水上無人巡查裝置

高性能水上無人巡查裝置

關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

項(xiàng)目匯報(bào)目錄1、項(xiàng)目背景2、項(xiàng)目主要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)3、與同類成果的綜合比較4、推廣應(yīng)用情況5、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益項(xiàng)目背景著眼世博會(huì)水域安全重大現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)2010年上海世博會(huì)240多個(gè)場(chǎng)館分布在黃浦江兩岸，每天約有1000艘船舶通行，10萬余人經(jīng)35條輪渡線來往于世博園區(qū)兩岸。水上情況復(fù)雜，安全形勢(shì)嚴(yán)峻。水上武警部隊(duì)警力設(shè)備數(shù)量少，智能化程度低。上海市科委科技攻關(guān)項(xiàng)目（資助250萬元）2008年9月立項(xiàng)2009年12月驗(yàn)收研制樣機(jī)一臺(tái)：“巡查一號(hào)”建立浦江示范工程需求項(xiàng)目背景國(guó)外同類產(chǎn)品造價(jià)上千萬，技術(shù)上完全封閉日本：無人駕駛深海巡航探測(cè)器“浦島”號(hào)美國(guó)：佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)“海洋探索者”等英國(guó)：海豚（Dolphin）搜集海洋數(shù)據(jù)德國(guó)：新型自主水下航行器“深?！盋（DeePC）用于自動(dòng)巡邏的無人駕駛水上裝置尚屬空白哈爾濱工程大學(xué)：水下機(jī)器人上海交通大學(xué)：持續(xù)淺水型無人潛水器中國(guó)航天科工集團(tuán)：“天象一號(hào)”國(guó)際國(guó)內(nèi)研究?jī)?nèi)容及技術(shù)關(guān)鍵研制高性能水上無人裝置樣機(jī)1臺(tái)，建立示范工程建立示范系統(tǒng)集成創(chuàng)新樣機(jī)技術(shù)難點(diǎn)動(dòng)力學(xué)在微型船體上的應(yīng)用微型航行體推進(jìn)過程中會(huì)遇到各種復(fù)雜的情況，針對(duì)每種狀況需要不同的處理技術(shù)，在行進(jìn)過程中的徘徊、傾斜、側(cè)翻等行為，需要系統(tǒng)對(duì)異常情況做自動(dòng)糾正處理；同時(shí)研究低阻力等技術(shù)，妥善解決超小型水上系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。自動(dòng)駕駛與航行體遠(yuǎn)程精確導(dǎo)航定位由于各種導(dǎo)航技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，均處于不斷發(fā)展的階段。為此，采用單一的導(dǎo)航方法，其精度、可靠性還無法滿足遠(yuǎn)程高性能無人水上巡查裝置研發(fā)的需要，因此成本低、組合式及具有多用途組合導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)無人巡查裝置“固定布點(diǎn)”將是本項(xiàng)目的研究重點(diǎn)。技術(shù)難點(diǎn)能源與推進(jìn)問題推進(jìn)/能源系統(tǒng)主要包括新型高效率能源電池的應(yīng)用，以及航行體推進(jìn)過程中需要處理的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間。無線傳輸技術(shù)為整個(gè)系統(tǒng)提供高速無線通信傳輸系統(tǒng)，完成雙向?qū)崟r(shí)控制數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)圖像、語音數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳下發(fā)服務(wù)。解決無線傳輸中的多徑衰落、靈敏度和系統(tǒng)抗干擾能力。研究如何提高水上裝置視頻監(jiān)控系統(tǒng)的抗沖擊性和可靠性；設(shè)計(jì)制定科學(xué)合理的監(jiān)控中心功能和接口標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)關(guān)鍵1：姿態(tài)控制技術(shù)選用小水線面雙體船型使波浪條件下姿態(tài)盡可能平穩(wěn)，形成高性能的水上自航、設(shè)備搭載平臺(tái)。玻璃鋼船體長(zhǎng)6.445米，排水量3.46噸。耐波性優(yōu)：小水線面雙體船分水上部分和水下潛體兩大部份，通過支柱穿越水面相連與水面交界的支柱面積較小，波浪對(duì)其干擾也相對(duì)較小。適應(yīng)性強(qiáng)：黃浦江風(fēng)浪（大于3節(jié)）內(nèi)江、內(nèi)湖發(fā)明專利國(guó)內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)關(guān)鍵2：綠色能源推進(jìn)技術(shù)電動(dòng)掛機(jī)采用直流低壓永磁無刷無節(jié)調(diào)速電機(jī)，系國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，具有效率高、噪聲低、運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。