CN114735164B - 一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统 - Google Patents

一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统 Download PDF

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CN114735164B CN202210217098.0A CN202210217098A CN114735164B CN 114735164 B CN114735164 B CN 114735164B CN 202210217098 A CN202210217098 A CN 202210217098A CN 114735164 B CN114735164 B CN 114735164B
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Abstract

本发明提供了一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，包括中央决策模块、海上救援平台；其中，中央决策模块用于根据船只失事地点的位置信息，向距离失事地点最近的海上救援平台下达救援指令；海上救援平台为多个，分布在海面上不同的区域，并搭载有多个无人船，用于根据救援指令派遣无人船执行救援任务。

Description

一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统
技术领域
本发明涉及船舶设备技术领域，特别涉及一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统。
背景技术
随着科学技术的不断进步，机器人技术应用到人们生活和工作的方方面面，促进人类社会的不断进步。
目前，当水上平台或船舶发生灾害时，一般通过工作人员驾驶船舶前往事故地点进行监测和救援，工作人员在不明确事故的情况下前往事故地点进行，对工作人员的生命安全存在较大隐患；并且由于事故情况的不明确，同时也导致了工作人员不知道携带何种救援工具前去救援，从而严重地影响了对于海上事故的监测和救援效率。
因此，急需一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，用以实现对海上事故的无人监测。
本发明实施例中提供了一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，包括中央决策模块、海上救援平台；
所述中央决策模块，用于根据船只失事地点的位置信息，向距离失事地点最近的海上救援平台下达救援指令；
所述海上救援平台为多个，分布在海面上不同的区域，并搭载有多个无人船，用于根据所述救援指令派遣无人船执行救援任务。
优选的，所述中央决策模块包括：
遇难确定单元，用于在船只失联预设的时间长度后确定船只为失联遇难，或接收到船只主动发起的求救信息时确定船只为普通遇难；
第一信息获取单元，用于获取船只在失联遇难前，在船只最后一次通信时所确定的失联位置信息和失联时刻信息；
第二信息获取单元，用于获取船只出航前所填入的船上人数信息；
派遣确定单元，用于根据所述船上人数信息确定落难人数，并根据落难人数确定需要派遣多少个无人船进行救援；
任务下发单元，用于根据所述失联位置信息或者普通遇难船只的位置信息选择距离最近的海上救援平台并下达救援指令。
优选的，所述海上救援平台包括：
第三信息获取单元，用于通过互联网从海洋环境预报中心获取海面的风场信息和海流信息；
轨迹预测处理单元，用于在接收到救援指令并确定船只为失联遇难时，通过所述风场信息和所述海流信息，基于失联的时间长度对遇难人员的漂流轨迹进行计算和预测，从而确定实时的搜救区域；
位置追踪单元，用于在接收到救援指令并确定船只为普通遇难时，通过主动联系遇难船只获取遇难船只的位置信息，从而确定搜救区域；
派遣控制单元，用于派遣无人船到达所述搜救区域并控制无人船分散在所述搜救区域的周围进行搜救；
合作搜救单元，用于联合其他的海上救援平台共同进行救援。
优选的，所述轨迹预测处理单元执行包括以下步骤：
步骤1、根据失联位置信息和失联时刻信息，基于所述风场信息和所述海流信息确定失联地点所处海域在失联时刻时海面的风场速度和海流速度；
步骤2、根据预设的预测周期，通过失联地点的所述风场速度和所述海流速度确定失联一个预测周期后，失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第一预测位置，预测过程如下：
以失联地点为坐标原点P0(0,0)，以海域的正东方为X轴正半轴，以海域的正北方为Y轴正半轴建立平面坐标系；
将失联地点的所述风场速度分解成东西走向的风速和南北走向的风速，将失联地点的所述海流速度分解成东西走向的流速和南北走向的流速；
通过计算得到第一预测位置的坐标：
Figure BDA0003535404800000031
式中，P1(x1,y1)表示第一预测位置点P1在坐标系中的坐标为(x1,y1)，
Figure BDA0003535404800000032
表示失联地点的海流在失联时刻时东西走向的流速，
Figure BDA0003535404800000033
表示失联地点的海流在失联时刻时南北走向的流速，
Figure BDA0003535404800000034
