CN106985977A - 一种无人机、艇无线充电装置及联合巡航搜救方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机、艇无线充电装置及联合巡航搜救方法，该装置包括无人艇和多架无人机，无人艇上设置有多个停载平台，无人机通过停载平台进行停靠和起降；无人机下方设置有无线充电单元，停载平台上设置有无线供电单元；无人机停靠在停载平台上时，通过无线充电单元和无线供电单元进行无线充电。本发明通过无人机和无人艇联合巡航搜救使巡航搜救范围和效率大大地提高，使海事部门能更早地发现海上的不正常情况或更早地搜救到失事船舶与落水人员；通过采用无人艇给无人机无线充电提高了无人机的续航能力，让无人机能进行更多的巡航搜救作业。

Description

一种无人机、艇无线充电装置及联合巡航搜救方法
技术领域
本发明涉及水上交通运输工具领域，尤其涉及一种无人机、艇无线充电装置及联合巡航搜救方法。
背景技术
无人机(unmanned aerial vehicle,简称UAV)是一种由无线设备或程序控制操作并且不需要驾驶员的飞行器。它是由动力装置驱动，能够通过无线遥控飞行和自主飞行。它与有人机不同的首先是无人驾驶，飞行过程由电子设备控制自动进行，无人机上不需要安装任何与驾驶员有关的设备，可以有效地节省和利用空间来安装应用设备以完成赋予它的各种任务。无人机一般应用于海上巡逻执法、调查取证和应急反应、海上搜寻和救助、海上船舶溢油、排污监视、航标巡检、航道测量等海事监管业务领域。无人水面艇(unmannedsurface vessel，简称USV)，是一种无人驾驶的水面舰艇，与普通的水面艇不同，无人艇上不需要安装任何与驾驶员有关的设备，可以有效地节省和利用空间装载应用设备以完成赋予它的各种任务。与无人机类似，无人艇也可应用于海上巡逻执法、调查取证和应急反应、海上搜寻和救助、海上船舶溢油、排污监视、航标巡检、航道测量等海事监管业务领域。
无人机或无人艇在单独巡航搜救时，巡航搜救的范围小，效率低不能很好地达到高效巡航的目的。并且，无人机在巡航搜救过程中经常因为电量不足而不得不返程，存在续航能力不高的缺点。本发明提出无人机、艇联合巡航搜救方法是指无人机和无人艇在水上相互配合来完成巡航搜救工作。并且针对无人机巡航能力不足的问题，本发明设计一种无人机、艇无线充电装置使无人机快没电的时候可以停在无人艇上进行无线充电之后继续工作，大大提升了无人机和无人艇的巡航搜救能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无人机和无人艇单独搜救时巡航范围小，续航能力差的缺陷，提供一种无人机、艇无线充电装置及联合巡航搜救方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种无人机、艇无线充电装置，包括无人艇和多架无人机，无人艇上设置有多个停载平台，无人机通过停载平台进行停靠和起降；无人机下方设置有无线充电单元，停载平台上设置有无线供电单元；无人机停靠在停载平台上时，通过无线充电单元和无线供电单元进行无线充电。
进一步地，本发明的无线充电单元包括相互连接的受电线圈和电池组，无线供电单元包括相互连接的送电线圈和电源；送电线圈与受电线圈之间通过电磁感应的方式进行电量传输。
进一步地，本发明的停载平台上设置有电磁铁和压敏电阻，压敏电阻用于检测无人机的停靠状态，当无人机停靠在停载平台上时，接通电磁铁，使电磁铁吸紧无人机。
进一步地，本发明的受电线圈和电池组之间连接有整流电路和稳压电路。
进一步地，本发明的停载平台和无人机的数量相等，且数量不小于4个。
本发明提供一种无人机、艇联合巡航搜救方法，包括以下巡航方式：
路径分段巡航方式：
无人艇上设置有偶数架无人机，将无人机两两分组；无人艇在搜救过程中进行直线巡航，将其巡航路径分为等距离的多段；
