CN109866885B - 一种无人船防搁浅与自力脱浅方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船及方法，包括无人船本体，所述无人船本体采用全密封结构，该无人船本体采用双侧推进器驱动；测深仪，所述测深仪为6个，搁浅和自脱浅AI设备，所述搁浅和自脱浅AI设备连接所述测深仪，从而根据测深数据，并结合船舶吃水数据进行分析，调整所述双侧推进器的转速差，以便减速、改变航向，从而操纵船舶远离浅水区，避免搁浅；通过检测无人船的船底与水底之间的距离、船对地航速、推进器功率以确认无人船是否搁浅，然后利用无人船自身的推进器给船以推力，使无人船脱离搁浅境地，回到正常工作姿态。有益效果：通过该系统辅助无人船防止搁浅，并且在发生搁浅时能够自动提供脱离浅区的方法，同时可以采集水域水深数据，对后续航行提供更加的安全性。

Description

一种无人船防搁浅与自力脱浅方法

技术领域

本发明涉及无人船设计和应用安全领域，具体来说，涉及一种无人船防搁浅与自力脱浅技术。

背景技术

随着人们对海洋、湖泊、水库等水域研究和保护的意识增强，人们开始对其进行调查和探测，作为调查和探测方式，通常包括利用船舶将调查和探测人员运输至特定水域进行调查，此时调查和探测人员到达特殊水域后利用携带的探测设备和传感设备ADCP等进行探测，即利用有人的船舶进行调查，但这通常只是在特定的时期进行调查，因为需要较大参与人员，因此，通常这种调查人力成本和经济成本比较高，通常不能维持全天候、不间断的调查和探测，通常只能偶尔进行派员调查；

另外一种方式，也是现有技术中应用比较多的方式，即利用无人船装载着探测和传感设备，利用智能化设备和无线通信技术，实现远程无人控制，自动控制无人船在特定水域航行，并进行探测；该方式，由于采用无人船，只需搭载必要的探测设备，而不需要搭载人员，可以将船舶设置的更加小，从而安全性方面等都可以降低要求，同时减少了人力成本，经济成本，而且无人船可以做到全天候，不间断的调查，因此，在近年来，对海洋、湖泊的调研，越来越多的企业投入研发无人船，以便调研和研究。

而无人船由于提体积小，因此，稳性通常较低，容易受到风浪等影响，导致偏航，而且当无人船运行在比较浅的水域或近岸航行时，导航仪器误差或风浪很可能使无人船进入搁浅的境地。当然，无人船在航行过程中，如果能够避免搁浅，是再好不过的了。由于无人船采用远程操控技术，无人船距操控者的距离通常比较远，并且对该海域的水深情况、浅滩情况并不是很清楚，因此，无人船一旦发生搁浅事件，就需要人员去无人船的水域进行人工脱浅，而浅水区域又通常无法人员到达，因此存在矛盾问题。

此外，在海洋、港口、航道等重点水域，这些水域通常都有海洋调查部门根据调查的结果，绘制有海图，其标注有大概的水深，但是，海洋环境是不但变化的，而且这些海图通常都是供大型船舶使用，其航行航道或海洋区域，通常都是很深的水域，因此并不会包括水深参数，而对于近海海洋等较浅的水域，并不会作为航道或航行区域，因此，并不需要也不会包括水深数据，这是对无人船来说就是盲区，航行搁浅存在不确定性，而且无人船作为调查船，显然也不能像普通运营船舶一样，规避这些浅水区域，必须进行这些海域或水域，因此，很有可能发生搁浅。

因此，如果无人船具备自力脱浅功能，那么，操控者就无需奔袭到无人船搁浅位置进行脱浅处理，既节省了操控者的时间又不影响无人船完成使命任务的能力，并且可以提供无人船的航行安全性。

此外，由于电子海图的数据通常都有海军司令航行保护部门汇制，其海图的水深水文数据更新通常周期较长，不能做到较为实时的更新，因此对船舶航行在陌生水域，搁浅的风险增加，如果无人船能将自身航行时测量的水深数据对当前的电子海图进行更改，那么可以大大降低搁浅风险。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。因此，本发明希望提供了一种无人船防搁浅与自力脱浅方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人船防搁浅与自力脱浅方法，其能辅助无人船防止搁浅，并且在发生搁浅时能够自动提供脱离浅区的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船，包括：

无人船本体；所述无人船本体采用防止进水全密封结构；该无人船本体由双侧推进器驱动，所述双侧推进器不仅能够推进无人船正常航行，而且在发生搁浅或即将搁浅时，可以给无人船提供足够的动力用作自力脱浅；

