CN112389593A - 风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，包括船体、动力系统、控制系统以及立体探测系统，所述船体具有承载功能，用于承载所述动力系统、控制系统以及立体探测系统，所述动力系统安装在所述船体上并为所述船体的行进提供动力，所述控制系统安装在所述船体上并与所述动力系统信号连接，所述立体探测系统用于采集环境信息并与所述控制系统信号连接，本发明通过采用风能和太阳能混合供电的方式，解决了常规无人船续航能力有限的问题，有效保障了无人船长周期作业的能力，同时系留无人机系统能够实现无人船空海立体监测能力并为无人船提供了更为灵活的视野，实现了海空一体的特定海域大面积巡航和定点观测，提高了装置的实用性。

Description

风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船
技术领域
本发明涉及无人船领域，具体地，涉及一种风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，尤其涉及一种风能太阳能混合驱动的搭载系留无人机的海空立体监测船。
背景技术
近年来，海上无人系统得到了快速发展。其中，无人船具有机动性强、安全性高、隐蔽性好等突出优点，在海洋防务和海洋探测两个大方向上得到了初步的应用，但是仍然缺乏在远海进行长航程自主作业、无需母船支持的无人监测船。
实现无人船在远海自主作业所面临的主要难题包括两点，其一是长航程作业缺少能源补给，现阶段大部分无人船都是以燃油或者电池作为能源，续航能力有限，不能满足长期海洋探测需求。第二个难题是海洋环境下水面感知能力受限，无人船上搭载的感知传感器距离水面高度较低，易受波浪抨击影响，且视野有限。因此，能够在远海自主作业的无人船需要同时具备长时间作业所需的续航力和应对复杂海洋环境的多维度立体环境感知能力。
公开号为CN110091976A的中国专利，公开了“一种风光互补驱动水面无人艇”，这种无人艇在船体一前一后利用两台采用H型叶片的垂直轴风力机来捕获风能发电，在主船体中央开有一喇叭形孔，其中放置圆形的单晶硅太阳能板来利用太阳能发电，可实现无人船的长航程续航力。现有技术的不足之处：采用垂直轴风力机来利用风能发电，发电效率低，很难满足无人船的各类设备用电需求，且无法协调发电功率和船舶航行快速性的平衡；只在船体中央开一喇叭形孔放置太阳能板，太阳能板布置面积小，发电功率小，很难满足无人船的设备用电需求；无人船缺乏恶劣海况下的自适应稳性调节能力，生存能力差；无人船缺乏对周围环境信息的立体感知能力，在复杂海洋环境下易发生传感器失效导致的感知受限问题。
授权公告号为CN205738030U的中国专利，公开了“一种新型风光互补供能无人帆船及其控制方法”，这种无人帆船利用太阳能直接发电与风能间接发电互补发电系统来实现无人船的长航程续航力。现有技术的不足之处：采用风帆作为主要推进装置，电推进作为次要推进装置，由于风帆推进的特殊性，很难保持无人船的航向稳定性，因此这种无人船无法执行对航行轨迹保持能力要求较高的海洋监测任务如需要无人船搭载多波束测深成像仪的海底地形地貌测绘任务等；翼帆会在船体上形成阴影，降低太阳能板的发电功率，难以满足无人船的设备用电需求；无人船缺乏恶劣海况下的自适应稳性调节能力，且风帆导致的风倾力矩更大，由此导致无人船生存能力差；无人船缺乏对周围环境信息的立体感知能力，在复杂海洋环境下易发生传感器失效导致的感知受限问题。
公开号为CN108945342A的专利公布了“一种无人船搭载无人机的海上搜救设备”，涉及海上救援技术领域，更具体的说是涉及一种无人船搭载无人机的海上搜救设备。该专利方案利用无人船搭载无人机，发挥无人机机动性强视野灵活和无人船负载能力强的优势，提高了无人机海上搜救能力，扩大了无人机海上搜救范围。但上述技术方案存在以下技术问题：该无人船存在续航性差的问题，搜救范围较小；无人机无法进行单次长时间的工作，目前普通多旋翼无人机的续航时间一般小于0.5h，如果搭载其他功能的设备该时间还将缩短，这就导致了该发明在搜救范围上有一定的限制，无法实现远距离、大范围作业。
公开号为CN110104139A的专利公布了“一种无人船搭载无人机的海上巡逻设备及其使用方法”，涉及海上巡逻设备及其使用方法。该专利方案采用太阳能板提高无人船的续航力，采用无人机电池自动更换充电系统来提高无人机的续航。但是该技术方案存在以下缺陷：搜救船的应用场景往往是水上安全事故发生后的黄金救援时间，搜救速度和效率应当是技术方案的最高优先级，该专利方案采用无人机来提高无人船的三维立体感知能力，无人机通过无人船上的电池自动更换充电系统实现降落充电提高续航，该方案仍然需要浪费大量珍贵的搜救时间用于无人机的重复起飞降落以及停泊充电，且更换电池、充电和起飞降落等环节控制难度高。
