CN112363466A - 一种集群式油污回收控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋环保技术领域，具体涉及一种集群式油污回收控制方法及系统，所述系统包括：船体模块、分别与船体模块连接的溢油检测无人机和溢油回收模块，所述方法包括：船体模块接收到包含目的地信息的溢油回收控制指令后，搭载溢油检测无人机和溢油回收模块航行到所述目的地；当船体模块航行到所述目的地后，触发溢油检测无人机采集目的地区域的图像信息；溢油检测无人机根据所述图像信息确定溢油区域，并将所述溢油区域的信息上报给所述船体模块；当船体模块接收到所述溢油区域的信息后，向溢油回收模块发送回收指令；溢油回收模块响应所述回收指令对所述溢油区域的油污进行回收，本发明可以提高对油污的搜索效率，节省油污回收的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及海洋环境检测和保护技术领域，具体涉及一种集群式油污回收控制方法及系统。
背景技术
为应对海上石油泄漏事故，现有的溢油处理方法主要包括化学法、物理法、物理和化学组合法、生物复原法等，通常需要借助溢油回收船进行作业。
传统溢油回收船的作业方式，人力成本较高、搜索效率低、且操作危险性高；此外，传统溢油回收船之间都是单独作业，不能形成协同效应，自动化作业程度不高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种集群式油污回收控制方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种集群式油污回收控制系统，所述系统包括：船体模块、溢油检测无人机和溢油回收模块；
所述船体模块通过无线网络分别与所述溢油检测无人机和溢油回收模块通信连接；
所述船体模块包括甲板、以及设置于所述甲板下方的下舱室，所述甲板用于搭载溢油检测无人机，所述下舱室用于装载溢油回收模块，所述溢油回收模块包括多个潜航器；
所述溢油检测无人机，用于采集检测区域的图像信息，根据所述图像信息确定溢油区域，并将所述溢油区域上报给所述船体模块；
所述溢油回收模块，用于响应所述船体模块发送的回收指令，控制所述多个潜航器对所述溢油区域的油污进行回收，所述回收指令包含所述溢油区域。
进一步，溢油检测无人机搭载有图像采集装置、溢油识别装置和通讯装置；
所述图像采集装置用于采集检测区域的图像信息，溢油识别装置用于根据所述图像信息确定溢油区域，所述通讯装置用于将所述溢油区域发送给所述船体模块。
进一步，每个所述潜航器均设置有信号收发装置，多个潜航器之间通过各自的信号收发装置进行无线通讯。
进一步，所述溢油回收模块具体用于：
控制所述多个潜航器对所述溢油区域进行实时检测，根据检测的结果确定所述溢油区域的边界形状；
根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，控制多个所述潜航器按所述排布阵列进行排布，以使所述多个潜航器对溢油区域形成包围圈；
控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收。
一种集群式油污回收控制方法，应用于上述任一所述的集群式油污回收控制系统，所述方法包括以下步骤：
船体模块接收到包含目的地信息的溢油回收控制指令后，搭载溢油检测无人机和溢油回收模块航行到所述目的地；
当船体模块航行到所述目的地后，触发溢油检测无人机采集目的地区域的图像信息；
溢油检测无人机根据所述图像信息确定溢油区域，并将所述溢油区域的信息上报给所述船体模块；
当船体模块接收到所述溢油区域的信息后，向溢油回收模块发送回收指令，所述回收指令包含所述溢油区域；
溢油回收模块响应所述回收指令，对所述溢油区域的油污进行回收。
进一步，所述对所述溢油区域的油污进行回收，包括：
控制所述多个潜航器对所述溢油区域进行实时检测，根据检测的结果确定所述溢油区域的边界形状；
根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，控制多个所述潜航器按所述排布阵列进行排布，以使所述多个潜航器对溢油区域形成包围圈；
控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收。
