CN115932199A 审中 一种化工厂排水水域安全监测系统及方法
1.一种化工厂排水水域安全监测系统,其特征在于,包括无人机、智能小船以及装载调度控制平台的作业车,所述作业车通过无线通信模块分别与所述无人机和所述智能小船无线通信连接;
所述无人机包括第一微处理器、摄像头、数据存储器、GPS定位模块、无线通信模块、浮标投放模块;所述第一微处理器分别连接摄像头、GPS定位模块、数据存储器、无线通信模块以及浮标投放模块,所述浮标投放模块上放置浮标;
所述智能小船包括第二微处理器、数据存储器、GPS定位模块、无线通信模块、风速风向检测模块、水流水质检测模块以及船舵调节装置;所述风速风向检测模块设于桅杆上,所述水流水质检测模块设于船舶下部,所述船舵调节装置设于智能小船船舵底盘上;所述第二微处理器分别连接数据存储器、GPS定位模块、无线通信模块、风速风向检测模块、水流水质检测模块以及船舵调节装置;
所述调度控制平台包括第三微处理器、人机交互模块、身份读取器、路径规划模块、无线通信模块、GIS模块;所述第三微处理器分别连接人机交互模块、身份读取器、路径规划模块、无线通信模块、GIS模块;
调度控制平台获取无人机采集的化工厂排水水域视频信息,根据所述视频信息计算智能小船航行路径,控制所述智能小船航行至化工厂排水水域进行水质监测。
2.根据权利要求1所述的化工厂排水水域安全监测系统,其特征在于,所述智能小船具有多艏,所述调度控制平台启动智能跟踪模式并选择其中一艏智能小船作为领航船,此时其他智能小船作为随行船通过无线通信模块与所述领航船无线通信;
所述随行船的第二微处理器通过船舵调节装置和GPS定位模块获取随行船的实时位置和艏向信息,通过无线通信模块获取领航船的实时位置和艏向信息;所述随行船的第二微处理器通过对随行船实时位置进行微分得到随行船航行速度;并建立固定坐标系XOY用于描述随行船位置和方向,建议随行坐标系xoy用于描述无人艇的速度;
根据随行船航行速度计算在随行坐标系xoy下的随行船相对领航船的纵向偏差Δx、横向偏差Δy、艏向偏差Δψ、以及速度偏差Δυ,并将随行船相对领航船的纵向偏差Δx、横向偏差Δy转化到固定坐标系XOY下,然后设定随行船相对领航船的纵向偏差Δx、横向偏差Δy的期望值,即编队队形相对值纵向偏差为ρ0,横向偏差为ρ1,艏向保持一致,通过随行船相对领航船的纵向偏差Δx、纵向偏差Δx的期望值和速度偏差Δυ来通过增量式PID控制方法计算当前随行船所需要的推力,通过随行船相对领航艇的横向偏差Δy、横向偏差Δy的期望值和艏向偏差Δψ通过增量式PID控制方法计算随艇所需要的转动力矩;然后通过推力和转动力矩控制船舵调节装置。
3.一种化工厂排水水域安全监测方法,其特征在于,所述方法采用权利要求1-2任一项所述的化工厂排水水域安全监测系统,包括:
1)所述身份读取器,用于读取操作人员身份证信息,并展示对应人员的信息;
2)所述第三微处理器根据对应人员的信息判断操作人员是否具有操作权限,如果符合权限则解锁人机交互模块,否则锁定人机交互模块;
3)符合权限后,操作人员通过人机交互模块输入调取指令,第三微处理器控制GIS模块调取化工厂排水水域地理信息并在人机交互模块显示;
4)操作人员确定所述化工厂排水水域并输入无人机控制指令,第三微处理器通过无线通信模块传输所述无人机控制指令至第一微处理器,第一微处理器根据无人机控制指令控制无人机飞行至化工厂排水水域上方;
5)所述无人机的所述摄像头获取化工厂排水水域视频信息,并经过无线通信模块回传至所述调度控制平台的人机交互模块;操作人员输入投放指令,所述第一微处理器接收投放指令并控制所述浮标投放模块投放所述浮标;
6)所述摄像头获取所述浮标的视频信息,第一微控制器根据所述浮标的视频信息进行自动校准,第一微处理器控制GPS模块获取浮标的位置信息并回传至第三微处理器;
7)所述智能小船的GPS模块获取小船的位置信息,所述风速风向检测模块获取湖面的风速风向信息,所述水流水质检测模块获取智能小船当前位置的水流信息;第二微处理器通过无线模块将所述小船的位置信息、风速风向信息以及水流信息传输至第三微处理器;
8)第三微处理器控制路径规划模块根据所述浮标的位置信息、所述小船的位置、风速风向信息以及水流信息计算智能小船到浮标的航行轨迹,并将所述航行轨迹显示在所述人机交互模块;
9)操作人员根据所述航行轨迹输入智能小船控制指令,第三微处理器通过无线通信模块传输所述智能小船控制指令至第二微处理器,第二微处理器根据智能小船控制指令控制船舵调节装置使智能小船沿航行轨迹航行至所述浮标;
10)所述无人机的摄像头实时获取化工厂排水水域的视频信息,当智能小船进入所述浮标所在的待监测区域时,操作人员输入停船采集指令,第二微处理器控制船舵调节装置停船并控制所述水流水质检测模块进行水质检测;
11)所述水流水质检测模块采集待监测区域的水质信息,并通过无线通信模块上传至人机交互模块;
12)操作人员重复步骤4)-11)进行下一处化工厂排水水域的水质检测。
4.根据权利要求3所述的化工厂排水水域安全监测方法,其特征在于,所述智能小船具有多艏,所述调度控制平台启动智能跟踪模式并选择其中一艏智能小船作为领航船,此时其他智能小船作为随行船通过无线通信模块与所述领航船无线通信;
所述随行船的第二微处理器通过船舵调节装置和GPS定位模块获取随行船的实时位置和艏向信息,通过无线通信模块获取领航船的实时位置和艏向信息;所述随行船的第二微处理器通过对随行船实时位置进行微分得到随行船航行速度;并建立固定坐标系XOY用于描述随行船位置和方向,建议随行坐标系xoy用于描述无人艇的速度;
根据随行船航行速度计算在随行坐标系xoy下的随行船相对领航船的纵向偏差Δx、横向偏差Δy、艏向偏差Δψ、以及速度偏差Δυ,并将随行船相对领航船的纵向偏差Δx、横向偏差Δy转化到固定坐标系XOY下,然后设定随行船相对领航船的纵向偏差Δx、横向偏差Δy的期望值,即编队队形相对值纵向偏差为ρ0,横向偏差为ρ1,艏向保持一致,通过随行船相对领航船的纵向偏差Δx、纵向偏差Δx的期望值和速度偏差Δυ来通过增量式PID控制方法计算当前随行船所需要的推力,通过随行船相对领航艇的横向偏差Δy、横向偏差Δy的期望值和艏向偏差Δψ通过增量式PID控制方法计算随艇所需要的转动力矩;然后通过推力和转动力矩控制船舵调节装置。
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