鉴于现有技术中存在的诸多缺陷，需要设计一种新的设备以解决现有技术的不足。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船。
根据本发明提供的一种风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，包括：
船体，具有承载功能；
动力系统，安装在所述船体上并为所述船体的行进提供动力；
控制系统，安装在所述船体上并与所述动力系统信号连接；
立体探测系统，用于采集环境信息并与所述控制系统信号连接。
优选地，所述动力系统所需的电能来自于自身所具有的光伏发电系统和风力机。
优选地，所述光伏发电系统采用可展开式太阳能板并通过所述控制系统实时修正所述太阳能板的朝向以获得对太阳能最大功率的追踪。
优选地，所述风力机采用可升降式导管型风力机并通过所述的控制系统调节所述风力机的高度用于匹配相对应的发电功率以及所述船体的航行速度。
优选地，所述风力机通过自身配置的转向连接件实现始终正对来风方向。
优选地，所述立体探测系统被配置成包括用于环境信息采集的传感探测设备以及用于重心高度调节的可调节型负载机构，其中，所述传感探测设备被设置在所述述立体探测系统所具有的系留无人机上和/或所述船体上。
优选地，所述系留无人机在所述控制系统的控制下能够处于飞行状态或降落状态，其中，所述系留无人机通过自身所配置的线缆以及用于匹配所述线缆收放的线缆自适应收放绞车实现电力和数据传输。
优选地，所述可调节型负载机构通过采用电缸驱动的方式驱使自身所配置的负载设备运动以匹配目标重心高度。
优选地，所述船体包括片体以及安装在所述片体上的桁架结构；
所述桁架结构包括一体连接或分体连接的水平横向构件和侧面倾斜构件，其中水平横向构件和侧面倾斜构件夹角为110°～130°。
优选地，所述控制系统配置有包括用于通讯的数据天线以及用于输出控制命令的主控制箱。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用风能和太阳能混合驱动的方式给无人船供电，从而解决了采用燃油作为能源的常规无人船续航能力有限的问题，可以实现无人船的长航程续航力，此外克服了单一可再生能源供电的不稳定性，清洁无污染，发电效率高，可有效保障无人船的长周期作业能力。
2.本发明通过搭载可自主起降的系留无人机系统，系留无人机采用线缆实现供电和数据传输，相比普通多旋翼无人机具备无需反复降落充电的续航优势，可自主起降的系留无人机系统可实现无人船的空海立体监测能力，并为无人船提供了更为灵活的视野，且无人机搭载的传感器不再受到波浪抨击等海洋环境的影响，从而解决了船载传感器距离水面高度低易受海洋环境干扰带来的传感器失效问题。
3.本发明中安装了可升降式的导管型高效低风速风力机，导管具备对来流风整流增速的效果，解决了一般船载小型风力机功率系数低，发电效率差，启动风速高的问题，具备自动对风功能，启动风速低，功率系数高，且升降式的设计可辅助调节船体重心高度，调节船体稳性。
4.本发明中安装了负载调节机构，调节负载的下挂高度，从而可以根据海况等级自动调节船体重心高度，提高恶劣海况下无人船的生存能力，解决了一般小型无人船在恶劣海况下缺乏调节重心高度能力，生存能力差的问题，能够根据海况等级自动调节负载升降高度，降低船舶重心高度，从而提供较高的稳性保障。
5.本发明采用的倾斜式桁架结构和可展开式的太阳能光伏发电系统，能够获得更大的太阳能板布置面积，利用太阳能最大功率追踪控制器和电动推杆可以调节太阳能板角度到最佳位置，从而解决了一般太阳能驱动无人船甲板面积有限，且太阳能板无法调节导致的太阳能发电功率小，难以满足需求的问题，并有效平衡风阻，自动调节船体侧面太阳能板的展开角度，获得最大太阳能发电功率。此外，光伏发电系统还可在靠岸停泊中避免伸出船体与码头发生碰撞，结构灵活，实用性强。
6.本发明能够用于长周期的海洋大范围环境立体监测，可实现海空一体的特定海域大面积巡航和定点观测并远程传输监测信息，对于我国突破海图测绘的时空限制，获得空白区域和时段的海洋数据，提高我国海洋监测能力和海洋认知透明度具有重要意义。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的后视图；
图4为图1中可升降式的导管型高效低风速风力机示意图；
图5为图1中可展开式的太阳能光伏发电系统示意图；
