[发明专利]一种具有动态定位功能的水质采样无人艇系统

说明书

本发明涉及一种具有动态定位功能的水质采样无人艇系统，包括艇载系统与岸基系统；所述艇载系统包括第一中央控制模块以及与其电性相连的GPS北斗导航模块、姿态检测模块、第一无线通信模块、艇推进与动态定位驱动模块、锂电池电源模块、风浪流检测模块以及水质采样模块；所述岸基系统包括第二中央控制模块以及与其电性相连的第二无线通信模块；本发明能够在有风浪流干扰的采样点精确动态定位。

技术领域

本发明涉及无人艇动态定位技术和水质采样技术领域，特别是一种具有动态定位功能的水质采样无人艇系统。

背景技术

根据中国全国水利普查结果，中国流域面积50平方公里以上河流共45203条，总长度达150.85万公里。常年水面面积1平方公里及以上天然湖泊2865个，湖泊水面总面积7.80万平方公里。其中，淡水湖1594个，咸水湖945个，盐湖166个，其他160个。随着经济社会快速发展，中国河湖管理保护出现了一些新问题，如河道干涸湖泊萎缩，水环境状况恶化，河湖功能退化等，对保障水安全带来严峻挑战。

并且一些湖泊、河流是居民生活用水的水源，根据我国环保部与水力资源部现行规定，不同等级内河湖泊需按时定点采集水样作水质分析，以保障居民生活用水。

为了更好地保护居民生活用水水源，减少水体环境恶化，维持内河湖泊的健康，人们迫切需要提升水质采样设备，尤其是水质采样无人艇及其相关的设施设备。

传统的人工采样艇，体积大，机动性能差，在狭窄的水域中难以操纵，而且费时费力。现有的采样无人艇大多仅配备了推进装置和舵装置，用于推进和操纵无人艇。推进装置主要包括推进电机和推进器，只能够控制船舶的纵向运动。舵装置主要用于控制无人艇的方向。现有技术中的无人艇属于欠驱动系统，无法在有风浪流的水面上实现动态定位。因此只能停船进行采样或者在无人艇运行的过程中进行采样，无法做到精准定点采样。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种具有动态定位功能的水质采样无人艇系统，能够在有风浪流干扰的采样点精确动态定位。

本发明采用以下方案实现：一种具有动态定位功能的水质采样无人艇系统，包括艇载系统与岸基系统；

所述艇载系统包括第一中央控制模块以及与其电性相连的GPS北斗导航模块、姿态检测模块、第一无线通信模块、艇推进与动态定位驱动模块、锂电池电源模块、风浪流检测模块以及水质采样模块；所述岸基系统包括第二中央控制模块以及与其电性相连的第二无线通信模块；

所述岸基系统通过无线通信的方式将采样信息传输至艇载系统，艇载系统根据GPS北斗导航模块的定位信息抵达采样点，第一中央控制模块根据姿态检测模块与风浪流检测模块采集的实时数据计算出推进器的转速及回转角度，使采样无人艇在采样点精准定位，然后控制水质采样模块执行采样动作。

进一步地，所述艇推进与动态定位驱动模块包括两个横向推进器、两个全回转纵向推进器；两个横向推进器均位于船底中纵剖面上，沿艏艉方向分布，靠近船艏位置且在距离船艏0～0.5倍船长的范围内。两个纵向推进器都位于船尾，关于中纵剖面对称；四个推进器的中心在同一平面。

进一步地，所述风浪流检测模块包括风速仪以及波浪和水流检测装置；风速仪位于艇的顶部，用以检测当前风力；波浪和水流检测装置位于艇的底部，用以检测无人艇所受的波浪力以及水动力。

进一步地，所述第一中央控制模块根据姿态检测模块与风浪流检测模块采集的实时数据计算出推进器的转速及回转角度，使采样无人艇在采样点精准定位具体包括以下步骤：

步骤S1：风浪流检测模块检测出风浪流对无人艇产生的沿x轴的力X，沿y轴的力Y，以及沿z轴的转动力矩N；然后通过式(1)计算出无人艇沿x轴的线速度u，沿y轴的线速度v，以及沿z轴的转动角速度r：