CN108482595A - 海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水上交通运输工具技术领域，特指海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统及无人艇集群工作方法，包括用于收集并储存能量的海上漂浮发电平台、用于为无人艇提供充电的充电模块以及用于接收无人艇传输信息的岸基终端平台，海上漂浮发电平台通过太阳能电池板、垂直轴风力发电机以及洋流涡轮机采用互补收集供电的方式来实现收集并储存能量，充电模块包括信号发射装置、控制单元、升降装置以及充电模块连接装置，无人艇上设有GPS定位系统，海上漂浮发电平台上设有引导轨道，引导轨道与充电模块对应设置。

Description

海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统及工作方法

技术领域

本发明涉及水上交通运输工具技术领域，特指海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统及无人艇集群工作方法。

背景技术

目前，无人艇已逐渐应用到海洋测绘、海事巡航等领域中，而海底地形、海面状况测量是海洋测绘最基本内容，也是海洋环境场建设的重要组成部分，特别是岛礁周边浅水区域的水下地形资料在建设海洋工程、开发海洋资源、发展海洋科学以及维护海洋权益等诸多方面都发挥了极其重要的作用。目前，岛礁周边浅水区域的海底地形、海面状况信息快速获取手段过于单一，主要依赖大型测量船携带的测量艇或者租用地方渔船安装单波束测深仪或多波束测深系统进行测量作业，这种作业模式对测量人员的体力消耗大，安全隐患突出，且因船只吃水的原因，通常需要选择高潮期间实施作业，导致作业效率不高。此外，近年来，随着水上经济的发展，水难事故频繁发生，海底沉船扫测与打捞愈发重要。一般来说测绘部门需确认沉船的物征，包含其位置、最高点、沉船的水下形态等，将其告知相关部门，以便后续设标、打捞等外置设施的开展。同时，我国近海船舶交通量大，船舶事故时有发生。船舶事故发生后，越早发现危害越小，生命财产保全的可能性也越大。而且沿海多为人口集中区，事故如没有得到及时地处理，会对沿海的居民生活带来危害，应用无人艇进行海事巡航已越来越重要。

目前的无人艇充电通常由人工操作完成。无人艇电量不足时，可以控制无人艇停靠码头或由母船回收，通过岸电或母船船电为无人艇上蓄电池充电。这种充电方式极大地限制了无人艇的自主化和智能化，特别是对于一些小型的无人艇，其电池续航能力只有几小时，若采用此方式充电，将会极大地增加人力成本，不利于无人艇在海事领域的进一步应用和发展。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统及无人艇集群工作方法，依据工作需要在无人艇上搭载摄像机、高精度GNSS定位设备、多波束测深系统、浅水侧扫声纳等设备，能够对海底地形、海面状况等数据进行高精度的测量，海上漂浮发电平台位于近海，能够为无人艇提供足够电能，增强了无人艇的续航能力，提高了其自主巡航能力。同时，海上漂浮发电平台发展迅速，漂浮式综合发电平台充分利用了大海中的风能、太阳能、洋流能，这些储量大、可再生、有规律、无污染的能源集合在同一平台上，实现了同一平台的多功能发电、存储供应电能的目标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，包括用于收集并储存能量的海上漂浮发电平台、用于为无人艇提供充电的充电模块以及用于接收无人艇传输信息的岸基终端平台，海上漂浮发电平台通过太阳能电池板、垂直轴风力发电机以及洋流涡轮机采用互补收集供电的方式来实现收集并储存能量，充电模块包括信号发射装置、控制单元、升降装置以及充电模块连接装置，无人艇上设有GPS定位系统，海上漂浮发电平台上设有引导轨道，引导轨道与充电模块对应设置。

进一步而言，所述引导轨道整体采用八字形结构设计，引导轨道由数个密度小、刚性大的节段通过平面转动副链接而成。

进一步而言，所述充电模块连接装置包括充电模块发射端与充电模块接收端，充电模块发射端设于海上漂浮发电平台上，充电模块接收端设于无人艇上。

海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，其无人艇集群的工作方法：包括远程控制模式与自主航行模式，依据无人艇工作需要在无人艇上搭载摄像机、高精度GNSS定位设备、多波束测深系统、浅水侧扫声纳，实时测量海底地形、海面状况，在远程控制模式下，无人艇依靠远程控制人员的操控执行航行，在自主航行模式下，无人艇按照事先制定的网状式集群工作路线进行航行，并实时对海底地形、海面状况进行测量，并将测量数据传输至岸基终端平台。

