CN110588906A - 一种针对海上石油泄漏进行除油的系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种针对海上石油泄漏进行除油方法，包括母船、子船以及多架无人机；步骤如下：(1)发生石油泄漏事故时，所述子船上搭载若干无人机提前到达事故发生地，所述母船在子船之后前往事故发生地；(2)子船距离目的地达到预设距离时，除油系统投放若干无人机；(3)无人机自动生成除油路径，并将除油路径反馈到除油系统上；(4)子船到达目的地后，根据除油系统上的除油路径，开始进行除油作业；(5)子船上的除油系统进行判断储油装置是否满载：若是，用母船对子船已收集到的石油进行回收储存；(6)子船作业结束后，无人机喷洒消油剂。本发明采用子母船、无人机联合的系统处理方案，能够实现高效除油、环保创新除油作业。
Description
技术领域
本发明涉及海上泄露石油的处理领域，具体涉及一种针对海上石油泄漏进行除油的系统及其使用方法。
背景技术
石油在海面形成的油膜能阻碍大气与海水之间的气体交换，影响了海面对电磁辐射的吸收、传递和反射。海面和海水中的石油会溶解卤代烃等污染物中的亲油组分，降低其界面间迁移转化速率。油膜减弱了太阳辐射透入海水的能量，会影响海洋植物的光合作用。长期覆盖在极地冰面的油膜，会增强冰块吸热能力，加速冰层融化，对全球海平面变化和长期气候变化造成潜在影响。此外还可破坏海滨风景，影响海滨美学价值。
当前我国主要采用的除油方法大部分存在效率低的问题，而且非环境友好；而除油船，除油机械缺少由我国自主设计的产品，而且智能化程度低。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种针对海上石油泄漏进行除油的系统及其使用方法。
技术方案：本发明所述一种针对海上石油泄漏进行除油方法，包括母船、子船以及多架无人机；所述子船用于吸收泄露的石油，所述母船用于回收子船上的石油；步骤如下：
(1)发生石油泄漏事故时，除油系统安装于子船的中央机房内，子船在驱动下前往事故发生地，所述子船上搭载若干无人机提前到达事故发生地，所述母船在子船之后前往事故发生地；
(2)子船距离目的地达到预设距离时，除油系统投放若干无人机；
(3)无人机首先做环境预判并绕污染源一周喷洒凝油剂，无人机自动生成除油路径，并将除油路径反馈到除油系统上；
(4)子船到达目的地后，除油系统将子船的行驶模式调整为作业模式，根据除油系统上的除油路径，开始进行除油作业；
(5)子船上的除油系统进行判断储油装置是否满载：若是，用母船对子船已收集到的石油进行回收储存；
(6)子船继续进行除油作业，子船作业结束后，无人机喷洒消油剂，除去未清理干净的少量余油。
本发明进一步优选地技术方案为，所述无人机包括图像获取模块、图像处理模块、图像传送模块，所述的图像获取模块包括摄像头，用于对泄油事故地进行图像采集，所述图像处理模块用于对除油路径进行规划，所述生成除油路径的方法包括：
油污区域划分步骤：对泄油区域进行全局扫描，将油污划分为几个区域，便于高效地规划除油路径；
油污几何化步骤：将各区域油污进行几何化操作，将各区域光滑边界模拟成数学上的几何边界；
区域节点获取步骤：通过各个区域内的节点获取，分割出各个区域除油往返路径；
全局航线规划步骤：根据系统人力、物力数学分析，全局预览出整体除油路径，生成区域间油污处理顺序图，规划出最后的全局除油路径。
除油路径规划完成后，通过所述的图像传送模块进行数据传输，由子船接收。
优选地，所述无人机对泄油事故进行预处理以及生成除油路径后，子船对无人机进行回收。
优选地，所述无人机自动生成的除油路径，子船的驾驶员根据风级、风向的环境因素灵活进行路径选择。
