專利名稱：一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋觀測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，能夠提供充足電能作為動力源，實現(xiàn)海洋觀測平臺持續(xù)程序和遙控自主動力行動和完成設(shè)計或命令的觀測任務(wù)，觀測平臺可以受監(jiān)控中心的的遙控或程序既定觀測線路的自主巡測，通過大功率電臺、衛(wèi)星短信互動平臺或其他如短波通道等多種通訊方式實現(xiàn)可視化遠程在線監(jiān)控觀測平臺，完成各類海洋動力環(huán)境參數(shù)觀測等傳感器、儀器、取樣器等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)、圖像洲際互動。
背景技術(shù)：
海洋觀測是人類研究和認知海洋、海洋氣象、海洋動力環(huán)境的重要手段，但是浩瀚的海洋，給海洋的觀測帶來巨大的挑戰(zhàn)。海洋觀測平臺是實現(xiàn)海洋觀測的常用工具之一，無人駕駛移動海洋觀測平臺(即SelfPower Ocean Observation Platform以下將簡稱為SPOOP)是海洋動力環(huán)境等各種觀測的一個基礎(chǔ)智能觀測裝備。相對于普通的海洋觀測、考察船模式和無動力觀測固定站點而言，無人駕駛充足動力和電能的自主移動海洋觀測平臺,可以承載大功率海面雷達、海面下多聲納水下空間定位、地形觀測系統(tǒng)和大功率在線衛(wèi)星通訊或大功率海事專用通訊平臺，因此它具有及其重要的現(xiàn)實意義和歷史意義，是人類探索海洋、了解站地球71%表面積的家園的必須發(fā)展的基礎(chǔ)裝備。目前，在世界范圍內(nèi)，對于浩瀚海洋的觀測，時空差巨大，受自然的制約，無法通過電纜向其供電，現(xiàn)有海洋觀測平臺一般依靠有限容量的蓄電池提供的電能作為動力源，遠遠不能滿足海洋觀測所需的基本條件，極大限制了對海洋動力環(huán)境觀測的能力。主要的海洋觀測手段還是依賴成本昂貴但是觀測時間和周期不能保障的觀測船和固定短期的固定觀測站。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠供給充足電能、功能強大、運行安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟、可實現(xiàn)持續(xù)行動和工作的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，該無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺是一種新的自主動力基于衛(wèi)星短信互動和兼顧各種海事電臺通訊的海洋觀測平臺，可以滿足海洋觀測所需要的長期、遠程、自主動力和無人駕駛的需求。本發(fā)明的上述目的通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，包括海面浮動平臺、設(shè)置在海面浮動平臺上的電力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和用于海洋觀測、導(dǎo)航及通信的智能控制系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括海洋波浪能發(fā)電機組、傳動機構(gòu)和水輪機，其特征在于:所述水輪機包括筒形機殼、設(shè)于機殼內(nèi)上、下部的兩組導(dǎo)流葉片和設(shè)于兩組導(dǎo)流葉片之間的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，通過置于海面下水輪機受波浪驅(qū)動海面浮動平臺所拉動的上下運動，使進入水輪機殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)將起伏運動轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子通過傳動機構(gòu)將轉(zhuǎn)動動能傳遞至經(jīng)過變速機構(gòu)提速的發(fā)電機組轉(zhuǎn)子，從而使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；所述電力系統(tǒng)還包括設(shè)于海面浮動平臺上的太陽能光伏系統(tǒng)，所述太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺的輔助電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補方式提供推進系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動力源，所述海洋觀測平臺能依據(jù)智能控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的海洋觀測軌跡和嵌入GPS導(dǎo)航運動或者根據(jù)遠程路基中心命令遙控運動，并向遠程路基中心傳送觀測數(shù)據(jù)和接收指令。