CN107301689B - 一种基于无人船的网箱巡检装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无人船的网箱巡检装置及其方法,包括无人船和网箱管理装置，所述无人船包括主控制器、通信电台、监视设备和驱动设备，所述主控制器安装在无人船内部舱室，并分别与通信电台、监视设备、驱动设备耦合，所述主控制器通信连接信号接收器；所述网箱管理装置包括用于对网箱进行实时监测的检测装置和与所述检测装置通信连接并用于向信号接收器发送监测信息的信号发送器。本发明安全性高、操作简单、安装方便、维护成本低、巡检效果好、巡检思路清晰，实现了养殖网箱的监管，并最小化了人员和设备损伤的风险。

Description

一种基于无人船的网箱巡检装置及其方法
技术领域
本发明涉及水域机器人自动化控制的技术领域，尤其涉及一种基于无人船的网箱巡检装置及其方法。
技术背景
无人船是一种借助精确卫星定位和控制系统即可按照预设任务在水面航行并自主作业的全自动水面机器人。随着国防及民用的需求发展，在国防海域、近海养殖和内河环保等水域中有越来越多的无人船在运行并承担任务。为了实现近海或深海养殖网箱的不间断巡检，有必要引进无人船系统进行辅助监控作业。
“探访海上养殖户酸甜苦辣”报道中指出，近海养殖中采用网箱养殖高经济价值海鲜成为近海农业的新出路，养殖户在投入巨资建立网箱养殖系统后，几乎耗尽全部家当并需要大额贷款，所以对网箱十分爱护，管理基本遵循不间断巡检的工作惯例，尤其在恶劣天气时(如3级以上海况)更关心网箱的工作状态。天气恶劣情况下，驾驶有人船出海巡检，会存在较大风险而导致人员伤亡和船只损伤。2015年11月4日养殖户江先生在前往网箱养殖基地途中一直伴有3级风浪，其乘坐的小船差点被大海浪掀翻，到达目的地后视线不佳、平台不稳无法完成正常巡检作业，据其介绍每次恶劣天气一旦引发损失，重则船翻人亡，轻则网箱不知所终损伤上百万资金数。
经海就得与海搏斗，如何利用先进的技术战胜大海的惊涛骇浪，完成养殖网箱的监管并最小化人员和设备损伤的风险是新的经济模式下急需解决的难题，如何利用无人船辅助近海养殖管理成为重要课题。
发明内容
本发明目的在于，提供一种基于无人船的安全性高、操作简单、安装方便、维护成本低、巡检效果好的网箱巡检装置，以及一种基于无人船的安全性高、操作简单、安装方便、维护成本低、巡检效果好、巡检思路清晰的网箱巡检方法，实现了养殖网箱的监管，并最小化了人员和设备损伤的风险。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于无人船的网箱巡检装置，包括无人船和网箱管理装置，所述无人船包括主控制器、通信电台、监视设备和驱动设备，所述主控制器安装在无人船内部舱室，并分别与通信电台、监视设备、驱动设备耦合，所述主控制器通信连接信号接收器；所述网箱管理装置包括用于对网箱进行实时监测的检测装置和与所述检测装置通信连接并用于向信号接收器发送监测信息的信号发送器。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，所述检测装置包括太阳能电池、处理器、定位器、信号发送器、报警灯、蓄电池和水质检测器，所述处理器分别与所述定位器、信号发送器、报警灯和水质检测器耦合，并监测定位器、信号发送器、报警灯和水质检测器的工作信息；所述定位器、信号发送器、报警灯、水质检测器和处理器均与太阳能电池或蓄电池电性连接，由太阳能电池或蓄电池双通道供电。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，还包括网箱，所述网箱包括桶形状渔网，所述渔网下端设有沉底架，上端设有由多根浮条组成并用于挂住渔网上端的上浮架，所述沉底架上设置有定位锚。