表示失联地点在失联时刻时东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000035
表示失联地点在失联时刻时南北走向的风速，
Figure BDA0003535404800000036
为预设的风速对海面漂浮物体移动速度的影响系数，T表示预测周期的时间长度；
步骤3、根据所得到的第一预测位置，确定失联半个预测周期时失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第一半周期位置为
Figure BDA0003535404800000037
并基于所述风场信息和所述海流信息确定第一半周期位置在半周期时刻时海面的第一风场速度和第一海流速度；
步骤4、基于所述第一半周期位置和所述第一风场速度、所述第一海流速度，将第一风场速度分解成东西走向和南北走向，将第一海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第二预测位置的坐标：
Figure BDA0003535404800000038
式中，P2(x2,y2)表示第二预测位置点P2在坐标系中的坐标为(x2,y2)，
Figure BDA0003535404800000039
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一海流速度在东西走向的流速，V1 y表示第一半周期位置在半周期时刻时第一海流速度在南北走向的流速，
Figure BDA00035354048000000310
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一风场速度在东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000041
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一风场速度在南北走向的风速；
步骤5、根据所得到的第二预测位置的坐标，确定失联半个预测周期时失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第二半周期位置为
Figure BDA0003535404800000042
并基于所述风场信息和所述海流信息确定第二半周期位置在半周期时刻时海面的第二风场速度和第二海流速度；
步骤6、基于所述第二半周期位置和所述第二风场速度、所述第二海流速度，将第二风场速度分解成东西走向和南北走向，将第二海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第三预测位置的坐标P3(x3,y3)，其中：
Figure BDA0003535404800000043
Figure BDA0003535404800000044
式中，x3表示第三预测位置点P3的横坐标，y3表示第三预测位置点P3的纵坐标，
Figure BDA0003535404800000045
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二海流速度在东西走向的流速，
Figure BDA0003535404800000046
表示第周期位置在半周期时刻时第二海流速度在南北走向的流速，
Figure BDA0003535404800000047
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二风场速度在东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000048
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二场速度在南北走向的风速；
步骤7、根据所得到的第三预测位置的坐标，基于所述风场信息和所述海流信息确定第三预测位置在预测周期时刻时海面的第三风场速度和第三海流速度，基于所述第三预测位置和所述第三风场速度、所述第三海流速度，将第一风场速度分解成东西走向和南北走向，将第一海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第四预测位置的坐标：
Figure BDA0003535404800000049
式中，P4(x4,y4)表示第四预测位置点P4在坐标系中的坐标为(x4,y4)，
Figure BDA00035354048000000410
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三海流速度在东西走向的流速，
Figure BDA00035354048000000411
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三海流速度在南北走向的流速，
Figure BDA00035354048000000412
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三风场速度在东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000051
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三风场速度在南北走向的风速；