一种实现上述所述除油方法的除油装置系统，包括母船、子船以及若干无人机；所述母船包括储油仓、输油臂、导油管和自动定位系统；所述储油仓的顶部设有导油管，所述导油管上安装有输油臂，所述自动定位系统控制输油臂进行定位；所述子船包括吸油装置、除油系统、储油装置、无人机舱、动力装置以及导油口；所述除油系统安装于子船的中央机房内，用于调控子船，所述除油系统调控吸油装置，经过处理后的石油进入储油装置内，所述储油装置上设有导油口，所述导油口设有四个定位孔，所述自动定位系统控制输油臂带动导油管与导油口连接，所述定位孔对导油管进行定位；所述无人机舱内放置有若干无人机，所述无人机包括喷药口、药箱、摄像头、图像获取模块、图像处理模块和图像传送模块，所述无人机对石油泄漏区进行侦查并提前喷洒凝油剂，且能自动生成除油路径，并发送给子船上的除油系统。
优选地，所述母船通过自动定位系统，识别导油口的位置，并控制导油管与导油口连接，所述导油口设置有四个定位孔，便于导油管和导油口相接，排除因海浪颠簸而产生连接偏差的外因。
优选地，母船和子船的船体结构采用的材料有碳素钢、合金钢、船用钢、有色金属、以及船用型材及管材船用金属材料。
优选地，所述除油系统包括发电控制系统，驾驶控制系统，照明控制系统，制冷控制系统，吸油控制系统和图像接收模块；所述图像接收模块用于接收无人机发送的除油路径。
优选地，所述无人机舱搭载有五架无人机，每个所述无人机均设有四个喷药口，所述药箱内的载荷液体为4-叔丁基邻苯二酚碱式二元酸铝，所述无人机制作的材料包括航空用碳纤维复合材料。
有益效果：(1)本发明所述除油方法，采用子母船和无人机联合作业进行除油操作，利用无人机技术对石油泄漏区进行生成除油路径，子船利用除油路径对石油泄漏区进行除油操作，本发明可以实现高效除油操作，能够替代传统化学除油法；
(2)本发明中通过设置子母船，由子船对石油泄漏区进行吸油储存，通过备用母船对子船上的储油装置满载后回收石油，无人机设有4个喷药口，提高工作效率；本发明中导油口设置有四个定位孔，用于导油管和导油口相接，排除因海浪颠簸而产生连接偏差的外因，实现了安全、高效作业；本发明中各个部分的分工明确，各个系统和部件最大化地发挥了作用；本发明可实现高度智能化，无人机扫描自动生成除油路径，并将除油系统反馈到子船除油系统，并由子船的除油系统统一调控；本发明可节省人力物力，环保创新。
附图说明
图1为本发明所述除油方法的系统流程图；
图2为本发明所述除油装置系统中子母船和无人机联合作业的结构框图；
图3为本发明所述除油装置系统中子母船和无人机联合作业的示意图；
图4为本发明所述母船的结构示意图；
图5为本发明所述子船的结构示意图；
图6为本发明所述无人机的结构示意图；
图7为本发明所述母船回收子上石油的示意图；
图8为本发明所述无人机生成除油路径的方法的流程图；
图9为本发明所述无人机生成除油路径的方法的示意图。
图中，1-储油装置，2-输油臂，3-导油管，4-吸油装置，5-控制系统，6-储油仓，7-无人机舱，8-动力装置，9-喷药口，10-药箱，11-摄像头，12-自动定位系统，13-导油口。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种针对海上石油泄漏进行除油方法，如附图1至3所示，包括母船、子船以及多架无人机；所述子船用于吸收泄露的石油，所述母船用于回收子船上的石油；步骤如下：
(1)发生石油泄漏事故时，除油系统5安装于子船的中央机房内，子船在驱动下前往事故发生地，所述子船上搭载若干无人机提前到达事故发生地，所述母船在子船之后前往事故发生地；
(2)子船距离目的地达到预设距离时，除油系统5投放若干无人机；
(3)无人机首先做环境预判并绕污染源一周喷洒凝油剂，无人机自动生成除油路径，并将除油路径反馈到除油系统5上；
(4)子船到达目的地后，除油系统5将子船的行驶模式调整为作业模式，根据除油系统5上的除油路径，开始进行除油作业；
(5)子船上的除油系统5进行判断储油装置1是否满载：若是，用母船对子船已收集到的石油进行回收储存；
(6)子船继续进行除油作业，子船作业结束后，无人机喷洒消油剂，除去未清理干净的少量余油。
本发明进一步优选地技术方案为，如附图8和9所示，所述无人机包括图像获取模块、图像处理模块、图像传送模块和图像接收模块，所述的图像获取模块包括摄像头，用于对泄油事故地进行图像采集，所述图像处理模块用于对除油路径进行规划，所述生成除油路径的方法包括：