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，所述网箱内设有稳定浮盘，所述稳定浮盘通过绳索与上浮架固定在一起并放置于上浮架的内侧，所述检测装置安装于所述稳定浮盘上。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，所述检测装置顶端安装有报警灯，所述报警灯通过第一根信号线连接到检测装置的处理器上，所述报警灯通过第二根信号线围绕所述上浮架的所有浮条一周后与所述处理器连接，所述第二根信号线紧贴在浮条上并穿过浮条两端孔位后拉紧。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，所述通信电台包括数字电台、图传电台和GPS通讯系统，所述监视设备包括水上视频设备和固定在摄像控制系统中转轴底部的水下摄像机，所述水上视频设备监视船头前方视频信息并发送给主控制器；所述水下摄像机拍摄水下的渔网和鱼群视频并发送主控制器，主控制器把水上视频设备和水下摄像机的视频信息打包传送给图传电台，由图传电台把视频信息发送给渔业监控中心；所述驱动设备包括船载蓄电池和摄像控制系统。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，所述水质检测器用于监测网箱水质状况，并把监测数据存储于处理器中；所述水质检测器安装有测水温探头、测盐度探头和测含氧量探头。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，所述网箱上浮架上、紧贴于上浮架的顶点上还安装有网箱定位器，所述网箱定位器与所述检测装置中的处理器通信连接，所述网箱定位器与太阳能电池或蓄电池电性连接并由太阳能电池或蓄电池双通道供电；所述网箱定位器监测上浮架各个顶点的实时坐标，并把监测数据存储于处理器中。
前述的基于无人船的网箱巡检装置中，所述摄像控制系统包括第一电机、蜗杆机构、第二电机、转盘、吊绳、转轴和支撑架；所述支撑架上设有蜗杆机构，所述蜗杆机构一端与第一电机连接；所述蜗杆机构与竖直向下设置的转轴啮合，所述转轴的底部设置有水下摄像机；所述转轴上方设置有转盘，所述吊绳缠绕在转盘上，一端与转轴顶部连接，另一端与第二电机连接。
本发明还提供了一种基于无人船的网箱巡检装置的巡检方法，包括下述步骤：
步骤1:无人船根据网箱初始坐标位置，由主控制器制定航行计划，然后从渔业监控中心港口自动启航，快速驶向网箱群所在地；
步骤2:在接近网箱群的过程中，无人船上信号接收器主动与各网箱上的信号发送器配对，并整合所有网箱定位器信息后对巡检顺序进行优化排序，无人船把完成优化排序的地点，定为巡检起始点；
步骤3:无人船把水上视频设备拍摄到网箱群整体视频信息传送给渔业监控中心，并根据步骤2中巡检顺序，准备对第i个网箱进行巡检；
步骤4:信号接收器识别第i个网箱上信号发送器的信息，并传送给主控制器，主控制器解析第i个网箱上检测装置的状态包，解算网箱中上浮架顶点的定位信息，得到第i个网箱中上浮架的结构位置信息；
步骤5:无人船根据第i个网箱中上浮架的结构位置信息，减速缓慢靠近第i个网箱，通过水上视频设备拍摄第i个网箱水面详细情况，并传送给渔业监控中心；
步骤6:无人船把第i个网箱中检测装置的状态包，通过数字电台和GPS通讯系统发送给渔业监控中心；
步骤7:主控制器根据第i个网箱中上浮架的结构位置信息确定无人船与第i个网箱间的安全距离，并制定对第i个网箱的最优巡检路线；
步骤8:无人船根据步骤7中的巡检路线自动航行，并通过摄像控制系统调整水下摄像机的拍摄方向和水深，不断调整水下摄像机的水深实现对渔网从上到下扫描式拍摄；
步骤9:主控制器接收水下摄像机视频图像，打包传送给图传电台，经由图传电台发送给渔业监控中心；
步骤10:无人船完成第i个网箱的巡检，主控制器把此网箱记录为已巡检状态，转到步骤4开始对第下一个网箱进行巡检工作；
