CN110834698A - 一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，包括无人船分系统和车载操控分系统，无人船分系统将船体及测量载荷状态数据、测量数据发送给车载操控分系统，车载操控分系统接收并处理船体及测量载荷状态数据、测量数据，用于对无人船分系统进行远程控制；无人船分系统包括船体、船载控制模块、船载通信模块和测量载荷稳定平台；车载操控分系统包括车体、车载操控模块和车载通信模块。本发明船体采用三体式船型，姿态变化幅度小，初步为测量载荷姿态稳定提供了良好工作条件；采用测量载荷稳定平台挂载测量载荷并保持测量载荷姿态稳定，显著提升测量载荷测量效果。

Description

一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统

技术领域

本发明涉及一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，属于涉及水下目标测量/测绘无人船技术领域。

背景技术

无人水面测量船采用遥控或自主方式实现航行及测量作业，完成勘察测绘、管线巡检、水下考古、工程勘测等测量任务。与有人测量船相比，无人水面测量船具有人员风险小、作业成本低、可在浅水区作业等优点，是有人测量船的有益补充，具有良好的应用前景。

现有无人测量船船长集中在1m～5m范围内，在岸基或母船上控制无人船航行，搭载单波束测深仪、多波束测深仪、CTD(温盐深仪)、侧扫声纳等测量载荷完成测量作业。受船体长度及通信距离限制，现有无人测量船主要应用在湖泊、内河及近海等水面风浪小的场景。船体采用开放式结构，可搭载和集成各种传感器，岸基操控系统可实时显示导航信息及传感器信息。

在测量作业过程中，姿态变化对测量载荷测量效果有重要影响。测量载荷与船体的连接方式主要有拖曳式、固连式。拖曳式的测量载荷姿态受船体姿态变化影响小，但线缆容易被渔网等缠绕；固连式的测量载荷姿态受船体姿态影响较大，现有无人水面测量船体宽度窄、船长短且多为单体式，船体姿态受海况影响严重。另外，受船体操控性能影响，无人测量船仅通过无遥控或自主控制难以胜任复杂水域(如渔业区或石油平台附近)的作业任务。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，采用三体式船型、通过测量载荷稳定平台保持测量载荷姿态稳定，通过人为操控控制、遥控操控及自主航行相结合的方式保障无人水面测量系统适应复杂水域测量作业任务。

本发明解决技术的方案是：

一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，包括无人船分系统和车载操控分系统，无人船分系统将船体及测量载荷状态数据、测量数据发送给车载操控分系统，车载操控分系统接收并处理船体及测量载荷状态数据、测量数据，用于对无人船分系统进行远程控制；

无人船分系统包括船体、船载控制模块、船载通信模块和测量载荷稳定平台；

车载操控分系统包括车体、车载操控模块和车载通信模块；

车载操控模块通过车载通信模块向船载控制模块发送船体航行轨迹指令信息和测量载荷姿态控制指令信息，船载控制模块通过船载通信模块接收船体航行轨迹指令信息和测量载荷姿态控制指令信息，船载控制模块控制船体按照设定的航行模式及航行轨迹行驶，同时控制测量载荷稳定平台下放测量载荷，并保持测量载荷姿态稳定，同时采集船体周围的船体环境感知数据；船载控制模块通过船载通信模块将船体航行数据、测量载荷数据、船体环境感知数据传递给车载操控模块，车载操控模块通过车载通信模块接收船体航行数据、测量载荷数据、船体环境感知数据并显示；

通过船体航行数据和船体环境感知数据判断船体前方是否存在障碍物，如果存在，则重新规划船体航行轨迹，车载操控模块通过车载通信模块向船载控制模块重新发送规划后的船体航行轨迹指令信息。

优选的，船体为三体式船型，包括主船体、侧船体及连接桥，侧船体对称设置在主船体中部的两侧，通过连接桥连接。

优选的，船体采用模块化设计，主船体、侧船体、连接桥为独立模块，船体既能采用人为操控模式航行，也能利用船载控制模块控制船体航行，在水面环境复杂的渔业区或石油平台附近，采用人为操控模式。

