能源是否耗尽，如没耗尽，
将处理后的储油囊重新安装于机器人上，并将机器人送回围油栏（2）内；
通过控制母船（1）上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人（4）回到离开之前位置，继续按原运行轨迹进行作业。
3.按权利要求2所述的一种基于机器人海上溢油回收的方法，其特征在于：机器人能源如耗尽，为机器人充电或给油箱加油，并将处理后的机器人送回围油栏（2）内；
通过控制母船（1）上的水面通讯装置发送指令启动溢油回收机器人（4）回到离开之前位置，继续按原运行轨迹进行作业。
4.按权利要求1所述的一种基于机器人海上溢油回收的方法，其特征在于：当判断机器人的自身运行状态为机器人航行至GPS基站（5）终点，为最后的GPS基站（5）时，自动通知工作人员将漂浮的储油囊和机器人回收到母船（1）上，即完成全部溢油回收任务。
5.按权利要求1所述的一种基于机器人海上溢油回收的方法，其特征在于：围油栏（2）上根据实际情况布置多个GPS基站（5）构成局域差分GPS系统，一般GPS基站（5）在圆周方向上每隔200米设置一个GPS基站（5）；溢油回收机器人（4）运行轨迹为梳形前进型，即覆盖整个围油栏（2）内部区域来完成溢油回收作业。
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