步骤11:当所有网箱巡检完毕后，无人船驶向巡检起始点，然后无人船根据起始点位置和启航点位置，制定返航计划，并快速自动返航，结束整个巡检过程。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)通过无人船监控设备中视频装置能查看网箱水面是否覆盖了水草以及是否有漂浮的死鱼，还能通过水下摄像机能查看鱼群生长情况，并能查看渔网的是否完整以及渔网是否被杂物覆盖，解决需要人员下水查看的需求。
2)网箱管理装置中检测装置负责监控网箱相关的所有信息，并通过信号发送器与无人船能正常通信，实现网箱和无人船间完美融合。
3)无人船一般能四级海况下正常工作，并在五级海况下返航，保证恶劣天气对网箱的不间断巡检，能极大规避人员伤亡情况。
4)无人船的水质检测器负责实时检测网箱外围的水质情况，养殖户可根据对应鱼苗给水质检测器安装不同检测探头，实现对养殖环境的检测。
5)渔业监控中心查看对比网箱报警灯实际状态和监控系统显示的报警灯状态是否一致，如果不一致，则说明对应的检测装置工作状态异常，需要维护；报警灯通过闪烁的黄灯或者红灯能提示过往船只主动避让。
6)无人船监控系统传送的视频信息可以非常清晰明了的显示网箱群的工作状态，能满足养殖户对网箱整体巡检需求。
7)无人船实现网箱群巡检优化排序，同时对单网箱设置安全距离，实现对网箱群的最优巡检，节约资源提高工作效率，并保障网箱安全。
8)无人船通过定位器实现网箱的位置监控，并能分析其飘移情况。
9)本发明安全性高、操作简单、安装方便、维护成本低、巡检效果好、巡检思路清晰，实现了养殖网箱的监管，并最小化了人员和设备损伤的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种基于无人船的网箱巡检装置的结构示意图；
图2是本发明提供的一种基于无人船的网箱巡检装置中网箱的结构示意图；
图3是本发明提供的一种基于无人船的网箱巡检装置中检测装置的结构示意图；
图4是本发明提供的一种基于无人船的网箱巡检装置中摄像控制系统的结构示意图；
图5是本发明图3中A处的局部放大结构示意图；
图6是本发明实施例中提供的网箱群巡检顺序优化排序的方法示意图；
图7是本发明实施例中提供的单网箱最优巡检路线及安全距离的定制方法示意图；
图8是本发明实施例中提供的网箱被捆绑在一起而组成大型网箱群的巡检方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于无人船的网箱巡检装置,如图1-5所示,包括无人船10和网箱管理装置，所述无人船10包括主控制器101、通信电台、监视设备和驱动设备，所述主控制器101安装在无人船10内部舱室，并分别与通信电台、监视设备、驱动设备耦合，所述主控制器101通信连接信号接收器108；所述网箱管理装置包括用于对网箱进行实时监测的检测装置40和与所述检测装置40通信连接并用于向信号接收器108发送监测信息的信号发送器404。所述信号接收器108安装于无人船10的桅杆上，主控制器101通过导线连接通信电台、监视设备和驱动设备，并监测通信电台、监视设备和驱动设备的工作信息。
如图3所示，所述检测装置40包括太阳能电池401、处理器402、定位器403、信号发送器404、报警灯406、蓄电池405和水质检测器407，所述处理器402分别与所述定位器403、信号发送器404、报警灯406和水质检测器407耦合，并监测定位器403、信号发送器404、报警灯406和水质检测器407的工作信息；所述定位器403、信号发送器404、报警灯406、水质检测器407和处理器402均与太阳能电池401或蓄电池405电性连接，由太阳能电池401或蓄电池405双通道供电；其中太阳能电池401优先供电。处理器402综合整理定位器403、报警灯406和水质检测器407的信息，形成检测装置40的状态包，并传送给信号发送器404；信号发送器404在与无人船10上的信号接收器108自动匹配连通后，将状态包发送给信号接收器108；信号接收器108与主控制器101连接，并把检测装置40的状态包传送给主控制器101。
