CN105137993A - 一种用于无人船的污染源追踪方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无人船的污染源追踪方法及系统，方法包括：通过测试得出水流方向和水流速度，进而自动获取无人船的水体监测点；根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线；通过无人船在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围。系统包括：监测点获取单元、航线制定单元和污染追踪单元。本发明通过制定航行线路，并在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围，使得能通过无人船追踪到污染源的扩散程度及范围，让研究人员能及时知道污染源的情况，以及及时对污染源采取有效的措施。本发明可广泛应用于无人船产品中。
Description
技术领域
本发明涉及无人船控制技术领域，尤其涉及一种用于无人船的污染源追踪方法及系统。
背景技术
目前环保监查部门为掌握所辖水域的水质情况，通常是对其进行定期或不定期的采样检测分析，依水质的各项质量指标决定相应的环保措施。然而以往的采样方式，普遍是通过人工在该水域不同位点进行采样，这种传统的采样方式，尽管曾为发展环保事业发挥了积极的作用，但是也存在着手段落后，有局限性、效率低，特别是对中、重度污染水体采样时，一不小心还存在危及操作人员人身安全隐患的诸多不尽如人意之处。在国务院4月16日正式对外颁布的《水污染防治行动计划》中，对未来一个阶段的水污染防控提出了非常严格的计划和标准。严格的计划需要严谨地落实，而无人船作为一种新兴的高科技产品，正是助推这一政策落地的有力武器。
无人船学名叫“水面机器人”，是一种不需要载人来操作，通过远程遥控，甚至不需操控即可自主航行执行任务的水上机器人。比较适合执行危险或者枯燥、重复的军用、民用任务，例如运用在军事打击、安防巡逻、地貌测绘、环境监测、应急救援等领域。
然而传统的污染源巡查监管依靠人工进行巡查，且为人工分析，使得目前有限的巡查监管力量和管理手段无法满足当前环保事业对污染源巡查和监管的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种实现简单，且能自动追踪污染源的一种用于无人船的污染源追踪方法及系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于无人船的污染源追踪方法，包括以下步骤：
A、通过测试得出水流方向和水流速度，进而自动获取无人船的水体监测点；
B、根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线，并将预定航行线路发送至无人船；
C、通过无人船在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪方法的进一步改进，还包括有：
D、实时监测无人船附近是否有风浪，若是，则发送指令至无人船进行船身调整；反之，则保持当前航行状态不变；
E、实时监测无人船是否发生偏航情况，若是，则发送指令至无人船返回预定航行路线；反之，则保持当前航行状态不变。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪方法的进一步改进，还包括有：
F、实时监测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则采取避障操作；反之，则保持当前航行状态不变。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪方法的进一步改进，所述步骤B包括：
B1、根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线；
B2、根据预定航行路线，计算出航行线路各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度；
B3、将航行路线、航行线路上各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度发送至无人船。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪方法的进一步改进，所述步骤C包括：
C1、通过无人船在预定航行线路上进行低密度水体监测，并同时检测每个水体监测点的水流方向和水流速度，得到各水体监测点的水体污染浓度、水流方向和水流速度；
C2、根据各水体监测点的水体污染浓度，得到水体污染浓度梯度，进而得到污染源范围；
C3、控制无人船进入污染源范围，进行水体采样检测，并利用红外及超声波探测出偷排污管道。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪方法的进一步改进，所述步骤D包括：