优选的，船体从前往后分别包括艏尖舱、测量载荷舱、辅机舱和机舱，测量载荷舱中部设有一个与测量载荷稳定平台外形相匹配的槽体，用于安装测量载荷稳定平台及测量载荷，槽体下端与船底贯通。

优选的，测量载荷稳定平台包括上平台、下平台、主动臂和控制器，上平台、下平台均为圆盘结构，下平台直径小于上平台直径；上平台固定连接在船体测量载荷舱的槽体上端，下平台与测量载荷固定连接；主动臂可伸缩，上平台与下平台通过主动臂铰接，主动臂带动下平台及测量载荷从槽体下端伸出船底，船体晃动时，控制器控制主动臂的伸缩运动，下平台绕正交水平轴旋转，实现测量载荷的姿态稳定。

优选的，主动臂表面镀金属铬，外层加装柔性防水护罩，以隔离海水，防水护罩内充入空气，压力为1.05倍的标准大气压。

优选的，船载控制模块控制船体行驶的航行模式包括遥控操控模式及自主航行模式，船体进出港口、驶向作业区域及规避障碍物时，采用遥控操控模式；测量作业过程采用自主航行模式；通过车载操控模块实现两个模式间的切换。

优选的，船载通信模块和车载通信模块均通过卫星通信链路、数传电台通信链路、图传电台通信链路、北斗通信链路进行通信；

船体出港前，上述4条通信链路同时上电，车载通信模块与船载通信模块均采用数传电台、图传电台组成的双通道通信链路，卫星通信链路及北斗通信链路均处于备用状态；

船体出港后，船载控制模块实时监控上述4条通信链路通信状态，当监测到图传电台信号质量下降到规定阈值时，车载操控模块下发控制指令给船载控制模块，启用卫星通信链路，同时切断数传、图传电台通信链路；当数传电台链路、图传电台链路、卫星通信链路均中断时，船载控制模块下发紧急停船指令给船体发动机，同时启用北斗通信链路，船载通信模块将船体坐标位置及运行状态通过北斗通信链路回传给车载操控模块。

优选的，车体上安装有电动升降杆，可将数传电台天线、图传电台天线升至离地面至少10m的高度；电动升降杆顶部安装有倒伏机构，电动升降杆升起后，倒伏机构自动将天线竖起，电动升降杆收起后，倒伏机构将天线向车体后方倒伏至与车体水平。

优选的，车载操控模块是由三联机柜组成的操控台，操控台有三个操作位，左侧操作位为船体操作区、中间操作位为测量载荷操作区、右侧操作位为测量载荷数据处理操作区；船体操作区包括一台主显示屏及两台辅助显示屏，主显示屏用于显示船体航行时的视频图像、船体航速航向状态，辅助显示屏用于显示电子海图及船上设备状态信息；船体操作区的主显示屏与测量载荷操作区显示屏能够自由切换。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明船体采用三体式船型，姿态变化幅度小，初步为测量载荷姿态稳定提供了良好工作条件；采用测量载荷稳定平台挂载测量载荷并保持测量载荷姿态稳定，显著提升测量载荷测量效果；

(2)本发明结合人为操控、遥控操控、自主航行三种航行模式，提升船体在复杂水域下作业适应性；

(3)本发明多条通信链路互相备份，提升了通信链路的安全性。

附图说明

图1是本发明的无人水面测量系统组成示意图；

图2是本发明的无人水面测量系统信息交互方式；

图3是本发明的无人水面测量系统作业流程图；

图4是本发明的船体结构图；

图5是本发明的测量载荷舱槽体结构图；

图6是本发明的测量载荷稳定平台台体结构图；

图7是本发明的测量载荷稳定平台的控制器原理图；

图8是本发明的测量载荷稳定平台工作流程；

图9是本发明的船载控制模块原理图；

图10是本发明的船载通信模块原理图；

图11是本发明的车载操控模块的操控台结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

从物理结构上划分，无人水面测量系统由无人船分系统和车载操控分系统组成，如图1所示。无人船分系统是无人水面测量系统的核心，用于搭载测量载荷完成测量作业任务；车载操控分系统用于无人船分系统远程控制，实现无人船分系统的航线规划、遥控航行、测量载荷管理及测量数据显示等。