所述水质检测器407用于监测网箱20水质状况，并把监测数据存储于处理器402中；所述网箱定位器204分别安装在网箱上浮架202上，并紧贴于上浮架202的顶点，网箱定位器204监测上浮架202各个顶点的实时坐标，并把监测数据存储于处理器402中；无人船10通过网箱定位器204实现网箱20的位置监控，并能分析其飘移情况。网箱管理装置中检测装置40负责监控网箱20相关的所有信息，并通过信号发送器404与无人船10正常通信，实现网箱20和无人船10间完美融合。
无人船10的水质检测器407负责实时检测网箱20外围的水质情况，养殖户可根据对应鱼苗给水质检测器407安装不同检测探头，实现对养殖环境的检测。
如图2所示，还包括网箱20，所述网箱20包括桶形状渔网203，所述渔网203下端设有沉底架201，上端设有由多根浮条组成并用于挂住渔网203上端的上浮架202，所述沉底架201上设置有定位锚205。所述渔网203负责围住网箱20水下四周和底部，把鱼圈养在网箱20中；沉底架201通过绳索绑在底部渔网上，撑开底网并把底部渔网压在水底；无人船10的主控制器101结合各网箱20当前网箱定位器204的定位信息，获得各网箱20准确的位置，并根据网箱20上次巡检的位置(初始位置由用户指定)，得到各网箱20当前的漂移量LW(i)，主控制器101将漂移量信息转送给数字电台102，通过数字电台102回传监控中心；其中LW(i)为第i个网箱20漂移量。当漂移量大于所设置阈值时，则由主控制器101给渔业监控中心发生报警信息。
如图2所示，所述网箱20内设有稳定浮盘30，所述稳定浮盘30通过绳索与上浮架202固定在一起并放置于上浮架202的内侧，所述检测装置40安装于所述稳定浮盘30上。
如图3所示，所述检测装置40顶端安装有报警灯406，所述报警灯406通过第一根信号线连接到检测装置40的处理器402上，所述报警灯406通过第二根信号线围绕所述上浮架202的所有浮条一周后与所述处理器402连接，所述第二根信号线紧贴在浮条上并穿过浮条两端孔位后拉紧。稳定浮盘30通过绳索与上浮架202绑在一起并放置于上浮架202的内侧；报警灯406的第二根信号线为长导线，长导线绕着上浮架的所有浮条一周后与处理器402连接；如果第一根信号线和第二根信号线工作正常，报警灯406为黄灯闪烁，同时处理器402存储上浮架202正常工作信号；如果上浮架202散架或严重变形会导致第二根信号线断掉，则导致报警灯406为红灯闪烁，同时处理器402存储上浮架异常报警信号。
渔业监控中心查看对比报警灯406实际状态和监控系统显示的报警灯状态是否一致，如果不一致，则说明对应的检测装置40工作状态异常，需要维护；报警灯406通过闪烁的黄灯或者红灯能提示过往船只主动避让。
如图1所示，所述通信电台包括数字电台102、图传电台103和GPS通讯系统104，所述监视设备包括水上视频设备106和固定在摄像控制系统中转轴底部的水下摄像机1075，所述水上视频设备106监视船头前方视频信息并发送给主控制器101；所述水下摄像机1075拍摄水下的渔网和鱼群视频并发送主控制器101，主控制器101把水上视频设备106和水下摄像机1075的视频信息打包传送给图传电台103，由图传电台103把视频信息发送给渔业监控中心；所述驱动设备包括船载蓄电池105和摄像控制系统107。
如图1、图4所示，无人船10底部设置有用于收纳水下摄像机1075的收纳舱1079。其中，水上视频设备106采用鱼眼摄像头，设置于无人船10船头；所示鱼眼摄像头监视船头前方视频信息并发送给主控制器101；所述水下摄像机1075拍摄水下的渔网和鱼群视频并发送主控制器101；主控制器101把鱼眼摄像头和水下摄像机1075的视频信息打包传送给图传电台103，由图传电台103把视频信息发送给渔业监控中心。
