一种用于搜寻水污染源的无人船系统的制作方法

本发明涉及一种用于搜寻水污染源的无人船系统，属于无人船控制技术领域。

背景技术：

现阶段，我国水污染监测系统主要由定点监测站与人工水质监测组成。

定点监测系统是由水文部门对江、河、湖泊等水域，进行水质参数的监测。系统主要由水文监测站与总控中心组成，水文监测站遍布整个城市水域，通过传感设备，定时收集水域水质信息，总控中心通过分析处理这些信息，对城市水文系统进行整体监控。这种传统的方法固然为我国的水污染检测做出过卓越的贡献，但是其仍然存在检测范围较小、维护成本较高等诸多不足。

人工水质监测通常由工作人员驾驶在水域现场进行采样，之后利用实验室中的专业仪器进行水质分析。这种方法相对于定点监测系统克服了监测范围较小的限制，但是仍然存在测量周期长的问题，特别是其在测量重污染水体时存在侧翻、误操作导致中毒等可能威胁操作人员人身安全的隐患。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于搜寻水污染源的无人船系统，是提供一种实现简单，且能自动搜寻水污染源的无人船。人船在水污染源搜寻中可以通过远程遥控，以及预设、自主规划路线进行搜寻。既突破了定点监测站的范围限制，又避免了人工水质监测枯燥、重复的劳动，大大提高了水污染源搜寻的效率，保障了操作人员的人身安全。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种用于搜寻水污染源的无人船系统，该系统包括处理器模块、用于供电的电源模块、动力驱动模块、传感器模块、定位导航模块、操作员控制模块；

处理器模块接收并储存来自传感器模块的水文参数，计算出水中的污染物的相对浓度梯度，根据浓度梯度信息规划行进方案，将行进方案发送给动力驱动模块；向操作员控制模块实时传输探测数据，并接受来自控制台的数据；

定位导航模块实时获取无人船的经纬度信息，并发送至操作员控制模块。

作为本发明的进一步技术方案，操作员控制模块通过红外信号与处理器模块进行信息交互。

作为本发明的进一步技术方案，处理器模块根据浓度梯度信息规划行进方案的步骤为：

a)根据探测到的水流矢量数据，运用pid控制算法调节当前航向角，使得无人船逆着水流方向行使；

b)根据探测到的水流速度调整前进动力，运用pid控制算法保持船相对水的速度恒定；

c)每隔一段时间探测一次污染物相对浓度信息，并将每次测量信息和当时的bds定位信息打包发送给操作员控制模块，即可得到污染物相对浓度的梯度信息；

d)若超声传感器探测到前方一定距离内有障碍物，则根据传感器模块回传的距离和宽度信息计算合适的航向角和速度，以规避前方障碍物；

e)若陀螺仪检测到船身的倾角超过一个阈值，则降低船的前进动力，运用pid控制算法保持船相对水静止；

f)无人船持续测量直到本次测量的污染物相对浓度低于前一次测量的值，然后切换手动控制模式，并开启水下超声探测器，将探测到的信息传送到操作员控制模块以便寻找污染源。

作为本发明的进一步技术方案，动力驱动模块为风力推动装置，包括安装在船尾甲板上的螺旋桨。

作为本发明的进一步技术方案，传感器模块包括安装在船头的超声波测距传感器、安装在船身内部的陀螺仪和气压传感器以及安装在船底的水流传感器、污染物传感器、超声波探测传感器。

作为本发明的进一步技术方案，定位导航模块为dbs导航系统。

作为本发明的进一步技术方案，电源模块包括处理器模块的独立电源、定位导航模块的独立电源和备用电源。

作为本发明的进一步技术方案，操作员控制模块包括cpu以及分别与其连接的信号处理模块、键盘及显示模块、程序及数据存储器。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明无人船系统的设计方案采用远程遥控方式，在搜寻污染源时保护了操作人员的人身安全，提高了搜寻污染源的效率；本发明无人船系统中的风力推动装置避免了水下螺旋桨对传感器模块附近的水污染浓度的影响，提高了测量精度；本发明无人船系统中的自动避障、船身姿态检测、漏水检测和低电量警报装置保障了无人船的作业时的安全性和稳定性，对无人船起到了保护作用。

附图说明

图1是本发明无人船系统的各模块连接示意图

图2是本发明无人船系统中操作员控制模块的连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

实施例一

如图1所示，为本发明无人船系统在搜索放射性物质污染源时的各模块连接示意图。该实例中无人船系统包括以下模块：

1、处理器模块

处理器模块接收并储存来自传感器模块的水文参数，计算出水中放射性粒子强度梯度信息，根据放射性粒子强度梯度信息规划合理的行进方案，并将行进方案发送给动力驱动模块。同时与操作员控制台通过红外信号相连，实时传输探测数据，并接受来自控制台的数据。

2、动力驱动模块

考虑到水下螺旋桨对水流方向、污染物浓度等参数的影响，本专利采取风力推动装置，将传统的水下螺旋桨的无人船进行改装，在船尾甲板上安装螺旋桨作为推动装置，并且和船尾舵一起受处理器模块控制。