无人船分系统由船体、船载控制模块、船载通信模块、测量载荷稳定平台组成。

船体：船体是其它系统的载体，本发明采用三体式船型。在相同的海况下，该船型横摇/纵摇姿态变化比单体船及双体船小，有利于测量载荷姿态稳定。

测量载荷稳定平台：测量载荷稳定平台是本发明的关键，它的主要功能是实现测量载荷收放及姿态稳定，隔离作业时船体横摇、纵摇的姿态变化对测量载荷工作效果的影响。

船载控制模块：船载控制模块是无人船出港、航行、执行测量任务及返航等整个过程的核心，它的功能包括接收航行轨迹指令、控制船体航行、采集测量载荷数据/状态信息及进行报警/安全防护等。

船载通信模块：船载通信模块通过数传电台、图传电台、卫星通信设备及北斗通信设备组成4条独立的通信链路，其功能为实现无人船分系统与车载操控分系统间的数据传输。

无人船分系统为通用化的测量平台，根据测量需求选择相应测量载荷。无人船分系统能够搭载的测量载荷包括，三维成像声呐、侧扫声呐、多波束测深仪、浅地层剖面仪等。

车载操控分系统由车体、车载操控模块、车载通信模块组成。

车体：车体用于搭载车载操控模块、车载通信模块、会议桌等，并为操控人员提供操作、会议及休息空间。

车载操控模块：车载操控模块实现无人船分系统操控，如无人船轨迹规划、船体遥控、测量数据显示等。

车载通信模块：车载通信模块通过数传电台、图传电台、卫星通信设备及北斗通信设备组成4条独立的通信链路，以实现车载操控分系统与无人船分系统间的数据传输。

当船体与车载操控分系统距离较近时，车载操控分系统与无人船分系统利用数传电台通信链路、图传电台通信链路组成的双通道通信链路传输数据，其它通信链路处于待机状态；船载控制模块实时监控上述4条通信链路的信号质量，当图传电台信号质量衰减到规定的阈值时，车载操控模块下发控制指令给船载控制模块，启用卫星通信链路，切断数传电台、图传电台通信链路。

当数传电台通信链路、图传电台通信链路、卫星通信链路均发生故障或信号质量均低于规定阈值时，船载控制模块下发紧急停船指令给发动机，并启用北斗通信链路；船载通信模块通过该通信链路向车载操控模块上报船体坐标位置及航行状态。

无人船分系统与车载操控分系统间的交互信息如图2所示。车载操控分系统以车载操控模块为核心，它是由三联机柜组成的操控台，操控台包括船体操控区、测量载荷操作区、测量载荷数据处理操作区。船体操控区下发船体航行控制指令、测量载荷稳定平台控制指令，接收并显示航行状态数据、航行时的视频图像，操控人员据此实现船体控制；测量载荷操作区下发测量载荷控制指令，显示测量载荷工作状态及测量数据，操控人员据此开展测量作业任务；测量载荷数据处理操作区用于对测量载荷数据进行后处理。

无人船分系统以船载控制模块为核心。船载控制模块与发动机进行指令与状态信息交互，实现船体的航行控制；与测量载荷稳定平台进行指令与状态交互，实现测量载荷的姿态稳定；与测量载荷进行指令与状态交互，完成测量任务。此外，船载控制模块通过船载通信模块接收船载通信模块发送的数据，并将船上的数据转发给车载操控模块。

