CN112265650B - 一种无人机水下250米定向采集水体系留系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机水下250米定向采集水体系留系统，涉及无人机技术领域，解决了现有系留系统自检能力不足导致工作效率低的技术问题；本发明设置了放线器，该设置通过三维坐标系确定系留无人机是否到达预设位置，使得系留无人机在水下的位置更加直观准确；本发明设置了自检模块，该设置能够快速准确地确定故障原因及位置，有助于提高水体采集的效率；本发明设置了电源模块，该设置不仅对系留无人机直接供电，还能够根据备用电源的剩余电量对其进行自动充电，能够提高系留无人机的工作时长，避免因系留电缆故障而导致系留无人机无法工作。

Description

一种无人机水下250米定向采集水体系留系统

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人机系留系统，具体是一种无人机水下250米定向采集水体系留系统。

背景技术

无人机作为负载数据采集系统的设备，在影视拍摄、新闻采访甚至环保领域均应用广发。现有的无人机存在如下两种方式：一种是自身携带动力电池的无人机，其通过携带的动力电池提供动力驱动电机旋转进行移动，另一种是重型无人机，即是系留无人机，其本身不携带供电电源，通过供电线缆为无人机提供动力。前一种方式对应的无人机首先于载重、体积和飞行时间等因素，无法满足长时间运行的需求，系留无人机采用单独的供电电源进行供电，具备长时间运行的优势。

现有系留系统不具备自检的能力或自检能力不足，可能导致在工作过程中系统突发故障降低工作效率；同时，现有系留系统无法直观地系显示系留无人机在水中的位置；因此，仍需对现有技术方案进行改进。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种无人机水下250米定向采集水体系留系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种无人机水下250米定向采集水体系留系统，包括系留系统，所述系留系统包括处理器、电源模块、放线器、自检模块、数据存储模块和预警显示模块；所述电源模块、放线器、自检模块、数据存储模块、预警显示模块与处理器线性连接；

所述系留系统通过系留电缆连接有系留无人机；所述系留电缆为光电复合缆，为系留无人机提供电力供给的同时保证系留无人机与系留系统的通信；所述系留系统和系留无人机均设置有无线通信模块；

所述系留无人机设置有采样瓶、稳压模块、投放回收控制模块和备用电源。

优选的，所述系留无人机在水下工作过程中，当系留电缆出现故障时，则启动无线通信模块进行通信。

优选的，所述放线器用于控制系留电缆的收放，具体控制步骤为：

步骤X1：处理器发送电缆释放信号至放线器；所述放线器接收到电缆释放信号之后开始释放系留电缆，同时以系留系统所在位置为圆心建立三维直角坐标系；

步骤X2：获取系留无人机在三维直角坐标系中的坐标并标记为实时坐标；当实时坐标与预设坐标一致时，则判定系留无人机达到预设位置，放线器停止系留电缆的释放，同时系留无人机开始采集工作；所述预设坐标和预设位置存储与数据存储模块中，所述预设位置在三维直角坐标系中的坐标即为预设坐标；

步骤X3：当系留无人机完成采集工作之后发送采集完成信号至放线器，通过放线器控制系留电缆的回收。

优选的，所述自检模块用于对系留系统和系留无人机进行自检，包括系统自检单元和无人机自检单元，具体自检步骤为：

步骤C1：通过系统自检单元获取系统自检信息；所述系统自检信息包括电源模块与系留电缆接头处的泄漏 电流DUx、系留电缆与系留无人机接头处的泄漏 电流XUx、系留电缆的使用时长SYS；通过公式

获取系统自检系数XZPX；其中β1和β2为预设比例系数，且β1和β2均大于0；当系统自检系数XZPX满足0＜XZPX≤K1时，则判定系留系统需要维护，通过处理器发送系统维护信号至预警显示模块；其中K1为预设系统自检系数阈值；

步骤C2：通过无人机自检单元获取在预设位置无人机内部受到的压力总和 YZ、备用电池使用时长BSS和系留无人机的使用时长WSS；通过公式

获取无人机自检评估系数WZPX；其中β3和β4 为预设比例系数，且β3和β4均大于0；当无人机自检评估系数WZPX满足0＜ WZPX≤K2时，则判定无人机需要维护，通过处理器发送无人机维护信号至预警显示模块；其中K2为预设无人机自检评估系数阈值；

