CN217170933U - 一种海事测绘监察无人艇 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种海事测绘监察无人艇。本实用新型包括：船体、驱动动力模块、探测模块、信号传输模块、控制模块及能源模块；驱动动力模块包括螺旋桨、舵叶、艏侧推、艉侧推；驱动动力模块与控制模块电连接；探测模块包括艏测量天线、风速风向仪、艉测量天线、单波束测深仪；探测模块与控制模块电连接；信号传输模块与控制模块电连接；信号传输模块与远程控制终端进行远程无线通信；控制模块根据信号传输模块传输的远程控制指令，并结合接收到的探测模块采集的数据，处理为本地控制指令并发送至驱动动力模块；驱动动力模块根据本地控制指令驱动船体运动。解决了现有技术中，无人艇难以有效避障、综合测绘功能不完备、通信速率低的技术问题。

Description

一种海事测绘监察无人艇

技术领域

本实用新型涉及海事测绘监察技术，尤其涉及一种海事测绘监察无人艇，属于船舶工程技术领域。

背景技术

目前，海事测绘监察技术存在以下问题：

一是传统测绘工作劳动强度高、测量效率较低且外业人员具有水上作业的危险；

二是传统测绘无人船在工作时，容易受到礁石、其他船艇、水面漂浮物等物体的影响，如何在兼顾工作效率的同时进行有效避障成为需要解决的难题；

三是传统测绘无人船采用数字电台的控制方式，通信速率低，实用性较差；

四是传统测绘无人船的综合测绘功能不完备，可拓展性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术存在的技术问题，本实用新型除传统尾桨+舵叶的模式外，额外安装首尾侧推，实现正向推进和侧推相结合的动力提供方式，更有利于船舶运动速度和方向的控制，可以满足在复杂工况下的移动需求；探测机构涵盖了风速风向仪、信号天线、测量天线、单波束测深仪等，集成度高，可以实现避障、数据采集不同工作的需求，同时兼顾结构简单，易于维护和修理。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种海事测绘监察无人艇，包括：由上船壳和下船壳组成的船体、驱动动力模块、探测模块、信号传输模块、控制模块及用于提供电能的能源模块；所述驱动动力模块，包括：设置于所述下船壳尾端的螺旋桨和舵叶，以及设置于所述下船壳前侧部的艏侧推和后侧部的艉侧推；所述驱动动力模块与所述控制模块电连接；所述探测模块，包括：分别设置于所述上船壳前、中、后部的艏测量天线、风速风向仪、艉测量天线，以及设置于所述下船壳底部的单波束测深仪；所述探测模块与所述控制模块电连接；所述信号传输模块与所述控制模块电连接；所述信号传输模块具有无线通信功能，与远程控制终端进行远程无线通信；所述控制模块根据所述信号传输模块传输的远程控制指令，并结合接收到的所述探测模块采集的数据，处理为本地控制指令并发送至所述驱动动力模块；所述驱动动力模块根据所述本地控制指令驱动所述船体运动。

进一步地，所述上船壳上设有龙门架；所述风速风向仪设置于所述龙门架上。

进一步地，所述龙门架上还设有网络摄像头；所述船体内设有高精度姿态传感器。

进一步地，所述信号传输模块，包括：设置在所述上船壳的通信天线、无线网桥，以及设置于所述船体内的通信系统；所述通信系统与所述控制模块电连接。

进一步地，所述控制模块，包括：主机控制单元、舵机控制单元及数据处理单元；所述主机控制单元用于转换输出所述螺旋桨、艏侧推、艉侧推的推进控制信号；所述舵机控制单元用于转换输出控制所述舵叶的方向控制信号；所述数据处理单元用于处理所述探测模块采集的数据，并汇总所述推进控制信号和方向控制信号发送给所述动力模块，用于处理所述远程控制指令，并通过所述通信模块回传数据给所述远程控制终端。

进一步地，所述上船壳与下船壳之间设有夹层，所述高精度姿态传感器、通信系统及控制模块均设置于所述夹层内。

进一步地，所述船体采用碳纤维材质。

本实用新型海事测绘监察无人艇，与现有技术相比较具有以下优点：

1)结构方面：市场上多数无人艇采用三体船型+双喷泵式推进动力。本实用新型的无人艇采用单体船+单桨单舵与首尾侧推器推进，与三体船形相比，建造工艺简单，移动灵活轻便，更加节能、空间更大、能够搭载更多的设备。

2)动力方面：本实用新型的无人艇在传统尾桨的基础上增加了艏艉侧推，与传统单桨单舵式推进无人艇相比，具有极强的机动性能，更有利于船舶运动速度和方向的控制，可以满足复杂工况下的移动需求，与双喷泵式差速推进器相比更加节能。

3)通信方面：本实用新型的无人艇与岸基设备的通信采用“无线网桥+4G”的双冗余通信模式，克服了只采用4G通信时，易受其他信号干扰，以及采用传统数字电台时，通信速率低、距离短、实用性差等缺点。两种信号同时进行收发，经无人艇搭载的智能算法处理，自动选择通信质量好的方式与岸基设备进行通信，确保了无人艇在海面执行测绘任务时的通信质量。