无人船分系统可采用人为操控模式、遥控操控模式、自主航行模式三种航行模式。其中，人为操控模式、遥控操控模式用于船体出港、航行，自主航行模式用于执行测量作业任务。为保障安全，若执行测量作业任务时遇到障碍物，操作人员通过车载操控分系统向船载控制模块发送模式切换指令，切断自主航行模式，采用人为操控模式或遥控操控模式进行避障，完整作业流程见图3。

执行测量作业任务的流程为：执行任务前，首先由操作人员设计航行轨迹；然后船载控制模块开启测量载荷稳定平台，控制稳定平台下放测量载荷并保持其姿态稳定；之后船体沿设定航行轨迹自主航行并执行测量作业任务。测量作业过程中，测量载荷产生的数据实时回传至车载操控分系统。

当发现船体实际航行轨迹偏离设定航行轨迹时，操作人员在人为操控模式或遥控操控模式下对船体进行控制，修正航线并重新测量。发现船体前方存在危险障碍物时，操作人员也采用人为操控模式或遥控操控模式驾驶船体避开障碍物；避障完成后，船体返回避障前位置继续执行测量作业任务。

无人船分系统的船体采用三体式船型，采用铝合金材料、单柴油机驱动、单喷水泵推进，兼容人为操控模式及无人操控(遥控/自主)模式。

实施例

无人船分系统船体的一种典型尺寸为：总长：12m；型宽：6m；型深：1.5m；总高：3.5m；满载排水量：7.5t；吃水：0.5m。

船体结构主要包括一个主船体、两个侧船体及四个连接桥，主船体、侧船体通过连接桥连接，如图4所示。船体稳定性好，当船体倾斜时，侧船体为主船体提供扶正力矩，减小船体在波浪中姿态变化的幅度。经计算，上述典型尺寸的船体在三级海况下能正常航行，最大横摇角小于10°，最大纵倾角小于8°。

船体良好的稳定性减小了测量载荷稳定平台的姿态调整范围，为进一步保持测量载荷姿态稳定提供了良好环境。设计船体时，通过改变连接桥长度还可以调整船体稳定性。

为方便陆上运输，基于模块化的思想设计船体。主船体、侧船体、连接桥均设计成独立模块，三者采用螺栓连接。在运输船体时，将各模块拆散，分别运输。每个模块的最大长度不超过11m、宽度不超过3m、高度(天线折叠时)不超过3m，保证船体在符合规范条件下进行公路运输。

主船体从后往前共设置20处肋骨，在^#5、^#10、^#15肋骨处设3道水密隔壁，将船体分成4个水密区域。水密区域从前向后分为艏尖舱、测量载荷舱、辅机舱和机舱。测量载荷舱和辅机舱上部设驾驶室，驾驶室内布置控制机柜、测量载荷机柜等设备。

测量载荷舱中部设有槽体，槽体用于安装测量载荷稳定平台，槽体结构根据测量载荷稳定平台外形结构设计，如图5所示。槽体上端面为测量载荷稳定平台的安装基座，槽体下端面为直通船底的开孔。测量载荷稳定平台从槽体下端面伸出并挂载测量载荷。

船体在执行测量作业任务时，测量载荷稳定平台将测量载荷下放到距离水面约1.0m的深度；船体高速航行时，稳定平台将测量载荷收起至紧贴船底。

测量载荷舱两侧安装渔网防护架，架体由两对称部分组成。两架体合并后挡在测量载荷的前面，架体向后倾斜以导走渔网，防止测量载荷被渔网缠绕，对测量载荷也起到一定的防撞作用。

船体采用喷水泵推进。喷水泵在船底没有突出体，船体线即为最大吃水深度，降低了浅水域测量作业时水深的影响，且不存在打桨、挂渔网等问题。采用喷水泵推进使船体操纵性好，有效实现定位、原地回传等常规螺旋桨难以实现动作，提高了船体的机动性及灵活性，使其能够在复杂水域完成测量作业任务。