本發(fā)明采用太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為輔電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為主電源，以主電源與輔電源互補方式提供動力源，因此可以提供充足電能，使得海洋觀測平臺能夠承載大功率海面雷達，海面下多聲納水下空間定位、地形觀測系統(tǒng)和大功率在線衛(wèi)星通訊或?qū)Ｓ猛ㄓ嵠脚_，實現(xiàn)智能化的自動海面空間定位和自動依照遠程設(shè)定的衛(wèi)星定位軌跡進行長時間的海洋觀測，成為觀測平臺的遙控、多種方式通訊、可視化遠程在線監(jiān)控觀測平臺等，使透明監(jiān)管遍布我國境內(nèi)的全部海洋觀測站點將成為可能，為我國海洋觀測技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平奠定了堅實基礎(chǔ)。本發(fā)明所述的太陽能光伏系統(tǒng)由薄膜太陽能電池和用于安裝薄膜太陽能電池的承載體組成，所述承載體固定在所述海面浮動平臺的臺面上，所述薄膜太陽能電池鋪設(shè)在承載體上。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述承載體是正置的空心正方棱錐體并罩括在所述海面浮動平臺上，所述發(fā)電機組位于所述承載體內(nèi)，所述薄膜太陽能電池均勻分布在所述承載體的各個外表面上，太陽光線以任何角度照射在薄膜太陽能電池上使得承載體的一半面積能夠接受太陽光能。本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)還包括設(shè)置在承載體內(nèi)用于儲蓄電能的高能電池組和控制電箱，所述薄膜太陽能電池和發(fā)電機組分別電連接至高能電池組進行電能儲蓄，所述高能電池組還與控制電箱連接，通過控制電箱向推進系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)輸出電能。所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以水輪機的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤渦輪形，每個單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪呈翼型葉狀并具有相同的排列方向；所述的上、下部導(dǎo)流葉片以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所在的平面對稱分布成鏡像設(shè)置，每個導(dǎo)流葉片的形狀為弧形且凹向單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸；在水輪機的中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面分別設(shè)有錐體狀的上收縮體和錐體狀的下收縮體，使得進入水輪機的水流得以大大加速，上收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和上部導(dǎo)流葉片之間，下收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和下部導(dǎo)流葉片之間。本發(fā)明所述的傳動機構(gòu)采用萬向節(jié)級聯(lián)形式或者水輪機直接安裝在海面浮動平臺的底面上，所述傳動機構(gòu)包括傳動軸和三個以上設(shè)于傳動軸上用于調(diào)節(jié)水輪機在海面下放置深度的萬向節(jié)，所述傳動機構(gòu)的一端與發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動輸入端相連接，另一端與水輪機單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸連接。萬向節(jié)采用三個以上，使得除了海面浮動平臺垂直方向的運動以外的其它運動都被濾除，能夠進一步確保水輪機工作的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述的推進系統(tǒng)包括平臺驅(qū)動對稱螺旋槳和螺旋槳安裝架，所述螺旋槳安裝架設(shè)置在海面浮動平臺的底部并伸入海平面以下，所述螺旋槳安裝架沿海面浮動平臺圓周均勻分布成60°角三角分布，通過動力控制可以實現(xiàn)觀測平臺在海洋中的相對穩(wěn)定和姿態(tài)完全可控，所述螺旋槳豎向安裝在螺旋槳安裝架的伸出端上，所述螺旋槳根據(jù)GPS導(dǎo)航指令調(diào)整運動方向并采用模糊控制原理控制加速和減速，同時實現(xiàn)穩(wěn)定運動和波浪能發(fā)電。
所述智能控制系統(tǒng)包括水下聲納系統(tǒng)，所述水下聲納系統(tǒng)包括聲納和聲納安裝架，所述聲納安裝架設(shè)置在海面浮動平臺的底部邊沿上并沿海面浮動平臺圓周均勻分布，所述聲納安裝架由豎向支架和橫向支架組成，在所述豎向支架上安裝有用于檢測周邊島礁可能性防碰撞動態(tài)的水平聲納，在所述橫向支架上安裝有用于檢測海底地形避免碰撞島礁的垂直聲納。水平聲納和垂直聲納能夠交叉工作，有效提高聲納系統(tǒng)的辨識率和可靠性，同時也可以完成對洋流運動速度的多普勒探測、海水溫度高精度探測、密度高精度探測和波浪的聞精度探測。所述智能控制系統(tǒng)還包括采用高頻聲納的特殊掃頻超聲波脈沖發(fā)射，以避免生物附著在海面浮動平臺上和微生物在海面浮動平臺及波浪能發(fā)電機系統(tǒng)上的衍生和附著。