【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶污染检测，具体涉及一种基于无人机的船只污染检测方法。
技术介绍
1、全球供应链的稳定性在很大程度上取决于海运，因为海运是国际工业贸易中最可靠的货运方式。据统计，全球贸易中80％的产品是通过船舶运输的。海上运输需要大量燃油，从而产生大量空气污染物，如二氧化碳、二氧化硫和二氧化氮气体。由于船舶产生的空气污染对海洋环境和生态系统造成严重危害，许多国家的政府都对航运业实施了严格的监管。在港口周围设立排放控制区，对船舶进行观察，并通过标准对其排放进行识别，以减少船舶造成的空气污染。
2、对于船舶源空气污染，有许多船舶污染物监测技术。目前比较传统的方法是岸基监视技术，其利用嗅探和其他技术从大量过往船只中筛选出目标船只，覆盖的区域大，检测效率高。但当船只接近码头时，船员可能会临时换油，这给执法工作带来了挑战，并且，嗅探遥测技术所需要的成本较高，适应性较低。对此，为解决现有技术中存在的问题，本领域技术人员做出了诸多努力，例如中国专利申请2019102326376提出了一种基于无人机的船舶尾气跟随检测方法，通过依次进行地启动无人机并自动监测飞行任务相关参数，实现在不干扰被测船舶正常航行的前提下进行船舶尾气的跟随监测。但这一方法在应对多个船只时，缺乏对路径的规划，使用成本较高，检测效率低。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于无人机的船只污染检测方法，通过基于lkh的轨迹规划方法lkh-tpm对无人机进行路径优化，提高了无人机对船只检测的性能和有效性
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种基于无人机的船只污染检测方法，包括：
3、步骤s1：搭建基于无人机的船只污染检测系统，所述检测系统包括无人机、船只、基站、信息处理中心和调度中心，所述无人机上设有传感器；
4、步骤s2：所述检测系统基于lkh的轨迹规划方法lkh-tpm生成无人机访问船只的路径；
5、步骤s3：所述无人机根据路径访问船只时通过传感器采集船只排出的污染物信息，并将采集到的信息传递至信息处理中心，完成对船只的污染检测。
6、进一步的，步骤s2中，所述检测系统基于lkh的轨迹规划方法lkh-tpm生成无人机访问船只的路径的具体方法为：
7、步骤s2-1：检测系统获取船只和基站的位置，并基于船只和基站的位置生成初始访问船只对象序列；
8、步骤s2-2：检测系统基于初始访问船只对象序列迭代生成待访问船只对象的子轨迹；其中，在每次迭代中，所述检测系统均会给出一个无人机访问对象序列；
9、步骤s2-3：无人机根据待访问船只对象的子轨迹访问下一个船只之前，调度中心判断是否需要将基站插入所述子轨迹中，如若是，则更新目标序列；如若否，则访问下一船只；
10、步骤s2-4：重复步骤s2-1至步骤s2-3，直至待访问船只对象序列为空，并根据生成的所有子轨迹生成无人机访问船只的路径。
11、进一步的，步骤s2-1中，成初始访问船只对象序列的具体方法为：
12、步骤s2-1-1：基于船只和基站的位置，采用贪婪法生成初始旅行商问题模型路径：所述路径以给定的初始基站为起点，以最后停落的基站为终点，并将所述初始基站作为第一个访问对象；以距离初始基站最近的船只作为下一个访问对象，并依此类推；
13、步骤s2-1-2：改进步骤s2-1-1中的初始旅行商问题模型路径，得到改进后的旅行商路径：<v1,v2,v3,b,v4,v1>；其中，b为基站，vi为船只；
14、步骤s2-1-3：将改进后的路径转换为对象序列：b,v4,v1,v2,v3,b，所述对象序列以初始基站为第一个访问对象，以距离最后一个访问船只最近的基站为最后一个访问对象。
15、进一步的，步骤s2-2中，生成所有待访问船只对象的子轨迹的方法具体为：
16、步骤s2-2-1：给定起始点ok-1和目标ok，以及起始点ok-1的位置坐标lk-1和目标ok的位置坐标lk；
17、步骤s2-2-2：判断所述目标ok是基站还是船只；
18、当所述目标为基站时，所述无人机直接从所述起始点飞至所述目标，则根据所述无人机的飞行时间生成子轨迹τk；
19、当所述目标为船只时，计算所述无人机与所述船只的交汇点mk，所述无人机的飞行时间tfly、跟踪时间ttrack、悬停时间thover，以及所述无人机的最终位置lk，生成子轨迹τk。
20、进一步的，，在步骤s2-2-2中，计算所述无人机与所述船只的交汇点mk，所述无人机的飞行时间tfly、跟踪时间ttrack、悬停时间thover，以及所述无人机的最终位置lk的具体方法为：
21、步骤s2-2-2-1：给定mk＝(x,y)，lk-1＝(x1,y1)，lk＝(x2,y2)，船只的目的地为(x3,y3)，则可得到三个方程组：其中，si为船只的速度，ν为无人机的速度，△t为无人机追上船只的时间；
22、步骤s2-2-2-2：基于三个方程组，得到△t的二次方程：△t2+b△t+c＝0；x和y的线性方程：y＝a1△t+b1；x＝a2△t+b2；其中a,b,c,a1,b1,a2和b2均为系数；
23、步骤s2-2-2-3：计算求解系数，计算公式为：b＝-2a2(x1-b2)-2a1(y1-b1)，c＝(x1-b2)2+(y1-b1)2，