图6为图3中负载调节机构示意图。
图中示出：
船体桁架结构100 第三驱动机构1001
桁架侧面倾斜构件101 负载连接件1002
桁架纵向构件102 负载套筒1003
桁架水平横向构件103 负载连接件1004
船体片体200 电动推杆1100
蓄电池300 推杆1101
推进器400 套筒1102
光伏发电系统500 套筒连接件1103
太阳能板501 第一驱动机构1104
可升降式导管型风力机600 推杆限位件1105
塔筒601 推杆连接件1106
升降套筒602 第一调节件1107
第二驱动机构603 套筒限位件1108
风机支撑立柱604 第二调节件1109
导电滑环605 铰链1110
导管型风力机606 主控制箱1200
转向连接件607 系留无人机1300
数据天线700 负载设备1400
无人机基座800 多波束测深成像仪1401
线缆自适应收放绞车900 激光测距仪1402
可调节型负载机构1000 水质传感器1403
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明提供了一种风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，如图1～图6所示，包括船体、动力系统、控制系统以及立体探测系统，所述船体具有承载功能，用于承载动力系统、控制系统以及立体探测系统，所述动力系统安装在所述船体上并为所述船体的行进提供动力，所述动力系统所需的电能来自于自身所具有的光伏发电系统500和风力机600，其中，所述光伏发电系统500采用可展开式太阳能板501并通过所述控制系统实时修正所述太阳能板501的朝向以获得对太阳能最大功率的追踪，所述风力机600采用可升降式导管型风力机并通过所述的控制系统调节所述风力机600的高度用于匹配相对应的发电功率以及所述船体的航行速度，所述风力机600通过自身配置的转向连接件607能够实现始终正对来风方向，提高发电效率。
进一步地，所述控制系统安装在所述船体上并与所述动力系统信号连接，用于控制动力系统的动作，所述控制系统配置有包括用于通讯的数据天线700以及用于输出控制命令的主控制箱1200，所述立体探测系统用于采集环境信息并与所述控制系统信号连接，所述立体探测系统将采集到的环境信息输送给控制系统，控制系统根据检测到的环境信息调整输出命令。
具体地，所述立体探测系统被配置成包括用于环境信息采集的传感探测设备以及用于重心高度调节的可调节型负载机构1000，所述可调节型负载机构1000通过采用电缸驱动的方式驱使自身所配置的负载设备1400运动以匹配目标重心高度。其中，所述传感探测设备被设置在所述述立体探测系统所具有的系留无人机1300上和/或所述船体上，所述传感探测设备中包括多种类型，包含但不限于多波束测深成像仪1401、激光测距仪1402、水质传感器1403等各类水文、气象、资源和环境探测装置，在实际应用中，应根据使用条件和任务等不同的场景的需求选择具体的种类和安装位置，以满足实际的需求。
进一步地，本发明中所述系留无人机1300在所述控制系统的控制下能够处于飞行状态或降落状态，在飞行状态下能够扩大环境信息采集的视野，其中，所述系留无人机1300通过自身所配置的线缆以及用于匹配所述线缆收放的线缆自适应收放绞车900进而能够实现电力和数据传输。
具体地，所述船体包括片体200以及安装在所述片体200上的桁架结构100，所述桁架结构100包括一体连接或分体连接的水平横向构件103和侧面倾斜构件101，其中水平横向构件103和侧面倾斜构件101夹角为110°～130°，所述太阳能板501通过电缸与水平横向构件103和/或侧面倾斜构件101活动配合实现朝向调整，可减小船体所受的到风阻力，增大太阳能板的布置面。
上面对本申请的基本实施例进行了说明，下面结合基本实施例的优选例和/或变化例，对本申请进行更为具体的说明。
实施例2：
本发明提供了一种风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，包括船体、动力系统、控制系统和立体探测系统，船体包括桁架结构100和片体200，桁架结构100为具有一定倾斜角度的多层式桁架结构，如图1、图2、图3、图5所示，片体200安装在桁架结构100下方形成多体结构。
进一步地，桁架结构100的水平横向构件103和侧面倾斜构件101之间的夹角范围优选为110°至130°之间，可减小船体所受的到风阻力，增大太阳能板的布置面积。