本發(fā)明所述的智能控制系統(tǒng)還包括海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)，它包括傳感器、傳感器安裝架及纖維纜繩絞盤和絞盤測控、自動收放系統(tǒng)，所述傳感器安裝架設(shè)于海面浮動平臺底部邊沿并水平向外伸出，所述傳感器通過所述纖維纜繩懸吊在傳感器安裝架的伸出端上，傳感器根據(jù)預(yù)置的程序或遠程命令，完成海面下O 3000米深度海洋參數(shù)的觀測和檢測。本發(fā)明所述的智能控制系統(tǒng)還包括可視化遠程觀測系統(tǒng)，所述可視化遠程觀測系統(tǒng)包括攝像頭，所述攝像頭包括海面觀測攝像頭和水下觀測攝像頭，所述海面觀測攝像頭均勻分布在承載體頂部圓周上以實現(xiàn)全方位海面觀測，而所述水下觀測攝像頭均勻分布在海面浮動平臺底部圓周上以實現(xiàn)全方位水下觀測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果:⑴本發(fā)明采用太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為輔電源，由具有單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的水輪機將海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為主電源，以主電源與輔電源互補方式提供動力源，因此可以提供充足電能，能夠承載大功率海面雷達，海面下多聲納水下空間定位、地形觀測系統(tǒng)和大功率在線衛(wèi)星通訊或?qū)Ｓ猛ㄓ嵠脚_，實現(xiàn)智能化的自動海面空間定位和自動依照遠程設(shè)定的衛(wèi)星定位軌跡進行長時間的海洋觀測，成為觀測平臺的遙控、多種方式通訊、可視化遠程在線監(jiān)控觀測平臺等。⑵本發(fā)明的水輪機采用上下對稱結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)運動，機殼的轉(zhuǎn)動能量，受機殼上部逆時針驅(qū)動和機殼下部順時針驅(qū)動能量的抵銷，保證機殼不產(chǎn)生自旋轉(zhuǎn)。⑶本發(fā)明傳動機構(gòu)采用三級以上萬向節(jié)級聯(lián)形式，擺脫了海面波浪、涌浪的不穩(wěn)定對水輪機運行的影響，使得水輪機僅僅受到垂直方向托浮力的作用，其它的擺動則被三級“關(guān)節(jié)”所吸收，從而使得水輪機工作穩(wěn)定。⑷本發(fā)明的海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)置的程序或遠程命令，完成不同深度海洋參數(shù)的觀測和檢測。(5)本發(fā)明的可視化遠程觀測系統(tǒng)可實現(xiàn)全方位海面、水下觀測。(6)本發(fā)明的水下聲納系統(tǒng)，水平聲納和垂直聲納能夠交叉工作，有效提高聲納系統(tǒng)的辨識率和可靠性，同時也可以完成對洋流運動速度的多普勒探測、海水溫度高精度探測、密度高精度探測和波浪的高精度探測。(7)本發(fā)明的超聲波系統(tǒng)還包括采用脈沖高頻聲納掃頻技術(shù)，周期性產(chǎn)生系列超聲波，實現(xiàn)防止微生物附著和微生物在觀測平臺衍生的技術(shù)。
(8)本發(fā)明功能強大、運行安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟，使得透明監(jiān)管遍布我國境內(nèi)的全部海洋觀測站點將成為可能，為我國海洋觀測技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平奠定了堅實基礎(chǔ)。


下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1是本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖2是本發(fā)明的俯視示意圖；圖3是本發(fā)明水輪機的結(jié)構(gòu)示意圖(去除一半機殼)。
具體實施例方式如圖1 3所示，是本發(fā)明一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，包括漂浮在海面上的海面浮動平臺、設(shè)置在海面浮動平臺上的電力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和用于海洋觀測、導(dǎo)航及通信的智能控制系統(tǒng)，電力系統(tǒng)包括發(fā)電機組9、傳動機構(gòu)和置于海面下5-6米相對穩(wěn)定層的水輪機，海面浮動平臺的底部是浮箱8，水輪機50包括筒形機殼51、設(shè)于機殼51內(nèi)上、下部的兩組導(dǎo)流葉片30、40和設(shè)于兩組導(dǎo)流葉片30、40之間的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14，通過置于海面下的水輪機受波浪驅(qū)動海面浮動平臺所拉動的上下運動，使進入水輪機殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14，實現(xiàn)將起伏運動轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14的單向旋轉(zhuǎn)，