CN111947655A - 水下监测机器人基于自主潜浮的监测位精准确定方法及水下定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水体监测领域，具体涉及一种水下监测机器人基于自主潜浮的监测位精准确定方法及水下定位系统。所述水下监测机器人的定位系统组成包括动力模块、GPS控制模块和惯导模块。所述水下监测的精准方法包括单机遍历、监测位确认、单机多机协同任务分配、检测区域定位、检测点精准定位五个步骤。所述水下监测目标为包括河流、湖泊、景观水域和海洋在内的水质精准监测。该方法为准确、经济、高效的水体监测提供了有力的保障。
Description
技术领域
本发明涉及水体监测领域，具体涉及一种水下监测机器人基于自主潜浮的监测位精准确定方法及水下定位系统。
背景技术
本发明涉及水体监测领域，具体涉及一种水下监测机器人基于自主潜浮的监测位精准确定方法。所述水下监测机器人的定位系统组成包括动力模块、GPS控制模块和惯导模块。所述水下监测的精准方法包括系统遍历、监测位确认、任务分配、检测区域定位、检测点精准定位五个步骤。所述水下监测目标为包括河流、湖泊、景观水域和海洋在内的水质精准监测。该方法为准确、经济、高效的水体监测提供了有力的保障。
江河、湖泊、水库是重要的饮用水水源，也是水环境治理和监管的重要环节。基于自动水质分析仪器的水质监测站具有强大的水质监测能力，具有良好的测试准确性和可靠性。但在实际应用中，也面临一些局限性，比如占用岸边土地资源，选址难度大；需要一定的供电供水等基础保障设施，在偏远的山区难以实现；采样点比较固定，无法对特殊位置进行取样等。
采用水下机器人进行无人化水质检测结合了人工智能技术，现代传感器技术，自动控制技术和物联网技术。可以实时监测水体的化学和理变化，实现数据的远传和分析。通过大数据建立水质污染指数模型和特征污染物预测数据库，可以对河道水质变化进行预测，并对突发性污染事件进行预警。
但是现有的定点检测设备往往基于固定的水质监测探头的水质监测站应用的时间较长，其结构较为简单并且能全天候进行监测，但无机动性，只能进行单点的水质监测，而且由于取电、占地、成本等因素的限制不能大量建设。而现有的无人水下检测设备往往受限于水下GPS信号传输受限，只能采用惯性导航系统进行自主定位，但惯性导航系统具有累积误差，无法做到精准位置的水质监测，导致监测点差异较大，获取无效信息过多。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明的目的是为了解决无人水体监测机器人的监测点水下精准定位问题。水下无人监测机可以很好的针对现有水质监测点固定，监测效率低的问题，但是现有无人机技术中惯性导航系统具有累积误差，针对水下系统所用的惯性传感器，推算的位置与运动状态的误差会随着行驶时间增加而逐渐累积问题，对此本专利提出的一种水下精准监测的系统和方法。
2.技术方案
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种水下监测机器人基于自主潜浮的水下定位系统，包括水下机器人和控制中心，所述水下机器人的输出端与控制中心的输入端连接；
所述水下机器人包括动力模块、GPS控制模块和惯导模块，所述GPS控制模块的输出端与惯导模块的输入端连接，所述惯导模块的输出端与动力模块的输入端连接，所述惯导模块的输出端与控制中心的输入端连接；
所述惯导模考包括惯性单元、磁罗盘单元、深度计和中央处理单元，所述惯性单元、磁罗盘单元和深度计的输出端均与的输入端连接；
所述GPS控制模块的输出端与中央处理单元的输入端连接，所述中央处理单元的输出端与动力模块的输入端连接。
优选地，所述GPS控制模块为SKG12D北斗定位模块。
优选地，所述惯导模块为捷联式惯性导航模块。
优选地，所述磁罗盘单元为HMR3500磁罗盘。
优选地，所述中央处理单元为ARM9TDMI系列。
优选地，所述深度计的型号为DMD-250S2。
优选地，所述GPS控制模块位于水下机器人的最上端。
优选地，所述水下机器人的底部固定连接有多个多参数水质传感器，所述多参数水质传感器的输出端与中央处理单元的输入端连接。
一种水下监测机器人基于自主潜浮的监测位精准确定方法：
包括系统遍历：使用一台或多台机型对所需要监测的河道进行图形化扫描建模，需要较长时间。记录下所有监测点位置和数据的信息。遍历过程中以最小的形式距离上浮到水面进行GPS定位校准而后下潜。
监测位确认：单机遍历后的数据提取差异化最大、最重要的检测位置进行系统分析，确认位置点。
任务分配：使用一台或多台机器分别负责不同的监测点。
检测区域定位：机器使用自主惯导系统抵达指定检测目标的区域。
检测点精准定位：抵达指定的目标区域后，机器浮起到达水面进行GPS系统校准，精确抵达指定位置后利用惯导系统下潜，精准抵达指定位置，并进行机器学习。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明中，水下机器人始终巡游在水面附近，GPS控制模块对水下机器人的位置进行实时监测，并在机器人移动过程始终保持露出水面，在抵达指定水面坐标后，GPS控制模块将位置信号发送到惯导模块，然后利用惯导模块精确下潜至检测点进行水质测量。
（2）本发明中，通过动力模块、GPS控制模块和惯导模块等模块的设置，使水下机器人可以有效的提高水质监测点定位的准确性和可靠性。
附图说明
图1为机器人结构分解模块图。
图2为检测机器人遍历检测轨迹示意图。
图3是监测机器人系统算法流程图。
图4是水下监测机器人检测过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
