CN210037782U - 一种智能监测无人船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能监测无人船，包括无人船船体、视频拍摄设备、船载控制系统，船载控制系统与视频拍摄设备设置在无人船上，船载控制系统包括船端主控制器、无线通信设备、航行信息采集设备、水质水文参数信息收集传感器组和动力驱动装置，所述的船端主控制器与视频拍摄设备、无线通信设备、航行信息采集设备、水质水文参数信息收集传感器组和动力驱动装置进行电连接。本实用新型提供的一种智能监测无人船解决传统的特定水域水质水文环境参数监测多采样点固定、灵活性差弊端，提供一项移动式水质环境参数监测系统。

Description

一种智能监测无人船

技术领域

本实用新型涉及水面无人船领域，更具体地，涉及一种智能监测无人船。

背景技术

水面无人船(USV)是具有自主航行能力，并且可自主实现环境感知、目标探测等任务的智能化、无人化水面平台。USV在军用和民用上都具有重要意义，在民用上，USV能够进行港口监控、水质采样、水文勘察、海事搜救等；在军用上，USV可承担情报收集、监视侦查、扫雷、反潜、精确打击、搜捕、反恐等功能。

在我国，港口承担了石油、化工、治金、电力、机械等重点物资的运输任务，是国民经济和社会发展的重要交通基础设施。港口的大规模建造和运营给国家和地区带来巨大的经济效益的同时，也面临着严峻的水域环境、陆域环境污染问题。其中水域污染是港口环境问题的重点，港口都是建在临海、临江、临湖，是一个主要与水域相关的活动场所，水上船舶污水、船舶运输或码头作业引起的溢油或危险品泄漏污水、陆域港区生产废水、受污染雨水等污废水的排放，使得有限的水体资源环境承载的压力越来越大，我国的一些江河入海口、海湾、江河、湖泊等已受到污染，而且水域污染问题日益严重。

水污染的主要危害除了众所周知的危害人类健康外，还可以降低农作物的产量和质量、影响渔业生产的产量和质量、从工业上制约经济的发展。例如，水产养殖也处于世界第一地位的我们国家，在我国，水产养殖企业遍布全国各地，以小企业小规模的形式居多。但这些小企业因为知识层面，经验层面以及经济层面等诸多问题，在水产养殖中测定水体质量方面所实施的方式方法缺乏可靠性和实时性，无法达到水产养殖实时智能化监测的要求，因而会导致水产品产量降低，且易出现水产病害等风险。如何降低或者防止这些风险，需要了解其生成的原因。

目前，国际上USV的研究和应用正向智能化方向发展，而我国对USV的研究和应用还处于起步阶段，在USV的智能化方面，很多关键技术还很薄弱，而这些技术国外又对我国实行技术封锁。因此，国内有关专家呼吁，USV的前瞻性技术探索和研究不仅很有必要，而且十分紧迫。

实用新型内容

本实用新型提出一种智能监测无人船，解决传统的特定水域水质水文环境参数监测多采样点固定、灵活性差弊端，提出一种智能监测无人船，本实用新型采用的技术方案是：

一种智能监测无人船，包括无人船船体、船载控制系统，船载控制系统设置在无人船船体上，船载控制系统包括船端主控制器、无线通信设备、水质水文参数信息收集传感器组和动力驱动装置，所述的船端主控制器与视频拍摄设备、无线通信设备、航行信息采集设备、水质水文参数信息收集传感器组和动力驱动装置进行电连接。

本实用新型提供的智能监测无人船在使用过程中，首先水质水文参数信息收集传感器组进行数据采集并将采集的数据传输至船端主控制器，船端主控制器通过无线通信设备与岸基监控系统进行无线数据传输；操作人员在岸基监控系统监控无人船回传的数据并根据发出相应的控制指令，船端主控制器接收到相应的控制指令后，对动力驱动装置进行相应的控制。

在一种优选方案中，所述的船端控制系统还包括航行信息采集设备，航行信息采集设备包括GPS电罗经、AIS船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统，GPS电罗经、AIS船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统依次与船端主控制器进行电连接。实现GPS电罗经、超前探测仪、雷达、光电追踪系统导航数据采集融合计算并通过无线通信设备传输至岸基监控系统，监控无人船驾驶；船舶主控制器采集AIS船舶自动识别系统、雷达、GPS电罗经数据进行会遇碰撞态势感知、避碰决策分析控制动力驱动系统实现避碰。