24、步骤s2-2-2-4：分析△t的二次方程的解的情况，计算不同解时的所述交汇点mk的坐标值，并根据船只的目的地坐标值计算不同解时所述无人机的飞行时间tfly、跟踪时间ttrack、悬停时间thover，以及所述无人机的最终位置lk。
25、进一步的，步骤s2-2-2-4中，所述△t的二次方程的解的情况包括：
26、a：方程的解不满足条件：△t∈r,y∈[min{y2,y3},max{y2,y3}]，x∈[min{x2,x3},max{x2,x3}]，则方程不可行，所述无人机直接飞往船只的目的地，在目的地执行检测任务；
27、b：方程仅有一个解：通过计算公式：y＝a1△t+b1和x＝a2△t+b2计算所述mk的坐标(x,y)，并根据(x,y)与(x3,y3)之间的距离确定所述跟踪时间ttrack和所述悬停时间thover；
28、c：方程有两个解△t1和△t2：令△t＝min{△t1,△t2}，并代入所述计算公式计算所述mk的坐标(x,y)。
29、进一步的，步骤s2-2-2-4中，根据方程组的不同解的情况计算tfly、ttrack、thover和lk的具体方法为：当所述方程不可行时，通过计算公式：计算所述飞行时间tfly，所述无人机的最终位置lk＝(x3,y3)；当所述方程有可行解时，通过计算公式：计算所述飞行时间tfly，通过计算公式：计算所述跟踪时间tt本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述检测系统基于LKH的轨迹规划方法LKH-TPM生成无人机访问船只的路径的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤S2-1中，成初始访问船只对象序列的具体方法为：
4.根据权利要求2所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤S2-2中，生成所有待访问船只对象的子轨迹的方法具体为：
5.根据权利要求4所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，在步骤S2-2-2中，计算所述无人机与所述船只的交汇点Mk，所述无人机的飞行时间Tfly、跟踪时间Ttrack、悬停时间Thover，以及所述无人机的最终位置Lk的具体方法为：
6.根据权利要求5所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤S2-2-2-4中，所述△t的二次方程的解的情况包括：
7.根据权利要求6所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤S2-2
8.根据权利要求4所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤S2-3中，所述调度中心判断是否需要将基站插入目标序列的具体方法为：计算无人机在完成所述轨迹τk时的剩余能量，再检查无人机剩余能量能否支撑其完成下一个子轨迹；若能，则继续进行下一个子轨迹；若不能，则将基站插入目标序列。
9.根据权利要求8所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，所述调度中心将基站插入目标序列后，更新目标序列的具体方法为：先更新所述目标序列，将所述基站插入当前迭代的对象序列的目标ok之前，再对未访问的船只进行处理，更新船只位置，并基于更新后的船只位置为下一次迭代输出新的对象序列。
...【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤s2中，所述检测系统基于lkh的轨迹规划方法lkh-tpm生成无人机访问船只的路径的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤s2-1中，成初始访问船只对象序列的具体方法为：
4.根据权利要求2所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤s2-2中，生成所有待访问船只对象的子轨迹的方法具体为：
5.根据权利要求4所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，在步骤s2-2-2中，计算所述无人机与所述船只的交汇点mk，所述无人机的飞行时间tfly、跟踪时间ttrack、悬停时间thover，以及所述无人机的最终位置lk的具体方法为：
6.根据权利要求5所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤s2-2-2-4中，所述△t的二次方程的解的情况包括：
7.根据权利要求6所述的基于无人机的船只污染检测方法，其特征在于，步骤s2-2-2-4中，根据方程组的不同解的情况计算tfly、tt...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄海平，郭锴昱，肖甫，朱洁，吴敏，吴鹏飞，沙超，文超航，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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