动力系统包括蓄电池300、推进器400、光伏发电系统500和风力机600，推进器400安装在片体200的尾部下方，光伏发电系统500和风力机600作为主要发电装置为蓄电池300充电，蓄电池300为推进器400、控制系统和立体探测系统供电。
进一步地，光伏发电系统500包括太阳能板501和电动推杆1100，如图3、图5所示，太阳能板501主要布置在桁架结构100的顶部和侧面。侧面太阳能板501和桁架结构100顶部边缘通过铰链1110转动连接，通过电动推杆1100可调节侧面太阳能板501和侧面倾斜构件103之间的角度范围，侧面太阳能板501和侧面倾斜构件103之间的角度调节范围在0°到70°之间，通过调节角度大小可实现光伏发电系统500对太阳能的最大功率追踪。
更为具体地，如图5所示，电动推杆1100包括推杆1101、套筒1102、套筒连接件1103、第一驱动机构1104、推杆限位件1105、推杆连接件1106、第一调节件1107、套筒限位件1108以及第二调节件1109，第一驱动机构1104可驱动推杆1101在套筒1102内的相对滑动；套筒限位件1108安装在桁架纵向构件102上，套筒连接件1103安装在套筒1102顶部，套筒连接件1103和套筒限位件1108之间通过第二调节件1109转动连接；推杆限位件1105安装在侧面太阳能板501下方，推杆连接件1106安装在推杆1101顶端，推杆限位件1105和推杆连接件1106之间通过第一调节件1107转动连接。通过第一驱动机构1104驱动推杆1101在套筒1102内的相对滑动可实现侧面太阳能板501和侧面倾斜构件103之间的角度变化，从而使得光伏发电系统500的发电功率保持稳定高效。
进一步地，风力机600安装在桁架结构100的顶部，可根据负载功耗需求和船体航行快速性需求调节导管型风力机高度，升高风力机可获得更高的风速和发电功率，降低风力机可以减小风轮推力提高航行快速性。
更为具体地，如图4所示，风力机600主要包括塔筒601、升降套筒602、第二驱动机构603、风机支撑立柱604、导电滑环605、导管型风力机606、转向连接件607。升降套筒602安装在桁架结构100上，第二驱动机构603可驱动塔筒601在升降套筒602内相对滑动，从而实现风力机的升降；导管型风力机606安装在风机支撑立柱604上，风机支撑立柱604和塔筒601之间通过转向连接件607转动连接，可实现自动对风，保证导管型风力机606始终正对来风；导电滑环605安装在塔筒601底部，可防止导管型风力机606转动对风时，塔筒601内部电缆发生缠绕。
控制系统包括数据天线700和主控制箱1200；数据天线700是本发明的主要通信装置；主控制箱1200集成了各类控制器如太阳能最大功率追踪器，风力机升降控制器和负载调节控制器等控制器以及微型计算机，是本发明的主要控制装置。
立体探测系统包括艇载系留无人机系统、可调节型负载机构1000和各类传感探测设备。
进一步地，系留无人机1300可降落并停留在无人机基座800上，如图2所示，通过线缆自适应收放绞车900的线缆和蓄电池300经过升压后连接从而获得持续的电力输送。系留无人机1300可搭载部分传感探测设备为本发明提供灵活视野和环境信息；可调节型负载机构1000安装在桁架结构100的底部，是各类传感探测设备的主要携带装置之一，各类传感探测设备包含但不限于多波束测深成像仪1401、激光测距仪1402以及水质传感器1403，还包括各类水文、气象、资源和环境探测装置，可根据使用条件和任务需求分别安装在可调节型结构1000底部、桁架结构100表面和系留无人机1300上。
更为具体地，如图6所示，可调节型负载机构1000包含第三驱动机构1001、负载连接件1002、负载套筒1003、负载升降杆1004。负载套筒1003和桁架结构100通过负载连接件1002连接，第三驱动机构1001驱动负载升降杆1004在负载套筒1003内相对上下移动，负载设备1400和负载升降杆1004之间通过负载连接件1002连接。可调节型负载机构1000可以将负载上下移动，实现重心高度调节。
本发明采用双体船型，具备良好的稳定性，利用风能和太阳能混合驱动，能够克服单一能源供电的不稳定性，有效保证了无人监测船的续航力，同时搭载可自主起降的系留无人机系统，结合船载和机载传感器信息融合技术，实现无人监测船的立体监测能力，从而增强环境感知能力。采用可升降式的导管型高效低风速风力机，导管可以对来流进行整流增速，降低启动风速要求，提高风力机的发电功率，可升降式的风力机设计可以辅助调节船体重心高度。采用可展开式的太阳能光伏发电系统，可以利用最大功率追踪器，自动调节船体侧面太阳能板的展开角度，获得最大太阳能发电功率。此外，光伏发电系统还可在靠岸停泊中避免伸出船体与码头发生碰撞。采用可调节型的负载系统，可以根据海况等级自动调节负载升降高度，降低船舶重心高度，从而获得较高的稳性保障。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，包括：