所述水下摄像机1075固定在摄像控制系统中转轴1074的底部，摄像控制系统107响应主控制器101指令，调整拍摄高度和拍摄方向，使水下摄像机1075可以观测网箱20中不同水深和角度的鱼群。无人船监控系统传送的视频信息可以非常清晰明了的显示网箱群的工作状态，能满足养殖户对网箱整体巡检需求。
主控制器101、数字电台102、图传电台103、鱼眼摄像头、摄像控制系统107由船载蓄电池105供电。
所述主控制器101接到信号接收器108的状态包后，通过数字电台102和GPS通讯系统104发送给渔业监控中心；所述主控制器101实时整理通信电台、监视设备和驱动设备的状态信息，通过数字电台102和GPS通讯系统104发送给渔业监控中心；所述主控制器101经由数字电台102和GPS通讯系统104接收渔业监控中心的控制指令。
所示鱼眼摄像头监视船头前方视频信息并发送给主控制器101；所述水下摄像机1075拍摄水下的渔网和鱼群视频并发送主控制器101；主控制器101把鱼眼摄像头和水下摄像机1075的视频信息打包传送给图传电台103，由图传电台103把视频信息发送给渔业监控中心；如图1、图4所示，所述摄像控制系统107包括第一电机1071、蜗杆机构1072、第二电机1078、转盘1076、吊绳1077、转轴1074和支撑架1073；所述支撑架1073上设有蜗杆机构1072，所述蜗杆机构1072一端与第一电机1071连接；所述蜗杆机构1072与竖直向下设置的转轴1074啮合，所述转轴1074的底部设置有水下摄像机1075；所述转轴1074上方设置有转盘1076，所述吊绳1077缠绕在转盘1076上，一端与转轴1074顶部连接，另一端与第二电机1078连接。
水下摄像机工作时机原则为，只有需要进行水下巡检时，才把水下摄像机1075推出收纳舱1079，巡检完毕后就把水下摄像机1075收回收纳舱。
水下摄像机入水步骤为：主控制器101给摄像控制系统107发送推出指令，控制第二电机1078逆时针旋转松动吊绳1077，在转轴1074和水下摄像机1075的重力作用下，水下摄像头伸出收纳舱1079。
水下摄像机调整高度步骤为：摄像控制系统107发送解析主控制器101的控制指令，需要水下摄像机1075抬升时，控制第二电机1078顺时针旋转拉紧吊绳1077，通过转轴1074把水下摄像机1075向上抬升起来；需要水下摄像机1075下降时，控制第二电机1078逆时针旋转松动吊绳1077，通过转轴1074把水下摄像机1075向向下移动；从而实现水下摄像机1075对渔网上下扫描。
水下摄像机调整方向步骤为：主控制器101给摄像控制系统107发送指令，控制第一电机1071转动，第一电机1071带动蜗杆机构1072转动，实现转轴1074转动，转轴1074带动水下摄像机1075转动，从而实现水下摄像机1075水下360度旋转拍摄。
水下摄像机收回的方法为：主控制器101给摄像控制系统107发送回收指令，控制第二电机1078顺时针旋转拉紧吊绳，通过转轴1074把水下摄像机1075向上抬升到收纳舱1079。
如图5所示，所述水质检测器407用于监测网箱20水质状况，并把监测数据存储于处理器402中；所述水质检测器407安装有测水温探头4071、测盐度探头4072和测含氧量探头4073。
所述网箱20上浮架202上、紧贴于上浮架202的顶点上还安装有网箱定位器204，所述网箱定位器204与所述检测装置40中的处理器402通信连接，所述网箱定位器204与太阳能电池401或蓄电池405电性连接并由太阳能电池401或蓄电池405双通道供电；所述网箱定位器204监测上浮架202各个顶点的实时坐标，并把监测数据存储于处理器402中；处理器402综合整理网箱定位器204形成检测装置40的状态包，并传送给信号发送器404。