步骤8、根据所得到的第一预测位置的坐标、第二预测位置的坐标、第三预测位置的坐标、第四预测位置的坐标，通过加权平均的方法计算出失联船只或落水人员在失联一个预测周期后的最终预测位置P5(x5,y5)，其中：
Figure BDA0003535404800000052
Figure BDA0003535404800000053
步骤9、在失联船只或落水人员在失联N个预测周期后，以失联N-1个预测周期后的最终预测位置为新一轮的失联地点，重复步骤1-8计算出失联船只或落水人员在失联N个预测周期后的最终预测位置，以最终预测位置为圆心N个预设单位长度为半径的圆形区域作为搜救区域。
优选的，所述合作搜救单元执行以下操作：
获取轨迹预测处理单元计算得到的搜救区域，并根据所述无人船返回的位置信息确定无人船距离搜救区域的最远点的最远距离；
获取所述搜救区域周围的其他海上救援平台的位置信息，并确定其他海上救援平台与搜救区域之间的最近距离；
当所述最近距离小于所述最远距离时，向对应最近距离的的海上救援平台发起求助信息；
当收到来自其他海上救援平台的求助信息时，将平台上预定数量无人船的控制权限转交给其他海上救援平台。
优选的，所述无人船包括：
北斗定位单元，用于通过与北斗卫星进行信息交互，从而确定无人船所在的位置；
通信单元，用于与海上救援平台进行通信，接收海上救援平台所下达的控制指令并发送至微型控制单元，同时向海上救援平台发送信息；
风速测量仪，用于获取无人船所在位置的海面风速信息，并将海面风速信息发送至微型控制单元；
陀螺仪，用于获取无人船偏移角度信息并发送至微型控制单元；
声纳探测仪，用于对无人船周围的障碍物进行探测，并将探测结果发送至微型控制单元；
动力单元，用于对无人船进行驱动，并向微型控制单元发送剩余能源量；
第一摄像装置，用于拍摄无人船周围的环境；
微型控制单元，用于根据救援平台所下达的控制指令对动力单元进行操控，从而驱动无人船航行，同时通过风速信息和无人船偏移角度信息对环境进行自动判断，在风速较大或无人船偏移严重的情况下向海上救援平台发起报警信息，并通过声纳探测仪的探测结果控制无人船进行自动避障。
优选的，所述无人船还包括：
第一红外识别单元，用于对无人船周围进行红外识别，从而确定是否存在遇难人员，并确定遇难人员的大致方位；
弹射装置，用于向遇难人员弹射救生衣、救援绳、充气皮筏、救生梯；
无人机单元，用于对周围海域进行空中探查。
优选的，所述无人机单元还包括：
第二摄像装置，用于在高空对周围海域进行视频图像采集；
第二红外识别单元，用于在高空对周围海域进行红外识别，从而确定是否存在遇难人员，并确定遇难人员的大致方位；
太阳能充电板，用于对无人机进行太阳能充电。
优选的，所述无人船的两侧还设置有登船扶手；
所述无人船的两侧还设置有充气管道，所述充气管道为柔性并具有预设的长度，所述充气管道的出口位置设置有充气阀门。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明所提供的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统的结构示意图。
图2为本发明所提供的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统无人船的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，如图1所示，包括中央决策模块11、海上救援平台12；
所述中央决策模块11，用于根据船只失事地点的位置信息，向距离失事地点最近的海上救援平台12下达救援指令；
所述海上救援平台12为多个，分布在海面上不同的区域，并搭载有多个无人船，用于根据所述救援指令派遣无人船执行救援任务。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：中央决策模块11与海上的多个航行船只进行实时通信，当发现船只通信异常失联，或者接收到船只的求救信息后，根据与船只最后通信时确定的船只位置信息或者实时的船只位置信息，确定距离最近的海上救援平台12并向其下达救援指令，海上救援平台12接受到救援指令后，放出一定数量的无人船，并控制无人船自动驶向救援区域，执行救援任务。通过上述技术方案，比起人工救援的方式来说，救援决策下达得更加快速及时，通过海面上多个位置设置的多个海上救援平台12，缩短了救援距离，极大地提高了救援速度，通过派遣无人船自动驶向救援区域执行救援任务，节省了救援人员的反应时间，并且降低了救援成本和救援风险。
在一个优选实施例中，所述中央决策模块包括：
遇难确定单元，用于在船只失联预设的时间长度后确定船只为失联遇难，或接收到船只主动发起的求救信息时确定船只为普通遇难；
第一信息获取单元，用于获取船只在失联遇难前，在船只最后一次通信时所确定的失联位置信息和失联时刻信息；
第二信息获取单元，用于获取船只出航前所填入的船上人数信息；
派遣确定单元，用于根据所述船上人数信息确定落难人数，并根据落难人数确定需要派遣多少个无人船进行救援；
任务下发单元，用于根据所述失联位置信息或者普通遇难船只的位置信息选择距离最近的海上救援平台并下达救援指令。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过持续通信方式判断海上船只是否出现失联情况，确定遇难船只为失联遇难或者普通遇难，并且获取失联遇难船只的失联位置信息和失联时刻信息，通过该遇难船只出航前所填入的船上人数信息，确定救援所需要的无人船的数量，通过任务下发单元，将遇难类型和遇难人数、遇难位置、遇难时间发送给距离最近的海上救援平台，下达救援指令。通过实时通信的遇难确认方式，能够确定船只失联的第一时间和地点，为后续的救援工作提供了极大的帮助，并且具有超强的反应速度。通过第二信息获取单元，获取船只出航前所填入的船上人数信息从而确定需要派遣的无人船数量，避免救援资源的浪费。
