楚航无人船水域测量机器人系统介绍

CHUHANGSurf无人船水域测量机器人系统武汉楚航测控科技有限公司CHUHANGCHUHANG2概述1系统介绍23主要内容应用领域34CHUHANGCHUHANG3•公司概况•研发背景•系统概述一、概述CHUHANGCHUHANG4武汉楚航测控科技有限公司，坐落于武汉市东湖新技术开发区武汉大学科技园（国家地球空间信息产业基地）内。公司致力于利用3S（GNSS、GIS和RS）技术、自动控制技术、信息与通讯技术等为测绘与地理信息、水利、环保、灾害应急处理等行业提供具有国际先进水平的测量、调查和监测的移动测量服务平台和解决方案。开发出国内首台测量型无人船水域测量机器人系统。公司于2012年6月入选东湖新技术开发区“第5批3551光谷人才计划”，并获得项目资助资金100万元；2013年5月获得”东湖新技术开发区科技创新项目”资助资金40万元；2013年9月获得”武汉市科技创新项目”资助资金25万元；2014年3月获得”武汉市孵化器平台项目“资助资金20万元；2015年4月获得“湖北省科技创新项目”资助资金25万元。2015年12月，入选国家科技部火炬计划项目。1.1公司概况CHUHANGCHUHANG5（一）中央文件指示1.2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》；2.2012年1月国务院又发布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》；3.2012年2月国务院又正式批复了《全国重要江河湖泊水功能区划（2011-2030年）》。（二）水利改革的目标水利改革的目标是力争通过5年到10年努力，从根本上扭转水利建设明显滞后的局面。并在未来10年投入4万亿的资金进行水利建设。其中，按照水利“十二五”规划，在“十二五”期间将投入1.8万亿，具体比例是：用于农田水利建设的投资大概占20%左右，用于防洪减灾工程的投资占38%左右，用于水资源配置和城乡供水保障工程建设大概有35%左右，另外就是水土保持和生态建设。1.2研发背景CHUHANGCHUHANG6（1）调查对象：河川、湖泊、海岸、港湾和水库等水域；（2）系统设计目的：安全、稳定、智能、高效；（3）测量载体：无人船；（4）测量平台：兼容GNSS接收机、测深系统（单波束或多波束系统）、侧扫声纳系统、浅地层剖面仪、CCD相机、ADCP、水质分析仪和陀螺仪等多种高精度声、光、电磁传感设备的控制系统；（5）通讯方式：远距离无线通讯；（6）应用：可实现测区地理信息系统的全天候、自动化及高精度实时获取，可广泛应用于常规测绘、水利水文、航道、环保和灾害应急等行业及其他相关部门。本系统可以最大程度上填补水下测量领域载人船无法到达或不易到达的危险、浅滩、近岸等空白区域，真正做到高精度、自动化、高效益的单人（或双人）工作模式。1.3系统概述CHUHANGCHUHANG71.4专利及荣誉CHUHANGCHUHANG8多项软件著作版权CHUHANGCHUHANG9行业认可CHUHANGCHUHANG10•传统水上测量方法的不足•系统组成•系统的特长•系统的核心技术二、系统介绍CHUHANGCHUHANG112.1传统水上测量方法的不足（1）专业测量船体一般体积较大、吃水较深，部分浅滩、水库和近岸区域等无法或难以到达。（2）有可能发生倾覆、翻船等危险事故，导致人员伤亡，设备损失。（3）无法或难以进入部分危险水域（例如血吸虫区域、滑坡等）进行测量，使得外业数据存在空白区。CHUHANGCHUHANG12（4）以测量人员操控为主，受其理论水平、实际工作经验的影响，外业数据难免存在一定的不足或粗差；（5）船载仪器设备的安装、拆卸费时费力，而且时常难以在测区附近找到合适的船只以及停靠的码头，测量船驶入测区或返航费时费力，成本高昂；（6）动力一般由汽油或柴油等发动机提供，搬运不便，且有漏油排烟等污染环境的风险。2.1传统水上测量方法的不足CHUHANGCHUHANG132.2系统组成A遥控测量无人船子系统动力系统、电源系统、船上控制系统、测深仪、ADCP、陀螺仪、GNSS定位模块、CCD摄像头和无线数据传输模块等B岸基控制子系统主要由交互式界面组成，通过无线传输协议，实时接收、分析、处理和显示遥测船体发送的数据，控制测量船自动或手动走线测量，并实现船只的自动回航，最后对采集的数据进行数据处理以及图件的绘制。CHUHANGCHUHANG14通讯基站岸基控制通讯移动端中控系统定位系统定向系统测量系统影像系统动力系统电源2.2系统结构及原理CHUHANGCHUHANG15测深仪•单波束利用声波在同一介质中均速传播的特性，通过测量声波发送与接收的时间间隔求定换能器至反射面间距离。CHUHANGCHUHANG16ADCP•ADCP利用多普勒效应原理进行流速测量。