[發明專利]無人機群協同智能航標的近海立體聯動組網系統

有效

• 申請號: 202010857736.6
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112053591B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 林彬;張雅靜;王瑩;孫璐
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G08G3/00
• 分類號: G08G3/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明公開了一種無人機群協同智能航標的近海立體聯動組網及航道監管系統，包括水面子網層、空中子網層和岸上云計算中心；發明的無人機與海上平臺智能航標相結合，將無人機的高空視角、強機動性等與航標的海上優勢聯合對航道實行無縫監管通信系統，具有更高的效能與實時性；另外航標嵌入傳感器設備實現對航道水文、氣象信息的采集，改善傳統單獨布設傳感器的過程，從而節省資源；另外航標嵌入邊緣計算設備可以直接將采集的信息進行預處理，通過無線通信的方式傳輸至海上航行船舶和無人機。邊緣計算設備直接對航標采集的數據進行預處理，減少海上數據傳輸所消耗的帶寬，同時保證航行船舶在最短時間得到航道相關信息，保證船舶航行安全。

技術領域

本發明涉及一種無人機群協同智能航標的立體聯動組網及航道監管系統，涉及邊緣計算領域、網絡部署優化領域、以及數據轉發存儲等相關領域，尤其涉及一種適用于無人機協同路徑規劃的基于智能航標的立體聯動組網及航道監管系統。

背景技術

目前航道監測手段主要依靠傳統VTS、CCTV、AIS和VHF等現代化監管系統，而動態監管手段的研究甚少，主要采用海巡船方式、無人機方式等。但是隨著航運業的快速發展，海事監管面臨的問題日益多樣化，監管任務日趨繁重，依靠現有的監管體系無法滿足海事監管“空、海、地”三維一體的要求。現有技術中一般采用新型航標燈利用北斗定位技術完成航標燈的精確定位，利用多傳感器融合技術實現航道水文等信息的實時采集，并通過無線通信技術實現各部分之間信息的傳輸，實現對船舶穩定跟蹤、對水文信息實時檢測，并確定航標燈的工作情況。另外還采用海巡船與無人機實現聯合監管，無人機進行動態監管、信息采集和海巡船待命狀態，當出現人為干預的情況時，啟動調動機制，緊急情況下，海巡船擔負回收無人機的任務，同時無人機提供監控現場情報為船艇巡航規劃合理路線。然而海巡船監控航道具有監測范圍小、航時短、只適用于近海且費用高的缺點。同時，船舶在環境時刻變化的海上航行隨時都面臨風險，現有通信方式需通過通信鏈路將信息傳至岸上處理分析，再反饋給船舶，過程耗時較長，不能保證船舶獲取信息的實時性，增加船舶航行的危險性。此外，在信息回傳至岸上的過程中，傳統方式不能對大量數據進行預處理，導致其傳輸過程中會消耗過多的帶寬，同時監管手段比較單一、監管信息不全面、實時性較差因此無法滿足動態航道監管的要求。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種無人機群協同智能航標的近海立體聯動組網及航道監管系統，具體包括：

水面子網層，所述水面子網層為智能航標，所述智能航標包括傳感器設備和邊緣計算設備，所述傳感器設備用于獲取航道的水文和氣象信息以及船舶流量信息，所述邊緣計算設備接收所述傳感器設備傳送的采集到的數據信息并對接收到的信息進行融合計算、實時預測航道的安全狀況，所述邊緣計算設備將處理后的信息輸出至航行船舶；

空中子網層，所述空中子網層為無人機，用于匯聚多個智能航標傳送的數據信息，所述無人機上設置有用于定期監測智能航標工作狀態的攝像機；

岸上云計算中心，包括數據分析模塊和數據存儲模塊，所述數據分析模塊接收無人機傳送的水文、氣象數據以及無人機采集的圖像信息并對接收到的信息進行處理和分析獲得船舶的實時狀態和航道的潛在危險情況，所述數據存儲模塊接收數據分析模塊傳送的分析后的結果信息并進行定期存儲。

進一步的，所述智能航標還包括AIS設備和無線通信設備，所述智能航標通過無線通信設備與空中子網層無線數據通信，根據通信距離以及覆蓋范圍的約束條件部署智能航標。

進一步的，所述邊緣計算設備設置有支持多種類型傳感器設備的通信接口。

進一步的，所述傳感器設備采用水流傳感器、水深傳感器以及風力傳感器、風向傳感器以及能見度傳感器。

進一步的，所述空中子網層為無人機提供滿足飛行高度、速度、任務載荷重量、飛行操作方式的無人機平臺，同時所述無人機平臺對多無人機進行協同路徑規劃、提供無人機定點懸停匯聚智能航標的數據信息以及控制無人機的返航。