所述主控制器101根据巡检步骤，关闭或接通指定视频设备的传输通道，提高重点视频信息的传输质量，方案为：
当接近网箱群时，渔业监控中心比较关注报警灯的状态和网箱群整体状态，此时主控制器101接通鱼眼摄像头的视频传输通道而关闭水下摄像机1075的视频传输通道，通过鱼眼摄像头的视频传回网箱群的整体状态；
当网箱群整体情况查看完毕，无人船10开始按照优化顺序对单个网箱20进行巡检，此时比较关注单个网箱20水面状态，则主控制器101接通鱼眼摄像头的视频传输通道而关闭水下摄像机1075的视频传输通道，通过鱼眼摄像头的视频传回单个网箱水面的整体状态。
当单个网箱水面查看完毕，无人船10将根据最优巡检路线对单个网箱20进行环绕巡检，此时既要查看网箱20水下状态，也要查看水面状态，此时主控制器101对鱼眼摄像头的视频传输通道和水下摄像机1075的视频传输通道采用间隔循环通信方式，即先主控制器101关闭鱼眼摄像头的视频传输通道而接通水下摄像机1075的视频传输通道(持续时长为T1)，通过水下摄像机1075传回单个网箱20水面下网面和鱼群的整体状态，然后主控制器101接通鱼眼摄像头的视频传输通道而关闭水下摄像机的视频传输通道(持续时长为T2)，通过水下摄像机1075传回单个网箱20水面下网面和鱼群的整体状态，如此循环完成单个网箱20的巡检；当无人船10没有水下摄像需求时，主控制器101自动关闭水下摄像机1075的视频传输通道。
其中，网箱群巡检顺序优化排序的方法，如图6所示，以巡检路径总距离最短为目标，如公式(1)所示：
Min(L1+L2+…+Ln+Ln+1)(1)
式中L1为无人船从起始点到第1个网箱的距离，L2为无人船从第1个网箱点到第2个网箱的距离，Ln为无人船从第n-1个网箱到第n个网箱的距离，Ln+1为无人船从第n个网箱到起始点的距离；
采用线性规划算法，完成公式(1)的解算，得到整个网箱集群巡检排序的优化结果，从而确定网箱群巡检排序方案，并保存到主控制器101中。
其中，单网箱最优巡检路线及安全距离的定制方法，如图7所示，确定无人船10和网箱浮架外沿的安全距离为La＝n*Lc，其中Lc为无人船的长度，为了保证无人船10，在围绕网箱20转弯巡检时，不至于冲撞到网箱20，此处n值将根据刹车和转弯特性的实验数据来确定，初始值定为n＝1；为了保障水下摄像机1075拍摄效果，水下摄像机1075根据拍摄效果，可通过实验确定一个最佳拍摄距离Lz，将无人船10与网箱20的垂直距离改为(La,Lz)中最大值,无人船10采用顺时针方案对单网箱完成巡检。
另外，所述网箱20可以被捆绑在一起而组成大型网箱群，也可以单个散放在指定水域中。如图8所示，当网箱20被捆绑在一起而组成大型网箱群时，此时将根据网箱群网箱定位器信息制定针对整个网箱群的巡检方法，方案为：将整个网箱群视为一个整体，根据最外沿的网箱定位器信息和安全距离需求，制定网箱群外沿巡检的路线，然后自动按巡检路线进行巡检。
无人船实现网箱群巡检优化排序，同时对单网箱设置安全距离，实现对网箱群的最优巡检，节约资源提高工作效率，并保障网箱安全。
一种基于无人船的网箱巡检装置的巡检方法，包括下述步骤：
步骤1:无人船10根据网箱20初始坐标位置，由主控制器101制定航行计划，然后从渔业监控中心港口(启航点)自动启航，快速驶向网箱群所在地；
步骤2:在接近网箱群的过程中，无人船10上信号接收器108主动与各网箱上的信号发送器404配对，并整合所有网箱定位器信息后对巡检顺序进行优化排序(1到n)，无人船把完成优化排序的地点，定为巡检起始点；
步骤3:无人船10把水上视频设备拍摄到网箱群整体视频信息传送给渔业监控中心，并根据步骤2中巡检顺序，准备对第i个(i＝1)网箱20进行巡检；
