CN114370868B - 一种无人船编队深拖作业系统、方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人船编队深拖作业系统、方法，属于海洋勘探装备领域，包括水上部分的科考船、无人船编队和水下部分的深拖系统，无人船编队装配有绞车、GNSS定位系统、水声定位系统、无线通讯设备、深拖系统。科考船携带多艘配备了深拖系统的无人船编队共同到达测区，科考船通过船间通讯系统发布任务和导航信息；无人船编队根据科考船任务指令分别进行作业；无人船编队将测得的数据实时传输给科考船实验室进行数据解算分析。该发明解决了科考船在执行海底地形勘探任务时，科考船执行任务单一和工作效率低的问题，实现无人船编队对4000米水深以内的内海海域的快速深拖系统作业。

Description

一种无人船编队深拖作业系统、方法
技术领域
本发明属于海洋勘探装备领域，具体涉及一种无人船编队深拖作业系统、方法。
背景技术
深拖系统是拖拽式遥控潜水系统的一种，是一种多功能的深海勘探设备，系统上搭载了波束、侧扫声呐、浅地层剖面仪等传感器，可用于海底现场勘测、电缆线路勘测、收集海底标本，以及各种细微的地质学或地球物理的研究工作，随着海洋开发的日益深入，深拖系统的研究已经成为现代技术的重要课题之一。目前，科考船进行海底地形勘察工作时，由于作业区域较大，靠单体科考船进行工作效率较低，往往会花费数月的时间。随着无人船编队技术的发展，将无人船编队系统加入到海洋科学考察中可以解决科考船执行任务单一和工作效率低的问题。
发明内容
本发明提供一种无人船编队深拖作业系统、方法，以解决科考船在执行海底地形勘探任务时，科考船执行任务单一和工作效率低的问题。
本发明具体采用如下技术方案：
一种无人船编队深拖作业系统，包括无人船编队和科考船，无人船编队和科考船均配备GNSS定位系统、INS系统、水声定位系统和无线通讯模块，无人船编队搭载深拖系统和USBL水声定位系统；
所述深拖系统包括深拖系统自动收放系统，深拖系统自动收放系统在进行地形勘探时根据水底地形的变化自动调整收放光电复合缆，所述USBL水声定位系统以对深拖系统进行定位；
勘探测量时，测量所得的数据通过所述光电复合缆实时传输给无人船编队，无人船编队通过无线通讯实时传输给科考船实验室用于数据解算。
优选地，所述GNSS定位系统和INS系统用于获取无人船编队的绝对位置信息和姿态信息，深拖系统包括以下传感器：多波束、侧扫声呐、浅地层剖面仪、磁力仪；无人船编队和科考船上均装备了无线电通讯装置用于短距离的数据传输，传输的数据包括但不仅限于无人船编队的定位信息、深拖系统的定位信息、控制无人船编队的移动指令。
优选地，深拖系统的传感器用于测量深拖系统距离海底的深度。
优选地，USBL水声定位系统的水声换能器安装于无人船的底部，应答器安装于深拖系统上；无人船编队根据测量声信号从换能器到应答器之间的传播时间和声速剖面进行定位。
优选地，深拖系统测得的海底地形数据通过光电复合缆实时传输给无人船编队数据存储单元，无人船编队数据存储单元进行本地备份存储后通过无线通讯传输给科考船实验室，用于数据的解算分析；
深拖系统通过时间同步信息进行数据的本地存储。
一种无人船编队深拖作业系统的工作方法，使用所述的无人船编队深拖作业系统，包括：
S1.在接收勘探任务后，科考船携带3-5艘百吨级的柴油动力无人船编队一起前往测区执行任务；
S2.达到测区后，科考船根据事先设计好的规划航线，通过无线通信向无人船编队发布指令和导航信息；
科考船事先对测区内的声速剖面进行测量，并将声速剖面信息通过无线通讯发送给无人船编队；
S3.在接收科考船给的指令后，深拖系统收放系统启动，深拖系统通过光电复合缆与无人船编队连接，无人船编队根据深度设置光电复合缆的长度，从而使深拖系统到达合适水深进行工作；
S4.无人船编队接收声速剖面信息，水声定位数据处理单元对其进行误差改正，获取高精度深拖系统的位置信息；