船体，具有承载功能；
动力系统，安装在所述船体上并为所述船体的行进提供动力；
控制系统，安装在所述船体上并与所述动力系统信号连接；
立体探测系统，用于采集环境信息并与所述控制系统信号连接。
2.根据权利要求1所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述动力系统所需的电能来自于自身所具有的光伏发电系统(500)和风力机(600)。
3.根据权利要求2所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述光伏发电系统(500)采用可展开式太阳能板(501)并通过所述控制系统实时修正所述太阳能板(501)的朝向以获得对太阳能最大功率的追踪。
4.根据权利要求2所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述风力机(600)采用可升降式导管型风力机并通过所述的控制系统调节所述风力机(600)的高度用于匹配相对应的发电功率以及所述船体的航行速度。
5.根据权利要求4所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述风力机(600)通过自身配置的转向连接件(607)实现始终正对来风方向。
6.根据权利要求1所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述立体探测系统被配置成包括用于环境信息采集的传感探测设备以及用于重心高度调节的可调节型负载机构(1000)，其中，所述传感探测设备被设置在所述述立体探测系统所具有的系留无人机(1300)上和/或所述船体上。
7.根据权利要求6所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述系留无人机(1300)在所述控制系统的控制下能够处于飞行状态或降落状态，其中，所述系留无人机(1300)通过自身所配置的线缆以及用于匹配所述线缆收放的线缆自适应收放绞车(900)实现电力和数据传输。
8.根据权利要求6所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述可调节型负载机构(1000)通过采用电缸驱动的方式驱使自身所配置的负载设备(1400)运动以匹配目标重心高度。
9.根据权利要求1所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述船体包括片体(200)以及安装在所述片体(200)上的桁架结构(100)；
所述桁架结构(100)包括一体连接或分体连接的水平横向构件(103)和侧面倾斜构件(101)，其中水平横向构件(103)和侧面倾斜构件(101)夹角为110°～130°。
10.根据权利要求1所述的风能太阳能混合驱动无人海空立体监测船，其特征在于，所述控制系统配置有包括用于通讯的数据天线(700)以及用于输出控制命令的主控制箱(1200)。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113639483A (zh) * 2021-08-10 2021-11-12 山东交通学院 一种船舶中央空调光能辅助制冷系统
CN114275107A (zh) * 2021-12-28 2022-04-05 湖北海洋工程装备研究院有限公司 海上环境监测水面机器人
CN114475950A (zh) * 2022-03-25 2022-05-13 青岛黄海学院 一种海洋牧场巡检移动装置及其工作方法
CN115806025A (zh) * 2023-02-03 2023-03-17 淄博市水利勘测设计院有限公司 一种水上动力测绘无人船及其应用方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3407767A (en) * 1966-09-22 1968-10-29 Pike Corp Of America Stabilized floating apparatus
CN2196190Y (zh) * 1994-07-19 1995-05-03 金燕雄 双轴式风力机
