CN109631857A - 一种多无人艇联合岛礁测绘系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种多无人艇联合岛礁测绘系统和方法，公开了一种利用大型测绘无人艇与小型测绘无人艇联合进行测绘的技术，其中，该测绘系统包括位于近岸浅水区域的小型测绘无人艇、位于远岸深水区域的大型测绘无人艇和设置在更远岸处母船上的任务控制中心，大型测绘无人艇和小型测绘无人艇上分别搭载有GPS定位系统和不同规格的测深模块、环境感知模块和无线传输模块，利用大型测绘无人艇为中继，先以小型测绘无人艇在近岸处测绘，判断大型测绘无人艇安全测绘区域，规划大型测绘无人艇和小型测绘无人艇的测量范围，以最终完成测绘工作。测量范围大、测绘效率高，自动化程度高，保证了整个测绘过程的安全，效果显著。

Description

一种多无人艇联合岛礁测绘系统和方法

技术领域

本发明涉及无人设备应用技术领域，尤其涉及测绘无人艇，具体是一种大型测绘无人艇与小型测绘无人艇联合测量陌生岛礁周围海底地形的测绘系统及方法。

背景技术

在我国广袤的海洋区域内存在着大大小小无数的岛屿，测绘海洋水深分布，绘制完整精确的海底地形图对我国有着重要的民用和军事意义。传统的海洋测绘主要依赖于人工测量，受限于大船吃水深及岛屿周围存在暗礁等问题，岛屿近岸处的海洋测绘一直是一个难题。而由于无人艇体积小、吃水浅、测绘效率高等优势，可以方便的应用于岛礁近岸处的海洋测绘。

测绘无人艇多设置有GPS定位模块、通讯模块和测深模块，但是由于海底地形复杂多变，未知岛屿周围没有水深的精确数据，如果贸然采用搭载多波束测深模块等贵重传感器设备的大型无人艇测绘，由于其吃水较深，可能会有触礁的危险，为了保证无人艇的安全，只能在绝对安全的岛屿外围水域进行测量，难以测量得到近岸处数据。如果需要测量近岸处的浅水区域，只能选择吃水浅的小型无人艇测绘，但是小型无人艇基于吃水及成本设计，只能搭载通讯距离较短的天线及通讯设备，测绘范围很有限。因此，需要有新的方案来解决为未知岛屿进行测绘的难题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种多无人艇联合岛礁测绘系统和方法，利用大型测绘无人艇与小型测绘无人艇联合测量，结合了大型无人艇测量范围大、通讯能力强和小型无人艇吃水浅、方便移动的优点，在保证测绘安全的前提下，最大限度的提高了无人艇的测绘范围。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种多无人艇联合岛礁测绘系统，包括小型测绘无人艇、大型测绘无人艇和设置在母船上的任务控制中心，其中，大型测绘无人艇位于远岸深水区域，上面搭载GPS定位模块和惯性测量模块（IMU，Inertial Measurement Unit）、水上环境感知模块、多波束测深模块、大型无线传输模块及控制系统模块，GPS定位模块和惯性测量模块、水上环境感知模块、多波束测深模块、大型无线传输模块分别与控制系统模块相连接并由其控制；小型测绘无人艇位于近岸浅水区域，上面搭载有GPS定位模块、水上视觉感知模块、水下视觉感知模块、单波束测深模块、小型无线传输模块及控制系统模块，GPS定位模块、水上视觉感知模块、水下视觉感知模块、单波束测深模块、小型无线传输模块分别与控制系统模块相连接并由其控制；任务控制中心搭载在更远岸处的母船上进行任务规划和实时监控，包括大型无线传输模块、远程操控模块和显示模块；小型测绘无人艇、大型测绘无人艇和母船通过无线传输共同组成局域网，大型测绘无人艇对小型测绘无人艇和母船分别进行数据交换。

在本发明中，所述大型测绘无人艇的水上环境感知模块包括海事雷达、激光雷达和可见光摄像头，进行水面环境感知及障碍目标检测；小型测绘无人艇的水上视觉感知模块包括摄像头，通过视觉图像进行海面目标检测及识别，水下视觉感知模块包括水下相机，来感知水下暗礁等障碍物。

在本发明中，所述任务控制中心的远程操控模块包括操作面板或操作台。

在本发明中，所述小型测绘无人艇有至少一个，与大型测绘无人艇和母船共同组成数据交换的局域网，大型测绘无人艇作为信号中继站为母船的通讯信号进行转播。

进一步的，所述小型测绘无人艇采用多个联用时，共同以同一艘大型测绘无人艇作为信号中继站为母船的通讯信号进行转播。

基于上述多无人艇联合岛礁测绘系统，一种多无人艇联合岛礁测绘方法，利用小型测绘无人艇在近岸处测绘，通过大型测绘无人艇上的大型无线传输模块作为无线中继向母船的任务控制中心发送数据，大型测绘无人艇先在远岸处测绘，根据小型测绘无人艇已测得的单波束测深数据实时分析大型测绘无人艇安全测绘区域，重新规划大型测绘无人艇测绘航线，逐渐向内岸靠近，以完成该方位的测绘工作，具体包括以下步骤：