进一步，所述根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，具体为：
当所述溢油区域的边界形状为圆形时，在所述圆形的圆心处布置一艘潜航器，围绕所述圆心形成多圈潜航器编队，每圈潜航器编队均等间距布置有多艘潜航器，最外围的一圈潜航器编队位于所述圆形的圆边；
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，在所述矩形的每条边均布置多艘潜航器。
进一步，所述控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收，包括：
当所述溢油区域的边界形状为圆形时，多圈潜航器编队同时绕圆心逆时针或顺时针移动，以对溢油区域的油污进行回收。
进一步，所述控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收，还包括：
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，控制所述多艘潜航器按所述边界排列成矩形编队，从所述多艘潜航器中确定所述矩形编队的队头，控制所述矩形编队的队头朝所述边界的内圈运行，以引导所述矩形编队缩小所述矩形编队包围的区域，直至所述矩形编队的队头到达所述溢油区域的中心区域。
进一步，所述控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收，还包括：
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，在所述边界的一对边上布置数量为N1的潜航器，以对所述边界的一对边上的溢油进行回收；在所述边界的另一对边上布置数量为N2的潜航器，形成两排潜航器编队，控制所述两排潜航器编队相向行驶，并控制所述两排潜航器编队在行驶过程中对溢油区域的油污进行回收，直到所述两排潜航器编队会合；其中，N1小于N2。
本发明的有益效果是：本发明公开一种集群式油污回收控制方法及系统，将船体模块作为母船可搭载溢油检测无人机、溢油回收模块出海，并实现所搭载的溢油检测无人机、溢油回收模块自动、快速部署，极大节省了油污回收的工作量。借助溢油检测无人机的高空视野，为所述船体模块、溢油回收模块提供了油污位置信息。此外，由于溢油检测无人机所处高度最高，是良好的空中通信中继节点，可增强集群式油污回收控制系统的通信覆盖面积，提高对油污的搜索效率。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种集群式油污回收控制系统的结构框图；
图2是本发明实施例中一种集群式油污回收控制的现场示意图；
图3是本发明实施例中一种集群式油污回收控制方法的流程示意图；
图4是本发明实施例中所述溢油区域的边界形状为圆形时的布置示意图；
图5是本发明实施例中所述溢油区域的边界形状为矩形时的回收示意图；
图6是本发明实施例中所述溢油区域的边界形状为矩形时的布置示意图；
图7是本发明实施例中所述溢油区域的边界形状为矩形时的另一回收示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本申请的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参考图1和图2，本申请实施例提供一种集群式油污回收控制系统，所述系统包括：船体模块、溢油检测无人机和溢油回收模块；
所述船体模块通过无线网络分别与所述溢油检测无人机和溢油回收模块通信连接；
所述船体模块包括甲板、以及设置于所述甲板下方的下舱室，所述甲板用于搭载溢油检测无人机，所述下舱室用于装载溢油回收模块，所述溢油回收模块包括多个潜航器；
所述溢油检测无人机，用于采集检测区域的图像信息，根据所述图像信息确定溢油区域，并将所述溢油区域上报给所述船体模块；
所述溢油回收模块，用于响应所述船体模块发送的回收指令，控制所述多个潜航器对所述溢油区域的油污进行回收，所述回收指令包含所述溢油区域。
