本發(fā)明涉及海洋污染物監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航標(biāo)機群系統(tǒng)和對海洋污染物進(jìn)行機群監(jiān)測的方法。

背景技術(shù)：

海洋污染物(marinepollutant)主要包括石油及其產(chǎn)品、金屬和酸堿、農(nóng)藥、放射性物質(zhì)、有機廢物和生活污水、熱污染和固體廢物，通常是指因為人類某些行為直接或間接進(jìn)入海洋損害了生物資源，危害了人類健康，妨礙了捕魚及人類在海上的其他活動，損壞了海水質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量的物質(zhì)或能量。近年來，隨著國際對海洋環(huán)境重視，各國海事部門配備越來越多監(jiān)測海洋污染物的設(shè)備來盡早地對海洋污染物進(jìn)行治理，其中用的較多的一種設(shè)備是海事無人機。海事無人機(marineunmannedaerialvehicle)是一種被海事部門用于海上巡邏執(zhí)法、調(diào)查取證和應(yīng)急反應(yīng)、海上搜尋和救助、海上船舶溢油、排污監(jiān)視、航標(biāo)巡檢、航道測量等海事監(jiān)管業(yè)務(wù)領(lǐng)域的無人駕駛飛行器，海事部門常將其用于監(jiān)測海洋污染物。

但是，目前的海事無人機進(jìn)行監(jiān)測海洋污染物作業(yè)都是單獨進(jìn)行的，作業(yè)效率低，一定時間內(nèi)可監(jiān)測的范圍小。本發(fā)明利用機群進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測海洋污染物，這種監(jiān)測海洋污染物方法監(jiān)測作業(yè)效率高，增大了單位時間可監(jiān)測的海域范圍，使海事部門能更早地發(fā)現(xiàn)海洋污染物并對其治理，減少了污染物對海洋的污染，對維護(hù)海洋環(huán)境有極其重要的作用。

由于機群中每一架海事無人機體積小，所載電池的容量也不夠大，所以在機群進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測海洋污染物過程中，可能會有某一架海事無人機電量不足而需要返航。等這架電量不足的海事無人機飛到可以充電的航標(biāo)上時，海事無人機可以停在航標(biāo)上的機群無線充電平臺進(jìn)行無線充電，該海事無人機電池充到適宜電量便可繼續(xù)與機群的其他海事無人機聯(lián)合監(jiān)測海洋污染物。機群執(zhí)行完監(jiān)測海洋污染物任務(wù)后，集體返回到航標(biāo)上的無線充電平臺進(jìn)行無線充電以待執(zhí)行下次機群監(jiān)測海洋污染物任務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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為了克服上述背景技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種航標(biāo)機群系統(tǒng)和對海洋污染物進(jìn)行機群監(jiān)測的方法，適應(yīng)性強、可靠性高。

為了解決上述技術(shù)問題本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案為：

一種航標(biāo)機群系統(tǒng)，包括無人機、航標(biāo)燈和岸基控制中心；航標(biāo)燈設(shè)置于航標(biāo)燈架，航標(biāo)燈架上設(shè)有用于停載無人機的停機坪，停機坪上設(shè)有用于為無人機充電的充電裝置，充電裝置包括太陽能電池板，太陽能電池板連接電源模塊，電源模塊包括蓄電池和充電供電電路，無人機上設(shè)有充電接收電路；航標(biāo)燈架上還設(shè)有用于與無人機和岸基控制中心通訊的無線通訊裝置，和用于處理從無人機發(fā)射過來海上圖像的圖像處理器。

較佳地，太陽能電池板設(shè)置于停機坪的底面，停機坪通過翻轉(zhuǎn)支架設(shè)置在航標(biāo)燈架上。

較佳地，包括至少6個停機坪，6個停機坪沿航標(biāo)燈架周向均布設(shè)置。

較佳地，充電供電電路為無線充電供電電路，充電接收電路為無線充電接收電路。

較佳地，停機坪的設(shè)置位置高于航標(biāo)燈架浮筒的頂面至少0.6米。

較佳地，無人機上設(shè)有g(shù)ps定位器、處理器和無線通訊裝置。

本發(fā)明還提供一種利用如上述系統(tǒng)對海洋污染物進(jìn)行機群監(jiān)測的方法：機群包括至少六臺無人機，各個無人機接收到起飛指令時起航，無人機上的攝像裝置將接收到的圖像信號傳送到航標(biāo)燈架上的圖像處理器，圖像處理器將接收到的圖像信號處理之后通過無線通訊裝置發(fā)送到岸基控制中心。

