CN110737272B - 一种智慧港区海事执法无人艇系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智慧港区海事执法无人艇系统及其操作方法，所述智慧港区海事执法无人艇系统，包括艇载系统和岸基系统；所述艇载系统和岸基系统通讯相连，用以接收所述岸基系统向所述艇载系统发送的指令，同时所述艇载系统向所述岸基系统回传水域位置信息及水质信息；本发明操作人员可远距离遥控操作，或无人艇自动巡航到达相关执法地点，然后控制无人艇进行水质检测、拍照及喊话来检测港区是否存在船只漏油，污水排放，占用航道等违规行为。既可以有效结合无人艇小而灵活的特点，又可以避免人员伤亡。在特殊情况下可以采用无人艇实现远距离快速检测及拍照取证，可以加强海事执法的力度，促进港区生态化建设。

Description

一种智慧港区海事执法无人艇系统

技术领域

本发明涉及无人艇应用领域，特别是一种智慧港区海事执法无人艇系统及其操作方法。

背景技术

经济的快速发展，伴随着海运行业快速发展，各类船只与日俱增，港区日益繁忙，单靠人工去检测船只是否存在偷排含油污水或生活污水，乱扔垃圾的情况，或者驱赶部分占用航道的小型船只等港区执法任务，会花费大量的人力物力。水面无人艇作为一种可远距离操控和自主航行的水面航行器，通过额外搭载各类扩展模块，可执行多种水面任务，由此引发了世界各国对无人艇的研发的强烈兴趣。水面无人艇因其应用覆盖范围广，成本低的特点使其应用前景十分广泛。

针对港区执法员的工作强度高的问题，将水面无人艇与港区执法有效的结合，既可提高海上港区执法人员的工作效率，有效减小工作人员的工作强度，又可避免人员受伤情况。因此设计一种智慧港区海事执法无人艇控制系统具有极其重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种智慧港区海事执法无人艇系统及其操作方法，操作简单、可以节约成本、减小工作人员工作强度，操作人员只需要发送命令，无人艇即可自主航行并自动执法，进一步提高了港区的管理效率。

本发明采用以下方案实现：一种智慧港区海事执法无人艇系统，包括艇载系统和岸基系统；所述艇载系统和岸基系统通讯相连，用以接收所述岸基系统向所述艇载系统发送的指令，同时所述艇载系统向所述岸基系统回传水域位置信息及水质信息；

所述艇载系统包括船载GPS_北斗导航模块、姿态检测模块、可旋式摄像头模块、激光雷达模块、艇载无线通讯模块、核心控制模块、艇动力模块、锂电池电源模块、4G网络图像信息传输模块、水质测试模块和扬声器模块；所述可旋式摄像头模块采集无人艇周边环境图像并通过所述4G网络图像信息传输模块实时回传所述岸基系统；所述核心控制模块实时采集并处理所述GPS_北斗导航模块、姿态检测模块、可旋式摄像头模块、激光雷达模块和水质测试模块的实时数据信息，并通过所述艇载无线通讯模块将无人艇的位置、姿态、速度、电量信息和所述激光雷达模块采集的信息回传所述岸基系统；所述扬声器模块用于喊话驱赶占用航道的船只；所述锂电池电源模块用于为所述艇载系统中的各个模块供电；所述艇动力模块采用全电力推进方式，所述艇动力模块包括回转电机和电机驱动模块，所述回转电机与所述电机驱动模块连接；所述电机驱动模块还与所述核心控制模块连接，用以通过所述核心控制模块控制可回转电机的转速及回转角度；所述岸基系统包括岸基无线通讯模块、电脑监控控制端和遥控操作手柄模块；所述电脑监控控制端通过所述岸基无线通讯模块接收所述艇的位置、姿态、速度、电量信息；所述电脑监控控制端通过接收到的所述可旋式摄像头模块采集图像信息识别艇周围环境目标，通过接收到的所述激光雷达模块采集的信息监控无人艇与障碍物的实时距离和方向，用以实现无人艇自动避障和目标跟踪。