本发明提供的实施例中，船体模块与溢油回收模块和溢油检测无人机通过无线网络通信连接，组建为无线通讯网络；从而搭建一种立体侦察、无人协同、自主回收的集群式油污回收系统，通过溢油检测无人机对水面溢油区域进行检测，溢油回收模块响应所述船体模块发送的回收指令，对所述溢油区域的油污进行回收，可自主回收溢油和自主返航；所述船体模块作为母船可搭载溢油检测无人机、溢油回收模块出海，并实现所搭载的溢油检测无人机、溢油回收模块自动、快速部署，相比人工海上布放溢油回收设备的方式，极大节省了工作量。所述船体模块作为海上稳定可靠的无人平台，可根据溢油检测无人机所探测感知到的数据，针对目标区域开展油污跟踪、辨别等操作。借助溢油检测无人机的高空视野，为所述船体模块、溢油回收模块提供了油污位置信息。此外，由于溢油检测无人机所处高度最高，可增强集群式油污回收控制系统的通信覆盖面积，是良好的空中通信中继节点。
在一个改进的实施例中，所述船体模块为小水线面变结构半潜式无人航行器。所述船体模块包括自主巡航控制系统和动力系统。所述航行器为结构可变的小水线面双体船，当溢油回收模块回收溢油时，所述溢油回收模块与水面接触，航行器由小水线面双体船转换为三体船；所述自主巡航控制系统用于控制所述航行器的航行，所述动力系统用于为所述航行器提供动力，所述动力系统为船体铺设单晶硅太阳能板。
在一个改进的实施例中，所述溢油检测无人机搭载有图像采集装置、溢油识别装置和通讯装置；
所述图像采集装置用于采集检测区域的图像信息，溢油识别装置用于根据所述图像信息确定溢油区域，所述通讯装置用于将所述溢油区域发送给所述船体模块。
在一个改进的实施例中，溢油回收模块设置有定位装置，所述定位装置为平台本体上的激光雷达和声呐。
在一个改进的实施例中，所述船体模块、溢油检测无人机和溢油回收模块均配置有用于推动运行的推进装置；其中，所述船体模块和溢油回收模块以螺旋桨推进器作为推进装置，所述溢油检测无人机以四旋翼为推进装置。
在一个改进的实施例中，每个所述潜航器均设置有信号收发装置，多个潜航器之间通过各自的信号收发装置进行无线通讯。
例如，多个潜航器之间采用Mesh组网或海洋卫星等方式进行无线通讯。多个潜航器作为无线网络中的网络节点，指令在多个潜航器之间以跳传的方式进行传输，信号收发装置为具有网络接口的无线模块；从而可采用移动式组网的方式进行溢油回收。
在一个改进的实施例中，所述溢油回收模块具体用于：
控制所述多个潜航器对所述溢油区域进行实时检测，根据检测的结果确定所述溢油区域的边界形状；
根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，控制多个所述潜航器按所述排布阵列进行排布，以使所述多个潜航器对溢油区域形成包围圈；
控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收。
本实施例中，首先控制多个所述潜航器对现场油污区域进行实时检测，具体确定溢油范围；从而根据具体溢油范围进一步进行集群式溢油回收，保证油污的彻底清洁。
本发明提供的溢油回收模块能够自主到达溢油区域，可以是近海岸地区也可以是远离海岸地区，以集群式高效率回收溢油，当完成油污回收后，所述溢油回收模块自主返航到所述船体模块，减少石油的污染和浪费。
参考图3，本发明实施例还提供一种集群式油污回收控制方法，应用于上述任一实施例所述的集群式油污回收控制系统，所述方法包括以下步骤：
步骤S100、船体模块接收到包含目的地信息的溢油回收控制指令后，搭载溢油检测无人机和溢油回收模块航行到所述目的地；
在一实施例中，地面控制站包括操作平台，所述操作平台用于在船体模块出发时向其下达目的地指令。
步骤S200、当船体模块航行到所述目的地后，触发溢油检测无人机采集目的地区域的图像信息；
步骤S300、溢油检测无人机根据所述图像信息确定溢油区域，并将所述溢油区域的信息上报给所述船体模块；
步骤S400、当船体模块接收到所述溢油区域的信息后，向溢油回收模块发送回收指令；其中，所述回收指令包含所述溢油区域；
步骤S500、溢油回收模块响应所述回收指令，对所述溢油区域的油污进行回收。
在一个改进的实施例中，步骤S500中，所述对所述溢油区域的油污进行回收，包括：
步骤S510、控制所述多个潜航器对所述溢油区域进行实时检测，根据检测的结果确定所述溢油区域的边界形状；
步骤S520、根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，控制多个所述潜航器按所述排布阵列进行排布，以使所述多个潜航器对溢油区域形成包围圈；
