一种无人艇与无人机协同测绘的控制系统及其控制方法与流程

本发明属于无人艇与无人机协同应用技术领域，涉及无人艇与无人机协同进行岛礁海域测绘的控制技术领域，更具体地说，是一种无人艇与无人机协同测绘的控制系统及其控制方法。

背景技术：

在海洋对于具有浅滩岛礁的目标海域自动测绘方面，现有的无人艇只能够测绘目标海域具有一定深度海底，由于有些岛礁伸出水面，或者形成某些岛礁圈，不能够实现含岛礁水域的完整测绘。无人机能够实现岛礁上方地形的测绘，但海底地形图测绘无法获得，同时运用单一无人机进行测绘时，由于测量船离目标海域较远，无人机续航能力差，作业时间短，难以取得较好的测绘结果。应用无人艇、无人机协同对含岛礁，小岛海域的测绘，是推进含小岛礁海域测量自动化实际应用的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种无人机与无人艇协同测绘的控制系统及其控制方法，该发明充分扩大了无人艇的测绘范围，提高了对岛礁海域测绘的完整性，使得测绘操作人员无需单独派出无人艇和无人机进行测绘，有效地提高了测绘的续航里程，提高了测绘地自动化水平。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种无人艇与无人机协同测绘的控制系统，包括互相进行通信协同测绘的无人艇中的无人艇协同测绘装置和无人机中的无人机协同测绘装置。

进一步地，所述的无人艇协同测绘装置包括无人艇中央控制器、无人艇数据采集装置、无人艇无线通信模块，及为以上各模块提供电源的无人艇电源模块，所述无人艇中央控制器与无人艇数据采集模块相连，用于读取和处理无人艇数据采集模块采集来的信息，同时当深度超过深度警戒值时，能够控制无人艇进行避障；所述无人艇中央控制器还与无人艇无线通信模块相连，以实现无人艇与无人机、无人艇和地面基站之间的通信；所述无人艇中央控制器能够根据地面基站指定的测绘范围进行路径规划。

进一步地，所述无人艇数据采集模块包括定位系统和声纳；所述定位系统由惯性导航系统和gps接收机组成，用于实现无人艇自身的坐标定位；所述声纳用以测量海底信息以实现测绘和无人艇自身避障。

进一步地，所述无人艇电源模块包括太阳能电池板、无人艇电源调制模块、无人艇无线充电模块和蓄电池；所述太阳能电池板用于收集太阳能，并将太阳能转换为电能存储在蓄电池中；所述电源调制模块用于蓄电池向无人艇中央控制器、无人艇无线通信模块、无人艇无线充电模块和无人艇数据采集模块的电压调制和太阳能电池板向蓄电池充电的电压调制；所述无人艇无线充电模块与电源调制模块相连，用于无人艇无线充电模块的供电，与无人机无线充电模块匹配，对无人机进行无线充电；所述蓄电池用于存储太阳能电池板存储的电能并与电源调制模块相连；

进一步地，所述无人机协同测绘装置包括：无人机中央控制器、无人机数据采集模块、无人机无线通信模块，及为以上各模块提供电源的供电模块；所述无人机中央控制器与无人机数据采集模块相连，用以读取和处理无人机数据采集模块采集来的信息，并进行信息的储存；同时所述无人机中央控制器能够根据无人艇设置的电子围栏，在电子围栏进行路径规划；所述无人机中央控制器还与无人机无线通信模块相连，以实现无人机与无人艇之间的通信。

进一步地，所述无人机数据采集模块包括定位系统、雷达和摄像头；所述定位系统由惯性导航系统和gps接收机组成，用于实现无人机自身的坐标定位；所述雷达和摄像头用以岛礁测绘。

进一步地，所述供电模块包括电池、无人机无线充电模块和无人机电源调制模块；所述电池用于存储电能给无人机各模块供电；所述无人机电源调制模块用于电池向无人机中央控制器、无人机无线通信模块和无人机数据采集模块的电压调制和无线充电模块向电池充电的电压调制；所述无人机无线充电模块与无人机电源调制模块相连，用于接收无人艇无线充电模块的电能，进行无线充电。