步骤4:信号接收器108识别第i个网箱20上信号发送器404的信息，并传送给主控制器101，主控制器101解析第i个网箱上检测装置40的状态包，解算网箱20中上浮架顶点的定位信息，得到第i个网箱中上浮架的结构位置信息；
步骤5:无人船10根据第i个网箱20中上浮架202的结构位置信息，减速缓慢靠近第i个网箱20，通过水上视频设备拍摄第i个网箱20水面详细情况，并传送给渔业监控中心；
步骤6:无人船10把第i个网箱20中检测装置40的状态包，通过数字电台102和GPS通讯系统104发送给渔业监控中心；
步骤7:主控制器101根据第i个网箱20中上浮架202的结构位置信息确定无人船10与第i个网箱20间的安全距离，并制定对第i个网箱20的最优巡检路线；
步骤8:无人船10根据步骤7中的巡检路线自动航行，并通过摄像控制系统107调整水下摄像机1075的拍摄方向和水深，不断调整水下摄像机1075的水深实现对渔网从上到下扫描式拍摄；
步骤9:主控制器101接收水下摄像机1075视频图像，打包传送给图传电台103，经由图传电台103发送给渔业监控中心；
步骤10:无人船完成第i个网箱的巡检，控制器把此网箱记录为已巡检状态，转到步骤4开始对第下一个(i+1)网箱20进行巡检工作；
步骤11:当所有网箱20巡检完毕后，无人船10驶向巡检起始点，然后无人船10根据起始点位置和启航点位置，制定返航计划，并快速自动返航，结束整个巡检过程。
本发明通过网箱管理装置中检测装置和信号接收器把“无人船10和网箱20”融为一体；通过水上鱼眼摄像头和水下摄像机1075巡视网箱20水面和水下的整体状态，对网箱群优化排序和单网箱最优巡检，制定高效的巡检机制，从而实现无人船对网箱群全自动巡检功能。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于无人船的网箱巡检装置的巡检方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1:无人船根据网箱初始坐标位置，由主控制器制定航行计划，然后从渔业监控中心港口自动启航，快速驶向网箱群所在地；
步骤2:在接近网箱群的过程中，无人船上信号接收器主动与各网箱上的信号发送器配对，并整合所有网箱定位器信息后对巡检顺序进行优化排序，无人船把完成优化排序的地点，定为巡检起始点，
优化排序方法以巡检路径总距离最短为目标，采用线性规划算法计算目标值：Min(L1+L2+…+Ln+Ln+1)
式中L1为无人船从起始点到第1个网箱的距离，L2为无人船从第1个网箱点到第2个网箱的距离，Ln为无人船从第n-1个网箱到第n个网箱的距离，Ln+1为无人船从第n个网箱到起始点的距离；
当网箱被捆绑在一起而组成大型网箱群时，此时根据网箱群网箱定位器信息制定针对整个网箱群的巡检方法：将整个网箱群视为一个整体，根据最外沿的网箱定位器信息和安全距离，制定网箱群外沿巡检的路线，然后按巡检路线进行巡检；
步骤3:无人船把水上视频设备拍摄到网箱群整体视频信息传送给渔业监控中心，并根据步骤2中巡检顺序，准备对第i个网箱进行巡检；
步骤4:信号接收器识别第i个网箱上信号发送器的信息，并传送给主控制器，主控制器解析第i个网箱上检测装置的状态包，解算网箱中上浮架顶点的定位信息，得到第i个网箱中上浮架的结构位置信息；
步骤5:无人船根据第i个网箱中上浮架的结构位置信息，减速缓慢靠近第i个网箱，通过水上视频设备拍摄第i个网箱水面详细情况，并传送给渔业监控中心；
步骤6:无人船把第i个网箱中检测装置的状态包，通过数字电台和GPS通讯系统发送给渔业监控中心；
步骤7:主控制器根据第i个网箱中上浮架的结构位置信息确定无人船与第i个网箱间的安全距离，并制定对第i个网箱的最优巡检路线，
单网箱安全距离的定制方法，确定无人船和网箱浮架外沿的安全距离为La＝n*Lc，其中Lc为无人船的长度，此处n值根据刹车和转弯特性的实验数据来确定，初始值定为n＝1；为了保障水下摄像机拍摄效果，水下摄像机根据拍摄效果，可通过实验确定一个最佳拍摄距离Lz，将无人船与网箱的垂直距离改为(La,Lz)中最大值，无人船采用顺时针方案对单网箱完成巡检；