D1、检测当前的水流矢量数据，并结合当前无人船的航行矢量数据进行矢量计算，计算得出水流实际流速和水流实际方向；
D2、判断水流实际流速是否大于预设的流速阈值，若是，则发送指令控制无人船降低航行速度并调整船身方向与水流实际方向一致或成180°相反方向；反之，则保持当前航行状态不变。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪方法的进一步改进，所述步骤E包括：
E1、无人船实时反馈当前的位置坐标和航行方向；
E2、根据无人船反馈的位置坐标和航行方向，判断其是否与预定航行线路的数据不一致，若是，则计算返回预定航行路线的转向方向和转向角度并发送至无人船并立刻根据转向方向和转向角度执行转向操作；反之，则保持当前航行状态不变。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪方法的进一步改进，所述步骤F包括：
F1、实时通过超声波传感器检测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则执行步骤F2；反之，则保持当前航行状态不变；
F2、通过摄像头回传得到实时的航行影像，并根据超声波传感器测得的障碍物距离，计算得到障碍物的大小和位置，进而计算出转向方向和转向角度；
F3、根据转向方向和转向角度，通过超声波传感器检测在转向范围内是否有障碍物，若是，则重新计算转向方向和转向角度，直到转向范围内没有障碍物；
F4、无人船根据确定后的转向方向和转向角度进行转向操作，并在越过障碍物后返回预定航行线路。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种用于无人船的污染源追踪系统，包括：
监测点获取单元，用于通过测试得出水流方向和水流速度，进而自动获取无人船的水体监测点；
航线制定单元，用于根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线，并将预定航行线路发送至无人船；
污染追踪单元，用于通过无人船在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围。
作为所述的一种用于无人船的污染源追踪系统的进一步改进，所述污染追踪单元包括有：
水体监测单元，用于通过无人船在预定航行线路上进行低密度水体监测，并同时检测每个水体监测点的水流方向和水流速度，得到各水体监测点的水体污染浓度、水流方向和水流速度；
污染源范围计算单元，用于根据各水体监测点的水体污染浓度，得到水体污染浓度梯度，进而得到污染源范围；
排污探测单元，用于控制无人船进入污染源范围，进行水体采样检测，并利用红外及超声波探测出偷排污管道。
本发明的有益效果是：
本发明一种用于无人船的污染源追踪方法及系统通过制定航行线路，并在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围，使得能通过无人船追踪到污染源的扩散程度及范围，让研究人员能及时知道污染源的情况，以及及时对污染源采取有效的措施。进一步，无人船还能实时监测附近的风浪情况，使得无人船能通过及时调整船身应对突发的风浪情况，有效提高抗风浪能力并且能指示无人船返回预定航行路线，实时性较强，大大提高无人船的安全性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一种用于无人船的污染源追踪方法的步骤流程图；
图2是本发明一种用于无人船的污染源追踪方法步骤B的步骤流程图；
图3是本发明一种用于无人船的污染源追踪方法步骤C的步骤流程图；
图4是本发明一种用于无人船的污染源追踪方法步骤D的步骤流程图；
图5是本发明一种用于无人船的污染源追踪方法步骤E的步骤流程图；
图6是本发明一种用于无人船的污染源追踪方法步骤F的步骤流程图；
图7是本发明一种用于无人船的污染源追踪系统的模块方框图。
具体实施方式
参考图1，本发明一种用于无人船的污染源追踪方法，包括以下步骤：
A、通过测试得出水流方向和水流速度，进而自动获取无人船的水体监测点；
B、根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线，并将预定航行线路发送至无人船；
C、通过无人船在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围。
其中，步骤C和步骤D不分先后次序执行，在航行过程中两步骤均一直进行中，直到完成航行。
进一步作为优选的实施方式，还包括有：
D、实时监测无人船附近是否有风浪，若是，则发送指令至无人船进行船身调整；反之，则保持当前航行状态不变；
E、实时监测无人船是否发生偏航情况，若是，则发送指令至无人船返回预定航行路线；反之，则保持当前航行状态不变。