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子通過傳動機構(gòu)將轉(zhuǎn)動動能傳遞至經(jīng)過變速機構(gòu)提速的發(fā)電機組轉(zhuǎn)子，從而使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；電力系統(tǒng)還包括設(shè)于海面浮動平臺上的太陽能光伏系統(tǒng)，太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺的輔電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補方式提供推進系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動力源，海洋觀測平臺能依據(jù)智能控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的海洋觀測軌跡和嵌入GPS導(dǎo)航運動或者根據(jù)遠程路基中心命令遙控運動，并向遠程路基中心傳送觀測數(shù)據(jù)和接收指令。在本實施例中，太陽能光伏系統(tǒng)由薄膜太陽能電池3和用于安裝薄膜太陽能電池3的承載體組成，承載體是正置的空心正方棱錐體，承載體固定在海面浮動平臺的臺面上并罩括于其上，薄膜太陽能電池3均勻分布在承載體的各個外表面上，太陽光線以任何角度照射在薄膜太陽能電池上使得承載體的一半面積能夠接受太陽光能。在承載體頂部還設(shè)有通信天線，電力系統(tǒng)還包括設(shè)置在承載體內(nèi)用于儲蓄電能的高能電池組5和控制電箱6，薄膜太陽能電池和發(fā)電機組分別電連接至高能電池組進行電能儲蓄，高能電池組還與控制電箱連接，通過控制電箱向推進系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)輸出電能。機殼51為具有上端開口、下端開口的筒體，上端開口和下端開口均為喇叭型，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14以水輪機的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤渦輪形，每個單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪呈翼型葉狀并具有相同的排列方向；在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14的上方和下方分別設(shè)有正立圓錐體狀的上收縮體18和倒立圓錐體的下收縮體19，中心旋轉(zhuǎn)軸分別穿過上收縮體和下收縮體以將其固定在中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面上，上收縮體和下收縮體與機殼之間形成逐漸收窄的環(huán)形通道，海水水流流過該通道再沖擊至單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上，使得進入水輪機的水流得以大大加速。在本實施例中，上收縮體與下收縮體的中心軸線與中心旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線位于同一直線上。上部導(dǎo)流葉片30圍括上收縮體，而下部導(dǎo)流葉片40圍括下收縮體，上、下部導(dǎo)流葉片30、40以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14所在的平面對稱分布成鏡像設(shè)置，每個導(dǎo)流葉片的形狀為弧形且凹向單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子14的中心旋轉(zhuǎn)軸。進入水輪機的水體，通過收縮體大大地加速(5-20倍加速)，充分提高發(fā)電效率和水輪機的動力轉(zhuǎn)化扭矩和功率。在于提高進入水輪機水體的運動速度，增加水動力扭矩，提高發(fā)電效能。傳動機構(gòu)采用萬向節(jié)級聯(lián)形式，傳動機構(gòu)包括傳動軸13和三個以上設(shè)于傳動軸13上用于調(diào)節(jié)水輪機在海面下放置深度的萬向節(jié)16，傳動機構(gòu)的一端與發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動輸入端相連接，在發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動輸入端安裝有變速箱7，發(fā)電機組的另一端與水輪機單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸連接。海面波濤洶涌使海面浮動平臺上下運動外，還存在平面范圍內(nèi)四面翻動的運動，萬向節(jié)采用三個以上，使得除了海面浮動平臺垂直方向的運動以外的其它運動都被濾除，能夠進一步確保水輪機工作的穩(wěn)定性。在其它實施例中，水輪機也可以直接安裝在海面浮動平臺的底面上。