测深仪；所述测深仪为6个，分别设置在船舶六面吃水水尺的附近，并相对船舶型深方向往船外方向以一定的倾角A倾斜设置，所述探测仪能够探测出距离无人船一定距离的水深H；所述测深仪测量的距离为L，则H＝L*cosA，其中，A为倾角；

搁浅和自脱浅AI设备；该搁浅和自脱浅AI设备与所述测深仪连接，所述搁浅和自脱浅AI设备根据测深仪的测深数据结合船舶的吃水数据进行分析，当检查到某一个或几个测深仪测量的水深H小于无人船当前吃水+安全值时，则认为处于对应测深仪的该侧即将进入浅水区，此时所述搁浅和自脱浅AI设备调整所述双侧推进器的转速差，以便减速以改变航向，进而操纵船舶远离浅水区，避免搁浅；其中，上述安全值为保证无人船航行安全的必要深度余量值；

还包括航迹记录仪；该航迹记录仪记录无人船的航行轨迹，当无人船根据所述搁浅和自脱浅AI设备检测的数据作出判断并认定发生搁浅事件时，所述搁浅和自脱浅AI设备会进一步通过检测无人船的船底与水底之间的距离、船对地航速、推进器功率以再次确定无人船真实发生搁浅事件，然后利用无人船自身的推进器给船以推力，使无人船脱离搁浅境地，回到正常工作姿态。

更进一步地，所述无人船包括：GPS/北斗接收模块，所述GPS/北斗接收模块接收船舶定位卫星信号并进行无人船定位；GNSS电子地图标注模块，所述GNSS电子地图标注模块接收所述GPS/北斗接收模块的位置信息和所述搁浅和自脱浅AI设备反馈的水深数据，从而将位置信息和水深数据组合形成该海域的水深数据，为后续的航行提供水深安全数据。

更进一步地，所述GNSS电子地图标注模块包括人工修改模块，所述人工修改模块能够根据通讯模块将操纵人员主动发现的水深数据和危险信息发送并在地图上进行标注。

更进一步地，所述搁浅和自脱浅AI设备信号与GPS/北斗接收模块和GNSS电子地图标注模块信号连接，从而获取已经标注过的航行区域的位置信息和水深信息，当所述搁浅和自脱浅AI设备判断出水深存在安全隐患可能会导致搁浅时，立即对无人船发出警报，并引导无人船航行驶离该区域。

更进一步地，所述无人船的两侧布置有可通过远程控制以便气囊充气的气囊结构。

另外，本申请还提供了一种无人船防搁浅与自力脱浅方法，包括无人船本体，所述无人船本体包括测深仪，所述测深仪为6个，所述测深仪设置在船舶六面吃水水尺的附近，并相对船舶型深方向往船外方向以一定的倾角A而倾斜设置；从而可探测出距离无人船一定距离的水深H；测深仪测量的距离为L，则H＝L*cosA，其中，A为倾角；

搁浅和自脱浅AI设备，所述搁浅和自脱浅AI设备连接所述测深仪；所述方法包括如下步骤：

(1)检测无人船的当前吃水；所述搁浅和自脱浅AI设备根据检测到的当前吃水自动计算出报警阈值和搁浅阈值；

(2)所述测深仪测量当前水深；如果水深大于报警阈值，认定无人船无搁浅危险，则无人船正常航行；如果水深小于报警阈值，则无人船存在搁浅的危险，此时无人船推进器反向驱动刹车，调整航向远离浅水区，正常航行；

(3)如果水深小于搁浅阈值，则认定无人船已经发生搁浅，此时比较无人船的实际航速与搁浅航速阈值；如果实际航速大于搁浅航速阈值，则无人船推进器反向驱动刹车，调整航向远离浅水区，正常航行；其中，所述的搁浅航速阈值指的是船体即将发生搁浅时船舶的航速，在该速度下船舶可以自动脱浅；

(4)如果实际航速小于搁浅航速阈值，则说明无人船已经搁浅了；需要启动无人船两侧推进器交替反向驱动一定时间，从而使无人船自力脱浅；

(5)如果自力脱浅动作没超过预先设定的时间，则重复第(1)步至第(4)步，直至无人船自力脱浅；

(6)如果自力脱浅动作超过预先设定的时间，则提示人工干预脱浅。

更进一步地，所述无人船包括：GPS/北斗接收模块，所述GPS/北斗接收模块接收船舶定位卫星信号并进行无人船定位；

GNSS电子地图标注模块，所述GNSS电子地图标注模块接收所述GPS/北斗接收模块的位置信息和所述搁浅和自脱浅AI设备反馈的水深数据，从而将位置信息和水深数据组合形成该海域的水深数据，为后续的航行提供水深安全数据。