本发明还提供根据以上所述的无人艇与无人机协同测绘的控制系统实现的控制方法，包括以下步骤：

1)所述无人艇搭载无人机到达目标海域浅滩依据声纳进行环岛礁航行，在航行过程中依据设定的航行警戒值进行避障，每隔若干秒后记录此时的时间和经纬度并进行存储；

2)所述无人艇环绕目标岛礁一段时间后停止航行，依据记录的时间依次连接经纬度的点形成电子围栏，并把所有数据通过无人艇无线通信模块发送给无人机；

3)所述无人机在接收完所有信号后，给无人艇发送成功接收消息，告知无人艇状态准备就绪；

4)所述无人艇收到无人机发送的就绪信号后，给无人机发送起飞指令，此时无人机开始起飞，并打开无人机协同测绘装置，开始测绘；

5)所述无人艇在无人机起飞之后，开始在目标海域进行测绘，无人机和无人艇之间通过各自无线通信模块进行通信连接，防止发生意外时或遇到其他情况时可以通过无人艇及时召回无人机；

6)若所述无人艇先完成测绘任务后，在海面静止，待所述无人机完成测绘任务后，或者电池电量低于设定值向无人艇发送返航指令，无人艇向无人机发送此时所在位置坐标，引导无人机返航；

7)若所述无人机在电子围栏内完成测绘任务后，或者电池电量低于设定值时，向无人艇发送返航指令时，无人艇此时还没有完成海域测绘任务，则停止测绘并在海面静止，同时无人艇向无人机发送此时所在位置坐标，引导无人机返航。

进一步地，所述无人艇停放无人机甲板上安装有无线充电装置，待无人机返航停靠完成后，自动进行对无人机的无线充电。

进一步地，所述无人艇-无人机完成所有测绘任务之后，所述无人艇无线通信模块向地面基站发送测绘完成信息，等待地面基站下一步指令，继续下一海域测绘或者进行返航。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种无人艇与无人机协同测绘的控制系统及其控制方法，可以同时进行岛礁浅滩和岛礁附近海底测绘。较传统只使用单一无人艇进行海底测绘或者只使用单一无人机进行测绘相比，能够获得更多目标海域的信息；较单独使用无人艇先测绘海底再单独使用无人机进行测绘相比，能够节省更多的时间，提高整体测绘效率；与专利一种水陆两栖无人测绘艇及其测绘方法(专利号：cn201910031699.0)相比，本发明在岛礁测绘时采用无人机，能够规避岛礁上复杂地形或者植被的影响，从而提高陆上测绘效率。同时，本发明所述无人艇安装有太阳能电池板，能够极大的提高无人艇的续航能力，安装有无线充电模块，能够给无人机在海上充电，提高了无人机的续航能力，使得整体续航能力得以提升，能够更好地完成测绘各种海洋任务。

附图说明

图1为无人艇协同测绘装置模块图

图2为无人机协同测绘装置模块图

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的名称表示相同或类似功能的器件。

本发明的一种无人艇与无人机协同测绘的控制系统，包括互相进行通信协同测绘的无人艇中的无人艇协同测绘装置和无人机中的无人机协同测绘装置。

如图1所示，无人艇协同测绘装置包括无人艇中央控制器1-1、无人艇数据采集装置1-2、无人艇无线通信模块1-3，及为以上各模块提供电源的无人艇电源模块1-4，无人艇中央控制器1-1与无人艇数据采集模块1-2相连，用于读取和处理无人艇数据采集模块1-2采集来的信息，同时当深度超过深度警戒值时，能够控制无人艇进行避障；无人艇中央控制器1-1还与无人艇无线通信模块1-3相连，以实现无人艇与无人机、无人艇和地面基站1-5之间的通信；无人艇中央控制器1-1能够根据地面基站1-5指定的测绘范围进行路径规划。