参照图1-4，一种水下定位系统，包括水下机器人和控制中心，水下机器人的输出端与控制中心的输入端连接，用于将水下机器人的实时数据发送到控制中心；
水下机器人包括动力模块、GPS控制模块和惯导模块，GPS控制模块的输出端与惯导模块的输入端连接，用于将水下机器人的位置信息及时的发送到惯导模块，惯导模块的输出端与动力模块的输入端连接，用于惯导模块对动力模块进行控制，惯导模块的输出端与控制中心的输入端连接，用于将水下机器人的内部数据发送到控制中心，进行实时监控；
惯导模考包括惯性单元、磁罗盘单元、深度计和中央处理单元，惯性单元、磁罗盘单元和深度计的输出端均与中央处理单元的输入端连接，用于将检测数据发送到中央处理单元进行处理；
GPS控制模块的输出端与中央处理单元的输入端连接，用于水下机器人的位置信息发送到中央处理单元进行处理，中央处理单元的输出端与动力模块的输入端连接，用于将指令发送到动力模块，对动力模块进行控制。
本发明中，GPS控制模块为SKG12D北斗定位模块，增强GPS控制模块的定位灵敏度，惯导模块为捷联式惯性导航模块，增强惯导模块的运行效率，磁罗盘单元为HMR3500磁罗盘，增强磁罗盘单元的准确性，中央处理单元为ARM9TDMI系列，增强中央处理单元的处理效率，深度计的型号为DMD-250S2，增强深度计的准确度，GPS控制模块位于水下机器人的最上端，方便接收卫星定位信号，水下机器人的底部固定连接有多个多参数水质传感器，用于对水质进行及时的测试，多参数水质传感器的输出端与中央处理单元的输入端连接，用于将测试数据发送到中央处理单元。
本发明中，水下机器人始终巡游在水面附近，GPS控制模块对水下机器人的位置进行实时监测，并在机器人移动过程始终保持露出水面，在抵达指定水面坐标后，GPS控制模块将位置信号发送到惯导模块，然后利用惯导模块精确下潜至检测点进行水质测量；
本发明中，水下监测点定位指的是河道检测时采用等间距分布式采集过程中预设河道中的采集点位置，水下机器人具有一定人工智能，挂载有多个传感器模块，每个传感器模块对应一个采集功能，能够实现实时对水质的各项指标进行检测并记录，能够实现自主定位，能够实现采集数据的分析和传输，能够实现提醒和警示工作人员，能够实现对水质变化的估计。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水下监测机器人基于自主潜浮的监测位精准确定方法，其特征在于：包括下列步骤：
系统遍历：使用一台或多台机型对所需要监测的河道进行图形化扫描建模，需要较长时间；记录下所有监测点位置和数据的信息；遍历过程中以最小的形式距离上浮到水面进行GPS定位校准而后下潜；
监测位确认：单机遍历后的数据提取差异化最大、最重要的检测位置进行系统分析，确认位置点；
任务分配：使用一台或多台机器分别负责不同的监测点；
检测区域定位：机器使用自主惯导系统抵达指定检测目标的区域；检测点精准定位：抵达指定的目标区域后，机器浮起到达水面进行GPS系统校准，精确抵达指定位置后利用惯导系统下潜，精准抵达指定位置，并进行机器学习。
2.一种水下监测机器人基于自主潜浮的水下定位系统，包括水下机器人和控制中心，其特征在于，所述水下机器人的输出端与控制中心的输入端连接；
所述水下机器人包括动力模块、GPS控制模块和惯导模块，所述GPS控制模块的输出端与惯导模块的输入端连接，所述惯导模块的输出端与动力模块的输入端连接，所述惯导模块的输出端与控制中心的输入端连接；
所述惯导模考包括惯性单元、磁罗盘单元、深度计和中央处理单元，所述惯性单元、磁罗盘单元和深度计的输出端均与中央处理单元的输入端连接；
所述GPS控制模块的输出端与中央处理单元的输入端连接，所述中央处理单元的输出端与动力模块的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种水下定位系统，其特征在于，所述GPS控制模块为SKG12D北斗定位模块。
4.根据权利要求2所述的一种水下定位系统，其特征在于，所述惯导模块为捷联式惯性导航模块。
5.根据权利要求2所述的一种水下定位系统，其特征在于，所述磁罗盘单元为HMR3500磁罗盘。
6.根据权利要求2所述的一种水下定位系统，其特征在于，所述中央处理单元为ARM9TDMI系列。
7.根据权利要求2所述的一种水下定位系统，其特征在于，所述深度计的型号为DMD-250S2。
8.根据权利要求2所述的一种水下定位系统，其特征在于，所述GPS控制模块位于水下机器人的最上端。
9.根据权利要求2所述的一种水下定位系统，其特征在于，所述水下机器人的底部固定连接有多个多参数水质传感器，所述多参数水质传感器的输出端与中央处理单元的输入端连接。
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| CN202010999842.8A CN111947655A (zh) | 2020-09-19 | 2020-09-19 | 水下监测机器人基于自主潜浮的监测位精准确定方法及水下定位系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115959271A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-04-14 | 南开大学 | 一种全方位自动追踪水质监测机器人、系统及监测方法 |
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2020
- 2020-09-19 CN CN202010999842.8A patent/CN111947655A/zh active Pending
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