更进一步地，所述GNSS电子地图标注模块包括人工修改模块，所述人工修改模块能够根据通讯模块将操纵人员主动发现的水深数据和危险信息发送并在地图上进行标注。

更进一步地，所述搁浅和自脱浅AI设备信号与GPS/北斗接收模块和GNSS电子地图标注模块信号连接，从而获取已经标注过的航行区域的位置信息和水深信息，当所述搁浅和自脱浅AI设备判断出水深存在安全隐患可能会导致搁浅时，立即对无人船发出警报，并引导无人船航行驶离该区域。

更进一步地，所述无人船的两侧布置有可通过远程控制以便气囊充气的气囊结构，当检测到发生搁浅时，通过远程控制以便实现气囊充气，从而无人船的排水体积，减小船舶吹水以便无人船脱离搁浅区域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、无人船采用全密封结构，即便是发生搁浅事件，船体也不会因倾斜进水而影响无人船任务的完成。

2、水深、航速与推进器控制，是无人船自力脱浅的关键，在搁浅之前通过检测水深控制推进器刹车降低航速，以保即使搁浅也不会陷得过深而难以自力脱浅。

3、无人船即使搁浅后，在预先设定的时间内可以重复自力脱浅尝试，直至实现无人船自力脱浅。

4、当无人船无法实现自动脱浅时，进入人工脱浅方式，快速解决问题。

5、无人船具备GPS/北斗定位和水深测量并进行标识，从而实时更新海图，提高航行安全性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船的三维结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船的俯视示意图；

图3是根据本发明实施例的一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船的俯视侧视示意图；

图4是根据本发明实施例的一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船的俯视的后视示意图；

图5是根据本发明实施例的一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船的无人船防搁浅与自力脱浅流程图。

附图标记：

1、船体；2、测深仪；3、测深仪的测深方向。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述：

实施例一：

请参阅图1-4，根据本发明实施例的一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船，一种具备防搁浅与自力脱浅系统的无人船，包括无人船本体，所述无人船本体采用全密封结构，并且能够保证即便是发生搁浅事件，船体也不会因倾斜而进水；该无人船本体采用双侧推进器驱动，在平时用于现船航行过程中的航行操纵，并且在需要的时候，用作自力脱浅提供足够的动力；

包括测深仪，所述测深仪为6个，所述测深仪设置在船舶六面吃水水尺的附近，并相对船舶型深方向往船外方向以一定的倾角而倾斜设置；从而可探测出距离无人船一定距离的水深H；测深仪测量的距离为L，则H＝L*cosA；

搁浅和自脱浅AI设备，所述搁浅和自脱浅AI设备连接所述测深仪，从而根据测深数据，并结合船舶吃水数据进行分析，如果发现某一个测深仪测量的水深H小于无人船当前吃水+安全值时，则认为船舶某侧即将进入浅水区，所述搁浅和自脱浅AI设备调整所述双侧推进器的转速差，以便减速、改变航向，从而操纵船舶远离浅水区，避免搁浅；所述安全值为保证船舶航行安全的必要深度余量值；

所述无人船还包括航迹记录仪，其记录船舶航行轨迹，当无人船由于某种原因发生了搁浅事件，通过检测无人船的船底与水底之间的距离、船对地航速、推进器功率以确认无人船真的搁浅了，然后利用无人船自身的推进器给船以推力，使无人船脱离搁浅境地，回到正常工作姿态。

所述无人船包括GPS/北斗接收模块，所述GPS/北斗接收模块接收船舶定位卫星信号进行无人船定位；GNSS电子地图标注模块，所述GNSS电子地图标注模块接收所述GPS/北斗接收模块的位置信息和所述搁浅和自脱浅AI设备反馈的水深数据，从而将位置信息和水深数据组合形成该海域的水深数据，为后续的航行提供水深安全数据。

所述GNSS电子地图标注模块包括人工修改模块，所述人工修改模块可以根据通讯模块将操纵人员主动发现的水深数据和危险信息发送并在地图上进行标注。

所述搁浅和自脱浅AI设备信号连接GPS/北斗接收模块和GNSS电子地图标注模块，从而获取已经标注过的航行区域的位置信息和水深信息，当所述搁浅和自脱浅AI设备判断出水深存在安全隐患可能会导致搁浅时，对无人船发出警报，并引导无人船航行驶离该区域。

所述无人船的两侧布置有气囊结构，可通过远程控制以便实现气囊充气，从而无人船的排水体积，减小船舶吹水以便无人船脱离搁浅区域。

实施例二：

如图5所述，本申请还提供一种无人船防搁浅与自力脱浅方法，包括无人船本体，所述无人船包括测深仪，所述测深仪为6个，所述测深仪设置在船舶六面吃水水尺的附近，并相对船舶型深方向往船外方向以一定的倾角而倾斜设置；从而可探测出距离无人船一定距离的水深H；测深仪测量的距离为L，则H＝L*cosA，其中，A为倾角；

