本发明专利技术提供一种基于四锚定位系统的船舶自主控制系统及方法，属于环境监测、环境治理及计算机控制技术领域，包括锚泊系统、传感检测系统、信息处理系统和控制系统四个部分。整体硬件设备包括定位点、锚链、导向浮漂、锚机、浮漂、液压管路、液压电控设备、控制器、控制中枢、信号线、数据处理与显示设备、定位设备、船舶主体、张力、姿态、环境等各类传感器。控制中枢根据所接收的传感器和位置信息，命令控制器控制锚机，使工程船舶保持静止或移动至设定位置上，并提供数据处理与显示的功能。本发明专利技术充分考虑了工程船舶在小水域工作的具体需求，简化了控制过程，节约人力成本，提高了工作效率。提高了工作效率。提高了工作效率。
【技术实现步骤摘要】
一种工程船舶四锚定位自主控制方法及系统
[0001]本专利技术属于环境监测、环境治理及计算机控制
，涉及到一种工程船舶四锚定位自主控制方法及系统，针对在小水域中，传统工程船舶固定及移动较为繁琐的问题，提出一种更为便捷高效的方法。
技术介绍
[0002]水库清淤设备母船、水域水质监测船、饵料投喂船等在水域预定位置进行工程作业时，需要将工程船舶定位在一个非常准确的位置上，在这片区域作业完成后，也需要移动至下一区域继续作业，这就需要这些船舶有较好的定位与移动功能。
[0003]传统工程船舶定位及移动过程主要通过人工操作和锚泊系统辅助，操作复杂、响应时间长。在水库等固定水域工作时，受环境和工作内容影响，需要多次修正，人员劳动强度大，人力成本高。在定位过程中，钢缆收放需要人工执行：钢绳过度张紧，容易移锚、损害设备甚至造成人身安全；钢绳松软，造成重复定位和修正次数增大，效率降低。在移动过程中，不仅需要有经验的驾驶人员，而且对于有特殊需求的工程，船舶很难做到全天候响应，影响工程进度。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种工程船舶四锚定位自主控制方法及系统，用于解决传统方法中人力成本高、控制过程复杂、无法全天候响应而导致的工程船舶工作效率低的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种工程船舶四锚定位自主控制系统，包括锚泊系统、传感检测系统、数据处理系统和控制系统四个部分：
[0007]所述的锚泊系统包括定位点1、锚链2、锚链2上的导向浮漂3、锚机4。所述的定位点1是四个成矩形分布的固定点，固定在水域周围或浅水岩石区，导向浮漂3围成的区域为工作区域；锚机4是主要动力源，通过锚链2与定位点1进行连接，导向浮漂3布置在工作区域周围，使船体所受拉力尽可能水平。实际控制过程中，锚机4通过释放、拉紧和锁定锚链2来控制船舶定位或移动。
[0008]所述传感检测系统包括GNSS定位设备11、各类传感器13，其中传感器13包括张力传感器、姿态传感器、环境传感器等。所述GNSS定位设备11实时监测工程船舶位置坐标，传感器13实时监测锚链2所受张力、工程船舶姿态、风速、水流惯性等，上述信息都会通过信号线9传输至数据处理系统进行筛选与分析。
[0009]所述数据处理系统包括数据处理与显示设备10。所述数据处理与显示设备10通过信号线9接收GNSS定位设备11、传感器13数据、控制中枢8回传信息，进行数据的去噪、筛选、分析等处理后储存(云端或者本地)和显示(船舶姿态、传感器信息、运动方案等)。此外，数据处理与显示设备10提供多种数据接口，为工程船舶外接设备提供数据分析、可视化展示等方面的支持。
[0010]所述控制系统包括液压管路5、液压电控设备6、控制器7、控制中枢8。所述控制中枢8通过信号线9接收来自数据处理与显示设备10处理后的位置、传感器数据等信息，设计具体控制方案，下达至控制器7(PID控制器，对实时性要求较高可更换自抗扰等低延迟控制器)，控制器7按照具体控制方案，通过控制液压电控设备6和液压管路5，间接控制锚机4，完成控制方案。
[0011]信息传输通过信号线9将各中信息传输至指定位置，控制方案实施通过液压管路5和锚链2进行。所有设备都安装在船舶主体12上，缆线均采用可拆卸的贯穿封堵式水密螺栓，在保证防水密封性的同时，具有可拆卸性，维护方便等优点；工作设备采用防水外壳保护，防止风浪过大影响设备运行。
[0012]一种基于上述自主控制系统实现的工程船舶四锚定位自主控制方法，包括静态和动态两部分，静态模式是初始模式，进入动态模式前必须经过静态模式。自主控制方法具体步骤如下：
[0013]步骤1：设备运行前的初始化和检测步骤，该步骤用于系统初始化，判断锚机4、传感器13等核心部件能否被控制中枢8正常控制、船舶姿态、GNSS位置等关键信息是否正常。
[0014]步骤2：工程船舶静止模式的执行步骤，该步骤用于保持工程船舶定位在一个准确位置上，同时在工作区域内设定目标指定位置，方便船舶进行作业。该步骤包含两个子步骤：
[0015]步骤2.1：接收传感器13、定位设备11回传信息，经过处理后传输至控制中枢8。
[0016]步骤2.2：控制中枢8根据接收到的信息，判断船舶位置和姿态的偏移是否超过阈值，其中船舶位置由定位设备11接收，其阈值为经纬度变化1e
‑5°
；船舶姿态信息由传感器13接收，其阈值为锚链与船舶主体中轴线夹角变化2
°
。偏移未超出阈值，锚机4保持锁死状态，并持续接收传感器13信息；偏移超出阈值，控制中枢8根据接收到的信息制定调整策略，此处调整策略指控制锚链2的收缩或伸长，控制器7按照既定策略控制锚机4将船舶调控至指定位置和姿态，调整结束后，锚机4锁死，控制器7继续接收传感器13信息。