油污区域划分步骤：对泄油区域进行全局扫描，将油污划分为几个区域，便于高效地规划除油路径；
油污几何化步骤：将各区域油污进行几何化操作，将各区域光滑边界模拟成数学上的几何边界；
区域节点获取步骤：通过各个区域内的节点获取，分割出各个区域除油往返路径；
全局航线规划步骤：根据系统人力、物力数学分析，全局预览出整体除油路径，生成区域间油污处理顺序图，规划出最后的全局除油路径。
除油路径规划完成后，通过所述的图像传送模块进行数据传输，由子船接收。
优选地，所述无人机对泄油事故进行预处理以及生成除油路径后，子船对无人机进行回收。
优选地，所述无人机自动生成的除油路径，子船的驾驶员根据风级、风向的环境因素灵活进行路径选择。
一种实现上述所述除油方法的除油装置系统，包括母船、子船以及若干无人机；如附图4所示，母船和子船的船体结构采用的材料有碳素钢、合金钢、船用钢、有色金属、以及船用型材及管材船用金属材料；所述母船包括储油仓6、输油臂2、导油管3和自动定位系统12；所述储油仓6的顶部设有导油管3，所述导油管3上安装有输油臂2，所述自动定位系统12控制输油臂2进行定位；如附图5所示，所述子船包括吸油装置4、除油系统5、储油装置1、无人机舱7、动力装置8以及导油口13；所述除油系统5安装于子船的中央机房内，用于调控子船，所述除油系统5包括发电控制系统，驾驶控制系统，照明控制系统，制冷控制系统，吸油控制系统和图像接收模块，所述图像接收模块用于接收无人机发送的除油路径，除油系统同一控制子船的整个系统，实现了高度智能化，所述除油系统5调控吸油装置4，经过处理后的石油进入储油装置1内，所述储油装置1上设有导油口13，所述导油口13设有四个定位孔，便于导油管和导油口相接，所述自动定位系统12控制输油臂2带动导油管3与导油口13连接，所述母船通过自动定位系统12，识别导油口13的位置，并控制导油管3与导油口13连接，如附图7所示，所述母船自动定位系统12对子船导油口13进行计算机定位，所述导油口13设置有四个定位孔，便于母船的计算机定位，并控制导油管与导油口13连接，所述导油口13设置有四个定位孔，便于导油管3和导油口13相接，排除因海浪颠簸而产生连接偏差的外因；所述无人机舱7内放置有若干无人机，如附图6所示，所述无人机包括喷药口9、药箱10、摄像头11、图像获取模块、图像处理模块和图像传送模块，，所述无人机对石油泄漏区进行侦查并提前喷洒凝油剂，且能自动生成除油路径，并发送给子船上的除油系统5。
所述无人机舱7搭载有五架无人机，每个所述无人机均设有四个喷药口9，所述药箱10内的载荷液体为4-叔丁基邻苯二酚碱式二元酸铝，所述无人机制作的材料包括航空用碳纤维复合材料。
本实施例中，以一艘油轮在法国布列塔尼半岛附近遭遇海上风暴而失去动力，其船上24.6万吨石油流入海洋为例，进行举例说明，石油泄漏事故发生后，此时，本发明除油装置系统在检修完毕后，船员驾驶前往事故发生地，子船搭载无人机先行，母船随后，距离目的地距离达到预设距离时，子船打开无人机舱，控制投放四架无人机，在本实施例中，将预设距离定为20Km，则距离目的地20Km时，投放无人机。
无人机首先做环境预判，并绕污染源一周喷洒凝油剂，随后无人机根据除油路径规划方法，自动生成除油路径：首先进行区域划分，无人机扫描泄油区域，划分为多个区域，然后将油污面进行几何化操作，使光滑的区域边界模拟成为几何边界，随后再对各个区域内进行节点获取操作，分割规划出区域内除油路径，再根据数学分析，全局预览出整体除油路径，生成区域间油污处理顺序图，规划出最后的全局除油路径并发送到子船中央机房的除油系统，驾驶员将无人机回收，并根据风级、风向等环境因素灵活进行路径选择，控制子船进行除油作业；本发明中的路径规划方法实现了高度智能化，能够实现高效除油作业。
子船上的除油系统判断储油装置是否满载，若是，则母船控制输油臂，其上的导油管与子船上的导油口相连接，母船对子船已收集到的石油进行回收储存，随后子船继续进行除油作业，当海上泄露石油吸收完毕后，驾驶员控制无人机舱，再次投放无人机，在泄油区域喷洒消油剂，除去未清理干净的少量余油。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (9)