在一种优选方案中，所述的GPS电罗经与AIS船舶自动识别系统通过RS232接口接入船端主控制器。

在一种优选方案中，所述的无线通信设备包括4G无线通信模块与无线电台；所述的4G无线通信模块通过无线网络进行数据传输，无线电台通过无线电波进行数据传输。无线通信链路中4G无线网络用于执行巡航任务时传输巡航路线周围海域的环境视频图像信息、执行水质监测采样任务时传输采样点周围海面的视频图像以及监测采样作业信息。无线电台用于船端控制系统与岸端监控系统之间的信息交互，交互的信息主要为：岸船控制系统向船端发送的控制指令、船端向岸端控制系统发送的船舶航行信息。

在一种优选方案中，所述的无人船船体采用三体船船型，三体船设计具有更快的航速、更低的燃料消耗、更好的适航稳定性和更出色的操控性。

在一种优选方案中，所述的船端主控制器采用ARM+DSP嵌入式系统设计。

在一种优选方案中，所述的动力驱动装置包括直流电机与双螺旋桨，直流电机与船端主控制器进行电连接，直流电机与双螺旋桨进行机械连接，直流电机驱动双螺旋桨，依靠双螺旋桨转速差实现船舶转向控制。

在一种优选方案中，所述的无人船还包括视频拍摄设备，所述的视频拍摄设备与船端主控制器进行电连接。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

(1)根据水域的污染情况，调查水域水污染防治要求规定提取共性需监测水质水文参数，配备安装相应传感器终端实时采集数据，通过无人船与岸基之间无线的通信上报岸基；

(2)解决传统的特定水域水质水文环境参数监测多采样点固定、灵活性差弊端，提供一项移动式水质环境参数监测系统。

(3)解决特定水域主管机关缺少水质水文参数监测、统计、分析与发布平台的问题。

附图说明

图1为本实用新型提供的特定水域水质水文参数智能监测无人船的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

请参考图1，本实施例提供一种智能监测无人船，包括无人船船体2和船载控制系统1，船载控制系统1设置在无人船2船体上，船载控制系统1包括船端主控制器3、动力驱动装置4、无线通信设备5和水质水文参数信息收集传感器组7，所述的船端主控制器3与动力驱动装置4、无线通信设备5和水质水文参数信息收集传感器组7进行电连接。

本实用新型提供的智能监测无人船在使用过程中，首先水质水文参数信息收集传感器组7进行数据采集并将采集的数据传输至船端主控制器3，船端主控制器3通过无线通信设备5与岸基监控系统进行无线数据传输；操作人员在岸基监控系统监控无人船回传的数据并根据发出相应的控制指令，船端主控制器3接收到相应的控制指令后，对动力驱动装置4进行相应的控制。

在一种优选方案中，所述的船端控制系统1还包括航行信息采集设备6，航行信息采集设备6包括GPS电罗经、AIS船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统，GPS电罗经、AIS船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统依次与船端主控制器1进行电连接，实现GPS电罗经、超前探测仪、雷达、光电追踪系统导航数据采集融合计算并通过无线通信设备传输至岸基监控系统，监控无人船驾驶；船舶主控制器3采集AIS船舶自动识别系统、雷达、GPS电罗经数据进行会遇碰撞态势感知、避碰决策分析控制动力驱动系统实现避碰。

在一种优选方案中，所述的GPS电罗经与AIS船舶自动识别系统通过RS232接口接入船端主控制3。

在一种优选方案中，所述的无线通信设备5包括4G无线通信模块与无线电台；所述的4G无线通信模块通过无线网络进行数据传输，无线电台通过无线电波进行数据传输。无线通信链路中4G无线网络用于执行巡航任务时传输巡航路线周围海域的环境视频图像信息、执行水质监测采样任务时传输采样点周围海面的视频图像以及监测采样作业信息。无线电台用于船端控制系统1与岸端监控系统之间的信息交互，交互的信息主要为：岸船控制系统向船端发送的控制指令、船端向岸端控制系统发送的船舶航行信息。

优选的，所述的无人船2船体采用三体船船型，三体船设计具有更快的航速、更低的燃料消耗、更好的适航稳定性和更出色的操控性。

优选的，所述的船端主控制器3采用ARM+DSP嵌入式系统设计。

优选的，所述的动力驱动装置4包括直流电机与双螺旋桨，直流电机与船端主控制器进行电连接，直流电机与双螺旋桨进行机械连接，直流电机驱动双螺旋桨，依靠双螺旋桨转速差实现船舶转向控制。