采用電子換向器替代了傳統(tǒng)直流電機(jī)的機(jī)械換向裝置，克服了電刷和換向器所引起的噪聲、火花、電磁干擾、壽命短等一系列弊病，具有體積小、重量輕、效率高、慣量小和響應(yīng)快等特點(diǎn)研發(fā)與其相匹配的大電流低電壓無級(jí)調(diào)速的電動(dòng)執(zhí)行器（控制器），應(yīng)用了DSP技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)是僅有的，國(guó)際上至今未見同類產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)關(guān)鍵3：實(shí)時(shí)無線語音圖像通信高性能的船用型攝像機(jī)、智能追蹤快球，配合高速無線通信傳輸系統(tǒng)，完成現(xiàn)場(chǎng)圖像、語音數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳下發(fā)服務(wù)。配備大容量硬盤錄像機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視頻錄制，便于回放取證。最優(yōu)化的解決方案：COFDM調(diào)制的無線傳輸發(fā)射技術(shù)和多天線分集接收技術(shù)相結(jié)合。COFDM技術(shù)本身由于引入了多載波保護(hù)間隔，具有天生的抗多徑衰落的能力。巡查器在移動(dòng)過程中，即使遇到障礙物阻擋，在信號(hào)靈敏度足夠的情況下，也可以避免由于多徑引起的傳輸誤碼，獲得良好的圖像效果。發(fā)明專利技術(shù)關(guān)鍵4：遙控和無人駕駛技術(shù)有人駕駛遠(yuǎn)程遙控駕駛無人自動(dòng)駕駛接入組合導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS＋AIS＋RADER），GPS不斷修正，以提高系統(tǒng)的精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤與避障。專用的數(shù)據(jù)加密無線通道，確?？刂茢?shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。軟件著作權(quán)技術(shù)關(guān)鍵5：智能導(dǎo)航技術(shù)差分GPS導(dǎo)航與智能導(dǎo)航技術(shù)，配置高性能雷達(dá)系統(tǒng)和AIS專業(yè)設(shè)備，集航行信息采集處理、無線電數(shù)據(jù)傳輸、電子海圖信息系統(tǒng)于一體。實(shí)際應(yīng)用：可快速準(zhǔn)確判斷識(shí)別黃浦江面行駛或停止?fàn)顟B(tài)船只的身份，一旦一旦發(fā)現(xiàn)可疑船只，立即發(fā)出警告貼合用戶需求創(chuàng)新點(diǎn)采用小水線面雙體船船型在微型船艇上使用小水線面船體結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)首次，優(yōu)良的耐波性，可以減小因黃浦江上波浪引起的船舶搖擺，水下監(jiān)測(cè)設(shè)備可以布置在甲板面上通過升降桿深入水中監(jiān)測(cè)，也可固定布置在水下潛體內(nèi)。采用玻璃鋼材料制作無人駕駛監(jiān)測(cè)艇采用特殊的造型，鮮明的目標(biāo)、警用標(biāo)識(shí)，可以避免船舶碰撞，有利于執(zhí)行任務(wù)，玻璃鋼材料制作方便適宜批量生產(chǎn)其美觀性和工藝性很好。采用電動(dòng)掛機(jī)動(dòng)力采用直流低壓永磁無刷無節(jié)調(diào)速電機(jī)，系國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，具有效率高、噪聲低、運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。電動(dòng)掛機(jī)最適用于岸基遙控駕駛。具有良好的操縱性，省略了舵系統(tǒng)。可以做到原地調(diào)頭，平移離開碼頭，前進(jìn)后退自如。采用新型的控制系統(tǒng)采用以計(jì)算機(jī)微處理器為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)（DCS）和可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)及無線數(shù)據(jù)通訊船用化，通過人機(jī)界面對(duì)監(jiān)測(cè)船進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和控制。首次將無線圖像傳輸技術(shù)運(yùn)用于船艇。與同類成果的綜合比較武警巡邏艇水下機(jī)器人天象一號(hào)巡查一號(hào)船體巡邏艇特殊型快艇小水線面雙體型材料鋼材鋁碳纖維玻璃鋼載人可載多人不可載人不可載人可載2人數(shù)據(jù)通訊無有線方式無線無線圖像傳輸無水下聲納無線單攝像機(jī)無線8臺(tái)攝像機(jī)全方位監(jiān)視遠(yuǎn)程遙控?zé)o有有有自動(dòng)駕駛無無有有導(dǎo)航精度衛(wèi)星、羅經(jīng)GPS衛(wèi)星（成本高）差分GPS推進(jìn)力汽油電動(dòng)汽油電動(dòng)造價(jià)非常高高高經(jīng)濟(jì)技術(shù)特點(diǎn)綜合比較國(guó)內(nèi)國(guó)際小水線面雙體玻璃鋼船首創(chuàng)美國(guó)１艘日本５艘直流低壓永磁無刷無節(jié)調(diào)速電機(jī)首創(chuàng)無COFDM非視距無線圖像語音雙向傳輸首次應(yīng)用于水域先進(jìn)無人駕駛定點(diǎn)巡邏首創(chuàng)領(lǐng)先無線遙控通訊船用化領(lǐng)先領(lǐng)先自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)+差分GPS+小型船用雷達(dá)領(lǐng)先先進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)與第三方測(cè)試申請(qǐng)專利4項(xiàng)（發(fā)明2項(xiàng)）軟件著作權(quán)登記3項(xiàng)公開發(fā)表論文3篇獲中國(guó)船舶總體性能試驗(yàn)檢測(cè)中心和船檢局認(rèn)可推廣應(yīng)用情況上海浦