4)感知方面：本实用新型的无人艇搭载了风速风向仪、信号天线、测量天线、摄像头、单波束测深仪等环境感知模块，可以同时采集风速风向、GPS位置、水深、艇身姿态、距离测量等信息。采集信息全面，集成度高，与同类无人艇只针对一种工作环境进行设计相比，环境适应性强，可拓展度高。

5)控制方面：本实用新型的无人艇搭载有DVS制导算法，可以实现航路点规划；同时搭载有自适应鲁棒算法，提高了无人艇工作时的稳定性；并结合无人艇搭载的环境感知模块，经控制模块智能算法处理，实现了自主避障、无人艇全自主控制等功能。

附图说明

图1为本实用新型海事测绘监察无人艇的外部结构示意图；

图2为本实用新型海事测绘监察无人艇的内部结构示意图；

图3为本实用新型海事测绘监察无人艇的电控设备连接示意图。

上述附图中，111、上船壳；112、下船壳；113、龙门架；211、螺旋桨；212、舵叶；213、艏侧推；214、艉侧推；311、艏测量天线；312、艉测量天线；313、风速风向仪；314、网络摄像头；315、单波束测深仪；316、高精度姿态传感器；411、通信天线；412、无线网桥；413、通信系统；511、主机控制单元；512、舵机控制单元；513、数据处理单元；6、能源模块。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型进一步说明：

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种海事测绘监察无人艇，包括：由上船壳111和下船壳112组成的船体、驱动动力模块、探测模块、信号传输模块、控制模块及用于提供电能的能源模块6；驱动动力模块，包括：设置于下船壳112尾端的螺旋桨211和舵叶212，以及设置于下船壳112前侧部的艏侧推213和后侧部的艉侧推214；驱动动力模块与控制模块电连接；探测模块，包括：分别设置于上船壳111前、中、后部的艏测量天线311、风速风向仪313、艉测量天线312，以及设置于下船壳112底部的单波束测深仪315；探测模块与控制模块电连接；信号传输模块与控制模块电连接；信号传输模块具有无线通信功能，与远程控制终端进行远程无线通信；控制模块根据信号传输模块传输的远程控制指令，并结合接收到的探测模块采集的数据，处理为本地控制指令并发送至驱动动力模块；驱动动力模块根据本地控制指令驱动船体运动。

具体而言，船体由上船壳111和下船壳112组成，船体为碳纤维材质，碳纤维材质作为一种轻质且坚固的材料，硬度高，重量轻，并具有良好的耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性。上船壳111与下船壳112用于容纳及承载下述模块，两者之间为螺纹连接。

驱动动力模块包括船体尾部的螺旋桨211、舵叶212、艏侧推213、艉侧推214,螺旋桨211用于为船舶提供推进动力，舵叶212用于改变船舶航向；艏侧推213、艉侧推214为船舶在低速航行状态下提供横向动力，能够使船舶拥有较高的机动性能。正向推进和侧推相结合的动力提供方式，更有利于船舶运动速度和方向的控制，可以满足在复杂工况下的移动需求。

探测模块包括艏测量天线311，艉测量天线312，可以测量船舶的位置和方向信号；风速风向仪313，用于采集风速风向数据；还可以设有网络摄像头314，用于观测并识别水面信息；还设有单波束测深仪315，用于海洋探测。还可以设有高精度姿态传感器316安装于无人艇内部，用于采集无人艇的姿态数据。

信号传输模块包括通信天线411、无线网桥412、通信系统413。通信天线411和无线网桥412用于与岸基设备进行通信，实时传输船舶姿态数据以及收集的样本数据。通信系统413安装于无人艇内部，用于接收和发送数据，与陆基终端设备进行通信。

控制模块包括主机控制单元511、舵机控制单元512及数据处理单元513。主机控制单元511，用于转换控制信号输出控制螺旋桨211、艏侧推213、艉侧推214的推进信号；舵机控制单元512，用于转换控制信号输出控制舵叶212的方向信号；数据处理单元513，主要功能为处理探测模块采集的数据，发送舵角、主机、侧推转速和方向信号给动力模块，处理来自通信模块的智能控制终端指令，并可以通过通信模块回传数据给智能控制终端。

能源模块6采用蓄电池，用于供给无人艇各模块的电源。蓄电池与前述控制模块、信号传输模块、探测模块间均为电性连接。

以上动力模块、探测模块、控制模块的连接关系如图3所示。

实施例2

如图1所示，本实施例上船壳111上设有龙门架113；风速风向仪313设置于所述龙门架113上。龙门架113上还设有网络摄像头314。设置于龙门架113上，起到了保护摄像头不被水面上的树枝、礁石等物体损坏的可能，同时保证风速风向仪313的工作范围内没有物体干扰。

