蚁群式动态溢油回收方法技术

本发明专利技术公开了一种蚁群式动态溢油回收无人艇系统，包括子母船和多个无人艇组。子母船上设置有无人艇调控系统、无人艇升降平台、溢油监测系统等。各无人艇组分别由一艘主艇和多艘从艇组成，主艇和从艇上分别设置有航迹规划系统、无线通信装置、溢油回收装置和储油装置，主艇上还设置有溢油监测装置和导航定位装置等。本发明专利技术还公开了一种蚁群式动态溢油回收方法，包括如下步骤：1)前往溢油区域；2)对溢油区域进行分区；3)按分区对无人艇进行分组并分配任务；4)各无人艇组前往任务区；5)各无人艇组对溢油进行回收；6)主从艇协同收油直至完成任务；7)返航。本发明专利技术基于蚁群式协同工作的思想，实现了多艘无人艇的协同工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种溢油回收技术，特别是指一种蚁群式动态溢油回收无人艇系统及其溢油回收方法。
技术介绍
随着世界各国对海底石油资源开发的逐步深入，海上石油泄漏事故时有发生。而每一次溢油事故的发生都带来了巨大的经济损失，并且对海洋生态环境造成了不可估量的破坏。因此，海上溢油回收逐渐成为全世界越来越不可忽视的话题。目前国内外采用的溢油回收方法主要有两种：一种是在溢油事故发生后及时应用围油栏将溢油围控，阻止其进一步的扩散和漂移，然后将撇油器放入围油栏形成的围控区域内进行溢油回收。另一种方法是在溢油事故发生后，由于未能及时将溢油围控，溢油已经扩散和漂移时，利用大型的溢油回收船进行回收。第一种回收方法的缺陷在于撇油器在较大的围控区域内工作，致使其工作时的油膜厚度不足，难以充分发挥撇油器的性能，导致其收油效率不高。第二种回收方法的缺陷是由于溢油回收船的外伸围油栏的结构限制，其溢油回收的宽度有限，需要较长时间才能完成收油工作。中国专利申请“一种无人水上收油艇”，申请号：201310695162.7，提供了一种无人水上收油艇，包括岸基控制平台以及无人艇，所述无人艇上装载有智能控制装置、电源装置、检测装置、动力装置、GPS自动导航装置、通信装置以及自动避障装置，所述无人艇上设有收油装置以及塔式集油舱，所述无人艇的下部设有浮箱、后部设有螺旋推进装置。该无人艇除了具有传统回收艇的功能以外，还可以实现人工<br>远程遥控作业、半自动以及全自动回收作业，可以有效减轻劳动强度，提高作业效率。该专利的不足之处在于：仅涉及单个的无人艇，无法进行多个无人艇的协同收油作业。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于多个无人艇协同作业的蚁群式动态溢油回收无人艇系统及其溢油回收方法。为实现上述目的，本专利技术所设计的蚁群式动态溢油回收方法，包括如下步骤：1)溢油事故发生后，子母船携带无人艇前往溢油区域。2)子母船通过其上的溢油监测系统对溢油情况进行总体监测，并根据溢油分布情况对溢油区域进行分区。3)子母船按分区对无人艇进行分组并将各分区的溢油回收任务分配给各无人艇组；每个无人艇组由多艘无人艇组成，其中一艘作为主艇，其余作为从艇，主艇受子母船控制，从艇受主艇控制。4)子母船利用其上的无人艇升降平台放下无人艇使无人艇顺利下水，各无人艇组在其主艇带领下，沿航迹规划系统规划的路径前往任务区。5)各无人艇组按照各自的分区任务进行收油工作，只负责完成本区域的溢油回收，不同无人艇组间互不干扰；相邻分区的无人艇组间的协调由子母船向主艇发送命令来控制。各分区的协调主要根据溢油回收时间大致相同以及相邻分区的无人艇不会越界相撞两个原则来实现。溢油回收时间大致相同则涉及到各分区无人艇数量的分配，而无人艇互不相撞则属于在限制边界条件下的无人艇航迹规划问题。6)各无人艇组内，主艇上的溢油监测装置对任务分区内的溢油情况进行监测，并将收油任务分配给组内的从艇；从艇在主艇的协调控制下协同展开收油工作，并定期向主艇发送状态信息，直至完成本区域的溢油回收任务。7)当各无人艇组的收油工作完成后，从艇在其主艇的带领下沿航迹规划系统规划的路径有序地返回子母船，所有的无人艇均返回子母船后，子母船返航。优选地，步骤2)中，子母船根据溢油区域长宽比的不同进行分区，溢油区域长宽比大于3时采取带状分区，长宽小于等于3时采取块状分区。优选地，所述航迹规划系统通过弹性栅格法进行环境建模，并利用dijkstra算法实现最优路径的选取，以此实现无人艇的航迹规划。弹性栅格法的划分思想：对于存在障碍物的区域，将该区域的网格进行细分，这样可以把区域内的障碍物描述得更加清晰；而对于大片的无障碍物的区域，则可以将其忽略，这样就可以提高环境建模的效率。优选地，步骤3)中，子母船根据各溢油分区的油层厚度分配前往对应分区的无人艇组所包含的无人艇数量；目标分区油层越厚，前往该分区的无人艇组所包含的无人艇数量越大。由于子母船携带的无人艇数量一定，而溢油区域的情况并不完全清楚，因此需要先对分区后各区域的浮油体积进行估算，估算方法是通过电子海图获得各分区的面积，由溢油监测系统获得各分区的浮油厚度，由此即可得浮油体积。各区域的浮油体积除以无人艇能够储油的体积，得到单个无人艇需要往返的趟数，最后根据各分区溢油回收工作完成的时间大致相等的原则确定各分区的无人艇数量。