步骤8:无人船根据步骤7中的巡检路线自动航行，并通过摄像控制系统调整水下摄像机的拍摄方向和水深，不断调整水下摄像机的水深实现对渔网从上到下扫描式拍摄；
步骤9:主控制器接收水下摄像机视频图像，打包传送给图传电台，经由图传电台发送给渔业监控中心；
步骤10:无人船完成第i个网箱的巡检，主控制器把此网箱记录为已巡检状态，转到步骤4开始对第下一个网箱进行巡检工作；
步骤11:当所有网箱巡检完毕后，无人船驶向巡检起始点，然后无人船根据起始点位置和启航点位置，制定返航计划，并快速自动返航，结束整个巡检过程；
所述无人船包括主控制器、通信电台、监视设备和驱动设备，所述主控制器安装在无人船内部舱室，并分别与通信电台、监视设备、驱动设备耦合，所述主控制器通信连接信号接收器；网箱管理装置包括用于对网箱进行实时监测的检测装置和与所述检测装置通信连接并用于向信号接收器发送监测信息的信号发送器；
所述检测装置包括太阳能电池、处理器、定位器、信号发送器、报警灯、蓄电池和水质检测器，所述处理器分别与所述定位器、信号发送器、报警灯和水质检测器耦合，并监测定位器、信号发送器、报警灯和水质检测器的工作信息；所述定位器、信号发送器、报警灯、水质检测器和处理器均与太阳能电池或蓄电池电性连接，由太阳能电池或蓄电池双通道供电；
所述通信电台包括数字电台、图传电台和GPS通讯系统，所述监视设备包括水上视频设备和固定在摄像控制系统中转轴底部的水下摄像机，所述水上视频设备监视船头前方视频信息并发送给主控制器；所述水下摄像机拍摄水下的渔网和鱼群视频并发送主控制器，主控制器把水上视频设备和水下摄像机的视频信息打包传送给图传电台，由图传电台把视频信息发送给渔业监控中心；所述驱动设备包括船载蓄电池和摄像控制系统。
2.一种根据权利要求1所述的基于无人船的网箱巡检装置的巡检方法所采用的基于无人船的网箱巡检装置，其特征在于，还包括网箱，所述网箱包括桶形状渔网，所述渔网下端设有沉底架，上端设有由多根浮条组成并用于挂住渔网上端的上浮架，所述沉底架上设置有定位锚。
3.根据权利要求2所述的基于无人船的网箱巡检装置，其特征在于，所述网箱内设有稳定浮盘，所述稳定浮盘通过绳索与上浮架固定在一起并放置于上浮架的内侧，所述检测装置安装于所述稳定浮盘上。
4.根据权利要求3所述的基于无人船的网箱巡检装置，其特征在于，所述检测装置顶端安装有报警灯，所述报警灯通过第一根信号线连接到检测装置的处理器上，所述报警灯通过第二根信号线围绕所述上浮架的所有浮条一周后与所述处理器连接，所述第二根信号线紧贴在浮条上并穿过浮条两端孔位后拉紧。
5.根据权利要求4所述的基于无人船的网箱巡检装置，其特征在于，所述水质检测器用于监测网箱水质状况，并把监测数据存储于处理器中；所述水质检测器安装有测水温探头、测盐度探头和测含氧量探头。
6.根据权利要求5所述的基于无人船的网箱巡检装置，其特征在于，所述网箱上浮架上、紧贴于上浮架的顶点上还安装有网箱定位器，所述网箱定位器与所述检测装置中的处理器通信连接，所述网箱定位器与太阳能电池或蓄电池电性连接并由太阳能电池或蓄电池双通道供电；所述网箱定位器监测上浮架各个顶点的实时坐标，并把监测数据存储于处理器中。
7.根据权利要求6所述的基于无人船的网箱巡检装置，其特征在于，所述摄像控制系统包括第一电机、蜗杆机构、第二电机、转盘、吊绳、转轴和支撑架；所述支撑架上设有蜗杆机构，所述蜗杆机构一端与第一电机连接；所述蜗杆机构与竖直向下设置的转轴啮合，所述转轴的底部设置有水下摄像机；所述转轴上方设置有转盘，所述吊绳缠绕在转盘上，一端与转轴顶部连接，另一端与第二电机连接。
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