在一个优选实施例中，所述海上救援平台包括：
第三信息获取单元，用于通过互联网从海洋环境预报中心获取海面的风场信息和海流信息；
轨迹预测处理单元，用于在接收到救援指令并确定船只为失联遇难时，通过所述风场信息和所述海流信息，基于失联的时间长度对遇难人员的漂流轨迹进行计算和预测，从而确定实时的搜救区域；
位置追踪单元，用于在接收到救援指令并确定船只为普通遇难时，通过主动联系遇难船只获取遇难船只的位置信息，从而确定搜救区域；
派遣控制单元，用于派遣无人船到达所述搜救区域并控制无人船分散在所述搜救区域的周围进行搜救；
合作搜救单元，用于联合其他的海上救援平台共同进行救援。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：主动通过国家海洋环境预报中心实时获取海面的风场信息和海流信息，并且能够获取未来短时间内海面的风场信息和海流信息预报，通过轨迹预测处理单元，基于失联位置、失联时刻、海面的风场信息、海流信息对失联船只或落水人员的位置进行自动预测，从而确定搜救区域，并且实现了对搜救区域进行实时追踪，就算搜救区域随时间发生偏移，也能够根据时间进行对搜救区域的动态预测。通过位置追踪单元在接收到救援指令并确定船只为普通遇难时，通过主动联系遇难船只获取遇难船只的位置信息，从而锁定搜救区域的位置。通过合作搜救单元，向其他的海上救援平台发起联合搜救请求，在救援范围较大、自身无人船较少时能够向其他距离较近的平台借用无人船，或者当搜救区域向其他平台靠近时，请求距离较近的其他平台参与救援，实现救援派遣的动态决策。
在一个优选实施例中，所述轨迹预测处理单元执行包括以下步骤：
步骤1、根据失联位置信息和失联时刻信息，基于所述风场信息和所述海流信息确定失联地点所处海域在失联时刻时海面的风场速度和海流速度；
步骤2、根据预设的预测周期，通过失联地点的所述风场速度和所述海流速度确定失联一个预测周期后，失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第一预测位置，预测过程如下：
以失联地点为坐标原点P0(0,0)，以海域的正东方为X轴正半轴，以海域的正北方为Y轴正半轴建立平面坐标系；
将失联地点的所述风场速度分解成东西走向的风速和南北走向的风速，将失联地点的所述海流速度分解成东西走向的流速和南北走向的流速；
通过计算得到第一预测位置的坐标：
Figure BDA0003535404800000101
式中，P1(x1,y1)表示第一预测位置点P1在坐标系中的坐标为(x1,y1)，
Figure BDA0003535404800000102
表示失联地点的海流在失联时刻时东西走向的流速，
Figure BDA0003535404800000103
表示失联地点的海流在失联时刻时南北走向的流速，
Figure BDA0003535404800000104
表示失联地点在失联时刻时东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000105
表示失联地点在失联时刻时南北走向的风速，
Figure BDA0003535404800000106
为预设的风速对海面漂浮物体移动速度的影响系数，T表示预测周期的时间长度；
步骤3、根据所得到的第一预测位置，确定失联半个预测周期时失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第一半周期位置为
Figure BDA0003535404800000107
并基于所述风场信息和所述海流信息确定第一半周期位置在半周期时刻时海面的第一风场速度和第一海流速度；
步骤4、基于所述第一半周期位置和所述第一风场速度、所述第一海流速度，将第一风场速度分解成东西走向和南北走向，将第一海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第二预测位置的坐标：
Figure BDA0003535404800000108
式中，P2(x2,y2)表示第二预测位置点P2在坐标系中的坐标为(x2,y2)，
Figure BDA0003535404800000109
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一海流速度在东西走向的流速，V1 y表示第一半周期位置在半周期时刻时第一海流速度在南北走向的流速，
Figure BDA0003535404800000111
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一风场速度在东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000112
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一风场速度在南北走向的风速；
步骤5、根据所得到的第二预测位置的坐标，确定失联半个预测周期时失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第二半周期位置为