步骤C3：当0＜XZPX≤K1，且0＜WZPX≤K2时，则判定系留系统及系留无人机出现运行故障，通过处理器发送红色预警信号至预警显示模块；

步骤C4：通过处理器将系统维护信号发送记录、无人机维护信号发送记录和红色预警信号发送记录发送至数据存储模块进行存储。

优选的，所述采集工作的具体工作步骤为：

步骤X21：当系留无人机所在位置与预设位置一致时，获取系留无人机所在位置的水流速度和系留无人机自身的振动幅度，并将水流速度和振动幅度标记为SS和ZF；通过公式CPX＝α1×SS×e^α2×ZF获取采集评估系数CPX；其中α1和α2为预设比例系数，且α1和α2均大于0，e为自然常数；

步骤X22：当采集评估系数CPX满足0＜CPX≤L2时，则判定系留无人机所处环境适合水体采集，通过投放回收控制模块投放采样瓶，经过时间T1后，回收采样瓶，采集工作完成；其中L2为预设采集评估系数阈值，T1为预设时间阈值；

步骤X23：通过处理器将水流速度、振动幅度和采集评估系数发送至数据存储模块进行存储。

优选的，所述电源模块为系留无人机直接提供电力，同时为备用电源进行充电，具体工作步骤为：

步骤Z1：处理器发送供电信号至电源模块；电源模块接收到供电信号之后通过系留电缆为系留无人机进行供电；

步骤Z2：获取稳压模块输出端的输出电压，当输出电压与预设稳压输出电压进行对比匹配，当匹配结果不一致时，则判定供电线路故障，对电源模块、系留电缆和稳压模块的状态进行检测；当匹配结果一致时，获取备用电源的剩余电量，并将剩余电量标记为BSD；所述预设稳压输出电压存储于数据存储模块中；

步骤Z3：当剩余电量为BSD满足为0≤BSD<L1时，则判定备用电源的剩余电量不足，通过电源模块和系留电缆为备用电源充电，当备用电源电量充满时，停止对备用电源的充电；其中BSD为预设剩余电量阈值，且存储与数据存储模块汇总，L1预设剩余电量阈值；

步骤Z4：获取备用电源的剩余循环次数，当剩余循环次数小于预设循环次数下限值时，则判定备用电源需要更换，通过处理器发送备用电源更换信号至预警显示模块；

步骤Z5：通过处理器将剩余循环次数和备用电源更换信号发送记录发送至数据存储模块进行存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设置了放线器，该设置用于控制系留电缆的收放；处理器发送电缆释放信号至放线器；所述放线器接收到电缆释放信号之后开始释放系留电缆，同时以系留系统所在位置为圆心建立三维直角坐标系；获取系留无人机在三维直角坐标系中的坐标并标记为实时坐标；当实时坐标与预设坐标一致时，则判定系留无人机达到预设位置，放线器停止系留电缆的释放，同时系留无人机开始采集工作；当系留无人机完成采集工作之后发送采集完成信号至放线器，通过放线器控制系留电缆的回收；放线器根据处理器发送的信号控制系留电缆的收放来调整系留无人机的位置，在采集工作完成后能够自动回收系留电缆，并通过三维坐标系确定系留无人机是否到达预设位置，使得系留无人机在水下的位置更加直观准确；

2、本发明设置了自检模块，该设置用于对系留系统和系留无人机进行自检；获取系统自检系数WZPX；当系统自检系数WZPX满足0<WZPX≤K1时，则判定系留系统需要维护，通过处理器发送系统维护信号至预警显示模块；获取无人机自检评估系数WZPX；当无人机自检评估系数WZPX满足0<WZPX≤K2时，则判定无人机需要维护，通过处理器发送无人机维护信号至预警显示模块；当0< XZPX≤K1，且0<WZPX≤K2时，则判定系留系统及系留无人机出现运行故障，通过处理器发送红色预警信号至预警显示模块；通过系统自检系数和无人机自检系数的单独分析，以及对二者的联合分析判断系留系统以及系留无人机的状态，能够快速准确地确定故障原因及位置，有助于提高水体采集的效率；