S5.科考船实验室获取测区的海底地形信息，如果数据质量合格，任务完成；
如果数据质量存在问题则需要进行补测；
S6.实验室根据补测任务重新规划航线任务，重复上述步骤，指导其中一艘或多艘无人船编队执行补测任务；
S7.无人船编队执行补测任务后，无人船编队进行深拖系统的回收并跟随科考船返航。
优选地，科考船完成任务分配后可以独立进行其它科考任务，或者加入无人船编队中共同进行地形勘探任务。
优选地，勘探工作中无人船编队根据深拖系统距离海底的深度，自动调整光电复合缆的伸缩，使得深拖系统始终处于安全可靠的工作位置。
与现有技术相比，本发明通过科考船发布工作任务和指令，无人船编队分别进行探勘工作，并且能自动收放深拖系统，通过无线传输与科考船间进行数据传输，能显著提高深远海的科考效率。
附图说明
图1为无人船编队深拖系统作业工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
一种无人船编队深拖作业系统，包括无人船编队和科考船，无人船编队和科考船均配备GNSS(Global Navigation Satellite System)定位系统、INS(IntegratedPositioning System)系统、水声定位系统和无线通讯模块，无人船编队搭载深拖系统和USBL(Ultrashort Baseline)水声定位系统；
所述深拖系统包括深拖系统自动收放系统，深拖系统自动收放系统在进行地形勘探时根据水底地形的变化自动调整收放光电复合缆，所述USBL水声定位系统以对深拖系统进行定位；
勘探测量时，测量所得的数据通过所述光电复合缆实时传输给无人船编队，无人船编队通过无线通讯实时传输给科考船实验室用于数据解算。
优选地，所述GNSS定位系统和INS系统用于获取无人船编队的绝对位置信息和姿态信息，深拖系统包括以下传感器：多波束、侧扫声呐、浅地层剖面仪、磁力仪；无人船编队和科考船上均装备了无线电通讯装置用于短距离的数据传输，传输的数据包括但不仅限于无人船编队的定位信息、深拖系统的定位信息、控制无人船编队的移动指令。
优选地，深拖系统的传感器用于测量深拖系统距离海底的深度。
优选地，USBL水声定位系统的水声换能器安装于无人船的底部，应答器安装于深拖系统上；无人船编队根据测量声信号从换能器到应答器之间的传播时间和声速剖面进行定位。
优选地，深拖系统测得的海底地形数据通过光电复合缆实时传输给无人船编队数据存储单元，无人船编队数据存储单元进行本地备份存储后通过无线通讯传输给科考船实验室，用于数据的解算分析；
深拖系统通过时间同步信息进行数据的本地存储。
一种无人船编队深拖作业系统的工作方法，使用所述的无人船编队深拖作业系统，包括：
S1.在接收勘探任务后，科考船携带3-5艘百吨级的柴油动力无人船编队一起前往测区执行任务；
S2.达到测区后，科考船根据事先设计好的规划航线，通过无线通信向无人船编队发布指令和导航信息；
科考船事先对测区内的声速剖面进行测量，并将声速剖面信息通过无线通讯发送给无人船编队；
S3.在接收科考船给的指令后，深拖系统收放系统启动，深拖系统通过光电复合缆与无人船编队连接，无人船编队根据深度设置光电复合缆的长度，从而使深拖系统到达合适水深进行工作；
S4.无人船编队接收声速剖面信息，水声定位数据处理单元对其进行误差改正，获取高精度深拖系统的位置信息；
S5.科考船实验室获取测区的海底地形信息，如果数据质量合格，任务完成；
如果数据质量存在问题则需要进行补测；
S6.实验室根据补测任务重新规划航线任务，重复上述步骤，指导其中一艘或多艘无人船编队执行补测任务；
S7.无人船编队执行补测任务后，无人船编队进行深拖系统的回收并跟随科考船返航。
优选地，科考船完成任务分配后可以独立进行其它科考任务，或者加入无人船编队中共同进行地形勘探任务。
优选地，勘探工作中无人船编队根据深拖系统距离海底的深度，自动调整光电复合缆的伸缩，使得深拖系统始终处于安全可靠的工作位置。

Claims (1)