Figure BDA0003535404800000113
并基于所述风场信息和所述海流信息确定第二半周期位置在半周期时刻时海面的第二风场速度和第二海流速度；
步骤6、基于所述第二半周期位置和所述第二风场速度、所述第二海流速度，将第二风场速度分解成东西走向和南北走向，将第二海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第三预测位置的坐标P3(x3,y3)，其中：
Figure BDA0003535404800000114
Figure BDA0003535404800000115
式中，x3表示第三预测位置点P3的横坐标，y3表示第三预测位置点P3的纵坐标，
Figure BDA0003535404800000116
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二海流速度在东西走向的流速，
Figure BDA0003535404800000117
表示第周期位置在半周期时刻时第二海流速度在南北走向的流速，
Figure BDA0003535404800000118
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二风场速度在东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000119
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二场速度在南北走向的风速；
步骤7、根据所得到的第三预测位置的坐标，基于所述风场信息和所述海流信息确定第三预测位置在预测周期时刻时海面的第三风场速度和第三海流速度，基于所述第三预测位置和所述第三风场速度、所述第三海流速度，将第一风场速度分解成东西走向和南北走向，将第一海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第四预测位置的坐标：
Figure BDA00035354048000001110
式中，P4(x4,y4)表示第四预测位置点P4在坐标系中的坐标为(x4,y4)，
Figure BDA00035354048000001111
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三海流速度在东西走向的流速，
Figure BDA00035354048000001112
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三海流速度在南北走向的流速，
Figure BDA0003535404800000121
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三风场速度在东西走向的风速，
Figure BDA0003535404800000122
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三风场速度在南北走向的风速；
步骤8、根据所得到的第一预测位置的坐标、第二预测位置的坐标、第三预测位置的坐标、第四预测位置的坐标，通过加权平均的方法计算出失联船只或落水人员在失联一个预测周期后的最终预测位置P5(x5,y5)，其中：
Figure BDA0003535404800000123
Figure BDA0003535404800000124
步骤9、在失联船只或落水人员在失联N个预测周期后，以失联N-1个预测周期后的最终预测位置为新一轮的失联地点，重复步骤1-8计算出失联船只或落水人员在失联N个预测周期后的最终预测位置，以最终预测位置为圆心N个预设单位长度为半径的圆形区域作为搜救区域。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：确定失联地点和失联时刻，根据失联地点海域的风速和流速确定船只或人员失联一个预设的预测周期时所处的第一预测位置，由于第一预测位置仅参考了失联地点的风速和流速，而中间过程风速和流速是没被考虑的，所以第一预测位置不够准确；基于第一预测位置和失联地点连线的中点作为第一半周期位置点，以第一半周期位置点海域的风速和流速，对另一半周期后的位置进行预测，即前半个周期用失联地点的风速和流速进行计算，而后半个周期用第一半周期位置点海域的风速和流速进行计算，从而确定第二预测位置；为了使预测结果更准确，以第二预测位置和失联地点连线的中点作为第二半周期位置点，以第二半周期位置点海域的风速和流速，对另一半周期后的位置进行预测，即前半个周期用失联地点的风速和流速进行计算，而后半个周期用第二半周期位置点海域的风速和流速进行计算从而确定第三预测位置；为了使预测结果更准确，以第三预测位置点海域的风速和流速计算一整个预测周期时间船只或人员所在的第四预测位置点；很显然，第一预测位置点和第四位置预测点都是不够可靠的，但其结果又对预测结果是非常必要的，最后，通过加权平均的方式对四个预测位置点进行计算，为第二预测点和第三预测点赋予更高的权重，最后加权平均计算出最终预测位置，所采用的龙格—库塔计算模式通过多个中间位置点的风速和流速所预测出的最终预测位置能够适应海上环境复杂多变的情况，预测结果相当精确。当失联时间经过多个周期后通过上一个周期的预测结果对下一个周期进行相同方法的预测，能够对漂流轨迹进行跟踪预测，考虑到预测结果会随时间变得不够准确，采用了范围限定，随失联时间将搜救范围进行同步扩大，防止预测结果偏差导致的救援覆盖区域缺失。