3、本发明设置了电源模块，该设置为系留无人机直接提供电力，同时为备用电源进行充电；处理器发送供电信号至电源模块；电源模块接收到供电信号之后通过系留电缆为系留无人机进行供电；获取备用电源的剩余电量，并将剩余电量标记为BSD；当剩余电量为BSD满足为0≤BSD<L1时，则判定备用电源的剩余电量不足，通过电源模块和系留电缆为备用电源充电，当备用电源电量充满时，停止对备用电源的充电；电源模块不仅对系留无人机直接供电，还能够根据备用电源的剩余电量对其进行自动充电，能够提高系留无人机的工作时长，避免因系留电缆故障而导致系留无人机无法工作。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种无人机水下250米定向采集水体系留系统，包括系留系统，系留系统包括处理器、电源模块、放线器、自检模块、数据存储模块和预警显示模块；电源模块、放线器、自检模块、数据存储模块、预警显示模块与处理器线性连接；

系留系统通过系留电缆连接有系留无人机；系留电缆为光电复合缆，为系留无人机提供电力供给的同时保证系留无人机与系留系统的通信；系留系统和系留无人机均设置有无线通信模块；

系留无人机设置有采样瓶、稳压模块、投放回收控制模块和备用电源。

进一步地，系留无人机在水下工作过程中，当系留电缆出现故障时，则启动无线通信模块进行通信。

进一步地，放线器用于控制系留电缆的收放，具体控制步骤为：

步骤X1：处理器发送电缆释放信号至放线器；放线器接收到电缆释放信号之后开始释放系留电缆，同时以系留系统所在位置为圆心建立三维直角坐标系；

步骤X2：获取系留无人机在三维直角坐标系中的坐标并标记为实时坐标；当实时坐标与预设坐标一致时，则判定系留无人机达到预设位置，放线器停止系留电缆的释放，同时系留无人机开始采集工作；预设坐标和预设位置存储与数据存储模块中，预设位置在三维直角坐标系中的坐标即为预设坐标；

步骤X3：当系留无人机完成采集工作之后发送采集完成信号至放线器，通过放线器控制系留电缆的回收。

进一步地，自检模块用于对系留系统和系留无人机进行自检，包括系统自检单元和无人机自检单元，具体自检步骤为：

步骤C1：通过系统自检单元获取系统自检信息；系统自检信息包括电源模块与系留电缆接头处的泄漏 电流DUx、系留电缆与系留无人机接头处的泄漏 电流XUx、系留电缆的使用时长SYS；通过公式

获取系统自检系数XZPX；其中β1和β2为预设比例系数，且β1和β2均大于0；当系统自检系数XZPX满足0＜XZPX≤K1时，则判定系留系统需要维护，通过处理器发送系统维护信号至预警显示模块；其中K1为预设系统自检系数阈值；

步骤C2：通过无人机自检单元获取在预设位置无人机内部受到的压力总和 YZ、备用电池使用时长BSS和系留无人机的使用时长WSS；通过公式

获取无人机自检评估系数WZPX；其中β3和β4 为预设比例系数，且β3和β4均大于0；当无人机自检评估系数WZPX满足0＜WZPX≤K2时，则判定无人机需要维护，通过处理器发送无人机维护信号至预警显示模块；其中K2为预设无人机自检评估系数阈值；

步骤C3：当0＜XZPX≤K1，且0＜WZPX≤K2时，则判定系留系统及系留无人机出现运行故障，通过处理器发送红色预警信号至预警显示模块；

步骤C4：通过处理器将系统维护信号发送记录、无人机维护信号发送记录和红色预警信号发送记录发送至数据存储模块进行存储。

进一步地，采集工作的具体工作步骤为：

步骤X21：当系留无人机所在位置与预设位置一致时，获取系留无人机所在位置的水流速度和系留无人机自身的振动幅度，并将水流速度和振动幅度标记为SS和ZF；通过公式CPX＝α1×SS×e^α2×ZF获取采集评估系数CPX；其中α1和α2为预设比例系数，且α1和α2均大于0，e为自然常数；