其中，无人艇数据采集模块1-2包括定位系统和声纳；定位系统由惯性导航系统和gps接收机组成，用于实现无人艇自身的坐标定位；声纳用以测量海底信息以实现测绘和无人艇自身避障。

其中，无人艇电源模块1-4包括太阳能电池板、无人艇电源调制模块、无人艇无线充电模块和蓄电池；太阳能电池板用于收集太阳能，并将太阳能转换为电能存储在蓄电池中；电源调制模块用于蓄电池向无人艇中央控制器1-1、无人艇无线通信模块1-3、无人艇无线充电模块和无人艇数据采集模块的电压调制和太阳能电池板向蓄电池充电的电压调制；无人艇无线充电模块与电源调制模块相连，用于无人艇无线充电模块的供电，与无人机无线充电模块匹配，对无人机进行无线充电；蓄电池用于存储太阳能电池板存储的电能并与电源调制模块相连；

如图2所示，无人机协同测绘装置包括：无人机中央控制器2-1、无人机数据采集模块2-2、无人机无线通信模块2-3，及为以上各模块提供电源的供电模块2-4；无人机中央控制器2-1与无人机数据采集模块2-2相连，用以读取和处理无人机数据采集模块2-2采集来的信息，并进行信息的储存；同时无人机中央控制器2-1能够根据无人艇设置的电子围栏，在电子围栏进行路径规划；无人机中央控制器2-1还与无人机无线通信模块2-3相连，以实现无人机与无人艇之间的通信。

其中，无人机数据采集模块包括定位系统、雷达和摄像头；定位系统由惯性导航系统和gps接收机组成，用于实现无人机自身的坐标定位；雷达和摄像头用以岛礁测绘。

其中，供电模块2-4包括电池、无人机无线充电模块和无人机电源调制模块；电池用于存储电能给无人机各模块供电；无人机电源调制模块用于电池向无人机中央控制器、无人机无线通信模块2-3和无人机数据采集模块2-2的电压调制和无线充电模块向电池充电的电压调制；无人机无线充电模块与无人机电源调制模块相连，用于接收无人艇无线充电模块的电能，进行无线充电。

实施例

通过以上所述的无人艇与无人机协同测绘的控制系统实现的控制方法，具体包括以下步骤：

i.无人艇搭载无人机到达目标海域浅滩依据测绘声纳系统进行环岛礁航行，在航行过程中依据设定的航行警戒值进行避障，每隔10秒记录此时的时间和经纬度并进行存储；

ii.无人艇环绕目标岛礁一周后停止航行，依据记录的时间依次连接经纬度的点形成电子围栏，并把所有数据通过无人艇无线通信模块1-3发送给无人机；

iii.无人机在接收完所有信号后，给无人艇发送成功接收消息，告知无人艇状态准备就绪；

iv.无人艇收到无人机发送的就绪信号后，给无人机发送起飞指令，此时无人机开始起飞，并打开无人机协同测绘装置，开始测绘；

v.无人艇在无人机起飞之后，开始在目标海域进行测绘，无人机和无人艇之间通过各自通信模块进行通信连接，防止发生意外时或遇到其他情况时可以通过无人艇及时召回无人机；

vi.若无人艇先完成测绘任务后，在海面静止，待无人机完成测绘任务后，或者电池电量低于设定值向无人艇发送返航指令，无人艇向无人机发送此时所在位置坐标，引导无人机返航；

vii.若无人机在电子围栏内完成测绘任务后，或者电池电量低于设定值时，向无人艇发送返航指令时，无人艇此时还没有完成海域测绘任务，则停止测绘并在海面静止，同时无人艇向无人机发送此时所在位置坐标，引导无人机返航。

其中，无人艇停放无人机甲板上安装有无线充电装置，待无人机返航停靠完成后，自动进行对无人机的进行无线充电。

其中，无人艇-无人机完成所有测绘任务之后，无人艇无线通信模块向地面基站1-5发送测绘完成信息，等待地面站下一步指令，继续下一海域测绘或者进行返航。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。