1.一种无人船编队深拖作业系统的工作方法，使用无人船编队深拖作业系统，包括无人船编队和科考船，无人船编队和科考船均配备GNSS定位系统、INS系统、水声定位系统和无线通讯模块，无人船编队搭载深拖系统和USBL水声定位系统；
所述深拖系统包括深拖系统自动收放系统，深拖系统自动收放系统在进行地形勘探时根据水底地形的变化自动调整收放光电复合缆，所述USBL水声定位系统以对深拖系统进行定位；
勘探测量时，测量所得的数据通过所述光电复合缆实时传输给无人船编队，无人船编队通过无线通讯实时传输给科考船实验室用于数据解算；
所述GNSS定位系统和INS系统用于获取无人船编队的绝对位置信息和姿态信息，深拖系统包括以下传感器：多波束、侧扫声呐、浅地层剖面仪、磁力仪；无人船编队和科考船上均装备了无线电通讯装置用于短距离的数据传输，传输的数据包括但不仅限于无人船编队的定位信息、深拖系统的定位信息、控制无人船编队的移动指令；
深拖系统的传感器用于测量深拖系统距离海底的深度；
USBL水声定位系统的水声换能器安装于无人船的底部，应答器安装于深拖系统上；无人船编队根据测量声信号从换能器到应答器之间的传播时间和声速剖面进行定位；
深拖系统测得的海底地形数据通过光电复合缆实时传输给无人船编队数据存储单元，无人船编队数据存储单元进行本地备份存储后通过无线通讯传输给科考船实验室，用于数据的解算分析；
深拖系统通过时间同步信息进行数据的本地存储；
其特征在于，一种无人船编队深拖作业系统的工作方法包括：
S1.在接收勘探任务后，科考船携带3-5艘百吨级的柴油动力无人船编队一起前往测区执行任务；
S2.达到测区后，科考船根据事先设计好的规划航线，通过无线通信向无人船编队发布指令和导航信息；
科考船事先对测区内的声速剖面进行测量，并将声速剖面信息通过无线通讯发送给无人船编队；
S3.在接收科考船给的指令后，深拖系统收放系统启动，深拖系统通过光电复合缆与无人船编队连接，无人船编队根据深度设置光电复合缆的长度，从而使深拖系统到达合适水深进行工作；
S4.无人船编队接收声速剖面信息，水声定位数据处理单元对其进行误差改正，获取高精度深拖系统的位置信息；
S5.科考船实验室获取测区的海底地形信息，如果数据质量合格，任务完成；
如果数据质量存在问题则需要进行补测；
S6.实验室根据补测任务重新规划航线任务，重复上述步骤，指导其中一艘或多艘无人船编队执行补测任务；
S7.无人船编队执行补测任务后，无人船编队进行深拖系统的回收并跟随科考船返航；
科考船完成任务分配后可以独立进行其它科考任务，或者加入无人船编队中共同进行地形勘探任务；
勘探工作中无人船编队根据深拖系统距离海底的深度，自动调整光电复合缆的伸缩，使得深拖系统始终处于安全可靠的工作位置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115201882A (zh) * 2022-09-14 2022-10-18 国网山东省电力公司青岛市黄岛区供电公司 一种海洋编队导航方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109991669A (zh) * 2019-04-11 2019-07-09 河海大学 一种无人船拖曳水下磁法探测系统
CN111309010A (zh) * 2020-02-21 2020-06-19 上海大学 一种基于仿生机器人的无人艇海底地形测绘控制系统及其控制方法
CN111308474A (zh) * 2020-03-11 2020-06-19 自然资源部第二海洋研究所 拖曳式深海海底浅层结构声学探测系统及方法
CN111580113A (zh) * 2020-06-21 2020-08-25 黄河勘测规划设计研究院有限公司 一种河道库岸水下地形及淤泥厚度勘测系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111301639A (zh) * 2020-03-16 2020-06-19 浙江海洋大学 一种潜航器回收装置及回收方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109991669A (zh) * 2019-04-11 2019-07-09 河海大学 一种无人船拖曳水下磁法探测系统
CN111309010A (zh) * 2020-02-21 2020-06-19 上海大学 一种基于仿生机器人的无人艇海底地形测绘控制系统及其控制方法
CN111308474A (zh) * 2020-03-11 2020-06-19 自然资源部第二海洋研究所 拖曳式深海海底浅层结构声学探测系统及方法
CN111580113A (zh) * 2020-06-21 2020-08-25 黄河勘测规划设计研究院有限公司 一种河道库岸水下地形及淤泥厚度勘测系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
无人船测深系统在水下地形测量中的应用;贾治平;《经纬天地》(第4期);第20-23页 *

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