一个分段巡航开始时，其中同一组的两架无人机在无人艇的两侧进行巡航，无人机的巡航路径为半圆形，半圆形以无人艇的当前分段巡航路径为直径；
当前分段巡航结束时，此次巡航的两架无人机防返回无人艇的停载平台进行无线充电，同时下一组的两架无人机从停载平台起飞，开始下一个分段巡航；
分区域巡航方式：
无人艇到达搜救区域后，将搜救区域等分成多个子区域，无人艇上设置的无人机数量大于之区域的数量；
无人艇上派出与子区域数量相等的无人机，每架无人机分别在一个子区域内巡航，无人机的巡航路径为半径逐渐减小的同心圆；
无人艇与无人机同时进行巡航，无人艇在搜救区域内进行连续的S形巡航；完成该搜救区域的巡航后，无人机返回无人艇的停载平台进行无线充电。
进一步地，本发明的路径分段巡航方式中，根据无人机的电池组电量和功率，计算其续航时间，进而计算无人艇分段巡航的每段距离。
进一步地，本发明的分区域巡航方式中，根据无人机的电池组电量和功率，计算其续航时间，进而计算同心圆巡航路径的半径。
进一步地，本发明的分区域巡航方式中，同心圆巡航路径的半径逐渐减小，且每次减小1海里。
进一步地，本发明的分区域巡航方式中，搜救区域划分的子区域数量不少于4个。
本发明产生的有益效果是：本发明的无人机、艇无线充电装置及联合巡航搜救方法，通过无人机和无人艇联合巡航搜救使巡航搜救范围和效率大大地提高，使海事部门能更早地发现海上的不正常情况或更早地搜救到失事船舶与落水人员；通过采用无人艇给无人机无线充电提高了无人机的续航能力，让无人机能进行更多的巡航搜救作业，而且无人机不需要飞回路基充电，从而达到了节能减排的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例中无人艇给无人机充电的原理示意图。
图2为本发明实施例中无人机、无人艇联合巡航路线图。
图3为本发明实施例中无人机、无人艇联合搜救路线图。
图中：1-无人机，2-无线充电单元，3-无人艇，4-停载平台，5-用电器，6-电源，7-受电线圈，8-送电线圈，9-磁场，10-无人艇巡航路线，11-无人机巡航路线，12-无人机搜救路线，13-无人艇搜救路线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的无人机、艇无线充电装置，包括无人艇和多架无人机，无人艇上设置有多个停载平台，无人机通过停载平台进行停靠和起降；无人机下方设置有无线充电单元，停载平台上设置有无线供电单元；无人机停靠在停载平台上时，通过无线充电单元和无线供电单元进行无线充电。
无线充电单元包括相互连接的受电线圈和电池组，无线供电单元包括相互连接的送电线圈和电源；送电线圈与受电线圈之间通过电磁感应的方式进行电量传输。
停载平台上设置有电磁铁和压敏电阻，压敏电阻用于检测无人机的停靠状态，当无人机停靠在停载平台上时，接通电磁铁，使电磁铁吸紧无人机。
受电线圈和电池组之间连接有整流电路和稳压电路。
停载平台和无人机的数量相等，且数量不小于4个。
本发明实施例的无人机、艇联合巡航搜救方法，包括以下巡航方式：
路径分段巡航方式：
无人艇上设置有偶数架无人机，将无人机两两分组；无人艇在搜救过程中进行直线巡航，将其巡航路径分为等距离的多段；
一个分段巡航开始时，其中同一组的两架无人机在无人艇的两侧进行巡航，无人机的巡航路径为半圆形，半圆形以无人艇的当前分段巡航路径为直径；
当前分段巡航结束时，此次巡航的两架无人机防返回无人艇的停载平台进行无线充电，同时下一组的两架无人机从停载平台起飞，开始下一个分段巡航；
分区域巡航方式：
无人艇到达搜救区域后，将搜救区域等分成多个子区域，无人艇上设置的无人机数量大于之区域的数量；
无人艇上派出与子区域数量相等的无人机，每架无人机分别在一个子区域内巡航，无人机的巡航路径为半径逐渐减小的同心圆；
无人艇与无人机同时进行巡航，无人艇在搜救区域内进行连续的S形巡航；完成该搜救区域的巡航后，无人机返回无人艇的停载平台进行无线充电。
