CN202966600U - 智能巡航监测无人浮标船 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能巡航监测无人浮标船，包括一载有水体监测传感器的浮标船，所述浮标船安装有动力推进装置，船舱内设有中央控制系统和蓄电池，船体上设有电动或气动锁紧单元，电动或气动锁紧单元与中央控制系统相连，中央控制系统包括中央控制主机、与水体监测传感器相连的测量采集模块、解锁巡航模块、自动驾驶避障装置，中央控制系统与通讯模块相连，可与远程监控中心或移动终端进行双向的通讯。本实用新型优点在于能根据需要自锁固定于某一停泊点处监测，并能按预先程序设定的特定条件自动解锁，并按预设路线进行巡航监测，在巡航过程中能自动避障，巡航结束能自动返回停泊处，自锁固定于浮标坞上，也可以由监控中心指令手动操作巡航。

Description

智能巡航监测无人浮标船

技术领域

本实用新型涉及一种水体监测设备，尤其涉及一种可在指定水区域自动巡航避障锁定的浮标机器人。

背景技术

目前传统的水质自动监测系统分为三种类型，一种是人工监测，分析人员到达现场，用便携式仪器进行测量，或者是用留样器取样后送交实验室，由实验室分析仪器进行分析；另一种是在水质自动监测站，在需长期监控的段面建设水质自动监测站，监测站里是全自动的在线监测仪器，通过采样泵及浮桶抽取流域里的水样，进入水质自动监测站进行分析；第三种是浮标式监测站，在流域内设立浮标监测点，浮标内安装有探头式在线监测仪器，浮标以锚链的方式固定于水域上。这三种方式各有缺点，采用人工监测方式，当有污染事故发生时，应急监测人员无论白天或夜间需要通过交通工具赶到事发现场，并且在事发现场要通过肉眼的方式先做个大致的判断，污染源点发生的位置，然后再用便携应急仪器测量多点，再分析找到污染源点，当交通距离比较不方便或在夜间等不方便出巡的时候，或者是在流域面积比较大，污染面积比较大时，比较难最快速的判断出污染源点。而采用建设自动监测站或浮标站的点，由于监测点是固定的，所以即使监测到有污染超标，并不能进行扩大监测点，对污染源起源点的追溯。而在水体水质监测中，第一时间找出污染源点，切断污染源是在线监测及应急监测的首要目标，是快速挽回损失的首要条件。

申请号为“201010109578.2一种移动型水体在线综合监测浮标”的专利中，由于现实投用的水域，无论是河道，湖泊，水库，海域，都存在着可以发大水、刮大风、巨浪等不可测的自然现象，当这些情况发生时，因为此浮标无法固定，所以会被水冲走丢失或损坏。另外遇到有船行驶的水域无法防撞及避障，有人的水域无法防盗；即使是在定点监测中，由于风浪等影响，浮标也要不停的驱动推进器动作，功耗比较大，由于太阳能的转换效率并不是很高，所以浮标不能长时间连续工作。又如中国专利申请号为2008100330129公开了一种用于蓝藻监测及蓝藻水质预警的浮标，由浮标载体、仪器舱、监测传感器、通讯天线和太阳能电池板构成，浮标载体承托整个浮标漂浮于水面，仪器舱安装固定在浮标载体之上，监测传感器集合体悬挂在浮标载体的正下方，仪器舱的顶部安装通讯天线，仪器舱的外表面安装太阳能电池板，仪器舱内部安装有电源、控制模块、信号接受/发送模块、数据记录器、马达和传感器位置调节器。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种智能巡航监测无人浮标船，该装置根据需要自动锁定于某一停泊点处监测并充电，并能按预先程序设定的特定条件（如水体水质超过预设值时）自动解锁并按预设路线进行巡航监测，在巡航过程中能自动避障，巡航结束能自动返回停泊处，自锁固定于浮标坞。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种智能巡航监测无人浮标船，包括一载有水体监测传感器的浮标船，所述浮标船安装有动力推进装置，所述浮标船舱内设有中央控制系统，所述浮标船体上设有电动或气动锁紧单元，所述电动或气动锁紧单元与中央控制系统相连，所述中央控制系统包括中央控制主机、与水体监测传感器相连的测量采集模块、解锁巡航模块、自动驾驶避障装置，所述中央控制系统通过与之相连的无线通讯模块与远程控制中心或移动终端实现双向通讯。