进一步作为优选的实施方式，还包括有：
F、实时监测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则采取避障操作；反之，则保持当前航行状态不变。
本发明实施例中，步骤C、步骤D、步骤E和步骤F不分先后次序执行，在航行过程中各步骤均一直进行中，直到完成航行。
参考图2，进一步作为优选的实施方式，所述步骤B包括：
B1、根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线；
B2、根据预定航行路线，计算出航行线路各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度；
B3、将航行路线、航行线路上各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度发送至无人船。
参考图3，进一步作为优选的实施方式，所述步骤C包括：
C1、通过无人船在预定航行线路上进行低密度水体监测，并同时检测每个水体监测点的水流方向和水流速度，得到各水体监测点的水体污染浓度、水流方向和水流速度；
C2、根据各水体监测点的水体污染浓度，得到水体污染浓度梯度，进而得到污染源范围；
C3、控制无人船进入污染源范围，进行水体采样检测，并利用红外及超声波探测出偷排污管道。
参考图4，进一步作为优选的实施方式，所述步骤D包括：
D1、检测当前的水流矢量数据，并结合当前无人船的航行矢量数据进行矢量计算，计算得出水流实际流速和水流实际方向；
D2、判断水流实际流速是否大于预设的流速阈值，若是，则发送指令控制无人船降低航行速度并调整船身方向与水流实际方向一致或成180°相反方向；反之，则保持当前航行状态不变。
参考图5，进一步作为优选的实施方式，所述步骤E包括：
E1、无人船实时反馈当前的位置坐标和航行方向；
E2、根据无人船反馈的位置坐标和航行方向，判断其是否与预定航行线路的数据不一致，若是，则计算返回预定航行路线的转向方向和转向角度并发送至无人船并立刻根据转向方向和转向角度执行转向操作；反之，则保持当前航行状态不变。
参考图6，进一步作为优选的实施方式，所述步骤F包括：
F1、实时通过超声波传感器检测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则执行步骤F2；反之，则保持当前航行状态不变；
F2、通过摄像头回传得到实时的航行影像，并根据超声波传感器测得的障碍物距离，计算得到障碍物的大小和位置，进而计算出转向方向和转向角度；
F3、根据转向方向和转向角度，通过超声波传感器检测在转向范围内是否有障碍物，若是，则重新计算转向方向和转向角度，直到转向范围内没有障碍物；
F4、无人船根据确定后的转向方向和转向角度进行转向操作，并在越过障碍物后返回预定航行线路。
参考图7，本发明一种用于无人船的污染源追踪系统，包括：
监测点获取单元，用于通过测试得出水流方向和水流速度，进而自动获取无人船的水体监测点；
航线制定单元，用于根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线，并将预定航行线路发送至无人船；
污染追踪单元，用于通过无人船在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围。
进一步作为优选的实施方式，还包括有：
风浪监测单元，用于实时监测无人船附近是否有风浪，若是，则发送指令至无人船进行船身调整；反之，则保持当前航行状态不变；
偏航监测单元，用于实时监测无人船是否发生偏航情况，若是，则发送指令至无人船返回预定航行路线；反之，则保持当前航行状态不变；
避障单元，用于实时监测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则采取避障操作；反之，则保持当前航行状态不变。
进一步作为优选的实施方式，所述航线制定单元包括：
航线生成单元，用于根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线；
航线计算单元，用于根据预定航行路线，计算出航行线路各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度；
航线发送单元，用于将航行路线、航行线路上各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度发送至无人船。
进一步作为优选的实施方式，所述污染追踪单元包括有：
水体监测单元，用于通过无人船在预定航行线路上进行低密度水体监测，并同时检测每个水体监测点的水流方向和水流速度，得到各水体监测点的水体污染浓度、水流方向和水流速度；
污染源范围计算单元，用于根据各水体监测点的水体污染浓度，得到水体污染浓度梯度，进而得到污染源范围；