优选的，所述的船端主控制器3包括通信接口单元、数据采集处理单元、智能控制单元，

所述的通信接口单元为多模态通信接口模块，多模态通信接口模块与第一无线通信设备的4G无线通信模块、无线电台进行电连接；

所述的数据采集处理单元包括多源传感器信息融合处理模块和多源传感器信息融合处理模块，多源传感器信息融合处理模块用于接收航行信息采集设备和水质水文参数信息收集传感器组的数据、多源传感器信息融合处理模块对多源传感器信息融合处理模块进行数据处理；

所述的智能控制单元包括动作控制—任务分解模块、船舶操控动作控制器和动作执行器模块，动作控制—任务分解模块、船舶操控动作控制器和动作执行器模块与动力驱动装置进行电连接。

优选的，所述的水质水文参数信息收集传感器组7采集的数据包括油污、水温、溶解氧与PH值等水质水文参数。

实施例2

本实施例与实施例内容一致，但对岸基监控系统进行进一步限定，本实施例提供的一种智能监测无人船，岸基监控系统搭建特定水域水质水文参数监测、统计、分析和发布平台，解决对特定或指定区域缺少水质污染、水文参数实时监测、信息发布、公共监督等渠道问题。岸基监控系统监控操作台将无人船采集上报水质水文参数实时传送至数据中心，经过数据中心统计、分析之后将数据面向公众或指定机构公开。

实施例3

在本实施例中，船载控制系统1中船端主控制器3采集和解析来自航行信息采集设备和水质水文参数信息收集传感器的导航数据、风浪流预报、船舶漂移参数、电子海图地理信息数据、船舶姿态数据等数据，获得无人船的位置、航速、航向信息，姿态信息，同时采集水质水文参数传感器信息，并将这些信息及舵角信息等通过无线电台发送至岸基监控系统。岸基监控系统中无线电台与监控操作台连接，监控操作台实时显示船载控制系统上报各类信息。岸基监控系统监控操作台根据无人船的位置和航向信息，解算出每艘无人船的舵角和船速控制命令，同时岸基监控系统上位机以预置监测作业程序指令，各类指令融合计算匹配执行顺序，并将该类指令经由无线电台发送至船载控制系统船端主控制器执行，控制船舶向规划路径或预定作业点移动，同时可控制船载执行机构或传感器进行水质水文参数监测作业。从而实现无人船智能运动控制及特定水域水质水文参数智能监测作业。在系统运行过程中，岸基实时显示船载视频摄像头所采集的无人船周边环境及无人船自身状态视频流，岸基监控系统值班人员或操作人员可随时打断无人船自动运行模式转为人工控制模式，人工控制具有较高优先级。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能监测无人船，其特征在于，包括无人船船体和船载控制系统，船载控制系统设置在无人船船体上，船载控制系统包括船端主控制器、无线通信设备、水质水文参数信息收集传感器组和动力驱动装置，所述的船端主控制器与无线通信设备、航行信息采集设备、水质水文参数信息收集传感器组和动力驱动装置进行电连接。

2.根据权利要求1所述的智能监测无人船，其特征在于，所述的船端控制系统还包括航行信息采集设备，航行信息采集设备包括GPS电罗经、AIS船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统，GPS电罗经、AIS船舶自动识别系统、超前探测仪、雷达与光电追踪系统与船端主控制器进行电连接。

3.根据权利要求2所述的智能监测无人船，其特征在于，所述的GPS电罗经与AIS船舶自动识别系统通过RS232接口接入船端主控制器。

4.根据权利要求1所述的智能监测无人船，其特征在于，所述的无线通信设备包括4G无线通信模块与无线电台，4G无线通信模块、无线电台和船端主控制器进行电连接。

5.根据权利要求1所述的智能监测无人船，其特征在于，所述的无人船船体采用三体船船型。

6.根据权利要求1所述的智能监测无人船，其特征在于，所述的船端主控制器采用ARM+DSP嵌入式系统设计。

7.根据权利要求1所述的智能监测无人船，其特征在于，所述的动力驱动装置包括直流电机与双螺旋桨，直流电机与船端主控制器进行电连接，直流电机与双螺旋桨进行机械连接，直流电机驱动双螺旋桨。

8.根据权利要求1所述的智能监测无人船，其特征在于，所述的无人船还包括视频拍摄设备，所述的视频拍摄设备与船端主控制器进行电连接。

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