（1）选择待测岛屿的一个方位，在岛屿远岸处按岛屿、小型测绘无人艇、大型测绘无人艇、母船的顺序布置无人艇岛礁测绘系统，使得小型测绘无人艇和大型测绘无人艇间的通信半径小于小型测绘无人艇上无线传输覆盖半径，母船和小型测绘无人艇都处于大型测绘无人艇无线传输覆盖范围内；

（2）母船上的任务控制中心规划小型测绘无人艇和大型测绘无人艇的初始测绘航线，下发测绘任务；

（3）通过小型测绘无人艇上的小型无线传输模块上传单波束测深模块数据到母船的任务控制中心，并通过远程登录实时监控多波束数据及海底地形图；

（4）根据小型测绘无人艇传回的单波束数据，实时更新大型测绘无人艇安全测绘区域，以确保不会触到海底暗礁；

（5）继续向岛屿近岸方向布置平行测线，向内岸推进；

（6）小型测绘无人艇和大型测绘无人艇各自完成各自安全区域的测绘任务后停止测绘；

（7）向岛屿下一个方位行进，继续下一个方位的测绘。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：①利用小型测绘无人艇测绘近岸水域，利用大型测绘无人艇测绘远岸水域，构建联合岛礁测量系统，小型测绘无人艇与大型测绘无人艇并行测量，极大的提高了测绘效率；②以大型测绘无人艇为中继，分别联系小型测绘无人艇和母船，共同构建成的局域网大大提高了通讯的效率和效果；③先用小型测绘无人艇测绘，获得安全区域，再用大型测绘无人艇随后测量，可以在保证测绘安全的前提下获得更大区域的高精度多波束海底地形图。

附图说明

图1 为本发明的双无人艇联合岛礁测绘系统分布示意图；

图2 为本发明的双无人艇联合岛礁测绘方法工作流程图。

图中：小型测绘无人艇1、大型测绘无人艇2、母船3、单波束测深模块4、多波束测深模块5、R1为小型测绘无人艇上搭载的小型无线传输模块无线通讯覆盖半径、R2为大型测绘无人艇上搭载的大型无线传输模块无线通讯覆盖半径。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

参见图1和2所示的多无人艇联合岛礁测绘系统及方法，所述多无人艇联合岛礁测绘系统包括小型测绘无人艇1、大型测绘无人艇2和设置在母船3上的任务控制中心，其中，大型测绘无人艇2位于远岸深水区域，上面搭载GPS定位模块和惯性测量模块、水上环境感知模块、多波束测深模块5、大型无线传输模块及控制系统模块，GPS定位模块和惯性测量模块、水上环境感知模块、多波束测深模块5、大型无线传输模块分别与控制系统模块相连接并由其控制；小型测绘无人艇1有至少一个，位于近岸浅水区域，上面搭载有GPS定位模块、水上视觉感知模块、水下视觉感知模块、单波束测深模块4、小型无线传输模块及控制系统模块，GPS定位模块、水上视觉感知模块、水下视觉感知模块、单波束测深模块4、小型无线传输模块分别与控制系统模块相连接并由其控制；任务控制中心搭载在更远岸处的母船3上进行任务规划和实时监控，包括大型无线传输模块、远程操控模块和显示模块；小型测绘无人艇1、大型测绘无人艇2和母船3通过无线传输共同组成局域网，大型测绘无人艇2对小型测绘无人艇1和母船3分别进行数据交换，作为信号中继站为母船3的通讯信号进行转播，若小型测绘无人艇1采用多个时，共同以同一艘大型测绘无人艇2作为信号中继站为母船的通讯信号进行转播。

在本发明中，所述大型测绘无人艇2的水上环境感知模块包括海事雷达、激光雷达和可见光摄像头，进行水面环境感知及障碍目标检测；小型测绘无人艇1的水上视觉感知模块包括摄像头，通过视觉图像进行海面目标检测及识别，水下视觉感知模块包括水下相机，来感知水下暗礁等障碍物。

基于上述多无人艇联合岛礁测绘系统，多无人艇联合岛礁测绘方法为：利用小型测绘无人艇1在近岸处测绘，通过大型测绘无人艇2上的大型无线传输模块作为无线中继向母船3的任务控制中心发送数据，大型测绘无人艇2先在远岸处测绘，根据小型测绘无人艇1已测得的单波束测深数据实时分析大型测绘无人艇2安全测绘区域，重新规划大型测绘无人艇2测绘航线，逐渐向内岸靠近，以完成该方位的测绘工作。

具体实施案例为：岛屿为南海东瑁洲；小艇为上海大学精海8号无人艇，吃水深度小于0.5m，无线覆盖半径1.5km，搭载单波束测深仪；大艇为上海大学精海3号无人艇，吃水深度小于1m，无线覆盖半径20km，搭载多波束测深仪，侧扫声呐等设备；平行测线间距50m。