路径分段巡航方式中，根据无人机的电池组电量和功率，计算其续航时间，进而计算无人艇分段巡航的每段距离。
分区域巡航方式中，根据无人机的电池组电量和功率，计算其续航时间，进而计算同心圆巡航路径的半径。分区域巡航方式中，同心圆巡航路径的半径逐渐减小，且每次减小1海里。分区域巡航方式中，搜救区域划分的子区域数量不少于4个。
在本发明的另一个具体实施例中：
如图1所示的是无人艇给无人机充电的原理，图2和图3显示的是无人机、无人艇联合巡航和搜救路线。
当无人艇和无人机开始进行联合巡航作业时，如图2所示，一艘无人艇乘载4艘无人机进行联合巡航作业，无人艇从地点A巡航时间t，距离L到地点B。无人艇上的两架无人机以地点A为起点分别从无人艇的两侧起飞，各自沿着以线AB为直径圆的左右两半圆巡航，时间t后，两架无人机在地点B相遇并降落在无人艇上进行充电来保证之后能继续作业。之后无人艇从地点B继续巡航时间t，距离L到地点C,无人艇上的另外两架无人机以地点B为起点分别从无人艇的两侧起飞，各自沿着以线BC为直径圆的左右两半圆巡航，时间t后，两架无人机在地点C相遇并降落在无人艇上进行充电来保证之后能继续作业，无人艇和艇上4架无人机按照这种联合巡航方法一直巡航下去至巡航结束。这种联合巡航方法使相同时间内可巡航范围大大增大，提高了无人机和无人艇的巡航能力。
当无人艇和无人机开始进行联合搜救作业，如图3所示，无人艇载无人机到可能发生事故的区域，来到该区域后，将该区域等分为四个区域，无人艇上4架无人机每架对相应的一个区域进行搜救。无人机a先在其相应区域的外接圆O0搜救，之后再在比O0半径小1海里的同心圆O1继续搜救，之后再在比O1半径小1海里的同心圆O2继续搜救，之后再在比O2半径小1海里的同心圆O3继续搜救，以此搜救下去，另外三架无人机也按照此搜救方法进行搜救。无人艇以地点R为起点向前方航行搜救时间t1，距离L1到达地点S，之后船头调转180°继续航行搜救时间t1，距离L1到达地点T，之后船头调转180°继续航行搜救，无人艇和艇上的4架无人机一直按照这种搜救方法一直搜救下去至搜救结束。这种搜救方法提高了无人机与无人艇搜救效率，使失事船舶和落水人员能更早得到救援。
在无人机、艇联合巡航搜救过程中，4架无人机在作业中航拍的图像信息通过图传传到无人艇，无人艇接收无人机传过来的图像并进行图像处理，之后再将处理后的图像传到海事部门，海事部门便可以很清晰地了解无人机、艇联合巡航搜救的具体情况以便采取相应措施。
无人机在联合巡航搜救过程中可以停在无人艇上进行充电来保证之后的继续工作，对于其充电方式，我们希望：
1、充电方式相应的充电设备不占用过多的空间，其空间利用率尽可能高；
2、充电方式应该适应海上的大风浪和雨雪天气，有良好的可靠性；
3、充电方式对应的充电设备没有露出导电点，不会因漏电而产生安全问题。；
4、充电方式对应的充电设备支持无人化管理，不需要专业人员现场操作。
所以我们采用无线充电作为无人机在无人艇上的充电方式。
目前，对于无线充电，我们有4种方案：
无线充电方式 电磁感应式 磁共振式 无线电波式 电场耦合式
传输距离 几mm-几cm 几cm-几m 大于10m 几mm-几cm
使用频率范围 22KHz 13.56KHz 2.45GHz 560-700KHz
充电效率 80％ 50％ 38％ 70％-80％
对于无线充电方案的选择，我们从以下方面考虑：
(1)无人机无线充电时，接收模块距无线充电板约4cm左右；
(2)无线充电的充电效率越高损失的电能越小；
(3)电场耦合式的无线充电方式尚不成熟。
综合以上要求，我们选择电磁感应式的无线充电方案。
电磁感应式无线充电的原理：电磁感应无线充电通过线圈进行能量耦合实现能量的传递，基本原理是在发送和接收端都设1个线圈，发送端线圈连接高频交变有线电源，并产生电磁信号，接收端线圈接收到这个变化的电磁信号并转化成电流，电流通过整流、稳压等电路后提供电能给设备电池充电。