测量载荷稳定平台用于保持测量载荷姿态稳定。测量作业时，测量载荷稳定平台将测量载荷下放至指定深度；然后开启稳定工作模式，将测量载荷姿态保持在规定的姿态变化范围内，为测量载荷正常工作提供良好环境。

如图6所示，测量载荷稳定平台由上平台、下平台、主动臂和控制器组成。上平台、下平台、主动臂构成平台的台体结构，安装于船体测量载荷舱的槽体内。上平台、下平台均为圆盘结构，下平台直径小于上平台直径，上平台、下平台与主动臂铰接固定，上平台与槽体上端面的安装基座连接，下平台从槽体下端面伸出船底。下平台利用法兰盘与测量载荷连接，法兰盘根据测量载荷的机械接口定制，使平台可挂载不同机械接口的测量载荷。

台体可采用三主动臂并联机构、六主动臂并联机构，或其它能够保持测量载荷姿态稳定的结构形式。本发明给出一种三主动臂并联机构方案，见图8。

该方案的台体包含三个并联主动臂。主动臂负责上、下平台之间的并联驱动，它通过虎克铰与上平台、下平台连接。通过主动臂的伸缩运动，驱动下平台沿竖直轴升降实现测量载荷下放/回收、绕正交水平轴旋转实现测量载荷姿态稳定。

为防止海水腐蚀，主动臂杆臂表面镀铬。杆臂外层加装柔性防水护罩，隔绝海水；护罩内充入空气，压力为1.05倍的标准大气压。关节组件等关键元件选用能耐受海水侵蚀的产品。台体上安装还原性较强的钛阳极管作为负极，保护台体的金属材料。

控制器包括主控制器、运动控制器、伺服驱动模块和位置传感器。测量载荷稳定平台在主控制器和运动控制器共同控制下实现姿态解算、轨迹规划、运动控制等功能。控制器原理如图7所示。

主控制器接收船载控制模块输出的船体姿态数据，转化为下平台的姿态，发送给运动控制器。主控制器具有数据交互接口，用于测量载荷稳定平台控制、参数设置及状态输出。

运动控制器完成台体坐标系转换、运动学逆解、运动轨迹控制，将下平台姿态调整量转换为主动臂伸长量并发送给伺服驱动模块，同时向主控制器反馈下台体姿态等状态。

收到主动臂运动指令后，伺服驱动模块带动主动臂执行伸缩动作。位置传感器返回主动臂的实际伸长量，用于运动控制器解算下平台的姿态调整量。

测量载荷稳定平台工作流程见图8。稳定工作开始前，下平台停靠在原点位置；稳定工作开始后，主动臂将下平台下放到姿态稳定位置；控制器根据船载控制模块的船体姿态数据，解算下平台的姿态调整量，生成主动臂运动控制指令；下平台在主动臂驱动下产生俯仰、横滚运动抵消船体姿态变化，保持测量载荷姿态稳定；稳定工作结束后，主动臂将下平台收起至原点位置。

受恶劣海况等因素影响，船体姿态变化量可能超出稳定平台的调整范围，此时测量载荷稳定平台输出最大姿态调整量，同时控制器输出船体姿态超限警示信号及稳定失败信号；当船体姿态变化量回到稳定平台设计范围以后，稳定平台恢复正常工作状态。

船载控制模块是无人水面测量系统实现无人船航行及完成测量任务的关键。该模块对船体及船上所有设备进行管理和控制，并与车载操控模块进行信息交互，如图9所示。

船载控制模块由工控机、接口扩展设备(包括交换机、串口服务器及串口转换器)、组合导航设备、电源管理设备、环境感知设备(如摄像机、导航雷达、AIS等)组成。

工控机是船载控制模块的信息处理中心，船载控制模块的功能主要由工控机实现。

接口扩展设备扩充工控机通信接口或将设备通信接口转换为工控机能够接入的形式。

组合导航设备测量船体位置、速度、航向、姿态等信息。

电源管理设备对船上设备的电源进行控制和监测。

环境感知系统检测船体周边障碍物，根据障碍物生成避让路径，保障船体航行安全。

船载控制模块工作流程为，车载操控模块由车载通信模块下发设备控制指令或船体航行轨迹，船载控制模块通过船载通信模块接收指令，然后对指令进行解析，最后将指令按相应格式重新编码发送给相应设备。同时，船载控制模块查询各设备输出的状态及数据，通过船载通信模块与车载通信模块上报给车载操控模块。