排污探测单元，用于控制无人船进入污染源范围，进行水体采样检测，并利用红外及超声波探测出偷排污管道。
进一步作为优选的实施方式，所述风浪监测单元包括：
水流检测单元，用于检测当前的水流矢量数据，并结合当前无人船的航行矢量数据进行矢量计算，计算得出水流实际流速和水流实际方向；
风浪判断单元，用于判断水流实际流速是否大于预设的流速阈值，若是，则发送指令控制无人船降低航行速度并调整船身方向与水流实际方向一致或成180°相反方向；反之，则保持当前航行状态不变。
进一步作为优选的实施方式，所述偏航监测单元包括：
位置反馈单元，用于无人船实时反馈当前的位置坐标和航行方向；
偏航判断单元，用于根据无人船反馈的位置坐标和航行方向，判断其是否与预定航行线路的数据不一致，若是，则计算返回预定航行路线的转向方向和转向角度并发送至无人船并立刻根据转向方向和转向角度执行转向操作；反之，则保持当前航行状态不变。
进一步作为优选的实施方式，所述避障单元包括：
障碍物检测单元，用于实时通过超声波传感器检测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则执行转向计算单元；反之，则保持当前航行状态不变；
转向计算单元，用于通过摄像头回传得到实时的航行影像，并根据超声波传感器测得的障碍物距离，计算得到障碍物的大小和位置，进而计算出转向方向和转向角度；
转向调整单元，用于根据转向方向和转向角度，通过超声波传感器检测在转向范围内是否有障碍物，若是，则重新计算转向方向和转向角度，直到转向范围内没有障碍物；
返回航线单元，用于无人船根据确定后的转向方向和转向角度进行转向操作，并在越过障碍物后返回预定航行线路。
本发明具体实施例如下：
S01、在上位机端，采用网格设定水体监测点或沿江中线设定水体监测点；
S02、根据水体监测点，通过自动生成或手动连接水体监测点形成得到预定航行路线；
S03、计算出航行线路各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度并将预定航行线路发送至无人船，并将航行路线、航行线路上各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度发送至无人船；
S04、通过无人船在预定航行线路上进行低密度水体监测，可以每隔一段路程即进行监测，并同时检测每个水体监测点的水流方向和水流速度，得到各水体监测点的水体污染浓度、水流方向和水流速度；根据各水体监测点的水体污染浓度，得到水体污染浓度梯度，进而得到污染源范围；控制无人船进入污染源范围，进行水体采样检测，并利用红外及超声波探测出偷排污管道。
S05、检测当前的水流矢量数据，并结合当前无人船的航行矢量数据进行矢量计算，计算得出水流实际流速和水流实际方向；然后判断水流实际流速是否大于预设的流速阈值，若是，则发送指令控制无人船降低航行速度并调整船身方向与水流实际方向一致或成180°相反方向；反之，则保持当前航行状态不变；
S06、无人船实时反馈当前的位置坐标和航行方向，根据无人船反馈的位置坐标和航行方向，判断其是否与预定航行线路的数据不一致，若是，即表示当前反馈的位置坐标不在预定航行线路上，已经发生了偏航情况，则计算返回预定航行路线的转向方向和转向角度并将其发送至无人船并立刻根据转向方向和转向角度执行转向操作；反之，则保持当前航行状态不变；
S07、实时通过超声波传感器检测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则执行步骤S08；反之，则保持当前航行状态不变；
S08、通过摄像头回传得到实时的航行影像，并根据超声波传感器测得的障碍物距离，计算得到障碍物的大小和位置，进而计算出转向方向和转向角度；
S09、根据转向方向和转向角度，通过超声波传感器检测在转向范围内是否有障碍物，若是，则重新计算转向方向和转向角度，直到转向范围内没有障碍物；
S10、无人船根据确定后的转向方向和转向角度进行转向操作，并在越过障碍物后返回预定航行线路继续航行。
从上述内容可知，一种用于无人船的污染源追踪方法及系统通过制定航行线路，并在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围，使得能通过无人船追踪到污染源的扩散程度及范围，让研究人员能及时知道污染源的情况，以及及时对污染源采取有效的措施，为有效地完成航行采样检测任务提供了巨大的帮助。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、通过测试得出水流方向和水流速度，进而自动获取无人船的水体监测点；
B、根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线，并将预定航行线路发送至无人船；
C、通过无人船在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于：还包括有：