步骤S530、控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收。
本实施例中，首先控制多个所述潜航器对现场油污区域进行实时检测，具体确定溢油范围；从而根据具体溢油范围进一步进行集群式溢油回收，保证油污的彻底清洁。
本发明提供的溢油回收模块能够自主到达溢油区域，可以是近海岸地区也可以是远离海岸地区，以集群式高效率回收溢油，当完成油污回收后，所述溢油回收模块自主返航到所述船体模块，减少石油的污染和浪费。
在一个改进的实施例中，步骤S520中，所述根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，具体为：
当所述溢油区域的边界形状为圆形时，在所述圆形的圆心处布置一艘潜航器，围绕所述圆心形成多圈潜航器编队，每圈潜航器编队均等间距布置有多艘潜航器，最外围的一圈潜航器编队位于所述圆形的圆边；
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，在所述矩形的每条边均布置多艘潜航器。
在一个改进的实施例中，所述步骤S530包括：
当所述溢油区域的边界形状为圆形时，多圈潜航器编队同时绕圆心逆时针或顺时针移动，以对溢油区域的油污进行回收。
如图4所示，当所述溢油区域的边界形状为圆形时，多圈潜航器编队如图5所示布置，当进行油污检测时，多艘所述潜航器同时绕圆心逆时针或顺时针移动，以对溢油区域的油污进行回收。
在一个改进的实施例中，所述步骤S530还包括：
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，控制所述多艘潜航器按所述边界排列成矩形编队，从所述多艘潜航器中确定所述矩形编队的队头，控制所述矩形编队的队头朝所述边界的内圈运行，以引导所述矩形编队缩小所述矩形编队包围的区域，直至所述矩形编队的队头到达所述溢油区域的中心区域。
在一个优选的实施例中，所述从所述多艘潜航器中确定所述矩形编队的队头，具体为：将所述矩形编队中与矩形转角的潜航器相邻的潜航器作为所述矩形编队的队头。
通过选取所述矩形编队中与矩形转角的潜航器相邻的潜航器作为所述矩形编队的队头，使得矩形编队的运行路径最紧密，从而保证对溢油区域的溢油进行最全面的回收。
如图5所示，当所述溢油区域的边界形状为矩形时，潜航器会沿着图中引线前进回收，每一艘潜航器都会对前一艘潜航器途经区域重复回收，直至所述矩形编队的队头到达所述溢油区域的中心区域，所述矩形编队将溢油全部回收后反向返回母船。
在一个改进的实施例中，所述步骤S530还包括：
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，在所述边界的一对边上布置数量为N1的潜航器，以对所述边界的一对边上的溢油进行回收；在所述边界的另一对边上布置数量为N2的潜航器，形成两排潜航器编队，控制所述两排潜航器编队相向行驶，并控制所述两排潜航器编队在行驶过程中对溢油区域的油污进行回收，直到所述两排潜航器编队会合；其中，N1小于N2。
如图6所示，当所述溢油区域的边界形状为矩形时，在所述矩形的上下两边布置更多数量的潜航器，成排向矩形的区域中心运动，以对溢油区域的油污进行回收；在所述矩形的左右两边布置少量的潜航器，对漂移到两侧的溢油进行回收，直到如图7所示，所述两排潜航器编队到达矩形的中心线进行会合，将溢油全部回收后返回母船。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种集群式油污回收控制系统，其特征在于，所述系统包括：船体模块、溢油检测无人机和溢油回收模块；
所述船体模块通过无线网络分别与所述溢油检测无人机和溢油回收模块通信连接；
所述船体模块包括甲板、以及设置于所述甲板下方的下舱室，所述甲板用于搭载溢油检测无人机，所述下舱室用于装载溢油回收模块，所述溢油回收模块包括多个潜航器；
所述溢油检测无人机，用于采集检测区域的图像信息，根据所述图像信息确定溢油区域，并将所述溢油区域上报给所述船体模块；
所述溢油回收模块，用于响应所述船体模块发送的回收指令，控制所述多个潜航器对所述溢油区域的油污进行回收，所述回收指令包含所述溢油区域。
2.根据权利要求1所述的集群式油污回收控制系统，其特征在于，溢油检测无人机搭载有图像采集装置、溢油识别装置和通讯装置；