海面浮動平臺隨波浪上下運動并通過傳動機構(gòu)帶動置于深海穩(wěn)定層中水輪機在垂直方向上隨波浪的起伏上下運動，水輪機在垂直方向上的運動使得穩(wěn)定區(qū)水流不斷通過水輪機的上部和下部導(dǎo)流葉片，同時沖擊水輪機中部的渦輪，受水流沖擊的作用力，當(dāng)水輪機受海面浮動平臺垂直向上拉動或受重力向下運動時，受上部和下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引的作用，水流單方向作用水輪機的渦輪，使水輪機中部的渦輪單向旋轉(zhuǎn)，并且?guī)优c海面浮動平臺通過萬向節(jié)連接的傳動軸與水輪機單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)動力傳遞到發(fā)電機組，將海洋波浪能轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)海面波浪區(qū)的海水帶動浮動平臺垂直向上運動時，傳動軸拉動水輪機上移，由于重力的作用，處于水輪機上方的海水從水輪機上方灌入，經(jīng)過上部導(dǎo)流葉片后改變流向，然后沖擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉輪帶動水輪機渦輪旋轉(zhuǎn)，海水流過渦輪后經(jīng)下部的導(dǎo)流葉片從水輪機下方排出，由于上部、下部導(dǎo)流葉片上下鏡像設(shè)計，因此，上部導(dǎo)流葉片對水輪機產(chǎn)生的推動外殼旋轉(zhuǎn)的力，將基本被下部導(dǎo)流葉片產(chǎn)生的相反方向的推動力平衡掉，因此，水輪機不會在深海出現(xiàn)顯著的旋轉(zhuǎn)運動，特別是受到附加浮箱的阻尼，將會提高水輪機在水下的運動穩(wěn)定性，阻尼其出現(xiàn)整體旋轉(zhuǎn)。當(dāng)波浪下沉海面浮動平臺垂直向下運動時，傳動軸推動水輪機隨之下移，處于水輪機下方的海水從水輪機的下方灌入，經(jīng)過下部導(dǎo)流葉片后改變流向，然后與海水從上部進入水輪機時沖擊的方向相同，沖擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉輪帶動發(fā)電機工作。海水流過葉輪后經(jīng)上部導(dǎo)流葉片從水輪機上方排出，不會出現(xiàn)使整體水輪機反向旋轉(zhuǎn)。推進系統(tǒng)包括三個螺旋槳10和螺旋槳安裝架，螺旋槳安裝架設(shè)置在海面浮動平臺的底部并伸入海平面以下，螺旋槳安裝架沿海面浮動平臺圓周均勻分布，螺旋槳10豎向安裝在螺旋槳安裝架的伸出端上，當(dāng)海洋觀測平臺需要移動時，螺旋槳根據(jù)GPS導(dǎo)航指令調(diào)整運動方向，由于底部拖動著重量約150kg的雙向水輪機體系，SPOOP的運動速度限制在8km/Hr內(nèi)，并采用模糊控制原理控制加速和減速，同時實現(xiàn)穩(wěn)定運動和波浪能發(fā)電。智能控制系統(tǒng)包括水下聲納系統(tǒng)，水下聲納系統(tǒng)包括聲納和聲納安裝架，聲納安裝架設(shè)置在海面浮動平臺的底部邊沿上并沿海面浮動平臺圓周均勻分布，聲納安裝架由三個豎向支架和三個橫向支架組成，在豎向支架上安裝有用于檢測周邊島礁可能性防碰撞動態(tài)的水平聲納11，相鄰的水平聲納11之間呈120度，檢測距離為300米，精度為10厘米。在橫向支架上安裝有用于檢測海底地形避免碰撞島礁的垂直聲納9，相鄰的垂直聲納9之間呈120度，檢測深度為500米，檢測精度I米，三個探頭間距為6米以上。水平聲納和垂直聲納能夠交叉工作，有效提高聲納系統(tǒng)的辨識率和可靠性，同時也可以完成對洋流運動速度的多普勒探測、海水溫度高精度探測、密度高精度探測和波浪的高精度探測。智能控制系統(tǒng)還包括采用高頻聲納的特殊掃頻超聲波脈沖發(fā)射，以避免生物附著在海面浮動平臺上和微生物在海面浮動平臺及波浪能發(fā)電機系統(tǒng)上的衍生和附著。智能控制系統(tǒng)還包括海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)12，它包括傳感器、傳感器安裝架及纖維纜繩，傳感器安裝架設(shè)于海面浮動平臺底部邊沿并水平向外伸出，傳感器通過纖維纜繩懸吊在傳感器安裝架的伸出端上，海洋分層觀測傳感器施放系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置的程序或遠程命令，完成海面下O 3000米深度海洋參數(shù)的觀測和檢測，該平臺將可以承載1000米的纖維纜繩和負荷達到50kg的傳感器。智能控制系統(tǒng)還包括可視化遠程觀測系統(tǒng)，可視化遠程觀測系統(tǒng)包括攝像頭，攝像頭包括三個海面觀測攝像頭2和三個水下觀測攝像頭，海面觀測攝像頭2均勻分布在承載體頂部圓周上以實現(xiàn)全方位海面觀測，而水下觀測攝像頭均勻分布在海面浮動平臺底部圓周上以實現(xiàn)全方位水下觀測。表I
權(quán)利要求