进一步地，所述水质测试模块安装在无人艇内的尾部位置，所述水质测试模块上带有升降杆，杆上装有检测传感器，通过升降杆升降至不同深度的水位，所述检测传感器检测港区水域水质，并判断出船只是否违规。

进一步地，本发明还提供一种智慧港区海事执法无人艇系统的操作方法，包括以下步骤：

步骤S1：工作人员控制所述岸基系统设定检测区域，并通过岸基无线通讯模块向所述艇载系统发出指令要求；

步骤S2：无人艇接收到所述岸基系统指令要求后，先通过核心控制模块检测电源电量信息判断电源电力是否满足需求，满足则开启自动航行模式，结合所述GPS_北斗导航模块及所述姿态检测模块提供的位置和姿态信息，人工设定到达指定水域的期望路径，通过岸基无线通讯模块 下发到无人艇；如果不满足则回传所述岸基系统充电提示信息返回步骤S1；

步骤S3：无人艇以恒定速度跟踪期望路径，并利用姿态检测模块、可旋式摄像头模块、激光雷达模块采集的数据信息实时调整自身姿态，用以自动避障并朝指定水域运动；

步骤S4：当无人艇到达指定水域，先结合姿态检测模块信息调整自身位置，然后通过所述可旋式摄像头检测无人艇周围是否有船只违规占用航道，如果没有则所述核心控制模块开启水质测试模块进行水质检测并执行步骤S5；否则执行步骤S6；

步骤S5：根据水质检测数据判定该水域属于正常、污水、油污三类中的哪一类，记录信息，并将水域位置信息及水质信息回传所述岸基系统中的电脑监控控制端，同时拍照记录；

步骤S6：如果有占用航道船只，将违规船只定义为障碍物，同时开启障碍物跟踪模式；实时监测船只自身与障碍物的距离，当距离小于限定阈值时停止跟踪，并通过所述扬声器模块喊话驱赶占用航道的船只，同时所述可旋式摄像头模块拍摄图像信息并回传至所述岸基系统；

步骤S7：判断是否完成各水域的执法；若是则自行返航；否则检测完成后继续向下一个水域运动，然后重复执行步骤S3至步骤S4，待监测任务完成，自行返航。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明操作简单、可以节约成本、减小工作人员工作强度，操作人员只需要发送命令，无人艇即可自主航行并自动执法，进一步提高了港区的管理效率，同时拓宽了无人艇的应用领域。

（2）本发明既可以有效结合无人艇小而灵活的特点，又可以避免人员伤亡。在特殊情况下可以采用无人艇实现远距离快速检测及拍照取证，可以加强海事执法的力度，促进港区生态化建设。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例的无人艇结构示意图，其中，1为船载GPS_北斗导航模块，2为姿态检测模块，3为可旋式摄像头模块，4为激光雷达模块，5为艇载无线通讯模块，6为核心控制模块，7为艇动力模块，8为锂电池电源模块，9为4G网络图像信息传输模块，10为水质测试模块，11为扬声器模块。

图3为本发明实施例的岸基系统控制结构示意图，其中，12为岸基无线通讯模块，13为电脑监控控制端，14为遥控操作手柄模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图2、3所示，本实施例提供一种智慧港区海事执法无人艇系统，包括艇载系统和岸基系统；所述艇载系统和岸基系统通讯相连，用以接收所述岸基系统向所述艇载系统发送的指令，同时所述艇载系统向所述岸基系统回传水域位置信息及水质信息；