所述图像采集装置用于采集检测区域的图像信息，溢油识别装置用于根据所述图像信息确定溢油区域，所述通讯装置用于将所述溢油区域发送给所述船体模块。
3.根据权利要求2所述的集群式油污回收控制系统，其特征在于，每个所述潜航器均设置有信号收发装置，多个潜航器之间通过各自的信号收发装置进行无线通讯。
4.根据权利要求3所述的集群式油污回收控制系统，其特征在于，所述溢油回收模块具体用于：
控制所述多个潜航器对所述溢油区域进行实时检测，根据检测的结果确定所述溢油区域的边界形状；
根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，控制多个所述潜航器按所述排布阵列进行排布，以使所述多个潜航器对溢油区域形成包围圈；
控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收。
5.一种集群式油污回收控制方法，应用于权利要求1至4任一所述的集群式油污回收控制系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
船体模块接收到包含目的地信息的溢油回收控制指令后，搭载溢油检测无人机和溢油回收模块航行到所述目的地；
当船体模块航行到所述目的地后，触发溢油检测无人机采集目的地区域的图像信息；
溢油检测无人机根据所述图像信息确定溢油区域，并将所述溢油区域的信息上报给所述船体模块；
当船体模块接收到所述溢油区域的信息后，向溢油回收模块发送回收指令，所述回收指令包含所述溢油区域；
溢油回收模块响应所述回收指令，对所述溢油区域的油污进行回收。
6.根据权利要求5所述的集群式油污回收控制方法，其特征在于，所述对所述溢油区域的油污进行回收，包括：
控制所述多个潜航器对所述溢油区域进行实时检测，根据检测的结果确定所述溢油区域的边界形状；
根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，控制多个所述潜航器按所述排布阵列进行排布，以使所述多个潜航器对溢油区域形成包围圈；
控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收。
7.根据权利要求6所述的集群式油污回收控制方法，其特征在于，所述根据所述边界形状确定所述多个潜航器的排布阵列，具体为：
当所述溢油区域的边界形状为圆形时，在所述圆形的圆心处布置一艘潜航器，围绕所述圆心形成多圈潜航器编队，每圈潜航器编队均等间距布置有多艘潜航器，最外围的一圈潜航器编队位于所述圆形的圆边；
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，在所述矩形的每条边均布置多艘潜航器。
8.根据权利要求7所述的集群式油污回收控制方法，其特征在于，所述控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收，包括：
当所述溢油区域的边界形状为圆形时，多圈潜航器编队同时绕圆心逆时针或顺时针移动，以对溢油区域的油污进行回收。
9.根据权利要求7所述的集群式油污回收控制方法，其特征在于，所述控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收，还包括：
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，控制所述多艘潜航器按所述边界排列成矩形编队，从所述多艘潜航器中确定所述矩形编队的队头，控制所述矩形编队的队头朝所述边界的内圈运行，以引导所述矩形编队缩小所述矩形编队包围的区域，直至所述矩形编队的队头到达所述溢油区域的中心区域。
10.根据权利要求7所述的集群式油污回收控制方法，其特征在于，所述控制所述多个潜航器对溢油区域的油污进行回收，还包括：
当所述溢油区域的边界形状为矩形时，在所述边界的一对边上布置数量为N1的潜航器，以对所述边界的一对边上的溢油进行回收；在所述边界的另一对边上布置数量为N2的潜航器，形成两排潜航器编队，控制所述两排潜航器编队相向行驶，并控制所述两排潜航器编队在行驶过程中对溢油区域的油污进行回收，直到所述两排潜航器编队会合；其中，N1小于N2。
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