3、传感器模块

传感器模块安装在船底、船头和船身内部，船底包括一个水流传感器、一个粒子强度仪，负责测量水文参数，包括：水流矢量数据、放射粒子强度。船底还包括一个超声波探测装置，在污染源附近开启，将水底环境的超声波探测影像传输到处理器模块。船头安装一个摄像头和一个超声波传感器，超声波传感器探测到船和前方障碍物的距离，摄像头探测前方障碍物的宽度，将距离和宽度信息发送给处理器模块以计算合适的航向角和速度来规避前方障碍物。进一步地，在船身内部加装一个陀螺仪来检测船身姿态，以便在船身倾角过大时降低航速以稳定姿态。进一步地，在船身内部加装气压传感器用于检测无人船内部气压信息，用于向控制台发送漏水警报。

4、定位导航模块

定位导航模块通过dbs导航系统，实时获取无人船位置的经纬度信息，直接发送给操作员控制台。配有独立电源模块，以便在无人船处理器模块停止工作时帮助操作员手动寻回无人船。

5、电源模块

该模块包括处理器电源模块、定位导航模块的独立电源模块和备用电源，可以在无人船剩余电量不足时，启动备用电源，同时向操作员控制模块发送电量不足的警报。

6、操作员控制模块

如图2所示，该模块通过红外信号与无人船处理器模块进行远程交互。其主体也是一片cpu，主要构成有信号处理模块、键盘及状态显示模块、程序及数据存储器。

实施例二：

如图1所示，为本发明无人船系统在搜索水面漏油污染源时的各模块连接示意图。该实例中无人船系统包括以下模块：

1、处理器模块

处理器模块接收并储存来自传感器模块的水文参数，计算出水中油污厚度梯度信息，根据水面油污厚度梯度信息规划合理的行进方案，并将行进方案发送给动力驱动模块。同时与操作员控制台通过红外信号相连，实时传输探测数据，并接受来自控制台的数据。

2、动力驱动模块

考虑到水下螺旋桨对水流方向、污染物浓度等参数的影响，本专利采取风力推动装置，将传统的水下螺旋桨的无人船进行改装，在船尾甲板上安装螺旋桨作为推动装置，并且和船尾舵一起受处理器模块控制。

3、传感器模块

传感器模块安装在船底、船头和船身内部，船底包括一个水流传感器、一个油污厚度检测仪，负责测量水文参数，包括：水流矢量数据、油污厚度。船底还包括一个超声波探测装置，在污染源附近开启，将水底环境的超声波探测影像传输到处理器模块。船头安装一个摄像头和一个超声波传感器，超声波传感器探测到船和前方障碍物的距离，摄像头探测前方障碍物的宽度，将距离和宽度信息发送给处理器模块以计算合适的航向角和速度来规避前方障碍物。进一步地，在船身内部加装一个陀螺仪来检测船身姿态，以便在船身倾角过大时降低航速以稳定姿态。进一步地，在船身内部加装气压传感器用于检测无人船内部气压信息，用于向控制台发送漏水警报。

4、定位导航模块

定位导航模块通过dbs导航系统，实时获取无人船位置的经纬度信息，直接发送给操作员控制台。配有独立电源模块，以便在无人船处理器模块停止工作时帮助操作员手动寻回无人船。

5、电源模块

该模块包括处理器电源模块、定位导航模块的独立电源模块和备用电源，可以在无人船剩余电量不足时，启动备用电源，同时向操作员控制模块发送电量不足的警报。

6、操作员控制模块

如图2所示，该模块通过红外信号与无人船处理器模块进行远程交互。其主体也是一片cpu，主要构成有信号处理模块、键盘及状态显示模块、程序及数据存储器。

实施例三：

如图1所示，为本发明无人船系统在搜索酸性物质污染源时的各模块连接示意图。该实例中无人船系统包括以下模块：

1、处理器模块

处理器模块接收并储存来自传感器模块的水文参数，计算出水中ph值梯度信息，根据ph值梯度信息规划合理的行进方案，并将行进方案发送给动力驱动模块。同时与操作员控制台通过红外信号相连，实时传输探测数据，并接受来自控制台的数据。

2、动力驱动模块

考虑到水下螺旋桨对水流方向、污染物浓度等参数的影响，本专利采取风力推动装置，将传统的水下螺旋桨的无人船进行改装，在船尾甲板上安装螺旋桨作为推动装置，并且和船尾舵一起受处理器模块控制。

3、传感器模块

传感器模块安装在船底、船头和船身内部，船底包括一个水流传感器、一个ph值检测仪，负责测量水文参数，包括：水流矢量数据、ph值。船底还包括一个超声波探测装置，在污染源附近开启，将水底环境的超声波探测影像传输到处理器模块。船头安装一个摄像头和一个超声波传感器，超声波传感器探测到船和前方障碍物的距离，摄像头探测前方障碍物的宽度，将距离和宽度信息发送给处理器模块以计算合适的航向角和速度来规避前方障碍物。进一步地，在船身内部加装一个陀螺仪来检测船身姿态，以便在船身倾角过大时降低航速以稳定姿态。进一步地，在船身内部加装气压传感器用于检测无人船内部气压信息，用于向控制台发送漏水警报。

4、定位导航模块

定位导航模块通过dbs导航系统，实时获取无人船位置的经纬度信息，直接发送给操作员控制台。配有独立电源模块，以便在无人船处理器模块停止工作时帮助操作员手动寻回无人船。

5、电源模块

该模块包括处理器电源模块、定位导航模块的独立电源模块和备用电源，可以在无人船剩余电量不足时，启动备用电源，同时向操作员控制模块发送电量不足的警报。

6、操作员控制模块

如图2所示，该模块通过红外信号与无人船处理器模块进行远程交互。其主体也是一片cpu，主要构成有信号处理模块、键盘及状态显示模块、程序及数据存储器。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。