实施例3

如图2所示，本实施例上船壳111与下船壳112之间设有夹层，高精度姿态传感器316、通信系统413及控制模块均设置于夹层内。以上设备属于电子设备，易损坏，设置于夹层内，可有效防止设备进水以及风、雷等危害。

综合以上实施例，本实用新型的无人艇的应用方式具体如下：

无人艇所需的能源均由蓄电池提供。无人艇的典型工作模式可大致分为手动模式和自动模式。

在手动模式下，通信系统413接收到通信天线411的信号后，输出信号给数据处理单元513，数据处理单元513下达信号给主机控制单元511和舵机控制单元512，主机控制单元511转换控制信号输出控制螺旋桨211、艏侧推213、艉侧推214的推进信号，为无人艇提供动力。舵机控制单元512转换控制信号进而控输出制舵叶212的方向信号，控制无人艇方向。

在自动模式下，数据处理单元513通过收集来自艏测量天线312、艉测量天线313、高精度姿态传感器316等探测模块的探测数据，进行自主决策后输出控制信号给主机控制单元511和舵机控制单元512，自主控制螺旋桨211、艏侧推213、艉侧推214、舵叶212的动作，实现无人艇的自主运动。

在传感器及探测模块方面，无人艇上搭载了313风速风向仪，可以在无人艇工作时实时收集风速风向数据；314网络摄像头，可以在无人艇工作时实时收集前方障碍物数据，经无人艇搭载的避障算法，可以实现短距离的避障动作；315单波束测深仪，可以在无人艇工作时实时收集海洋探测数据。以上收集的数据都可以经数据处理单元513处理后传递给通信模块413，通过412无线网桥、411通信天线及时反馈给陆基设备，便于在陆基智能终端进行数据存储，分析和管理。无人艇也可通过前述设备接收陆基设备的操纵信号，并经过智能化算法处理，完成对应的工作。

艏侧推213、艉侧推214可以在无人艇低速航行时，提供侧向的推进力，使无人艇拥有较高的机动性能，相应的，对应无人艇工作的典型“回字形”，无人艇的工作区域也覆盖更加全面。

风速风向仪313和网络摄像头314安装于龙门架113上，龙门架113处于一个高于无人艇身的位置，考虑到无人艇工作时的环境干扰，采用这种结构能够对前述两者起到的保护和提高探测效果的作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种海事测绘监察无人艇，其特征在于，包括：

由上船壳（111）和下船壳（112）组成的船体、驱动动力模块、探测模块、信号传输模块、控制模块及用于提供电能的能源模块（6）；

所述驱动动力模块，包括：设置于所述下船壳（112）尾端的螺旋桨（211）和舵叶（212），以及设置于所述下船壳（112）前侧部的艏侧推（213）和后侧部的艉侧推（214）；所述驱动动力模块与所述控制模块电连接；

所述探测模块，包括：分别设置于所述上船壳（111）前、中、后部的艏测量天线（311）、风速风向仪（313）、艉测量天线（312），以及设置于所述下船壳（112）底部的单波束测深仪（315）；所述探测模块与所述控制模块电连接；

所述信号传输模块与所述控制模块电连接；所述信号传输模块具有无线通信功能，与远程控制终端进行远程无线通信；

所述控制模块根据所述信号传输模块传输的远程控制指令，并结合接收到的所述探测模块采集的数据，处理为本地控制指令并发送至所述驱动动力模块；所述驱动动力模块根据所述本地控制指令驱动所述船体运动。

2.如权利要求1所述的海事测绘监察无人艇，其特征在于，所述上船壳（111）上设有龙门架（113）；所述风速风向仪（313）设置于所述龙门架（113）上。

3.如权利要求2所述的海事测绘监察无人艇，其特征在于，所述龙门架（113）上还设有网络摄像头（314）；所述船体内设有高精度姿态传感器（316）。

4.如权利要求3所述的海事测绘监察无人艇，其特征在于，所述信号传输模块，包括：设置在所述上船壳（111）的通信天线（411）、无线网桥（412），以及设置于所述船体内的通信系统（413）；所述通信系统（413）与所述控制模块电连接。

5.如权利要求4所述的海事测绘监察无人艇，其特征在于，所述控制模块，包括：主机控制单元（511）、舵机控制单元（512）及数据处理单元（513）；所述主机控制单元（511）用于转换输出所述螺旋桨（211）、艏侧推（213）、艉侧推（214）的推进控制信号；所述舵机控制单元（512）用于转换输出控制所述舵叶（212）的方向控制信号；所述数据处理单元（513）用于处理所述探测模块采集的数据，并汇总所述推进控制信号和方向控制信号发送给所述动力模块，用于处理所述远程控制指令，并回传数据给所述远程控制终端。

6.如权利要求5所述的海事测绘监察无人艇，其特征在于，所述上船壳（111）与下船壳（112）之间设有夹层，所述高精度姿态传感器（316）、通信系统（413）及控制模块均设置于所述夹层内。

7.如权利要求1所述的海事测绘监察无人艇，其特征在于，所述船体采用碳纤维材质。

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