搁浅和自脱浅AI设备，所述搁浅和自脱浅AI设备连接所述测深仪；所述方法包括如下步骤：

(1)检测无人船的当前吃水；所述搁浅和自脱浅AI设备根据检测到的当前吃水自动计算出报警阈值和搁浅阈值；

(2)所述测深仪测量当前水深；如果水深大于报警阈值，则无人船正常航行；如果水深小于报警阈值，则无人船存在搁浅的危险，此时无人船推进器反向驱动刹车，调整航向远离浅水区，正常航行；

(3)如果水深小于搁浅阈值，则认定无人船已经发生搁浅，此时比较无人船的实际航速与搁浅航速阈值；如果实际航速大于搁浅航速阈值，则无人船推进器反向驱动刹车，调整航向远离浅水区，正常航行；其中，所述的搁浅航速阈值指的是船体即将发生搁浅时船舶的航速，在该速度下船舶可以自动脱浅；

(4)如果实际航速小于搁浅航速阈值，则说明无人船已经搁浅了；需要启动无人船两侧推进器交替反向驱动一定时间，从而使无人船自力脱浅；

(5)如果自力脱浅动作没超过预先设定的时间，则重复第(1)步至第(4)步，直至无人船自力脱浅；

(6)如果自力脱浅动作超过预先设定的时间，则提示人工干预脱浅。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种无人船防搁浅与自力脱浅方法，包括无人船本体，所述无人船本体包括测深仪，所述测深仪为6个，所述测深仪设置在船舶六面吃水水尺的附近，并相对船舶型深方向往船外方向以一定的倾角A而倾斜设置；从而可探测出距离无人船一定距离的水深H；测深仪测量的距离为L，则H＝L*cosA，其中，A为倾角；

搁浅和自脱浅AI设备，所述搁浅和自脱浅AI设备连接所述测深仪；所述方法包括如下步骤：

(1)检测无人船的当前吃水；所述搁浅和自脱浅AI设备根据检测到的当前吃水自动计算出报警阈值和搁浅阈值；

(2)所述测深仪测量当前水深；如果水深大于报警阈值，认定无人船无搁浅危险，则无人船正常航行；如果水深小于报警阈值，则无人船存在搁浅的危险，此时无人船推进器反向驱动刹车，调整航向远离浅水区，正常航行；

(3)如果水深小于搁浅阈值，则认定无人船已经发生搁浅，此时比较无人船的实际航速与搁浅航速阈值；如果实际航速大于搁浅航速阈值，则无人船推进器反向驱动刹车，调整航向远离浅水区，正常航行；其中，所述的搁浅航速阈值指的是船体即将发生搁浅时船舶的航速，在该航速下船舶可以自动脱浅；

(4)如果实际航速小于搁浅航速阈值，则说明无人船已经搁浅了；需要启动无人船两侧推进器交替反向驱动一定时间，从而使无人船自力脱浅；

(5)如果自力脱浅动作没超过预先设定的时间，则重复第(1)步至第(4)步，直至无人船自力脱浅；

(6)如果自力脱浅动作超过预先设定的时间，则提示人工干预脱浅。

2.根据权利要求1所述的无人船防搁浅与自力脱浅方法，其特征在于，所述无人船包括：

GPS/北斗接收模块，所述GPS/北斗接收模块接收船舶定位卫星信号并进行无人船定位；

GNSS电子地图标注模块，所述GNSS电子地图标注模块接收所述GPS/北斗接收模块的位置信息和所述搁浅和自脱浅AI设备反馈的水深数据，从而将位置信息和水深数据组合形成海域的水深数据，为后续的航行提供水深安全数据。

3.根据权利要求2所述的无人船防搁浅与自力脱浅方法，其特征在于，所述GNSS电子地图标注模块包括人工修改模块，所述人工修改模块能够根据通讯模块将操纵人员主动发现的水深数据和危险信息发送并在地图上进行标注。

4.根据权利要求2所述的无人船防搁浅与自力脱浅方法，其特征在于，所述搁浅和自脱浅AI设备信号与GPS/北斗接收模块和GNSS电子地图标注模块信号连接，从而获取已经标注过的航行区域的位置信息和水深信息，当所述搁浅和自脱浅AI设备判断出水深存在安全隐患可能会导致搁浅时，立即对无人船发出警报，并引导无人船航行驶离该区域。

5.根据权利要求1所述的无人船防搁浅与自力脱浅方法，其特征在于，所述无人船的两侧布置有可通过远程控制以便气囊充气的气囊结构，当检测到发生搁浅时，通过远程控制以便实现气囊充气，从而无人船的排水体积，减小船舶吹水以便无人船脱离搁浅区域。

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