[發(fā)明專利]一種城市河道無人巡航及污染跟蹤定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210158430.0
• 申請(qǐng)日: 2022-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN114624405A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭瀟;楊帆;何德峰;胡林濤;楊喆;郭子瑜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/18
• 分類號(hào): G01N33/18;G01S19/48;G01C21/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

1.一種城市河道無人巡航及污染跟蹤定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、采用自動(dòng)尋污船進(jìn)行巡航，自動(dòng)尋污船上搭載紅外傳感器，自動(dòng)尋污船進(jìn)入巡航模式，通過紅外傳感器對(duì)河岸進(jìn)行檢測(cè)，在河道內(nèi)采用類方波路徑規(guī)劃來進(jìn)行污染物搜索；

步驟2、自動(dòng)尋污船進(jìn)入污染跟蹤模式，依據(jù)污染物濃度變化率大小，確定污染跟蹤方向和污染檢測(cè)步長，逐步接近污染源，最終確定污染源位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市河道無人巡航及污染跟蹤定位方法，其特征在于所述步驟1中，當(dāng)搭載在自動(dòng)尋污船上的紅外傳感器檢測(cè)到河岸為直線時(shí)，采用以下路徑規(guī)劃方案：設(shè)P點(diǎn)為起始坐標(biāo)點(diǎn)，P點(diǎn)位于靠近河岸的河水中，自動(dòng)尋污船從P點(diǎn)開始，沿河岸逆流而上，行駛軌跡平行于河岸線；設(shè)河道寬度為d，自動(dòng)尋污船沿河岸航行d路程之后，向河道中央方向旋轉(zhuǎn)90度，同時(shí)考慮河流速度影響，將自動(dòng)尋污船速度矢量方向保持與河岸線垂直，橫向行駛通過河道；當(dāng)自動(dòng)尋污船與另一邊河道距離達(dá)到安全距離時(shí)，自動(dòng)尋污船向河道上游方向旋轉(zhuǎn)90度，行駛軌跡保持與河岸線平行，繼續(xù)沿河岸航行d路程，不斷重復(fù)上述操作，直至到達(dá)巡航任務(wù)終點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市河道無人巡航及污染跟蹤定位方法，其特征在于所述步驟1中，當(dāng)搭載在自動(dòng)尋污船上的紅外傳感器檢測(cè)到河岸為曲線時(shí)，采用以下路徑規(guī)劃方案：設(shè)P點(diǎn)為起始坐標(biāo)點(diǎn)，P點(diǎn)位于靠近河岸的河水中，自動(dòng)尋污船從P點(diǎn)開始，沿河岸逆流而上，行駛速度矢量方向始終平行于河岸線對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的切線；設(shè)河道寬度為d，自動(dòng)尋污船沿河岸航行d路程之后，向河道中央方向旋轉(zhuǎn)90度，同時(shí)考慮河流速度影響，將自動(dòng)尋污船速度矢量方向保持與河岸線切線垂直，橫向行駛通過河道；當(dāng)自動(dòng)尋污船與另一邊河道距離達(dá)到安全距離時(shí)，自動(dòng)尋污船向河道上游方向旋轉(zhuǎn)α度，α為自動(dòng)尋污船速度矢量與另一邊河道切線的夾角，行駛軌跡保持與河岸線切線平行，繼續(xù)沿河岸航行d路程，不斷重復(fù)上述操作，直至到達(dá)巡航任務(wù)終點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一的所述的一種城市河道無人巡航及污染跟蹤定位方法，其特征在于所述步驟2中，設(shè)步長為r，污染物濃度為c，自動(dòng)尋污船每前進(jìn)一個(gè)步長檢測(cè)一次水質(zhì)，第i次檢測(cè)水質(zhì)時(shí)的步長為r_i，濃度為c_i，且巡航模式下的步長為r₀，n為自動(dòng)尋污船航行了n次步長的步數(shù),其包括以下具體步驟：

步驟1，自動(dòng)尋污船在剛檢測(cè)到污染物時(shí)，若尋污船速度方向與河流速度方向平行則進(jìn)入步驟2，若尋污船速度方向與河流速度方向垂直則進(jìn)入步驟3；

步驟2，自動(dòng)尋污船在第(n-1)步結(jié)束后朝遠(yuǎn)離河岸方向做45度角旋轉(zhuǎn)，然后前進(jìn)一步，若自動(dòng)尋污船離河岸距離小于安全距離，則進(jìn)入步驟5，若c_n＞c_n-1，則進(jìn)入步驟4，若c_n＜c_n-1，則進(jìn)入步驟6；

步驟3，自動(dòng)尋污船在第(n-1)步結(jié)束后朝河流上游方向做45度角旋轉(zhuǎn)，然后前進(jìn)一步，判斷此時(shí)自動(dòng)尋污船離河岸距離是否小于安全距離，當(dāng)自動(dòng)尋污船離河岸距離小于安全距離時(shí)，則進(jìn)入步驟5；當(dāng)自動(dòng)尋污船離河岸距離大于安全距離時(shí)，若c_n＞c_n-1，則進(jìn)入步驟4，若c_n＜c_n-1，則進(jìn)入步驟6；

步驟4，自動(dòng)尋污船前進(jìn)一步，判斷此時(shí)自動(dòng)尋污船與河岸距離是否小于安全距離，當(dāng)自動(dòng)尋污船離河岸距離小于安全距離時(shí)，則進(jìn)入步驟5；當(dāng)自動(dòng)尋污船離河岸距離大于安全距離時(shí)，若滿足最小步長條件則進(jìn)入步驟7，若不滿足最小步長條件，且c_n＞c_n-1時(shí)，則再次進(jìn)入步驟4，若不滿足最小步長條件，且c_n＜c_n-1時(shí)，則進(jìn)入步驟6；

步驟5，自動(dòng)尋污船朝平行于河流速度方向旋轉(zhuǎn)45度，前進(jìn)一步，繼續(xù)前進(jìn)直至滿足最小步長條件進(jìn)入步驟7；

步驟6，自動(dòng)尋污船順時(shí)針或者逆時(shí)針做45度角旋轉(zhuǎn)，使尋污船速度方向與河流速度方向平行，前進(jìn)一步，再朝原河岸方向順時(shí)針或者逆時(shí)針時(shí)針做45度角旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入步驟4；

步驟7，自動(dòng)尋污船確認(rèn)污染源位置，停止污染跟蹤模式，同時(shí)用搭載的GPS記錄此時(shí)坐標(biāo)，然后朝河流逆流方向航行一段距離，直至離開該污染源范圍，再開啟下一輪巡航模式。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種城市河道無人巡航及污染跟蹤定位方法，其特征在于所述最小步長條件為r_n＜r_min，r_min取決于自動(dòng)尋污船的運(yùn)動(dòng)半徑，自動(dòng)尋污船在污染跟蹤模式下每前進(jìn)一步則重新規(guī)劃一次步長，步長公式如下：

r_n＝r_n-1(1-0.25log|c_n/c_n-1-1|+0.25log|c_n-1/c_n-2-1|)。