D、实时监测无人船附近是否有风浪，若是，则发送指令至无人船进行船身调整；反之，则保持当前航行状态不变；
E、实时监测无人船是否发生偏航情况，若是，则发送指令至无人船返回预定航行路线；反之，则保持当前航行状态不变。
3.根据权利要求2所述的一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于：还包括有：
F、实时监测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则采取避障操作；反之，则保持当前航行状态不变。
4.根据权利要求1所述的一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于：所述步骤B包括：
B1、根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线；
B2、根据预定航行路线，计算出航行线路各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度；
B3、将航行路线、航行线路上各坐标点的航行方向以及各转弯点的转向方向和转向角度发送至无人船。
5.根据权利要求1所述的一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于：所述步骤C包括：
C1、通过无人船在预定航行线路上进行低密度水体监测，并同时检测每个水体监测点的水流方向和水流速度，得到各水体监测点的水体污染浓度、水流方向和水流速度；
C2、根据各水体监测点的水体污染浓度，得到水体污染浓度梯度，进而得到污染源范围；
C3、控制无人船进入污染源范围，进行水体采样检测，并利用红外及超声波探测出偷排污管道。
6.根据权利要求2所述的一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于：所述步骤D包括：
D1、检测当前的水流矢量数据，并结合当前无人船的航行矢量数据进行矢量计算，计算得出水流实际流速和水流实际方向；
D2、判断水流实际流速是否大于预设的流速阈值，若是，则发送指令控制无人船降低航行速度并调整船身方向与水流实际方向一致或成180°相反方向；反之，则保持当前航行状态不变。
7.根据权利要求2所述的一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于：所述步骤E包括：
E1、无人船实时反馈当前的位置坐标和航行方向；
E2、根据无人船反馈的位置坐标和航行方向，判断其是否与预定航行线路的数据不一致，若是，则计算返回预定航行路线的转向方向和转向角度并发送至无人船并立刻根据转向方向和转向角度执行转向操作；反之，则保持当前航行状态不变。
8.根据权利要求3所述的一种用于无人船的污染源追踪方法，其特征在于：所述步骤F包括：
F1、实时通过超声波传感器检测无人船的前方航道是否有障碍物，若是，则执行步骤F2；反之，则保持当前航行状态不变；
F2、通过摄像头回传得到实时的航行影像，并根据超声波传感器测得的障碍物距离，计算得到障碍物的大小和位置，进而计算出转向方向和转向角度；
F3、根据转向方向和转向角度，通过超声波传感器检测在转向范围内是否有障碍物，若是，则重新计算转向方向和转向角度，直到转向范围内没有障碍物；
F4、无人船根据确定后的转向方向和转向角度进行转向操作，并在越过障碍物后返回预定航行线路。
9.一种用于无人船的污染源追踪系统，其特征在于，包括：
监测点获取单元，用于通过测试得出水流方向和水流速度，进而自动获取无人船的水体监测点；
航线制定单元，用于根据水体监测点，自动生成航行线路或自定义航行线路得到预定航行路线，并将预定航行线路发送至无人船；
污染追踪单元，用于通过无人船在航行时进行水体监测，从而确定污染源范围。
10.根据权利要求9所述的一种用于无人船的污染源追踪系统，其特征在于：所述污染追踪单元包括有：
水体监测单元，用于通过无人船在预定航行线路上进行低密度水体监测，并同时检测每个水体监测点的水流方向和水流速度，得到各水体监测点的水体污染浓度、水流方向和水流速度；
污染源范围计算单元，用于根据各水体监测点的水体污染浓度，得到水体污染浓度梯度，进而得到污染源范围；
排污探测单元，用于控制无人船进入污染源范围，进行水体采样检测，并利用红外及超声波探测出偷排污管道。
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| CN201510570169.5A CN105137993B (zh) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | 一种用于无人船的污染源追踪方法及系统 |
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