1.一种针对海上石油泄漏进行除油方法，其特征在于，包括母船、子船以及多架无人机；所述子船用于吸收泄露的石油，所述母船用于回收子船上的石油；步骤如下：
(1)发生石油泄漏事故时，除油系统安装于子船的中央机房内，子船在驱动下前往事故发生地，所述子船上搭载若干无人机提前到达事故发生地，所述母船在子船之后前往事故发生地；
(2)子船距离目的地达到预设距离时，除油系统投放若干无人机；
(3)无人机首先做环境预判并绕污染源一周喷洒凝油剂，无人机自动生成除油路径，并将除油路径反馈到除油系统上；
(4)子船到达目的地后，除油系统将子船的行驶模式调整为作业模式，根据除油系统上的除油路径，开始进行除油作业；
(5)子船上的除油系统进行判断储油装置是否满载：若是，用母船对子船已收集到的石油进行回收储存；
(6)子船继续进行除油作业，子船作业结束后，无人机喷洒消油剂，除去未清理干净的少量余油。
2.根据权利要求1所述的一种针对海上石油泄漏进行除油方法，其特征在于，所述无人机包括图像获取模块、图像处理模块、图像传送模块，所述的图像获取模块包括摄像头，用于对泄油事故地进行图像采集，所述图像处理模块用于对除油路径进行规划，所述生成除油路径的方法包括：
油污区域划分步骤：对泄油区域进行全局扫描，将油污划分为几个区域，便于高效地规划除油路径；
油污几何化步骤：将各区域油污进行几何化操作，将各区域光滑边界模拟成数学上的几何边界；
区域节点获取步骤：通过各个区域内的节点获取，分割出各个区域除油往返路径；
全局航线规划步骤：根据系统人力、物力数学分析，全局预览出整体除油路径，生成区域间油污处理顺序图，规划出最后的全局除油路径。
除油路径规划完成后，通过所述的图像传送模块进行数据传输，由子船接收。
3.根据权利要求1所述的一种针对海上石油泄漏进行除油方法，其特征在于，所述无人机对泄油事故进行预处理以及生成除油路径后，子船对无人机进行回收。
4.根据权利要求1所述的一种针对海上石油泄漏进行除油方法，其特征在于，所述无人机自动生成的除油路径，子船的驾驶员根据风级、风向的环境因素灵活进行路径选择。
5.一种实现权利要求1所述除油方法的除油装置系统，其特征在于，包括母船、子船以及若干无人机；所述母船包括储油仓、输油臂、导油管和自动定位系统；所述储油仓的顶部设有导油管，所述导油管上安装有输油臂，所述自动定位系统控制输油臂进行定位；所述子船包括吸油装置、除油系统、储油装置、无人机舱、动力装置以及导油口；所述除油系统安装于子船的中央机房内，用于调控子船，所述除油系统调控吸油装置，经过处理后的石油进入储油装置内，所述储油装置上设有导油口，所述导油口设有四个定位孔，所述自动定位系统控制输油臂带动导油管与导油口连接，所述定位孔对导油管进行定位；所述无人机舱内放置有若干无人机，所述无人机包括喷药口、药箱、摄像头、图像获取模块、图像处理模块和图像传送模块，所述无人机对石油泄漏区进行侦查并提前喷洒凝油剂，且能自动生成除油路径，并发送给子船上的除油系统。
6.根据权利要求5所述除油装置系统，其特征在于，所述母船通过自动定位系统，识别导油口的位置，并控制导油管与导油口连接，所述导油口设置有四个定位孔，便于导油管和导油口相接，排除因海浪颠簸而产生连接偏差的外因。
7.根据权利要求5所述除油装置系统，其特征在于，母船和子船的船体结构采用的材料有碳素钢、合金钢、船用钢、有色金属、以及船用型材及管材船用金属材料。
8.根据权利要求5所述除油装置系统，其特征在于，所述除油系统包括发电控制系统，驾驶控制系统，照明控制系统，制冷控制系统，吸油控制系统和图像接收模块；所述图像接收模块用于接收无人机发送的除油路径。
9.根据权利要求5所述除油装置系统，其特征在于，所述无人机舱搭载有五架无人机，每个所述无人机均设有四个喷药口，所述药箱内的载荷液体为4-叔丁基邻苯二酚碱式二元酸铝，所述无人机制作的材料包括航空用碳纤维复合材料。
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