优选地，步骤6)中，主从艇协同收油过程中，从艇按设定的时间频率向主艇发送测距请求信号，主艇接收到测距请求信号后计算出相对距离，并通过水声调制解调器以广播的形式向从艇发送主艇的位置信息以及相互之间的距离信息；从艇则根据主艇反馈的信息来校正自身的运动偏航角与行进速度。本专利技术同时提供了一种为实现上述溢油回收方法而设计的蚁群式动态溢油回收无人艇系统，包括子母船和搭载在子母船上的多个无人艇组。所述子母船上设置有无人艇调控系统、无人艇升降平台、溢油监测系统、障碍物探测装置和无线通信装置。每个无人艇组由一艘主艇和多艘从艇组成，所述主艇和从艇上均设置有航迹规划系统、无线通信装置、溢油回收装置和储油装置，所述主艇上还设置有溢油监测装置、测距装置和导航定位装置。所述无人艇调控系统通过溢油监测系统对各分区溢油情况的监测分析，大致确定各分区的浮油体积，然后根据单个无人艇的储油体积对各分区需要无人艇的往返次数进行估算，以确定各分区需要的无人艇数量。所述无人艇升降平台用于实现无人艇的下水与回收。所述溢油监测系统通过红外传感器、紫外传感器、辐射计、孔径雷达或卫星遥感监测等中的一种或多种方式对溢油区域进行溢油监测。所述障碍物探测装置用于探测溢油回收区域内的障碍物，优选采用雷达。所述航迹规划系统通过设计的航迹规划算法，对溢油区域进行基于弹性栅格的环境建模，并利用dijkstra算法实现最优路径的选取，以此实现无人艇的航迹规划。所述溢油监测装置通过红外传感器、紫外传感器等对所在分区的溢油进行监测。所述测距装置用于测量从艇与主艇之间的距离和方位，优选采用激光测距仪。所述导航定位装置可采用惯性导航设备、GPS等，用于无人艇的航行控制与定位。所述无线通信装置通过WiFi、蓝牙、水声通信装置等，实现主艇、从艇、子母船之间的信息传输。此外，子母船和无人艇上还设置有动力推进系统、电力系统等，均为成熟的现有技术，本专利技术中不作赘述。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蚁群式动态溢油回收方法，其特征在于，包括如下步骤：1)溢油事故发生后，子母船携带无人艇前往溢油区域；2)子母船通过其上的溢油监测系统对溢油情况进行总体监测，并根据溢油分布情况对溢油区域进行分区；3)子母船按分区对无人艇进行分组并将各分区的溢油回收任务分配给各无人艇组；每个无人艇组由多艘无人艇组成，其中一艘作为主艇，其余作为从艇，主艇受子母船控制，从艇受主艇控制；4)子母船利用其上的无人艇升降平台放下无人艇，使无人艇顺利下水，各无人艇组在其主艇带领下，沿航迹规划系统(2)规划的路径前往任务区；5)各无人艇组按照各自的分区任务进行收油工作，只负责完成本区域的溢油回收，组间互不干扰；相邻分区的无人艇组间的协调由子母船向主艇发送命令来控制；6)各无人艇组内，主艇上的溢油监测装置对任务分区内的溢油情况进行监测，并将收油任务分配给组内的从艇；从艇在主艇的协调控制下协同展开收油工作，并定期向主艇发送状态信息，直至完成本区域的溢油回收任务；7)当各无人艇组的收油工作完成后，从艇在其主艇的带领下沿航迹规划系统(2)规划的路径有序地返回子母船，所有的无人艇均返回子母船后，子母船返航。

【技术特征摘要】
1.一种蚁群式动态溢油回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)溢油事故发生后，子母船携带无人艇前往溢油区域；
2)子母船通过其上的溢油监测系统对溢油情况进行总体监测，
并根据溢油分布情况对溢油区域进行分区；
3)子母船按分区对无人艇进行分组并将各分区的溢油回收任务
分配给各无人艇组；每个无人艇组由多艘无人艇组成，其中一艘作为
主艇，其余作为从艇，主艇受子母船控制，从艇受主艇控制；
4)子母船利用其上的无人艇升降平台放下无人艇，使无人艇顺
利下水，各无人艇组在其主艇带领下，沿航迹规划系统(2)规划的
路径前往任务区；
5)各无人艇组按照各自的分区任务进行收油工作，只负责完成
本区域的溢油回收，组间互不干扰；相邻分区的无人艇组间的协调由
子母船向主艇发送命令来控制；
6)各无人艇组内，主艇上的溢油监测装置对任务分区内的溢油
情况进行监测，并将收油任务分配给组内的从艇；从艇在主艇的协调
控制下协同展开收油工作，并定期向主艇发送状态信息，直至完成本
区域的溢油回收任务；
7)当各无人艇组的收油工作完成后，从艇在其主艇的带领下沿
航迹规划系统(2)规划的路径有序地返回子母船，所有的无人艇均
返回子母船后，子母船返航。
2.根据权利要求1所述的蚁群式动态溢油回收方法，其特征在
于：步骤2)中，子母船根据溢油区域长宽比的不同进行分区，溢油
区域长宽比大于3时采取带状分区，长宽小于等于3时采取块状分区。
3.根据权利要求1或2所述的蚁群式动态溢油回收方法，其特
征在于：所述航迹规划系统(2)通过弹性栅格法进行环境建模，并
利用dijkstra算法实现最优路径的选取，以此实现无人艇的航迹规划...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯辉，许新，武磊，吴彤，周红昌，刘婧，陈熙，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42