在一个优选实施例中，所述合作搜救单元执行以下操作：
获取轨迹预测处理单元计算得到的搜救区域，并根据所述无人船返回的位置信息确定无人船距离搜救区域的最远点的最远距离；
获取所述搜救区域周围的其他海上救援平台的位置信息，并确定其他海上救援平台与搜救区域之间的最近距离；
当所述最近距离小于所述最远距离时，向对应最近距离的的海上救援平台发起求助信息；
当收到来自其他海上救援平台的求助信息时，将平台上预定数量无人船的控制权限转交给其他海上救援平台。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：在搜救区域向其中一个海上救援平台漂移时，那个平台就能够更快地到达救援现场，通过合作搜救单元向该平台发起合作请求，从而有效地节约了宝贵的救援时间，另外，当失联时间越来越长时，搜救范围不断扩大，一个平台先前派遣的救援船无法在一定的时间内搜救完毕，通过合作搜救的方式，能够快速覆盖搜救范围，从而快速完成搜救工作，避免搜救工作的不及时导致落水人员伤亡。
在一个优选实施例中，如图2，所述无人船包括：
北斗定位单元，用于通过与北斗卫星进行信息交互，从而确定无人船所在的位置；
通信单元，用于与海上救援平台进行通信，接收海上救援平台所下达的控制指令并发送至微型控制单元，同时向海上救援平台发送信息；
风速测量仪，用于获取无人船所在位置的海面风速信息，并将海面风速信息发送至微型控制单元；
陀螺仪，用于获取无人船偏移角度信息并发送至微型控制单元；
声纳探测仪，用于对无人船周围的障碍物进行探测，并将探测结果发送至微型控制单元；
动力单元，用于对无人船进行驱动，并向微型控制单元发送剩余能源量；
第一摄像装置，用于拍摄无人船周围的环境；
微型控制单元，用于根据救援平台所下达的控制指令对动力单元进行操控，从而驱动无人船航行，同时通过风速信息和无人船偏移角度信息对环境进行自动判断，在风速较大或无人船偏移严重的情况下向海上救援平台发起报警信息，并通过声纳探测仪的探测结果控制无人船进行自动避障。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：无人船自动根据控制指令进行搜救，并向平台传回救援信息，通过风速测量和陀螺仪测量结果，判断无人船所处海域是否存在危险，从而避免穿越危险海域进行搜救，通过声纳探测仪对海面上的漂浮物或海底的礁石进行避障，防止无人船撞沉，通过第一摄像装置拍摄无人船周围的环境，工作人员可通过视频确定周围海域是否存在相关的漂浮物，从而确定具体的搜救区域。
在一个优选实施例中，如图2，所述无人船还包括：
第一红外识别单元，用于对无人船周围进行红外识别，从而确定是否存在遇难人员，并确定遇难人员的大致方位；
弹射装置，用于向遇难人员弹射救生衣、救援绳、充气皮筏；
无人机单元，用于对周围海域进行空中探查。
上诉技术方案的工作原理和有益效果为：通过第一红外识别单元对无人船周围进行红外识别确定是否存在遇难人员，并确定遇难人员的大致方位，能够实现无人船对落水人员的自动识别，因为处于海面上且具有一定热量的物体，极大可能就是落水人员，在确定落水人员后，通过弹射装置向遇难人员弹射救生衣、救援绳、充气皮筏、救生梯等物品，落水人员在水中长时间漂浮后可能出现乏力状况难以自己爬上无人船，通过弹射装置解决向应问题。为了扩大无人船的搜救范围，还可在海面没有大风时通过无人机在高空对落水人员进行搜救。
在一个优选实施例中，如图2，所述无人机单元还包括：
第二摄像装置，用于在高空对周围海域进行视频图像采集；
第二红外识别单元，用于在高空对周围海域进行红外识别，从而确定是否存在遇难人员，并确定遇难人员的大致方位；
太阳能充电板，用于对无人机进行太阳能充电。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：在无人机上设置第二摄像装置，能够自动对周围海域上的漂浮物进行识别，从而确定救援方向，通过第二红外识别单元在高空对周围海域进行红外识别，确定遇难人员的大致方位，通过太阳能充电板，一个无人机在没电后自动返回无人船上，通过太阳能自动对自身进行充电，同时换另外的无人机进行高空探查，实现多无人机循环工作。
在一个优选实施例中，所述无人船的两侧还设置有登船扶手；
所述无人船的两侧还设置有充气管道，所述充气管道为柔性并具有预设的长度，所述充气管道的出口位置设置有充气阀门。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：为落水人员提供了便捷的登船方式，防止用户因脱力难以爬上无人船，另外在无人船的两侧提供可拉伸的充气管道，方便落水人员为充气皮筏进行充气，落水人员在无力登船时可以将充气皮筏放置身下，然后通过充气管道对充气皮筏进行充气，最后使用户乘坐在充气皮筏上恢复体力。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，其特征在于，包括中央决策模块和海上救援平台；
所述中央决策模块，用于根据船只失事地点的位置信息，向距离失事地点最近的海上救援平台下达救援指令；
所述海上救援平台为多个，分布在海面上不同的区域，并搭载有多个无人船，用于根据所述救援指令派遣无人船执行救援任务；
所述海上救援平台包括：
第三信息获取单元，用于通过互联网从海洋环境预报中心获取海面的风场信息和海流信息；
轨迹预测处理单元，用于在接收到救援指令并确定船只为失联遇难时，通过所述风场信息和所述海流信息，基于失联的时间长度对遇难人员的漂流轨迹进行计算和预测，从而确定实时的搜救区域；