ADCP因其原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。CHUHANGCHUHANG17（1）船载构造2.3系统组成CHUHANGCHUHANG18CHUHANGCHUHANG19岸基系统•岸基软件CHUHANGCHUHANG20CHUHANGCHUHANG21•通讯基站CHUHANGCHUHANG22船载系统•船主体CHUHANGCHUHANG23•浮桶CHUHANGCHUHANG24•连接及姿态调整CHUHANGCHUHANG25•动力系统CHUHANGCHUHANG26•定位系统CHUHANGCHUHANG27•通讯系统2.4GWlanRTK电台CHUHANGCHUHANG28•影像系统CHUHANGCHUHANG29•测量系统CHUHANGCHUHANG302.3系统的特点CHUHANGCHUHANG31（1）测量条件困难区域的测量和调查〈安全・便捷・灵活〉・可以对载人船不易或不能到达的浅滩或危险水域进行调查。・从船身构造着手，增强抗风浪、抗倾覆能力。・电动马达动力，无排烟漏油现象，节能环保，噪音低。2.3系统的特点CHUHANGCHUHANG32（2）降低测绘成本，缩短工期〈优越的经济性〉・省略了大规模的准备工作、缩短了测量工作的时间。・体积小,重量轻,安装快捷,随搬随走,。・大幅度节省了人工及测量成本，缩短工期.可以大幅度节省测量成本!!缩短工期!!传统的方式无人船方式2.3系统的特点CHUHANGCHUHANG33（3）自动化程度高，行业开发便利・自动化走线，数据实时接收（当预先设定好计划线时，可无人工干预全自动作业）・自动回归功能（当船体与基站的通信连接持续中断45秒以上以及船载电池剩余量为25%以下时，船只会自动返回事先设定的初始地点）・稳定性好，搭载方便（本系统设计以稳定性好、安全性高等特点为出发点，从潜水线船体选择即重点考虑到吃水、航速、续航能力、抗风抗浪能力以及船载各种传感器尺寸和重量等多种因素，已预留有效负载重量40kg设计船体结构，为搭载其他设备仪器预留了大量空间。可以采用舱内和舱外外挂两种方式搭载设备。）2.3系统的特点CHUHANGCHUHANG34（1）无舵自动走航及其精准控制系统无人船采用自动舵技术，借助螺旋桨的推力和两个螺旋桨的速度差来实时调节航速和航向，实现自动按照预先设定的计划的航线进行精准的走线、换线及回归等功能。自动控制子系统在测量中自动控制无人船的航向，能克服各种干扰的影响，使无人船精准的沿预定的航向运行。（2）多传感器集成与信息融合本系统设计根据客户需求自由搭载如GNSS接收机、测深仪、ADCP、侧扫声纳等多种声、光、电磁传感设备，可搭载的传感设备繁多，且涉及嵌入式计算机技术、传感器技术、无线通讯技术和智能控制技术等多种技术，满足不同类型的用户的测量要求。2.4系统的核心技术CHUHANGCHUHANG35（3）基于无线局域网的远距离通讯与实时多模控制系统通过无线远距离通讯，可实现人工手动控制、实时规划线\目标点自动控制以及无链接自主测量控制三种模式对船体进行实时控制。（4）双浮筒式的浮力供给和姿态稳定技术本系统设计并采用了了一种双浮筒式的浮力供给和姿态稳定技术，大幅提高了无人船的搭载能力，与此同时极大的提高的船体在运行时姿态，特别是横滚方向的稳定性。从而保证的无人船在进行地形测量、近景摄影测量和流速、流量测量时所采集数据的真实性、有效性。2.4系统的核心技术CHUHANGCHUHANG36•测绘型•水文型三、应用领域CHUHANGCHUHANG372012年2013年6-8月无人船水域测量机器人系统/水下地形测量无人船水域测量机器人系统/水文测绘水利/水文CHUHANGCHUHANG383.1测绘型无人船应用领域港口湖泊河流其它港口、码头、海湾、近海的调查与测量1.湖泊、大坝和水库的水下地形、横断面测量、地形地貌变化2.清淤治理生态环境的调查与测量3.监测1.河流的水下地形、横断面测量、河床地形地貌变化2.河道航航道治理、清淤、堤防施工等项目的测量与监测应急测量、尾矿库监测、安全搜索、渔业CHUHANGCHUHANG39（1）丹江口水库水下地形测量效果图——坝上CHUHANGCHUHANG40（2）丹江口水库水下地形测量效果图——坝下CHUHANGCHUHANG413.2水文型无人船应用领域（1）河流、湖泊、近海、港湾水流流量流速测验；（2）水深测量；（3）灌区流量测验和污水流量监测；（4）应急测绘。CHUHANGCHUHANG42丹江口水库水流测验效果图——坝下搭载SonTekM9CHUHANGCHUHANG433.4其他应用（1）海事安全、水下搜寻、海上救捞；（2）水产养殖研究：鱼类观察、网箱检查、人工鱼礁等；（3）科学考察（如极地、辐射沙洲等特殊地形区）；（4）危险区域环境监测；（5）军事应用。CHUHANGCHUHANG44