作为优选，所述自动驾驶避障装置由GPS、电子罗盘、测距探头、惯性测量模块、声纳、水深流速仪、气象传感器中的一个或多个组合而成。

作为优选，所述电动或气动锁紧单元包括动力固定插销、电动或气动锁。

作为优选，所述浮标船船头部分还设有电磁吸力装置，所述电磁吸力装置与电动或气动锁紧单元相连通实现同步动作。

作为优选，所述浮标船还配置有太阳能板、警告对讲扩声器、红外夜视云台摄像机、探照灯、电动卷扬机、自动留样器中的一个或多个组合。

作为优选，所述浮标船的船体边缘还配有防撞条和反光荧光条。

本实用新型的设计思路主要为：浮标船通过视觉导航（摄像头拍摄周围的图像进行障碍物特征识别与距离估算）与自动驾驶导航系统（GPS，电子罗盘，惯性测量模块，测距探头，声纳，水深流速）综合计算分析，可引导浮标船正确进入浮标坞停泊位，对位正确后进行自动上锁固定。锁为电子锁或气动锁，浮标船体上安装有动力插销，浮标坞上有插孔，对位正确后插销插入插孔锁死，同时浮标船及浮标坞通过插销将充电回路接通，使浮标坞上的充电电源为浮标船上的蓄电池进行充电。以上锁方式及充电方式为最优方案，并非为唯一方案。

浮标船头部分可以有电磁吸力装置，在浮标船与浮标坞正确对位后，可开启电磁吸力装置，使浮标船头部吸合在浮标坞对应停泊位，使停靠更准确紧密，并不受水浪风力影响，当正确上锁后，释放此电磁装置电源。浮标船的应急监测机制，可以由人工提前决策设定，当某些参数的超标时，即触发应急监测机制，浮标船通过通讯模块发报警信息给监测人员，同时进行自解锁向上游或按预设的决策机制内的流域进行自航行巡检监测，并将沿途的监测数据远传至监测中心，根据测量值的变化，可找出污染范围及污染源头。也可按预先的间隔时间及远程人工指令，进行解锁并自巡航监测；巡航结束后可获取固定浮标坞的GPS及电子罗盘信息，计算正确航向返回停泊监测点，并通过与视频识别系统配合获取浮标坞停泊位的具体位置朝向正确驶入并进行自锁固定。浮标船通过船底的水深流速探头与船自身的惯性测量模块，气象测量探头进行综合分析，如果超过浮船自身抵御风浪能力，浮标船在即使接到指令，也不会进行解锁巡检。浮标船通过自动驾驶避障装置中的GPS、电子罗盘、惯性测量模块、测距探头、声纳、水深流速仪、气象测量探头、摄像识别等功能，经过中央控制器的逻辑运算，可以自动驾驶、避障，具备学习功能，已行驶路径可进行存储，可以远程设定并存储多条巡检线路，通过一条指令即可进行设定。

浮标船在海上或大流域水面应用，可以使用双备用动力系统，以防止有一套动力系统损坏后，浮标船无法返回维护地检修，双动力系统可以是两电力，或一电力和一汽油发动机。浮标船采用双无线通讯系统，互为备用，可以根据应用的环境配备卫星/2G/3G/4G/微波等，浮标船上的传感器参数可通过通讯系统传至远程监控中心，远程控制中心也可以下指令到浮标船的中央控制主机。浮标船上安装有夜视云台摄像头，在白天晚上都可以进行视觉识别及环境监控。浮标船上前端安装有照明灯，在光线不好的条件下，可以开启此照明灯。浮标船上前后都安装有测距探头及警告对讲扩声器，与摄像头结合分析，如果遇到交通有阻碍或有人靠近盗窃时，可进行自动或人工语音警示。浮标船四周安装有防撞胶条及警用荧光反光条，起防撞和警示作用。浮标船底部装有清扫头，可受控旋转清扫，保持测量探头的清洁，不被淤泥等结在探头上。