位置追踪单元，用于在接收到救援指令并确定船只为普通遇难时，通过主动联系遇难船只获取遇难船只的位置信息，从而确定搜救区域；
派遣控制单元，用于派遣无人船到达所述搜救区域并控制无人船分散在所述搜救区域的周围进行搜救；
合作搜救单元，用于联合其他的海上救援平台共同进行救援；所述轨迹预测处理单元执行包括以下步骤：
步骤1、根据失联位置信息和失联时刻信息，基于所述风场信息和所述海流信息确定失联地点所处海域在失联时刻时海面的风场速度和海流速度；
步骤2、根据预设的预测周期，通过失联地点的所述风场速度和所述海流速度确定失联一个预测周期后，失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第一预测位置，预测过程如下：
以失联地点为坐标原点P0(0,0)，以海域的正东方为X轴正半轴，以海域的正北方为Y轴正半轴建立平面坐标系；
将失联地点的所述风场速度分解成东西走向的风速和南北走向的风速，将失联地点的所述海流速度分解成东西走向的流速和南北走向的流速；
通过计算得到第一预测位置的坐标：
Figure FDA0004036757910000021
式中，P1(x1,y1)表示第一预测位置点P1在坐标系中的坐标为(x1,y1)，
Figure FDA0004036757910000022
表示失联地点的海流在失联时刻时东西走向的流速，
Figure FDA0004036757910000023
表示失联地点的海流在失联时刻时南北走向的流速，
Figure FDA0004036757910000024
表示失联地点在失联时刻时东西走向的风速，
Figure FDA0004036757910000025
表示失联地点在失联时刻时南北走向的风速，
Figure FDA0004036757910000026
为预设的风速对海面漂浮物体移动速度的影响系数，T表示预测周期的时间长度
步骤3、根据所得到的第一预测位置，确定失联半个预测周期时失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第一半周期位置为
Figure FDA0004036757910000027
并基于所述风场信息和所述海流信息确定第一半周期位置在半周期时刻时海面的第一风场速度和第一海流速度；
步骤4、基于所述第一半周期位置、所述第一风场速度和所述第一海流速度，将第一风场速度分解成东西走向和南北走向，将第一海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第二预测位置的坐标：
Figure FDA0004036757910000028
式中，P2(x2,y2)表示第二预测位置点P2在坐标系中的坐标为(x2,y2)，
Figure FDA0004036757910000029
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一海流速度在东西走向的流速，
Figure FDA00040367579100000210
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一海流速度在南北走向的流速，
Figure FDA00040367579100000211
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一风场速度在东西走向的风速，
Figure FDA00040367579100000212
表示第一半周期位置在半周期时刻时第一风场速度在南北走向的风速；
步骤5、根据所得到的第二预测位置的坐标，确定失联半个预测周期时失联船只或落水人员被海流和海风所带到的第二半周期位置为
Figure FDA00040367579100000213
并基于所述风场信息和所述海流信息确定第二半周期位置在半周期时刻时海面的第二风场速度和第二海流速度；
步骤6、基于所述第二半周期位置、所述第二风场速度和所述第二海流速度，将第二风场速度分解成东西走向和南北走向，将第二海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第三预测位置的坐标P3(x3,y3)，其中：
Figure FDA0004036757910000031
Figure FDA0004036757910000032
式中，x3表示第三预测位置点P3的横坐标，y3表示第三预测位置点P3的纵坐标，
Figure FDA0004036757910000033
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二海流速度在东西走向的流速，
Figure FDA0004036757910000034
表示第周期位置在半周期时刻时第二海流速度在南北走向的流速，
Figure FDA0004036757910000035
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二风场速度在东西走向的风速，
Figure FDA0004036757910000036
表示第二半周期位置在半周期时刻时第二场速度在南北走向的风速；
步骤7、根据所得到的第三预测位置的坐标，基于所述风场信息和所述海流信息确定第三预测位置在预测周期时刻时海面的第三风场速度和第三海流速度，基于所述第三预测位置、所述第三风场速度和所述第三海流速度，将第一风场速度分解成东西走向和南北走向，将第一海流速度分解成东西走向和南北走向，计算第四预测位置的坐标：