[0017]如船舶需要进行移动，则系统进入动态模式：
[0018]步骤3：工程船舶动态模式的执行步骤，该步骤用于工程船舶转换工作区域，将其从步骤2定位位置移动至目标指定位置。该步骤包含四个子步骤：
[0019]步骤3.1：通过GNSS定位设备11接收船舶当前位置和目标位置信息，并通过传感器13接收工程船舶姿态信息；将信息进行坐标转换后传输至控制中枢8。
[0020]步骤3.2：控制中枢8根据接收到的信息，计算移动前后的锚链2长度，并根据计算结果制定锚机4运行过程，即根据移动前后锚链2长度确定每根锚链需要伸长或收缩的长度。
[0021]步骤3.3：工程船舶按方案移动，在此过程中，控制中枢8会持续检测锚链2所受到的张力，该步骤是为了防止锚链2过度张紧而出现移锚、损害设备甚至造成人身安全等问题。张力未超出阈值，按照既定方案移动；张力超出设定的阈值，控制器7会关闭该锚链2所对应的锚机4，此时锚链2可自由伸缩，其他锚机正常运行。在此过程中，持续检测该锚链2所受张力，直至张力低于阈值，再次启动锚机4。
[0022]步骤3.4：判断工程船舶是否到达目标指定位置。船舶未到达指定位置，转至所述步骤3.3继续执行；船舶到达指定位置，转至所述步骤2进入工程船舶静止模式。
[0023]进一步的，所述的步骤3.2中，控制中枢8根据接收到的信息计算移动前后的锚链2长度，具体如下：
[0024]步骤3.1获得的信息如下：GNSS定位设备11接收船舶当前位置和目标位置信息其中θ表示经度，表示纬度；通过传感器13接收工程船舶姿态信息，主要包含锚链2与船舶主体12中轴线夹角α1、α2、α3、α4。
[0025]以计算其中一个锚链A的变化长度进行说明，通过所述步骤3.1获得的信息，首先计算出移动前后的直线距离L和二者之间的方位角β：
[0026][0027][0028]其中，R为地球半径，一般取6371.393km,。θ表示经度，表示纬度，为船舶当前位置经纬度坐标，为目标位置经纬度坐标，Δθ表示二者经度的差值。
[0029]在预先布置定位点1时，需测量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种工程船舶四锚定位自主控制系统，其特征在于，所述的系统包括锚泊系统、传感检测系统、数据处理系统、控制系统：所述的锚泊系统包括定位点(1)、锚链(2)、锚链(2)上的导向浮漂(3)、锚机(4)；所述的定位点(1)是四个成矩形分布的固定点，固定在水域周围或浅水岩石区，导向浮漂(3)围成的区域为工作区域；锚机(4)是主要动力源，通过锚链(2)与定位点(1)进行连接；实际控制过程中，锚机(4)通过释放、拉紧和锁定锚链(2)来控制船舶定位或移动；所述传感检测系统包括GNSS定位设备(11)、各类传感器(13)，船舶实时定位信息和传感数据通过信号线(9)传输至数据处理系统；所述控制系统包括液压管路(5)、液压电控设备(6)、控制器(7)、控制中枢(8)；所述控制中枢(8)通过信号线(9)接收来自数据处理系统的数据，设计控制方案，下达至控制器(7)，控制器(7)按照具体控制方案，通过控制液压电控设备(6)和液压管路(5)，间接控制锚机(4)，完成控制方案。2.根据权利要求1所述的一种工程船舶四锚定位自主控制系统，其特征在于，所述的传感器(13)包括张力传感器、姿态传感器、环境传感器，实时监测锚链(2)所受张力、工程船舶姿态、风速、水流惯性。3.根据权利要求1所述的一种工程船舶四锚定位自主控制系统，其特征在于，所有设备都安装在船舶主体(12)上，缆线均采用可拆卸的贯穿封堵式水密螺栓，在保证防水密封性的同时，具有可拆卸性；设备采用防水外壳保护，防止风浪过大影响设备运行。4.一种基于权利要求1
‑
3任一所述的自主控制系统实现的工程船舶四锚定位自主控制方法，其特征在于，包括静态和动态两部分，静态模式是初始模式，进入动态模式前必须经过静态模式；步骤如下：步骤1：设备运行前的初始化和检测步骤；步骤2：工程船舶静止模式的执行步骤，该步骤用于保持工程船舶定位在一个准确位置上，同时在工作区域内设定目标指定位置，用于船舶进行作业；该步骤包含两个子步骤：步骤2.1：接收传感器(13)、定位设备(11)回传信息，经过处理后传输至控制中枢(8)；步骤2.2：控制中枢(8)根据接收到的信息，判断船舶位置和姿态的偏移是否超过阈值，其中船舶位置由定位设备(11)接收，船舶姿态信息由传感器(13)接收；偏移未超出阈值，锚机(4)保持锁死状态，并持续接收传感器(13)信息；偏移超出阈值，控制中枢(8)根据接收到的信息制定调整策略，此处调整策略指控制锚链(2)的收缩或伸长，控制器(7)按照既定策略控制锚机(4)将船舶调控至指定位置和姿态，调整结束后，锚机(4)锁死，控制器(7)继续接收传感器(13)信息；如船舶需要进行移动，则系统进入动态模式：步骤3：工程船舶动态模式的执行步骤，该步骤用于工程船舶转换工作区域，将其从步骤2定位位置移动至目标指定位置；该步骤包含四个子步骤：步骤3.1：通过GNSS定位设备...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩敏，薛治，肖鹏，张洪涛，杨金朋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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