所述艇载系统包括船载GPS_北斗导航模块1、姿态检测模块2、可旋式摄像头模块3、激光雷达模块4、艇载无线通讯模块5、核心控制模块6、艇动力模块7、锂电池电源模块8、4G网络图像信息传输模块9、水质测试模块10和扬声器模块11；所述可旋式摄像头模块3采集无人艇周边50m以内的环境图像并通过所述4G网络图像信息传输模块9实时回传所述岸基系统；所述核心控制模块6实时采集并处理所述GPS_北斗导航模块1、姿态检测模块2、可旋式摄像头模块3、激光雷达模块4和水质测试模块10的实时数据信息，并通过所述艇载无线通讯模块5将无人艇的位置、姿态、速度、电量信息和所述激光雷达模块采集的信息回传所述岸基系统；所述扬声器模块11用于喊话驱赶占用航道的船只；所述锂电池电源模块8用于为所述艇载系统中的各个模块供电；所述艇动力模块7采用全电力推进方式，所述艇动力模块包括回转电机和电机驱动模块，所述回转电机与所述电机驱动模块连接；电机驱动模块同时与所述核心控制模块6连接，用以通过所述核心控制模块6控制可回转电机的转速及回转角度；所述岸基系统包括岸基无线通讯模块12、电脑监控控制端13和遥控操作手柄模块14；所述电脑监控控制端13通过所述岸基无线通讯模块12接收所述艇的位置、姿态、速度、电量信息；所述电脑监控控制端13通过接收到的所述可旋式摄像头模块3采集图像信息识别艇周围环境目标，通过接收到的所述激光雷达模块4采集的信息监控无人艇与障碍物的实时距离和方向，用以实现无人艇自动避障和目标跟踪。

在本实施例中，所述水质测试模块10安装在无人艇内的尾部位置，所述水质测试模块10上带有升降杆，杆上装有检测传感器，通过升降杆升降至不同深度的水位，所述检测传感器检测港区水域水质，并判断出船只是否违规。

较佳的，如图1所示，本实施例还提供一种智慧港区海事执法无人艇系统的操作方法，包括以下步骤：

步骤S1：工作人员控制所述岸基系统设定检测区域，并通过岸基无线通讯模块12向所述艇载系统发出指令要求；

步骤S2：无人艇接收到所述岸基系统指令要求后，先通过核心控制模块6检测电源电量信息判断电源电力是否满足需求，满足则开启自动航行模式，结合所述GPS_北斗导航模块1及所述姿态检测模块2提供的位置和姿态信息，人工设定到达指定水域的期望路径，通过岸基无线通讯模块 下发到无人艇；如果不满足则回传所述岸基系统充电提示信息返回步骤S1；

步骤S3：无人艇以恒定速度跟踪期望路径，并利姿态检测模块2、可旋式摄像头模块3、激光雷达模块4采集的数据信息实时调整自身姿态，用以自动避障并朝指定水域运动；

步骤S4：当无人艇到达指定水域，先结合姿态检测模块2信息调整自身位置，然后通过所述可旋式摄像头检测无人艇周围50m以内是否有船只违规占用航道，如果没有则所述核心控制模块6开启水质测试模块10进行水质检测并执行步骤S5；否则执行步骤S6；

步骤S5：根据水质检测数据判定该水域属于正常、污水、油污三类中的哪一类，记录信息，并将水域位置信息及水质信息回传所述岸基系统中的电脑监控控制端13，同时拍照记录；

步骤S6：如果有占用航道船只，将违规船只定义为障碍物，同时开启障碍物跟踪模式；实时监测船只自身与障碍物的距离，当距离小于限定阈值时停止跟踪，并通过所述扬声器模块11喊话驱赶占用航道的船只，同时所述可旋式摄像头模块3拍摄图像信息并回传至所述岸基系统；

步骤S7：判断是否完成各水域的执法；若是则自行返航；否则检测完成后继续向下一个水域运动，然后重复执行步骤S3至步骤S4，待监测任务完成，自行返航。

较佳的，在本实施例中可旋式摄像头模块采集的无人艇周围环境图像通过4G网络图像信息传输模块9独立传输，避免因数据量大而造成数据丢失。本实施例的模块化搭建有益于系统的协调管理，便于查错。艇载系统中的可旋式摄像头装在艇艏突出位置，激光雷达模块4装在可旋式摄像头前边。扬声器模块11用于执法时喊话驱赶占用航道的船只。无人艇各模块通过锂电池电源模块8供电，艇动力模块7采用全电力推进方式，通过核心控制模块6控制可回转电机的转速及回转角度。如遇特殊任务时，工作人员也可以通过手动操作遥控操作手柄模块14进行相关执法。