本发明有益效果：

1.充电模块：该自主充电系统设计合理、结构简单，充电采用的方法易于实现，采用有线充电的方式更安全，充电效率高，充电模块发射端直接与充电电缆联接，充电过程中处于随动状态，充电模块连接装置两端具有较高的连接稳定性，适用于海上的风浪天气，系统整个充电过程完全自主完成，无需人为干预，可以进一步提高无人艇的自主性和智能化；

2.海上漂浮发电平台：海上漂浮发电能够综合收集存储太阳能、风能和洋流能，为无人艇提供充分的电能，海上漂浮发电平台位于近海，无人艇无需返回码头或母船充电，缩短了充电距离，提高了无人艇续航能力和工作效率；

3.无人艇集群工作方法：无人艇集群系统具有更好的适应性和更高的工作效率，可以同时在工作空间中的不同位置完成各自的工作，同时又可以将单独完成的工作有机的结合起来，使整体工作快速有效地得到完成，此外，无人艇集群系统还具有更强的容错能力，当某个无人艇由于外界环境的影响或设备损坏等原因而使成员丧失了执行任务的能力的时候，无人艇集群系统可以将任务重新分配给其它无人艇以确保任务的顺利完成。

附图说明

图1是无人艇充电状态图；

图2是无人艇充电原理；

图3是漂浮发电平台能量存储原理；

图4是网状式集群工作路线图。

1.海上漂浮发电平台；10.充电模块；11.引导轨道；2.无人艇。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1至图4所示，本发明所述海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，包括用于收集并储存能量的海上漂浮发电平台1、用于为无人艇2提供充电的充电模块10以及用于接收无人艇2传输信息的岸基终端平台，海上漂浮发电平台1通过太阳能电池板、垂直轴风力发电机以及洋流涡轮机采用互补收集供电的方式来实现收集并储存能量，充电模块10包括信号发射装置、控制单元、升降装置以及充电模块连接装置，无人艇2上设有GPS定位系统，海上漂浮发电平台1上设有引导轨道11，引导轨道11与充电模块10对应设置。引导轨道11整体采用八字形结构设计，引导轨道11由数个密度小、刚性大的节段通过平面转动副链接而成。充电模块连接装置包括充电模块发射端与充电模块接收端，充电模块发射端设于海上漂浮发电平台1上，充电模块接收端设于无人艇2上。

以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用无人艇充电靠泊方法实现充电目的，其工作原理：当无人艇2在海上执行任务时，可能会出现电量不足的情况(或当无人艇2电量低于某一限定值时)，无人艇2需要返回到漂浮发电平台1进行充电，无人艇2发出信息至岸基终端平台，岸基终端平台在电子海图上搜索这架需要充电的海事无人艇2附近海域可以供无人艇2充电的漂浮发电平台1可充电位置，操作人员分析终端显示的各漂浮发电平台1的有关信息(包括位置信息、环境信息等)，选择出稳定条件好，可用电量足、充电电压匹配的漂浮发电平台1可充电位置，并从选择距离这架需要充电的海事无人艇2最近的漂浮发电平台1的可充电位置作为最适合位置，以达到节能的作用。之后通过无人艇2上的GPS定位系统指示该无人艇2接近选定漂浮发电平台1在电子海图上的标注位置，但是，由于漂浮发电平台1可充电位置在海上的位置不定和GPS定位系统的误差，当无人艇2航行至漂浮发电平台附近时，操作人员运用岸基终端控制结合引导轨道11的特殊设计，将无人艇2准确引入到漂浮发电平台1可充电位置上，当无人艇2停稳后，通过控制单元控制无人艇进行充电，电量充足后，操作人员通过岸基终端控制无人艇2离开漂浮发电平台1，继续进行作业。

其中，信号发射模块用于向无人艇2发送漂浮发电平台1充电位置信号；控制单元用于控制充电模块发射端的通断，确保无人艇2安全充电；升降装置根据充电模块发射端的距离调整其升降高度，确保充电模块发射端与接收端的良好接触。

本发明所述的海上漂浮发电平台能量收集供应方法，其工作原理：太阳能电池板将太阳能转化为电能，自然风带动发电机转动产生交变电，洋流涡轮机带动发电机转动产生交变电，交变电经升压整流滤波后与太阳能板输出相串联，优先的，本发明采用降压通路为储能装置充电，软件监测控制装置根据实际情况选择储能装置充电、放电模式，当无人艇位于漂浮发电平台可充电位置时，软件监测控制装置控制储能装置放电，为无人艇充电，否则，软件监控装置控制储能装置充电。