較佳地，各個無人機的飛行方向以航標(biāo)燈架的軸心為圓心，沿周向均勻分布。

較佳地，各個無人機的航線呈正弦函數(shù)形狀。

較佳地，當(dāng)無人機上的處理器對圖像信號進(jìn)行分析后，通過水色識別技術(shù)監(jiān)測到該區(qū)域有海洋污染物時，將污染信號和gps定位信息通過航標(biāo)燈架上的無線通訊裝置發(fā)送到岸基控制中心。

本發(fā)明的有益效果在于：機群監(jiān)測污染物方法的監(jiān)測污染物效率高，單位時間可監(jiān)測的海域范圍大，海事部門能夠更早地發(fā)現(xiàn)海洋污染物并對其治理，減少了污染物對海洋的污染，對維護(hù)海洋環(huán)境有極其重要的作用；

海事無人機在海上執(zhí)行一段時間海事作業(yè)電量不足時，可以停在航標(biāo)上無線充電平臺上進(jìn)行充電，當(dāng)充電完成后無人機便可繼續(xù)海事作業(yè)。這樣，無人機續(xù)航能力和工作效率大大提升，并且節(jié)省了無人機從陸地充電基地飛往作業(yè)水域所消耗的能源；

無人機無線充電平臺采用無線充電方式，其空間利用率高，適應(yīng)性強、可靠性高，安全性高，支持無人化管理，十分符合海上無人機作業(yè)的實際需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一無人機及航標(biāo)燈架的結(jié)構(gòu)示意圖流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例一無人機進(jìn)行充電的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例二的無人機航行方向和航線示意圖。

圖中：

1-無人機，2-航標(biāo)燈，3-航標(biāo)燈架，4-停機坪，5-翻轉(zhuǎn)支架。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實施例一

一種航標(biāo)機群系統(tǒng)，包括無人機1、航標(biāo)燈2和岸基控制中心；如圖1所示，航標(biāo)燈2設(shè)置于航標(biāo)燈架3，航標(biāo)燈架3上設(shè)有用于停載無人機1的停機坪4，停機坪4上設(shè)有用于為無人機1充電的充電裝置，充電裝置包括太陽能電池板，太陽能電池板連接電源模塊，電源模塊包括蓄電池和充電供電電路，無人機1上設(shè)有充電接收電路；航標(biāo)燈架3上還設(shè)有用于與無人機1和岸基控制中心通訊的無線通訊裝置，和用于處理從無人機1發(fā)射過來海上圖像的圖像處理器。

太陽能電池板設(shè)置于停機坪4的底面，停機坪4通過翻轉(zhuǎn)支架5設(shè)置在航標(biāo)燈架3上。

包括至少6個停機坪4，6個停機坪4沿航標(biāo)燈架3周向均布設(shè)置。

充電供電電路為無線充電供電電路，充電接收電路為無線充電接收電路。

停機坪4的設(shè)置位置高于航標(biāo)燈架3浮筒的頂面至少0.6米。

無人機1上設(shè)有g(shù)ps定位器、處理器和無線通訊裝置。

目前，海上航標(biāo)大部分能源來自于太陽能，本實施例在航標(biāo)燈架3上距離浮筒0.6米處設(shè)計六塊太陽能電池板來通過太陽能給航標(biāo)及無人機1供電。(電池設(shè)置在浮筒里)這六塊太陽能電池板與航標(biāo)燈架3連接處使用電機讓這六塊太陽能電池板可以旋轉(zhuǎn)，即一面作為太陽能電池板來利用太陽能發(fā)電，另一面作為機群充電平臺，這種設(shè)計使航標(biāo)不需要另外空間作為海事無人機1充電平臺，節(jié)省了空間。當(dāng)海事無人機1在海上進(jìn)行監(jiān)測污染物時，航標(biāo)上太陽能電池板進(jìn)行太陽能發(fā)電，當(dāng)海事無人機1飛到航標(biāo)上進(jìn)行充電時，太陽能電池板翻轉(zhuǎn)過來給無人機1充電。對于機群在航標(biāo)充電平臺上的充電方式，我們選用電磁感應(yīng)無線充電方式作為我們機群的無線充電方式，無人機1上的接收模塊距充電平臺上的無線充電板4cm。

電磁感應(yīng)式無線充電的原理為：電磁感應(yīng)無線充電通過線圈進(jìn)行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞，基本原理是在發(fā)送和接收端都設(shè)1個線圈，發(fā)送端線圈連接高頻交變有線電源，并產(chǎn)生電磁信號，接收端線圈接收到這個變化的電磁信號并轉(zhuǎn)化成電流，電流通過整流、穩(wěn)壓等電路后提供電能給設(shè)備電池充電。