Figure FDA0004036757910000037
式中，P4(x4,y4)表示第四预测位置点P4在坐标系中的坐标为(x4,y4)，
Figure FDA0004036757910000038
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三海流速度在东西走向的流速，
Figure FDA0004036757910000039
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三海流速度在南北走向的流速，
Figure FDA00040367579100000310
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三风场速度在东西走向的风速，
Figure FDA00040367579100000311
表示第三预测位置在预测周期时刻时第三风场速度在南北走向的风速；
步骤8、根据所得到的第一预测位置的坐标、第二预测位置的坐标、第三预测位置的坐标和第四预测位置的坐标，通过加权平均的方法计算出失联船只或落水人员在失联一个预测周期后的最终预测位置P5(x5,y5)，其中：
Figure FDA0004036757910000041
Figure FDA0004036757910000042
步骤9、在失联船只或落水人员在失联N个预测周期后，以失联N-1个预测周期后的最终预测位置为新一轮的失联地点，重复步骤1-8计算出失联船只或落水人员在失联N个预测周期后的最终预测位置，以最终预测位置为圆心N个预设单位长度为半径的圆形区域作为搜救区域。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，其特征在于，所述中央决策模块包括：
遇难确定单元，用于在船只失联预设的时间长度后确定船只为失联遇难，或接收到船只主动发起的求救信息时确定船只为普通遇难；
第一信息获取单元，用于获取船只在失联遇难前，在船只最后一次通信时所确定的失联位置信息和失联时刻信息；
第二信息获取单元，用于获取船只出航前所填入的船上人数信息；
派遣确定单元，用于根据所述船上人数信息确定落难人数，并根据落难人数确定需要派遣多少个无人船进行救援；
任务下发单元，用于根据所述失联位置信息或者普通遇难船只的位置信息选择距离最近的海上救援平台并下达救援指令。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，其特征在于，所述合作搜救单元执行以下操作：
获取轨迹预测处理单元计算得到的搜救区域，并根据所述无人船返回的位置信息确定无人船距离搜救区域的最远点的最远距离；
获取所述搜救区域周围的其他海上救援平台的位置信息，并确定其他海上救援平台与搜救区域之间的最近距离；
当所述最近距离小于所述最远距离时，向对应最近距离的海上救援平台发起求助信息；
当收到来自其他海上救援平台的求助信息时，将平台上预定数量无人船的控制权限转交给其他海上救援平台。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，其特征在于，所述无人船包括：
北斗定位单元，用于通过与北斗卫星进行信息交互，从而确定无人船所在的位置；
通信单元，用于与海上救援平台进行通信，接收海上救援平台所下达的控制指令并发送至微型控制单元，同时向海上救援平台发送信息；
风速测量仪，用于获取无人船所在位置的海面风速信息，并将海面风速信息发送至微型控制单元；
陀螺仪，用于获取无人船偏移角度信息并发送至微型控制单元；
声纳探测仪，用于对无人船周围的障碍物进行探测，并将探测结果发送至微型控制单元；
动力单元，用于对无人船进行驱动，并向微型控制单元发送剩余能源量；
第一摄像装置，用于拍摄无人船周围的环境；
微型控制单元，用于根据救援平台所下达的控制指令对动力单元进行操控，从而驱动无人船航行，同时通过风速信息和无人船偏移角度信息对环境进行自动判断，在风速较大或无人船偏移严重的情况下向海上救援平台发起报警信息，并通过声纳探测仪的探测结果控制无人船进行自动避障。
5.根据权利要求4所述的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，其特征在于，所述无人船还包括：
第一红外识别单元，用于对无人船周围进行红外识别，从而确定是否存在遇难人员，并确定遇难人员的大致方位；
弹射装置，用于向遇难人员弹射救生衣、救援绳或充气皮筏；
无人机单元，用于对周围海域进行空中探查。
6.根据权利要求5所述的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，其特征在于，所述无人机单元还包括：
第二摄像装置，用于在高空对周围海域进行视频图像采集；
第二红外识别单元，用于在高空对周围海域进行红外识别，从而确定是否存在遇难人员，并确定遇难人员的大致方位；
太阳能充电板，用于对无人机进行太阳能充电。
7.根据权利要求4所述的一种基于机器人技术的海洋救灾船舶管理平台系统，其特征在于，所述无人船的两侧还设置有登船扶手；
所述无人船的两侧还设置有充气管道，所述充气管道为柔性并具有预设的长度，所述充气管道的出口位置设置有充气阀门。
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