为使无人水面测量系统适应复杂的作业环境，船载控制模块支持人为操控模式、遥控操控模式、自主航行模式三种无人船航行模式。

人为操控模式下驾驶员驾驶无人船航行。该模式下，船体发动机由船上人操设备(如方向盘)控制。船载控制模块接收发动机状态信息，但不发送控制指令；同时，船载控制模块控制其它设备并接收设备数据(或状态)信息。

遥控操控模式下驾驶员利用车载操控模块遥控驾驶无人船航行。该模式下，船载控制模块接收船体航行控制指令，生成发动机动作控制指令，实现船体航行。

自主航行模式下船载控制模块自主驾驶船体航行。该模式下，船载控制模块接收车载操控模块下发的航迹点，结合船体姿态、速度及发动机状态信息，生成发动机推力分配指令，控制船体沿设定的轨迹行驶。

船体驾驶台上设有硬件切换开关，开关可在紧急情况下(如遥控驾驶避障失败)强制切断遥控操控模式或自主航行模式，转换为人为操控模式。

人为操控模式安全性好、灵活性高，但受驾驶员晕船、安全等因素限制。自主航行模式航迹跟踪精度高，但现有技术还难以充分确保船体在复杂海面环境条件下的安全航行。遥控操控模式介于两者之间。

针对实际情况选择航行模式，发挥各模式优点，扩展系统航行/作业范围，提升系统安全性。例如，船体进出港、巡航、返航采用人为操控模式或遥控操控模式，测量作业采用自主航行模式；在水面环境复杂的渔业区或石油平台附近作业时，采用人为操控模式，防止安全事故发生。

船载通信模块和车载通信模块共同组成无人水面测量系统的通信模块，实现无人船分系统和车载操控分系统间的信息传输。由于实际作业现场存在电磁干扰，为保障系统通信链路可靠性，船载通信模块和车载通信模块利用数传电台、图传电台、卫星通信设备、北斗通信设备搭建多通信链路互相备份的通信系统，如图10所示。

在上述4条通信链路中，数传电台通信链路、图传电台通信链路通信成本低、信息传输量大，是无人水面测量系统的主要通信链路。

数传电台通信链路的数据传输速率比图传电台通信链路低，但其可靠性高、延时小。将该链路作为船体航行控制指令、状态数据传输的专用通道。

图传电台通信链路数据传输速率高，但其可靠性低、延时大。该链路主要用于传输视频图像、测量载荷数据等实时性要求较低的数据。该链路也作为数传电台通信链路的备用通道，当数传电台发生故障时，船体航行控制指令等重要信息切换为由图传电台通信链路传输。

卫星通信链路优点是不受通信距离限制，但其通信成本高，作为数传电台通信链路、图传电台通信链路的备用通道。当数传电台、图传电台均发生故障时，系统紧急启用卫星通信链路；当测量作业范围超出数传电台通信链路、图传电台通信链路有效通信距离范围，导致两链路信号质量下降到规定阈值时，系统启用卫星通信链路。

北斗通信链路数据传输速率低，但通信距离不受限制且成本低。该链路作为系统在其它通信链路均中断时的备用通道，用于向无人船分系统下发紧急停船指令，向车载操控分系统上报船体航行状态及船体位置信息。

船体出港前，所有通信链路同时上电，车载操控分系统与无人船分系统采用数传电台通信链路、图传电台通信链路进行通信，卫星通信链路及北斗通信链路处于备用状态。

船体在航行过程中，车载操控模块、船载控制模块实时监控通信链路的通信状态。当监测到图传电台信号质量下降到规定阈值时，车载操控模块、船载控制模块下发控制指令给各自通信模块，启用卫星通信链路，切断数传电台通信链路与图传电台通信链路。