以上述设备，按照图1所示的双无人艇联合岛礁测绘系统进行分布，具体的测绘方法如图2所示，包括以下步骤：

（1）选择待测岛屿的一个方位，在岛屿远岸处按岛屿、小型测绘无人艇、大型测绘无人艇、母船的顺序布置无人艇岛礁测绘系统，使得小型测绘无人艇和大型测绘无人艇间的通信半径小于小型测绘无人艇上无线传输覆盖半径，母船和小型测绘无人艇都处于大型测绘无人艇无线传输覆盖范围内；

（2）母船上的任务控制中心规划小型测绘无人艇和大型测绘无人艇的初始测绘航线，下发测绘任务；

（3）通过小型测绘无人艇上的小型无线传输模块上传单波束测深模块数据到母船的任务控制中心，并通过远程登录实时监控多波束数据及海底地形图；

（4）根据小型测绘无人艇传回的单波束数据，实时更新大型测绘无人艇安全测绘区域，以确保不会触到海底暗礁；

（5）继续向岛屿近岸方向布置平行测线，向内岸推进；

（6）小型测绘无人艇和大型测绘无人艇各自完成各自安全区域的测绘任务后停止测绘；

（7）向岛屿下一个方位行进，继续下一个方位的测绘。

因此，结合上述设备分布和操作方法可以发现，本发明的测量范围大、测绘效率高，自动化程度高，保证了整个测绘过程的安全，效果显著。

Claims (6)

1.一种多无人艇联合岛礁测绘系统，其特征在于：包括小型测绘无人艇、大型测绘无人艇和设置在母船上的任务控制中心，其中，大型测绘无人艇位于远岸深水区域，上面搭载GPS定位模块和惯性测量模块、水上环境感知模块、多波束测深模块、大型无线传输模块及控制系统模块，GPS定位模块和惯性测量模块、水上环境感知模块、多波束测深模块、大型无线传输模块分别与控制系统模块相连接并由其控制；小型测绘无人艇位于近岸浅水区域，上面搭载有GPS定位模块、水上视觉感知模块、水下视觉感知模块、单波束测深模块、小型无线传输模块及控制系统模块，GPS定位模块、水上视觉感知模块、水下视觉感知模块、单波束测深模块、小型无线传输模块分别与控制系统模块相连接并由其控制；任务控制中心搭载在更远岸处的母船上进行任务规划和实时监控，包括大型无线传输模块、远程操控模块和显示模块；小型测绘无人艇、大型测绘无人艇和母船通过无线传输共同组成局域网，大型测绘无人艇对小型测绘无人艇和母船分别进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的多无人艇联合岛礁测绘系统，其特征在于：所述大型测绘无人艇的水上环境感知模块包括海事雷达、激光雷达和可见光摄像头，进行水面环境感知及障碍目标检测；小型测绘无人艇的水上视觉感知模块包括摄像头，通过视觉图像进行海面目标检测及识别，水下视觉感知模块包括水下相机，来感知水下障碍物。

3.根据权利要求1所述的多无人艇联合岛礁测绘系统，其特征在于：所述任务控制中心的远程操控模块包括操作面板或操作台。

4.根据权利要求1所述的多无人艇联合岛礁测绘系统，其特征在于：所述小型测绘无人艇有至少一个，与大型测绘无人艇和母船共同组成数据交换的局域网，大型测绘无人艇作为信号中继站为母船的通讯信号进行转播。

5.根据权利要求4所述的多无人艇联合岛礁测绘系统，其特征在于：所述小型测绘无人艇采用多个联用时，共同以同一艘大型测绘无人艇作为信号中继站为母船的通讯信号进行转播。

6.一种多无人艇联合岛礁测绘方法，其特征在于：利用小型测绘无人艇在近岸处测绘，通过大型测绘无人艇上的大型无线传输模块作为无线中继向母船的任务控制中心发送数据，大型测绘无人艇先在远岸处测绘，根据小型测绘无人艇已测得的单波束测深数据实时分析大型测绘无人艇安全测绘区域，重新规划大型测绘无人艇测绘航线，逐渐向内岸靠近，以完成该方位的测绘工作，具体包括以下步骤：

（1）选择待测岛屿的一个方位，在岛屿远岸处按岛屿、小型测绘无人艇、大型测绘无人艇、母船的顺序布置无人艇岛礁测绘系统，使得小型测绘无人艇和大型测绘无人艇间的通信半径小于小型测绘无人艇上无线传输覆盖半径，母船和小型测绘无人艇都处于大型测绘无人艇无线传输覆盖范围内；

（2）母船上的任务控制中心规划小型测绘无人艇和大型测绘无人艇的初始测绘航线，下发测绘任务；

（3）通过小型测绘无人艇上的小型无线传输模块上传单波束测深模块数据到母船的任务控制中心，并通过远程登录实时监控多波束数据及海底地形图；

（4）根据小型测绘无人艇传回的单波束数据，实时更新大型测绘无人艇安全测绘区域，以确保不会触到海底暗礁；

（5）继续向岛屿近岸方向布置平行测线，向内岸推进；

（6）小型测绘无人艇和大型测绘无人艇各自完成各自安全区域的测绘任务后停止测绘；

（7）向岛屿下一个方位行进，继续下一个方位的测绘。