CN102079368A (zh) * 2009-11-27 2011-06-01 三一电气有限责任公司 风机安装船及其重心调节装置
CN105240220A (zh) * 2015-10-13 2016-01-13 哈尔滨工程大学 一种综合利用可再生能源的发电船
CN107985064A (zh) * 2018-01-16 2018-05-04 四川省农业机械研究设计院 电动推杆支撑车载太阳能光伏板
CN110091976A (zh) * 2019-05-08 2019-08-06 河北工业大学 一种风光互补驱动水面无人艇
CN110386226A (zh) * 2019-08-05 2019-10-29 上海大学 一种海上气象观测艇及观测方法
CN111516895A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 北京华力创通科技股份有限公司 系留无人机精准起降设备
CN111674516A (zh) * 2020-07-09 2020-09-18 上海海洋大学 光伏混合动力小型无人科考船
CN111776148A (zh) * 2020-04-24 2020-10-16 上海交通大学 一种基于小型无人艇的海空潜一体化巡检系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3407767A (en) * 1966-09-22 1968-10-29 Pike Corp Of America Stabilized floating apparatus
CN2196190Y (zh) * 1994-07-19 1995-05-03 金燕雄 双轴式风力机
CN102079368A (zh) * 2009-11-27 2011-06-01 三一电气有限责任公司 风机安装船及其重心调节装置
CN105240220A (zh) * 2015-10-13 2016-01-13 哈尔滨工程大学 一种综合利用可再生能源的发电船
CN107985064A (zh) * 2018-01-16 2018-05-04 四川省农业机械研究设计院 电动推杆支撑车载太阳能光伏板
CN110091976A (zh) * 2019-05-08 2019-08-06 河北工业大学 一种风光互补驱动水面无人艇
CN110386226A (zh) * 2019-08-05 2019-10-29 上海大学 一种海上气象观测艇及观测方法
CN111776148A (zh) * 2020-04-24 2020-10-16 上海交通大学 一种基于小型无人艇的海空潜一体化巡检系统
CN111516895A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 北京华力创通科技股份有限公司 系留无人机精准起降设备
CN111674516A (zh) * 2020-07-09 2020-09-18 上海海洋大学 光伏混合动力小型无人科考船

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王宝昌: "《无人机航拍技术》", 31 January 2017, 西北工业大学出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113639483A (zh) * 2021-08-10 2021-11-12 山东交通学院 一种船舶中央空调光能辅助制冷系统
CN113639483B (zh) * 2021-08-10 2022-08-12 山东交通学院 一种船舶中央空调光能辅助制冷系统
CN114275107A (zh) * 2021-12-28 2022-04-05 湖北海洋工程装备研究院有限公司 海上环境监测水面机器人
CN114275107B (zh) * 2021-12-28 2023-02-28 湖北海洋工程装备研究院有限公司 海上环境监测水面机器人
CN114475950A (zh) * 2022-03-25 2022-05-13 青岛黄海学院 一种海洋牧场巡检移动装置及其工作方法
CN114475950B (zh) * 2022-03-25 2023-10-13 青岛黄海学院 一种海洋牧场巡检移动装置及其工作方法
CN115806025A (zh) * 2023-02-03 2023-03-17 淄博市水利勘测设计院有限公司 一种水上动力测绘无人船及其应用方法

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