当数传电台通信链路、图传电台通信链路、卫星通信链路均不可用时，车载控制模块、船载控制模块启用北斗通信链路。

数传电台通信链路、图传电台通信链路、卫星通信链路的通信状态监控通过判读设备状态参数实现，参数包括信噪比、延迟时间、数据传输速率等。北斗通信链路的通信状态监控通过船载控制模块给车载操控模块定期发送心跳数据包实现，车载操控模块解析心跳包，若心跳包数据频率及内容均正确则判定北斗通信链路状态正常。

车载操控分系统是无人水面测量系统的岸基操控端，用于无人船分系统远程操控与远程测量作业。

车载操控分系统的车体可选择卡车加方舱、中型客车及小型面包车等多种形式。本发明采用一种卡车、方舱的组合形式，方舱内空间大，便于操控台、设备布置，还可规划操作区域、会议区域。

车体上安装电动天线升降杆，将数传电台天线、图传电台天线升高至15m。升降杆顶部安装有倒伏机构，升降杆升起后，倒伏机构将天线竖起至与地面垂直；升降杆收起后，将天线向车后方倒伏至与车体顶部平行。

车载操控模块是由三联机柜构成的操控台，作为无人船分系统遥控驾驶、测量作业的操作平台，结构如图11所示。

操控台由骨架和三联19英寸标准机柜组成。操控台骨架安装显示器、按键、键盘、鼠标、电话机等。19英寸标准机柜嵌入操控台骨架底部，为三联装，每联高度为12U，深度为600mm，用于安装工控机、交换机等设备。

操控台从上往下分为报警区、主显示区、副显示区及操作区。报警区采用LED点阵屏显示，支持文字显示和颜色变化；主显示区平行安装三台显示屏，将操控台划分成左、中、右三个操作位。左操作位为船体操作区，中间操作位为测量载荷操作区，右侧操作位为测量载荷数据处理操作区。

副显示区用于放置按键、开关和电话机等设备，其中，左操作位对应放置两台小显示屏及三组按键，中间操作位放置电话机一台，右侧操作位为预留空间，用于安装配电开关等。

操作区用于安装键盘、鼠标、摇杆、油门推杆。其中，左、中、右三个操作位均安装键盘和鼠标，左操作位配置摇杆及油门推杆。

船体操作区的大显示屏用于显示船体航速、航向、视频图像等信息，小显示屏显示电子海图、船体航行轨迹、船上设备状态信息；测量载荷操作区用于显示测量载荷状态及测量数据；测量载荷数据处理操作区用于测量数据后处理。

船体操作区的显示屏与测量载荷操作区显示屏的数据可以相互切换。若船体操作区的显示屏突然发生故障，测量载荷操作区显示屏可用于显示船体航行数据及视频图像，保证船体不会失去控制。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于，包括无人船分系统和车载操控分系统，无人船分系统将船体及测量载荷状态数据、测量数据发送给车载操控分系统，车载操控分系统接收并处理船体及测量载荷状态数据、测量数据，用于对无人船分系统进行远程控制；

无人船分系统包括船体、船载控制模块、船载通信模块和测量载荷稳定平台；

车载操控分系统包括车体、车载操控模块和车载通信模块；

车载操控模块通过车载通信模块向船载控制模块发送船体航行轨迹指令信息和测量载荷姿态控制指令信息，船载控制模块通过船载通信模块接收船体航行轨迹指令信息和测量载荷姿态控制指令信息，船载控制模块控制船体按照设定的航行模式及航行轨迹行驶，同时控制测量载荷稳定平台下放测量载荷，并保持测量载荷姿态稳定，同时采集船体周围的船体环境感知数据；船载控制模块通过船载通信模块将船体航行数据、测量载荷数据、船体环境感知数据传递给车载操控模块，车载操控模块通过车载通信模块接收船体航行数据、测量载荷数据、船体环境感知数据并显示；