浮标船船体上表面可以安装太阳能板，为蓄电池充电。浮标船内有设备仓，可以安装各种分析仪器，采样器，并且有照明灯与视频识别探头，可以将便携仪器放入设备仓，通过视频识别探头与中央控制器连接，中央控制器通过OCR（文字识别系统），可以将便携仪器屏幕上的测量值识别后进行记录并远传。浮标船上开有多个带防水密封的探头安装孔，仪器设备或采样管可由此孔放入水中并进行与船仓的密封。设备仓内可以配备电动卷扬机，卷扬机未端可以与测量探头或留样管固定，驱动卷扬机就可以测量不同深度的水层水样。设备仓内可以配备自动留样器，污染状态下或人工状态下可以触发留样，以方便维护人员到来后进行污染水样的人工测量。

本实用新型的有益效果是：

智能巡航监测无人浮标船具有无线通讯模块，能够将浮标船上的监测数据，视频同步传输到远端监控终端，同时远程终端可方便的进行浮标船上控制程序的设置及控制，方便远程监控管理。

智能巡航监测无人浮标船配有受控固定锁，可根据监测需要安装多个固定浮标坞，以使监测浮标机器人可以灵活的运行于多个固定监测点。

智能巡航监测无人浮标船配有自充电装置，可以通过与固定的浮标坞相连进行自充电，以使浮标机器人可长期连续运行于监测水域。

智能巡航监测无人浮标船配有自避障装置，可以使浮标安全巡航于监测水域，并且巡航路线可由人工预先设定。

智能巡航监测无人浮标船安装于监测水域，当有污染事故发生时，可第一时间触发系统，巡航到污染水域监测，快速及时的找到污染源点及污染区域，方便指导人工决策，降低污染损失。

智能巡航监测无人浮标船具有结构简单，体积小能耗低，方便使用的特点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

图1是智能巡航监测无人浮标船的结构示意图。

图2是动力锁及自充电装置结构示意图。

图3是设备仓结构示意图。

图1：1.船体；2.船驱动装置；3.螺旋桨；4.中央控制主机；5.尾灯；6.测距探头；7.通讯模块；8.警示灯；9.太阳能板；10.警报器及对讲系统；11.红外夜视云台摄像机；12.测距探头；13.探照灯；14.防撞条；15.电动或气动锁装置；16.惯性测量模块；17.声纳；18.水深流速仪；21.电动刷；22.探头安装孔；23.蓄电池；24.设备仓；25.气象传感器；26.电动卷扬机；27.自动留样器；28.GPS；29.电子罗盘；30.测量采集模块；41.电磁吸力装置。

图2：31.压缩空气管；32.电动三通阀；33.压缩空气泵；34.电动三通阀；35.压缩空气管；36.压缩空气仓；37.压缩空气仓；38.充电连接线；39.动力插销；40.充电桩。

图3：19.照明灯；20.OCR摄像头；24.设备仓；26.电动卷扬机；27.自动留样器；30.测量采集模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的作进一步阐述。

