[发明专利]一种移动式增氧机的作业路径规划及控制方法

权利要求书

1.一种自主移动式增氧机的作业路径规划及控制方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

(a)：首先利用水质检测船在预先设定好的航迹上进行水质检测，利用配备的水质检测传感器采集池塘各处溶解氧浓度、PH值以及水温数据；

(b)：根据测定结果得知的各点PH值以及溶解氧的浓度，以此建立一个池塘溶解氧分布的梯度图，分析得出需要移动式增氧机增氧的一些地点，标注在此池塘的电子地图上，为移动式增氧机提供一系列作业点；

(c)：通过GIS系统规划移动式增氧机增氧的路径，利用低精度GPS/BD导航系统和方位传感器共同确定移动式增氧机的当前航向角和目标航向角，为移动式增氧机跟踪规划好的作业路径提供控制信息；

(d)：利用移动式增氧机的电机驱动船体两侧的增氧明轮，搅动水体，产生增氧作用，同时给增氧机提供前进动力，达到全池塘增氧的目的。

2.根据权利要求1所述的自主移动式增氧机的作业路径规划及控制方法，其特征在于，所述步骤(a)的详细过程为：为防止水质检测船、移动式增氧机撞上池塘得堤岸，设置A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)、D(x₄,y₄)四个点，四边形ADCD即为水质检测船以及移动式增氧机的作业边界，水质检测船在预先设定好的航迹上每隔7-10米进行水质情况的测定，可实时得知池塘各处溶解氧浓度、PH值以及水温的分布情况，根据得知的数据的情况，分析得出池塘的溶解氧梯度分布图。

3.根据权利要求1所述的自主移动式增氧机的作业路径规划及控制方法，其特征在于，所述步骤(b)的详细过程为：池塘在无其他增氧源的状况下，池塘的溶解氧分布是呈梯度分布的，在水产养殖对于溶解氧要求这方面，在河蟹养殖过程中，当养殖水域的溶解氧的浓度在5mg/L以上时，河蟹的摄食量达到最佳值；在养殖水域的溶解氧的浓度降为4mg/L时，河蟹的摄食量下降13％；在养殖水域的溶解氧的浓度降为2mg/L时，河蟹的摄食量下降54％，生长停滞；所以在不同的溶解氧浓度的情况下，河蟹养殖会带来很大的差别；根据梯度图的分布状况得到溶解氧浓度低于3mg/L的地点，标注在电子地图上，确定路径M₀→M₁→M₂→M₃→…→M_n并且确定路径M₀→M₁为移动式增氧机起始的目标路径。

4.根据权利要求1所述的自主移动式增氧机的作业路径规划及控制方法，其特征在于，所述步骤(c)的详细过程为：此次采用的GPS/BD导航系统的检测的精度是2m，为移动式增氧机的导航信息融合提供判定依据以及电子地图信息，方位传感器采用的是地磁传感器确定航向角的方式，利用地磁感应元件确定当前的方向，在安装地磁传感器时必须注意的是需避免周围环境有其他物体的干扰，地磁数据随着时间的改变，它的准确性会得不到保证，需要养殖人员进行周期性的校准。

5.根据权利要求1所述的自主移动式增氧机的作业路径规划及控制方法，其特征在于，所述步骤(d)的详细过程为：在移动式增氧机行进过程中，需要电机供给明轮动力，明轮绕着给定的一系列的点进行全池塘、全方位的增氧，根据移动式增氧机由于是水面行走，不同于陆地路径规划中只需考虑障碍物这一环境影响因素；在不改变移动式增氧机明轮转速的情况下，降低增氧机的前进速度是提高增氧效果的有效方法，采取的方法就是：在移动式增氧机的底部安装阻尼板，以此增加水阻力，在移动式增氧机行驶过程中，此时移动式增氧机受到的力分别为：风阻力以及水阻力，对两个力的受力分析如下：θ指风向与移动式增氧机首部之间的夹角，即风舷角，θ＞170°之间称顺风、80°＜θ＜100°之间称横风、100°＜θ＜170°之间称为偏顺风，此处考虑移动式增氧机受到正顺风影响，影响分析计算公式如下：

上述公式中，参数V_a指的是当天相对风速；S_a指的是移动式增氧机迎风面的面积；F_a指的是风动力；H和D分别代表移动式增氧机的长度和干舷高度；F_b指的是水中的阻力；k为阻力系数；v为移动式增氧机的速度；

将此时移动式增氧机进行力学分析，此时水平方向的力的合力为：

由此得知Y方向上的是移动式增氧机前进上的阻力，在移动式增氧机前进方向上增加阻力，会降低移动式增氧机的行驶速度，达到提高增氧效果的目的；

上述公式中，F_x为移动式增氧机水平方向的力，F_y为移动式增氧机竖直方向的力，α为风动力角，通常80°～100°，β为水阻力角。