当无人机在海上进行了一段时间的巡航或搜救作业之后，其电源的电量不足需要充电来保证之后能继续进行巡航搜救作业。此时，无人机可停在无人艇上无人机停载平台4进行无线充电，无人机的电源充到适当电量便可以继续进行巡航搜救作业。
无人艇载无人机的时候，因为海风或波浪等因素会使无人艇摇晃致使无人机可能会掉入海中，所以当无人机停在无人艇上时需要有一个装置来使无人机固定在无人艇上而不至于掉入海中。本发明使用电磁铁来固定无人机以防掉入海中，在电磁铁电路中加个压敏电阻，当无人机停在无人艇上时压敏电阻使电磁铁电路接通，电磁铁有磁性将无人机吸住达到固定的作用来避免无人机掉入海中。通过压敏电阻串入的电磁铁电路使无人机能够固定在无人艇上而不至于掉入海里，保证了无人机停在无人艇上的安全性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机、艇无线充电装置，其特征在于，包括无人艇(3)和多架无人机(1)，无人艇(3)上设置有多个停载平台(4)，无人机(1)通过停载平台(4)进行停靠和起降；无人机(1)下方设置有无线充电单元(2)，停载平台(4)上设置有无线供电单元；无人机(1)停靠在停载平台(4)上时，通过无线充电单元(2)和无线供电单元进行无线充电。
2.根据权利要求1所述的无人机、艇无线充电装置，其特征在于，无线充电单元(2)包括相互连接的受电线圈(7)和电池组(5)，无线供电单元包括相互连接的送电线圈(8)和电源(6)；送电线圈(8)与受电线圈(7)之间通过电磁感应的方式进行电量传输。
3.根据权利要求1所述的无人机、艇无线充电装置，其特征在于，停载平台(4)上设置有电磁铁和压敏电阻，压敏电阻用于检测无人机(1)的停靠状态，当无人机(1)停靠在停载平台(4)上时，接通电磁铁，使电磁铁吸紧无人机(1)。
4.根据权利要求2所述的无人机、艇无线充电装置，其特征在于，受电线圈(7)和电池组(5)之间连接有整流电路和稳压电路。
5.根据权利要求1所述的无人机、艇无线充电装置，其特征在于，停载平台(4)和无人机(1)的数量相等，且数量不小于4个。
6.一种采用权利要求1所述无人机、艇无线充电装置的无人机、艇联合巡航搜救方法，其特征在于，包括以下巡航方式：
路径分段巡航方式：
无人艇上设置有偶数架无人机，将无人机两两分组；无人艇在搜救过程中进行直线巡航，将其巡航路径分为等距离的多段；
一个分段巡航开始时，其中同一组的两架无人机在无人艇的两侧进行巡航，无人机的巡航路径为半圆形，半圆形以无人艇的当前分段巡航路径为直径；
当前分段巡航结束时，此次巡航的两架无人机防返回无人艇的停载平台进行无线充电，同时下一组的两架无人机从停载平台起飞，开始下一个分段巡航；
分区域巡航方式：
无人艇到达搜救区域后，将搜救区域等分成多个子区域，无人艇上设置的无人机数量大于之区域的数量；
无人艇上派出与子区域数量相等的无人机，每架无人机分别在一个子区域内巡航，无人机的巡航路径为半径逐渐减小的同心圆；
无人艇与无人机同时进行巡航，无人艇在搜救区域内进行连续的S形巡航；完成该搜救区域的巡航后，无人机返回无人艇的停载平台进行无线充电。
7.根据权利要求6所述的无人机、艇联合巡航搜救方法，其特征在于，路径分段巡航方式中，根据无人机的电池组电量和功率，计算其续航时间，进而计算无人艇分段巡航的每段距离。
8.根据权利要求6所述的无人机、艇联合巡航搜救方法，其特征在于，分区域巡航方式中，根据无人机的电池组电量和功率，计算其续航时间，进而计算同心圆巡航路径的半径。
9.根据权利要求6所述的无人机、艇联合巡航搜救方法，其特征在于，分区域巡航方式中，同心圆巡航路径的半径逐渐减小，且每次减小1海里。
10.根据权利要求6所述的无人机、艇联合巡航搜救方法，其特征在于，分区域巡航方式中，搜救区域划分的子区域数量不少于4个。
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