如图1-3所示，一种智能巡航监测无人浮标船，包括一载有水体监测传感器的浮标船1，所述浮标船1安装有动力驱进装置2、螺旋桨3及舵机，所述浮标船1舱内设有中央控制系统，所述浮标船舱底部设有蓄电池23，所述浮标1船身两侧设有电动或气动锁紧单元15，所述电动或气动锁紧单元15与中央控制系统相连，中央控制系统可以控制锁紧单元的锁定或打开；所述中央控制系统包括中央控制主机4、解锁巡检模块、与水体监测传感器相连的测量采集模块30、自动驾驶避障装置。中央控制系统与无线通讯模块7相连，可与远程控制中心或移动控制终端进行双向的通讯，控制中心可获取所有船体行始参数并能下发指令。所述自动驾驶避障装置包括GPS28、电子罗盘29、测距探头6、惯性测量模块16、声纳17、水深流速仪18、气象传感器25、红外夜视云台摄像机11的组合；GPS28的作用是定位浮标船1的地理位置；电子罗盘29的作用是定位浮标船1的行进朝向；测距探头6的作用是检测浮标船1与障碍物的角度及距离；惯性测量模块16的作用是检测浮标船1的倾斜角度、加速度；声纳17安装于浮标船1底部，作用是检测浮标船1与水底或水下障碍物的相对距离；水深流速仪18安装于浮标船1底，作用是测量水流的速度及水的深度；气象传感器25安装于浮标船1的顶部，用于测量风力、风向；红外夜视云台摄像机11作用是通过视频识别程序可以识别视频监控内的障碍物的大小、形状、相对距离；以上这些传感器的数据采集进中央控制主机4，通过运算可及时调整浮标船1的行进方向及角度，可以合理的控制浮标船1绕开障碍物。同时当水流速或风力超过某一界限值时，浮标船1自保护不进行解锁巡航，以防损坏浮标船。所述解锁巡检模块为电动或气动锁紧单元，包括动力插销39、电动或气动锁15。浮标船1准确停靠入浮标坞后，中央控制主机4发出指令，电动三通阀32动作，使压缩空气泵33出气管与压缩空气管35连通，压缩空气进入压缩空气仓37；同时电动三通阀34动作，使压缩空气仓36的气体由压缩空气管31排出管路；随着压缩空气进入空气仓37，压缩空气仓36的气体排出，将挤压动力插销39向外滑出浮标船，可插入固定浮标坞的对应固定锁孔，将浮标船固定在浮标坞上；同时固定于动力插销39上的充电桩40可与固定浮标坞上的弹性充电插座接触，完成对蓄电池23的充电；同理，控制电动三通阀32和34逆向动作，将挤压动力插销39向内收缩入浮标船内，就可以完成气动锁的解锁。所述浮标船1船头部分还设有电磁吸力装置41，所述电磁吸力装置41与电动锁相连通并同步动作，以使浮标船在停泊时可吸附于浮标坞的对位处，使浮标船保持稳定。此外，所述浮标船还可配置有太阳能板9、电动卷扬机26、自动留样器27中的组合。所述浮标船还配置警示灯8、警告对讲扩声器10、探照灯13中的组合；浮标船体边缘还配有防撞条14和反光荧光条，以达到警示其它船支或入侵人的作用。

需要指出的是，上述实施例虽对本实用新型作了比较详细的文字描述，但这些文字描述只是对本实用新型设计思路的简单描述，而不是对本实用新型思路的限制。任何不超过本实用新型设计思路的组合、增加或修改，均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能巡航监测无人浮标船，包括一载有水体监测传感器的浮标船，所述浮标船安装有动力推进装置，所述浮标船舱内设有中央控制系统，其特征在于所述浮标船体上设有电动或气动锁紧单元，所述电动或气动锁紧单元与中央控制系统相连，所述中央控制系统包括中央控制主机、与水体监测传感器相连的测量采集模块、解锁巡航模块、自动驾驶避障装置，所述中央控制系统通过与之相连的无线通讯模块与远程控制中心或移动终端实现双向通讯。

2.根据权利要求1所述的智能巡航监测无人浮标船，其特征在于所述自动驾驶避障装置由GPS、电子罗盘、测距探头、惯性测量模块、声纳、水深流速仪、气象传感器中的一个或多个组合而成。

3.根据权利要求1所述的智能巡航监测无人浮标船，其特征在于所述电动或气动锁紧单元包括动力固定插销、电动或气动锁。

4.根据权利要求2所述的智能巡航监测无人浮标船，其特征在于所述浮标船船头部分还设有电磁吸力装置，所述电磁吸力装置与电动或气动锁紧单元相连通实现同步动作。

5.根据权利要求2所述的智能巡航监测无人浮标船，其特征在于所述浮标船还配置有太阳能板、警告对讲扩声器、红外夜视云台摄像机、探照灯、电动卷扬机、自动留样器中的一个或多个组合。

6.根据权利要求2所述的智能巡航监测无人浮标船，其特征在于所述浮标船的船体边缘还配有防撞条和反光荧光条。

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