其中，太阳能电池板，将太阳能转化为电能后储存在蓄电池中，优选的，本发明采用机械传动装置能够驱动内部电机带动太阳能电池板精准转动到光强最大点所在的仰角，获得最大的发电效率；垂直轴风力发电机，风机叶片能够将风的动能转换成涡轮机的机械能，从而带动发电机发电，把机械能再转换成电能并储存在蓄电池中；洋流涡轮机是流体能量的转换装置，它把流体的动能转换成涡轮机的机械能，从而带动发电机发电，把机械能再转换成电能并储存在蓄电池中。

如图4所示，海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，其无人艇集群的工作方法：包括远程控制模式与自主航行模式，依据无人艇2工作需要在无人艇2上搭载摄像机、高精度GNSS定位设备、多波束测深系统、浅水侧扫声纳，实时测量海底地形、海面状况，在远程控制模式下，无人艇2依靠远程控制人员的操控执行航行，在自主航行模式下，无人艇2按照事先制定的网状式集群工作路线进行航行，并实时对海底地形、海面状况进行测量，并将测量数据传输至岸基终端平台。

当无人艇2集群或部分无人艇2进行靠泊等作业时，无人艇2依靠远程控制人员的操控进行航行，一般情况下，在执行任务时，无人艇2编队应用自主航行模式，当无人艇2集群系统收到开始工作指令时，漂浮发电平台1上的六架无人艇2开始工作，待六架无人艇2驶出泊位时，六架海事无人艇2分别以六十度为界进行网状式工作，总体上，六架无人艇2以漂浮发电平台为中心，半径呈递增的正六边形进行扩展工作，六架海事无人艇2按照这种工作方式一直航行下去直至结束作业，无人艇2在海事巡航、海洋测绘、海底沉船扫测等过程中，无人艇2上搭载的多波束测深系统可以准确的获得海底地形、海面状况及沉船的几何特征，并进行进一步的精确，对于沉船扫测，多波束探测系统能够精确扫测出沉船艏向，高出海底高度，最浅点深度等相关信息，而且，多波束测深系统可以实时获取沉船的三维信息，可直观展示沉船的特征，同时，无人艇2将所测得信息传送到漂浮发电平台1上的图像收集处理器，漂浮发电平台1再将经处理的图像信息转到岸基，于是海事部门便可以从岸基终端清晰地看到六架海事无人艇2的监测情况。需要说明的是，海洋测绘、海底沉船扫测、海事巡航等是无人艇2在执行任务时依据工作需要在无人艇2上搭载不同的工作模块所进行的不同的工作。

当海事无人艇监测到某一区域有异常情况时，此无人艇2稳定在这一区域附近并进行跟踪，同时无人艇2将区域所在的GPS定位传到漂浮发电平台，漂浮发电平台1再将该定位传到岸基终端，海事部门通过岸基终端得到异常区域的GPS定位后，派出搜救船舶到GPS定位所在区域对异常情况进行处理，无人艇2集群工作方法相比现有的无人艇2工作方法而言，集群系统作业效率更高，单位时间可巡航的海域范围更大，使海事部门能更早、快地获取测量数据或发现海域异常情况并对其处理，减少了财产损失，降低了工作成本。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，其特征在于：包括用于收集并储存能量的海上漂浮发电平台(1)、用于为无人艇(2)提供充电的充电模块(10)以及用于接收无人艇(2)传输信息的岸基终端平台，所述海上漂浮发电平台(1)通过太阳能电池板、垂直轴风力发电机以及洋流涡轮机采用互补收集供电的方式来实现收集并储存能量，所述充电模块(10)包括信号发射装置、控制单元、升降装置以及充电模块连接装置，所述无人艇(2)上设有GPS定位系统，所述海上漂浮发电平台(1)上设有引导轨道(11)，所述引导轨道(11)与充电模块(10)对应设置。

2.根据权利要求1所述的海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，其特征在于：所述引导轨道(11)整体采用八字形结构设计，所述引导轨道(11)由数个密度小、刚性大的节段通过平面转动副链接而成。

3.根据权利要求1所述的海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，其特征在于：所述充电模块连接装置包括充电模块发射端与充电模块接收端，所述充电模块发射端设于海上漂浮发电平台(1)上，所述充电模块接收端设于无人艇(2)上。

4.根据权利要求1～3所述的海上漂浮发电平台与无人艇集群的组合系统，其无人艇集群的工作方法：包括远程控制模式与自主航行模式，依据无人艇(2)工作需要在无人艇(2)上搭载摄像机、高精度GNSS定位设备、多波束测深系统、浅水侧扫声纳，实时测量海底地形、海面状况，在远程控制模式下，无人艇(2)依靠远程控制人员的操控执行航行，在自主航行模式下，无人艇(2)按照事先制定的网状式集群工作路线进行航行，并实时对海底地形、海面状况进行测量，并将测量数据传输至岸基终端平台。