步骤X22：当采集评估系数CPX满足0＜CPX≤L2时，则判定系留无人机所处环境适合水体采集，通过投放回收控制模块投放采样瓶，经过时间T1后，回收采样瓶，采集工作完成；其中L2为预设采集评估系数阈值，T1为预设时间阈值；

步骤X23：通过处理器将水流速度、振动幅度和采集评估系数发送至数据存储模块进行存储。

进一步地，电源模块为系留无人机直接提供电力，同时为备用电源进行充电，具体工作步骤为：

步骤Z1：处理器发送供电信号至电源模块；电源模块接收到供电信号之后通过系留电缆为系留无人机进行供电；

步骤Z2：获取稳压模块输出端的输出电压，当输出电压与预设稳压输出电压进行对比匹配，当匹配结果不一致时，则判定供电线路故障，对电源模块、系留电缆和稳压模块的状态进行检测；当匹配结果一致时，获取备用电源的剩余电量，并将剩余电量标记为BSD；预设稳压输出电压存储于数据存储模块中；

步骤Z3：当剩余电量为BSD满足为0≤BSD<L1时，则判定备用电源的剩余电量不足，通过电源模块和系留电缆为备用电源充电，当备用电源电量充满时，停止对备用电源的充电；其中BSD为预设剩余电量阈值，且存储与数据存储模块汇总，L1预设剩余电量阈值；

步骤Z4：获取备用电源的剩余循环次数，当剩余循环次数小于预设循环次数下限值时，则判定备用电源需要更换，通过处理器发送备用电源更换信号至预警显示模块；

步骤Z5：通过处理器将剩余循环次数和备用电源更换信号发送记录发送至数据存储模块进行存储。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况设定。

本发明的工作原理：

处理器发送电缆释放信号至放线器；所述放线器接收到电缆释放信号之后开始释放系留电缆，同时以系留系统所在位置为圆心建立三维直角坐标系；获取系留无人机在三维直角坐标系中的坐标并标记为实时坐标；当实时坐标与预设坐标一致时，则判定系留无人机达到预设位置，放线器停止系留电缆的释放，同时系留无人机开始采集工作；当系留无人机完成采集工作之后发送采集完成信号至放线器，通过放线器控制系留电缆的回收；

通过系统自检单元获取系统自检信息；获取系统自检系数XZPX；当系统自检系数XZPX满足0<XZPX≤K1时，则判定系留系统需要维护，通过处理器发送系统维护信号至预警显示模块；通过无人机自检单元获取在预设位置无人机内部受到的压力总和YZ、备用电池使用时长BSS和系留无人机的使用时长WSS；获取无人机自检评估系数WZPX；当无人机自检评估系数WZPX满足0< WZPX≤K2时，则判定无人机需要维护，通过处理器发送无人机维护信号至预警显示模块；当0<WZPX≤K1，且0<WZPX≤K2时，则判定系留系统及系留无人机出现运行故障，通过处理器发送红色预警信号至预警显示模块；

处理器发送供电信号至电源模块；电源模块接收到供电信号之后通过系留电缆为系留无人机进行供电；获取稳压模块输出端的输出电压，当输出电压与预设稳压输出电压进行对比匹配，当匹配结果不一致时，则判定供电线路故障，对电源模块、系留电缆和稳压模块的状态进行检测；当匹配结果一致时，获取备用电源的剩余电量，并将剩余电量标记为BSD；当剩余电量为BSD满足为0≤ BSD<L1时，则判定备用电源的剩余电量不足，通过电源模块和系留电缆为备用电源充电，当备用电源电量充满时，停止对备用电源的充电；获取备用电源的剩余循环次数，当剩余循环次数小于预设循环次数下限值时，则判定备用电源需要更换，通过处理器发送备用电源更换信号至预警显示模块。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无人机水下250米定向采集水体系留系统，其特征在于，包括系留系统，所述系留系统包括处理器、电源模块、放线器、自检模块、数据存储模块和预警显示模块；所述电源模块、放线器、自检模块、数据存储模块、预警显示模块与处理器线性连接；

