[發(fā)明專利]一種基于無人船的有人和無人潛水器協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2022-06-23
• 公開（公告）號: CN114995470B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙晟婭;張同偉;楊磊;王向鑫;沈鵬;劉曉輝;李正光
• 申請（專利權(quán)）人: 國家深海基地管理中心
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 王月松

本發(fā)明涉及一種基于無人船的有人和無人潛水器協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)及方法，涉及海洋工程與裝備技術(shù)領(lǐng)域，作業(yè)系統(tǒng)包括：載人潛水器支持母船、無人船、載人潛水器以及AUV集群；所述載人潛水器支持母船用于向所述無人船發(fā)送控制指令，控制所述無人船工作；所述無人船用于對所述AUV集群進(jìn)行實時監(jiān)控，并將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸至所述母船，所述無人船還用于跟隨所述AUV集群移動。本發(fā)明中的上述系統(tǒng)可以在較好的海況條件下，利用無人船解放載人潛水器支持母船，實現(xiàn)較大范圍內(nèi)載人潛水器和AUV的同步下潛作業(yè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程與裝備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于無人船的有人和無人潛水器協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

潛水器是深海科學(xué)研究和考察作業(yè)必不可少的運載裝備，可以在惡劣的海洋環(huán)境中完成指定任務(wù)。自上世紀(jì)五十年代第一艘潛水器建成以來，人們已開發(fā)出各種類型的潛水器以滿足不同的應(yīng)用需求。潛水器可分為載人潛水器和無人潛水器。載人潛水器能夠快速、準(zhǔn)確地將人類運送到海底，在深海作業(yè)中可以充分發(fā)揮人類的智慧。自主水下航行器(AUV)適合于海洋的大規(guī)模掃測，由自身攜帶的電池供電，并通過預(yù)先編程設(shè)置水下任務(wù)。水下滑翔機(AUG)使用凈浮力和姿態(tài)角調(diào)整來獲得推進(jìn)力，能量消耗極低，非常適合長期和大規(guī)模的海洋觀測。上述各類潛水器已廣泛應(yīng)用于海洋科學(xué)研究、海洋工程作業(yè)、資源環(huán)境調(diào)查和軍事領(lǐng)域。

隨著海洋工程與裝備技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類潛水器的水下作業(yè)能力越來越強。然而，當(dāng)面對大范圍且對時效性要求較高的任務(wù)時，單一類型或單臺潛水器是無法滿足要求的，往往需要同類或不同類潛水器相互協(xié)同作業(yè)才能完成。潛水器水下協(xié)同作業(yè)時，它們利用水聲通信、無線電通信和衛(wèi)星通信作為信息交換方式，相互協(xié)作完成指定任務(wù)。潛水器協(xié)同作業(yè)技術(shù)有助于突破單一潛水器作業(yè)效率的限制，實現(xiàn)各種潛水器作業(yè)能力的差異化配置，是執(zhí)行復(fù)雜水下任務(wù)的有效途徑。目前，潛水器水下協(xié)同作業(yè)主要是指多AUV協(xié)同和多AUG協(xié)同，研究主要集中在編隊控制、任務(wù)分配、路徑規(guī)劃和協(xié)同導(dǎo)航。以多AUV/AUG為代表的無人潛水器協(xié)同作業(yè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并應(yīng)用于臺風(fēng)/颶風(fēng)觀測、中尺度渦流觀測、熱液羽流探測、海底地形探測和快速目標(biāo)搜索等。

然而，AUV/AUG對水下環(huán)境的感知和自主理解能力并不能取代人類的思考和判斷，難以滿足無人潛水器在復(fù)雜水下環(huán)境中的高度自主性和智能化要求。因此，僅依靠無人潛水器往往無法在指揮和決策中迅速做出最優(yōu)決策。在大多數(shù)任務(wù)中，AUV/AUG無法完全消除“人在回路”的狀態(tài)。另一方面，載人潛水器屬于大型潛水器，需要專門的載人潛水器支持母船。目前在執(zhí)行載人潛水器下潛作業(yè)時，母船需要全程跟隨載人潛水器，保障其水下作業(yè)安全。雖然船上也可以搭載AUV等其他類型的潛水器，但是載人潛水器和AUV采用分時段下潛作業(yè)的方法，即載人潛水器下潛時，AUV不下潛；AUV下潛時，載人潛水器不下潛。因此，載人潛水器和AUV尚未實現(xiàn)同時下潛協(xié)同作業(yè)。這也制約了整個航次作業(yè)效率的提高。

因此，在未來的水下作業(yè)中，需要重視有人/無人潛水器的協(xié)同作業(yè)，以克服純無人潛水器集群的不足。與純無人潛水器協(xié)同作業(yè)相比，有人/無人潛水器協(xié)同中人機智能與機器智能的并行交互與融合，有利于實現(xiàn)有人與無人潛水器的雙向互補。由于全球正常使用的深海作業(yè)型載人潛水器數(shù)量非常有限，人們尚未開展載人潛水器和AUV協(xié)同作業(yè)相關(guān)研究。因此，如何利用同一艘母船，在較大范圍(如幾十-100海里，1海里約為1.852千米)內(nèi)實現(xiàn)載人潛水器和AUV同步下潛作業(yè)，提高整個航次的作業(yè)效率，是載人深潛科考領(lǐng)域迫切需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于無人船的有人和無人潛水器協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)及方法，可以在較好的海況條件下，利用無人船解放母船，實現(xiàn)較大范圍內(nèi)載人潛水器和AUV的同步下潛作業(yè)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于無人船的有人和無人潛水器協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，所述作業(yè)系統(tǒng)包括：

母船、無人船、載人潛水器以及AUV集群；

所述母船用于向所述無人船發(fā)送控制指令，控制所述無人船工作；