通过船体航行数据和船体环境感知数据判断船体前方是否存在障碍物，如果存在，则重新规划船体航行轨迹，车载操控模块通过车载通信模块向船载控制模块重新发送规划后的船体航行轨迹指令信息。

2.根据权利要求1所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：船体为三体式船型，包括主船体、侧船体及连接桥，侧船体对称设置在主船体中部的两侧，通过连接桥连接。

3.根据权利要求2所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：船体采用模块化设计，主船体、侧船体、连接桥为独立模块，船体既能采用人为操控模式航行，也能利用船载控制模块控制船体航行，在水面环境复杂的渔业区或石油平台附近，采用人为操控模式。

4.根据权利要求1所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：船体从前往后分别包括艏尖舱、测量载荷舱、辅机舱和机舱，测量载荷舱中部设有一个与测量载荷稳定平台外形相匹配的槽体，用于安装测量载荷稳定平台及测量载荷，槽体下端与船底贯通。

5.根据权利要求4所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：测量载荷稳定平台包括上平台、下平台、主动臂和控制器，上平台、下平台均为圆盘结构，下平台直径小于上平台直径；上平台固定连接在船体测量载荷舱的槽体上端，下平台与测量载荷固定连接；主动臂可伸缩，上平台与下平台通过主动臂铰接，主动臂带动下平台及测量载荷从槽体下端伸出船底，船体晃动时，控制器控制主动臂的伸缩运动，下平台绕正交水平轴旋转，实现测量载荷的姿态稳定。

6.根据权利要求5所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：主动臂表面镀金属铬，外层加装柔性防水护罩，以隔离海水，防水护罩内充入空气，压力为1.05倍的标准大气压。

7.根据权利要求1所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：船载控制模块控制船体行驶的航行模式包括遥控操控模式及自主航行模式，船体进出港口、驶向作业区域及规避障碍物时，采用遥控操控模式；测量作业过程采用自主航行模式；通过车载操控模块实现两个模式间的切换。

8.根据权利要求1所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：船载通信模块和车载通信模块均通过卫星通信链路、数传电台通信链路、图传电台通信链路、北斗通信链路进行通信；

船体出港前，上述4条通信链路同时上电，车载通信模块与船载通信模块均采用数传电台、图传电台组成的双通道通信链路，卫星通信链路及北斗通信链路均处于备用状态；

船体出港后，船载控制模块实时监控上述4条通信链路通信状态，当监测到图传电台信号质量下降到规定阈值时，车载操控模块下发控制指令给船载控制模块，启用卫星通信链路，同时切断数传、图传电台通信链路；当数传电台链路、图传电台链路、卫星通信链路均中断时，船载控制模块下发紧急停船指令给船体发动机，同时启用北斗通信链路，船载通信模块将船体坐标位置及运行状态通过北斗通信链路回传给车载操控模块。

9.根据权利要求8所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：车体上安装有电动升降杆，可将数传电台天线、图传电台天线升至离地面至少10m的高度；电动升降杆顶部安装有倒伏机构，电动升降杆升起后，倒伏机构自动将天线竖起，电动升降杆收起后，倒伏机构将天线向车体后方倒伏至与车体水平。

10.根据权利要求8所述的一种带测量载荷稳定平台的无人水面测量系统，其特征在于：车载操控模块是由三联机柜组成的操控台，操控台有三个操作位，左侧操作位为船体操作区、中间操作位为测量载荷操作区、右侧操作位为测量载荷数据处理操作区；船体操作区包括一台主显示屏及两台辅助显示屏，主显示屏用于显示船体航行时的视频图像、船体航速航向状态，辅助显示屏用于显示电子海图及船上设备状态信息；船体操作区的主显示屏与测量载荷操作区显示屏能够自由切换。

Images