所述系留系统通过系留电缆连接有系留无人机；所述系留电缆为光电复合缆；所述系留系统和系留无人机均设置有无线通信模块；

所述系留无人机设置有采样瓶、稳压模块、投放回收控制模块和备用电源；

所述放线器用于控制系留电缆的收放，具体控制步骤为：

步骤X1：处理器发送电缆释放信号至放线器；所述放线器接收到电缆释放信号之后开始释放系留电缆，同时以系留系统所在位置为圆 心建立三维直角坐标系；

步骤X2：获取系留无人机在三维直角坐标系中的坐标并标记为实时坐标；当实时坐标与预设坐标一致时，则判定系留无人机达到预设位置，放线器停止系留电缆的释放，同时系留无人机开始采集工作；所述预设坐标和预设位置存储与数据存储模块中，所述预设位置在三维直角坐标系中的坐标即为预设坐标；

步骤X3：当系留无人机完成采集工作之后发送采集完成信号至放线器，通过放线器控制系留电缆的回收；

所述自检模块用于对系留系统和系留无人机进行自检，包括系统自检单元和无人机自检单元，具体自检步骤为：

步骤C1：通过系统自检单元获取系统自检信息；所述系统自检信息包括电源模块与系留电缆接头处的泄漏 电流DUx、系留电缆与系留无人机接头处的泄漏 电流XUx、系留电缆的使用时长SYS；通过公式

获取系统自检系数XZPX；其中β1和β2为预设比例系数，且β1和β2均大于0；当系统自检系数XZPX满足0＜XZPX≤K1时，则判定系留系统需要维护，通过处理器发送系统维护信号至预警显示模块；其中K1为预设系统自检系数阈值；

步骤C2：通过无人机自检单元获取在预设位置无人机内部受到的压力总和YZ、备用电池使用时长BSS和系留无人机的使用时长WSS；通过公式

获取无人机自检评估系数WZPX；其中β3和β4为预设比例系数，且β3和β4均大于0；当无人机自检评估系数WZPX满足0＜WZPX≤K2时，则判定无人机需要维护，通过处理器发送无人机维护信号至预警显示模块；其中K2为预设无人机自检评估系数阈值；

步骤C3：当0＜XZPX≤K1，且0＜WZPX≤K2时，则判定系留系统及系留无人机出现运行故障，通过处理器发送红色预警信号至预警显示模块；

步骤C4：通过处理器将系统维护信号发送记录、无人机维护信号发送记录和红色预警信号发送记录发送至数据存储模块进行存储。

2.根据权利要求1所述的一种无人机水下250米定向采集水体系留系统，其特征在于，所述系留无人机在水下工作过程中，当系留电缆出现故障时，则启动无线通信模块进行通信。

3.根据权利要求1所述的一种无人机水下250米定向采集水体系留系统，其特征在于，所述电源模块为系留无人机直接提供电力，同时为备用电源进行充电，具体工作步骤为：

步骤Z1：处理器发送供电信号至电源模块；电源模块接收到供电信号之后通过系留电缆为系留无人机进行供电；

步骤Z2：获取稳压模块输出端的输出电压，当输出电压与预设稳压输出电压进行对比匹配，当匹配结果不一致时，则判定供电线路故障，对电源模块、系留电缆和稳压模块的状态进行检测；当匹配结果一致时，获取备用电源的剩余电量，并将剩余电量标记为BSD；所述预设稳压输出电压存储于数据存储模块中；

步骤Z3：当剩余电量为BSD满足为0≤BSD＜L1时，则判定备用电源的剩余电量不足，通过电源模块和系留电缆为备用电源充电，当备用电源电量充满时，停止对备用电源的充电；其中BSD为预设剩余电量阈值，且存储与数据存储模块汇总，L1预设剩余电量阈值；

步骤Z4：获取备用电源的剩余循环次数，当剩余循环次数小于预设循环次数下限值时，则判定备用电源需要更换，通过处理器发送备用电源更换信号至预警显示模块；

步骤Z5：通过处理器将剩余循环次数和备用电源更换信号发送记录发送至数据存储模块进行存储。

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