在航標(biāo)上的機群無線充電平臺中嵌入直徑為30cm送電線圈、穩(wěn)壓電路、整流電路和散熱裝置，并連接航標(biāo)的蓄電池以供電；在機群中每一架無人機1的底部放置受電線圈、穩(wěn)壓電路和整流電路，并連接無人機1的蓄電池以充電。其中，送電線圈的輸出電壓與無人機1的充電電壓匹配。

無線充電平臺電路主要包括無線充電接收電路和無線充電供電電源電路，無線充電供電電源電路主要包含電源管理模塊，其管理直流電和交流電兩種電流。

如圖3所示，海事無人機1停到無線充電平臺上的方法：無人機1機群在海上執(zhí)行監(jiān)測污染物任務(wù)中，某一架海事無人機1可能會電量不足，此時無人機1需要返回到航標(biāo)上的無線充電平臺進(jìn)行充電。岸基終端在電子海圖上搜索這架需要充電的海事無人機1附近海域可以供無人機1充電的航標(biāo)，操作人員分析終端顯示的各航標(biāo)的有關(guān)信息(包括位置信息、環(huán)境信息等)，選擇出穩(wěn)定條件好，可用電量足、充電電壓匹配的航標(biāo)，并從選擇距離這架需要充電的海事無人機1最近的航標(biāo)作為最適合充電航標(biāo)以達(dá)到節(jié)能的作用。之后通過北斗定位系統(tǒng)，岸基終端指示這架需要充電的海事無人機1接近選定航標(biāo)在電子海圖上的標(biāo)注位置。但是，由于航標(biāo)在海上的位置不定和定位系統(tǒng)的誤差，操作人員再采用航標(biāo)啟動降落引導(dǎo)程序和岸基控制結(jié)合方式，使無人機1準(zhǔn)確降落到航標(biāo)上的無線充電板上。這架需要充電的海事無人機1降落在充電板后，壓敏電阻感應(yīng)到無人機1重量，無線充電系統(tǒng)啟動，為無人機1充電。這架需要充電的海事無人機1充足合適電量后，岸基控制無人機1離開航標(biāo)，繼續(xù)監(jiān)測污染物的作業(yè)。

實施例二

一種利用如上述系統(tǒng)對海洋污染物進(jìn)行機群監(jiān)測的方法：

機群包括至少六臺無人機1，各個無人機1接收到起飛指令時起航，無人機1上的攝像裝置將接收到的圖像信號傳送到航標(biāo)燈架3上的圖像處理器，圖像處理器將接收到的圖像信號處理之后通過無線通訊裝置發(fā)送到岸基控制中心。

各個無人機1的飛行方向以航標(biāo)燈架3的軸心為圓心，沿周向均勻分布。

各個無人機1的航線呈正弦函數(shù)形狀。

當(dāng)無人機1上的處理器對圖像信號進(jìn)行分析后，通過水色識別技術(shù)監(jiān)測到該區(qū)域有海洋污染物時，將污染信號和gps定位信息通過航標(biāo)燈架3上的無線通訊裝置發(fā)送到岸基控制中心。

本實施例所述的機群監(jiān)測海洋污染物方法：

當(dāng)機群收到開始監(jiān)測海洋污染物指令時，需要執(zhí)行指令的六架海事無人機1從所處航標(biāo)燈2上停載平臺起飛。六架海事無人機1起飛到一定高度并穩(wěn)定時，如圖2所示，六架海事無人機1分別從60°、120°、180°、240°、300°、360°方向飛去，之后六架海事無人機1的航向成正弦函數(shù)形狀變化，六架海事無人機1按照這種變化的航向一直飛行下去直至結(jié)束監(jiān)測作業(yè)。海事無人機1在監(jiān)測飛行過程中，無人機1的高清攝像頭實時收到海面上的圖像信息，并同時將圖像信息傳送到航標(biāo)上的圖像收集處理器，航標(biāo)再將經(jīng)處理的圖像信息轉(zhuǎn)到岸基，于是海事部門便可以從岸基終端清晰地看到六架海事無人機1的監(jiān)測情況。當(dāng)海事無人機1根據(jù)水色識別技術(shù)監(jiān)測到某一區(qū)域有海洋污染物時，岸基控制無人機1在這一區(qū)域上空盤旋并記錄無人機1此時的gps定位。海事部門通過岸基終端得到污染物區(qū)域的gps定位后，(人工)派出海洋污染物清污船舶到gps定位所在海域?qū)ξ廴疚镞M(jìn)行清理。機群監(jiān)測海洋污染物方法相比現(xiàn)有的監(jiān)測海洋污染物方法而言，機群監(jiān)測海洋污染物方法監(jiān)測作業(yè)效率更高，單位時間可監(jiān)測的海域范圍更大，使海事部門能更早地發(fā)現(xiàn)海洋污染物并對其治理，減少了污染物對海洋的污染。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。