杨毅
云洲智能科技股份有限公司 广东珠海 519000
摘要：在总结已有的海上油污监测技术的基础上，基于北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）和最新5G技术，设计了一种搭载有MxkinleyET1500全自动红外测油仪的智能无人船水质监测系统。系统由采油平台中心控制系统、北斗卫星导航系统以及无人船监测系统三部分组成。基于蚁群算法来进行无人船航行路径的自主规划，提高了其巡航时的效率，从而快速排查出油污源头，避免油污往更大规模发展，消除海洋大面积污染事故发生风险。
关键词：无人船；海上油污；监测系统设计
引言
无人船在海上领域的发展中有着广泛的应用，在水质检测、海面巡逻等方面有着较大发展空间和发展前景。当下，世界各国都十分关注海洋下的资源和宝藏，因此各国都在大力研发能够探测海底的设备，而无人船可以广泛地应用到海上领域，因此无人船的发展也受到了各国的高度重视。如今，无人船已经发展成监测海洋环境、观测海洋水文数据、勘探海洋资源和海洋灾害的重要手段。
1.系统组成介绍
1.1采油平台中心控制系统
基于北斗的固定式海上采油监测监控软件平台一共分为三大部分：①无人船设备数据管理。负责无人船需要监测监控设备信息的存储，以及管理人员基本录入信息。②无人船通信管理。通过天线和北斗接收机完成无人船监测系统与采油平台中心控制系统之间的通信，传输监测数据、实时位置信息以及无人船所处环境信息。③其他设备系统管理。采油平台中心控制系统的管理人员和运营人员实名设置有个人ID账号，通过密码或者指纹登录其他设备的管理系统。管理人员和运营人员登录后可以注册修改个人信息，日常由运营人员进行操作各系统，管理人员可实时监控和联系运营人员。采油平台中心控制系统中除了有完成与无人船的通讯并储存、处理信息的设备外，还配置有海上生存基本子设备，主要由电力系统、火气系统、消防救生系统、管道系统、压力容器系统五大部分组成。其中，电力系统包括有：电潜泵控制盘及变压器、不间断电源、海缆接线箱等设备；火气系统包括：可燃气体探测器和火焰探测器；消防救生系统组成复杂囊括了：消防泵、推车式水基灭火器、自给式空气呼吸器、湿粉灭火系统、消防水软管站等设备。压力容器系统主要由压力容器储罐组成，包括柴油罐、空气罐等设备，管道系统则需按照具体的平台结构来进行布置。
1.2无人船监测系统
本论文设计的无人船可以实现油污信息的实时数据采集、无人船周围环境的实时视频监控、无人船实时定位与采油平台中心控制系统和其他无人船的通讯功能。电子硬件方面搭载了高清防水网络摄像机、超声波测距XKC－007Y、MxkinleyET1500全自动红外测油仪、数字式温湿度传感器DHT11、北斗接收机和天线，配置有ARM9控制芯片和北斗导航芯片。通过高清防水网络摄像机可以实时监控无人船的周围环境，以及提供海面污染程度的高清视频素材。利用MxkinleyET1500全自动红外测油仪和相应的自动采样设备，可以在采油平台的控制下完成实时采样，并对样品自动检测，获得油污及海洋污染数据。通过北斗接收机和天线，以及装有的ARM9控制芯片和北斗导航芯片，可以完成与采油平台中心控制系统和其他无人船的对话和传输信息过程，同时，也具备自动导航功能。无人船的动力由太阳能电池板提供，并配置有备用的蓄电池，在太阳能电池板损坏时提供储备电能，让无人船可以返回至采油平台，完成维修替换等工作。
2.无人船控制系统设计
2.1无人船控制系统总体方案设计
无人船控制系统主要包括水上无人船子系统和岸基监控子系统，而水上无人船子系统包括无人船载体机械架构、下位机主控制中心、驱动控制中心、网络通信子系统、自主导航子系统、环境信息采集子系统、动力装置子系统和备用控制中也子系统。岸基监控子系统包括无人船控制中心和无人船视频监控中心。在进行无人船控制系统设计时主要的设计目标是实现自主导航，做到让船按照规划好的路线进行行使。在导航定位环节主要是利用全球定位系统与捷联惯导系统进行合作。
采用主控芯片、直流电机、电源显示以及信息采集等模块共同作业，再融合网络技术、通信技术来实现对无人船的操控和监视，利用先进的上位机软件，使其在手机上就可以掌握无人船的信息，并且操作简单便捷。
2.2系统信息的传输
将“5G技术”和北斗卫星导航系统结合，简称“BDS＋5G”，就是将通信、导航、授时和决策智能现代化的融合，以实现无人船监测的油污信息的时空位置可感知、可量测、可计算、可控制，完成无人船与采油平台的各类信息传输。各系统的信息传输示见图1。
图1信息传输示意图
2.3系统信息的分析与处理
本文了应用了Losa技术的智能报警器，将此智能报警器接入Losa网络系统当中，通过5G网络接入公网与采油平台的监控平台进行通信。智能报警器再与采油平台的管道系统进行连通后，一旦无人船传输到采油平台的油污信号分子出现了异常数据，采油平台的采油和输油管道系统会自动关闭，并且智能报警器可将无人船监测点的地理位置通过微信、短信、邮件等方式进行实时报警，来提醒工作人员发生了漏油事故和发生事故的具体位置。油污监测工作流程见图2。
图2海上油污监测工作流程图
2.4应急处理装置
在无人船监测系统和采油平台中心控制系统上均配置不同的应急处理装置，以应对油污泄露严重、无人船故障和采油平台中心控制系统故障等紧急情况。1）对无人船监测系统配置应急处理装置。当检测到油污泄露严重时，除了及时向采油平台中心控制系统及时反馈情况，还将针对该处油污范围，与附近无人船联系，协同合作，及时在油污最大边缘处伸入一定深度的挡板，从物理角度一定程度地控制油污的迁移速度。除此之外，当无人船监测系统发生监测装置故障时，依旧可以向采油平台中心控制系统和附近完成监测任务的无人船发出求救信号，以实现故障无人船的回收。同时，正常运行的无人船还将对附近的无人船进行随时探测，在故障无人船与采油平台中心控制系统失去联系时，及时发现故障无人船，并向采油平台中心控制系统发送故障无人船具体位置信息。2）对采油平台中心控制系统配置应急处理装置。当采油平台中心控制系统出现故障，无法继续对无人船进行信号指挥时，预设有无人船紧急任务，使无人船在一定时间未收到采油平台中心控制系统信号时，完成回归任务或者停靠在固定预设位置，等待下一步指挥。同时，采油平台中心控制系统配有专业人才操作，及时向陆地总部反馈信息，使用备用动力，返航回陆地进行维修。
3.结束语
对海上无人船油污监测预警系统的设计，将获取油污含量、海洋环境和地理位置等信息，并将数据实时传输给采油平台中心控制系统。采油平台中心控制系统根据海上监测数据，判断监测海域油污是否异常，若出现异常油污信息，则向相关部门发出预警，采取相应应对措施。本文的设计系统依托我国北斗卫星导航系统和最新5G技术，实现无人船监测系统与采油平台中心控制系统，以及与其它无人船监测系统的实时通讯服务。
参考文献
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