较佳的，在本实施例中，港区的船只是否存在偷排含油污水、生活污水的违规行为，主要通过水质测试模块10来检测，同时可旋转的摄像头配合拍照取证同时触发艇载和岸基警报装置。船只是否占用航道，通过摄像头采集图像信息，并利用图像检测技术检测船只是否违规，同时可以通过扬声器自行喊话驱赶船只。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种智慧港区海事执法无人艇系统，其特征在于：包括艇载系统和岸基系统；所述艇载系统和岸基系统通讯相连，用以接收所述岸基系统向所述艇载系统发送的指令，同时所述艇载系统向所述岸基系统回传水域位置信息及水质信息；

所述艇载系统包括船载GPS_北斗导航模块、姿态检测模块、可旋式摄像头模块、激光雷达模块、艇载无线通讯模块、核心控制模块、艇动力模块、锂电池电源模块、4G网络图像信息传输模块、水质测试模块和扬声器模块；所述可旋式摄像头模块采集无人艇周边环境图像并通过所述4G网络图像信息传输模块实时回传所述岸基系统；所述核心控制模块实时采集并处理所述GPS_北斗导航模块、姿态检测模块、可旋式摄像头模块、激光雷达模块和水质测试模块的实时数据信息，并通过所述艇载无线通讯模块将无人艇的位置、姿态、速度、电量信息和所述激光雷达模块采集的信息回传到所述岸基系统；所述扬声器模块用于喊话驱赶占用航道的船只；所述锂电池电源模块用于为所述艇载系统中的各个模块供电；所述艇动力模块包括回转电机和电机驱动模块，所述回转电机与所述电机驱动模块连接；所述电机驱动模块还与所述核心控制模块连接，用以通过所述核心控制模块控制可回转电机的转速及回转角度；所述岸基系统包括岸基无线通讯模块、电脑监控控制端和遥控操作手柄模块；所述电脑监控控制端通过所述岸基无线通讯模块接收所述艇的位置、姿态、速度、电量信息；所述电脑监控控制端通过接收到的所述可旋式摄像头模块采集图像信息识别艇周围环境目标，通过接收到的所述激光雷达模块采集的信息监控无人艇与障碍物的实时距离和方向，用以实现无人艇自动避障和目标跟踪；

所述水质测试模块安装在无人艇内的尾部位置，所述水质测试模块上带有升降杆，杆上装有检测传感器，通过升降杆升降至不同深度的水位，所述检测传感器检测港区水域水质，并判断出船只是否违规；

包括以下步骤：

步骤S1：工作人员控制所述岸基系统设定检测区域，并通过岸基无线通讯模块向所述艇载系统发出指令要求；

步骤S2：无人艇接收到所述岸基系统指令要求后，先通过核心控制模块检测电源电量信息判断电源电力是否满足需求，满足则开启自动航行模式，结合所述GPS_北斗导航模块及所述姿态检测模块提供的位置和姿态信息，人工设定到达指定水域的期望路径，通过岸基无线通讯模块 下发到无人艇；如果不满足则回传所述岸基系统充电提示信息返回步骤S1；

步骤S3：无人艇以恒定速度跟踪期望路径，并利用姿态检测模块、可旋式摄像头模块、激光雷达模块采集的数据信息实时调整自身姿态，用以自动避障并朝指定水域运动；

步骤S4：当无人艇到达指定水域，先结合姿态检测模块信息调整自身位置，然后通过所述可旋式摄像头检测无人艇周边是否有船只违规占用航道，如果没有则所述核心控制模块开启水质测试模块进行水质检测并执行步骤S5；否则执行步骤S6；

步骤S5：根据水质检测数据判定该水域属于正常、污水、油污三类中的哪一类，记录信息，并将水域位置信息及水质信息回传所述岸基系统中的电脑监控控制端，同时拍照记录；

步骤S6：如果有占用航道船只，将违规船只定义为障碍物，同时开启障碍物跟踪模式；实时监测船只自身与障碍物的距离，当距离小于限定阈值时停止跟踪，并通过所述扬声器模块喊话驱赶占用航道的船只，同时所述可旋式摄像头模块拍摄图像信息并回传至所述岸基系统；

步骤S7：判断是否完成各水域的执法；若是则自行返航；否则检测完成后继续向下一个水域运动，然后重复执行步骤S3至步骤S4，待监测任务完成，自行返航。

Images