1.一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，包括海面浮動平臺、設(shè)置在海面浮動平臺上的電力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和用于海洋觀測、導(dǎo)航及通信的智能控制系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括海洋波浪能發(fā)電機組、傳動機構(gòu)和水輪機，其特征在于:所述水輪機包括筒形機殼、設(shè)于機殼內(nèi)上、下部的兩組導(dǎo)流葉片和設(shè)于兩組導(dǎo)流葉片之間的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，通過置于海面下水輪機受波浪驅(qū)動海面浮動平臺所拉動的上下運動，使進入水輪機殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)將起伏運動轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子通過傳動機構(gòu)將轉(zhuǎn)動動能傳遞至經(jīng)過變速機構(gòu)提速的發(fā)電機組轉(zhuǎn)子，從而使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；所述電力系統(tǒng)還包括設(shè)于海面浮動平臺上的太陽能光伏系統(tǒng)，所述太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺的輔助電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補方式提供推進系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動力源，所述海洋觀測平臺能依據(jù)智能控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的海洋觀測軌跡和嵌入GPS導(dǎo)航運動或者根據(jù)遠程路基中心命令遙控運動，并向遠程路基中心傳送觀測數(shù)據(jù)和接收指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述的太陽能光伏系統(tǒng)由薄膜太陽能電池和用于安裝薄膜太陽能電池的承載體組成，所述承載體固定在所述海面浮動平臺的臺面上，所述薄膜太陽能電池鋪設(shè)在承載體表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述承載體是正置的空心正方棱錐體并罩括在所述海面浮動平臺上，所述發(fā)電機組位于所述承載體內(nèi)，所述薄膜太陽能電池均勻分布在所述承載體的各個外表面上，太陽光線以任何角度照射在薄膜太陽能電池上使得承載體的一半面積能夠接受太陽光能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述電力系統(tǒng)還包括設(shè)置在承載體內(nèi)用于儲蓄電能的高能電池組和控制電箱，所述薄膜太陽能電池和發(fā)電機組分別電連接至高能電池組進行電能儲蓄，所述高能電池組還與控制電箱連接，通過控制電箱向推進系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)輸出電能。
5.根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以水輪機的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤渦輪形，每個單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子 渦輪呈翼型葉狀并具有相同的排列方向；所述的上、下部導(dǎo)流葉片以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所在的平面對稱分布成鏡像設(shè)置，每個導(dǎo)流葉片的形狀為弧形且凹向單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸；在水輪機的中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面分別設(shè)有錐體狀的上收縮體和錐體狀的下收縮體，使得進入水輪機的水流得以大大加速，上收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和上部導(dǎo)流葉片之間，下收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和下部導(dǎo)流葉片之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述傳動機構(gòu)采用萬向節(jié)級聯(lián)形式或者水輪機直接安裝在海面浮動平臺的底面上，所述傳動機構(gòu)包括傳動軸和三個以上設(shè)于傳動軸上用于調(diào)節(jié)水輪機在海面下放置深度的萬向節(jié)，所述傳動機構(gòu)的一端與發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動輸入端相連接，另一端與水輪機單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述推進系統(tǒng)包括螺旋槳和螺旋槳安裝架，所述螺旋槳安裝架設(shè)置在海面浮動平臺的底部并伸入海平面以下，所述螺旋槳安裝架沿海面浮動平臺圓周均勻分布，所述螺旋槳豎向安裝在螺旋槳安裝架的伸出端上，所述螺旋槳根據(jù)GPS導(dǎo)航指令調(diào)整運動方向并采用模糊控制原理控制加速和減速，同時實現(xiàn)穩(wěn)定運動和波浪能發(fā)電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述智能控制系統(tǒng)包括水下聲納系統(tǒng)，所述水下聲納系統(tǒng)包括聲納和聲納安裝架，所述聲納安裝架設(shè)置在海面浮動平臺的底部邊沿上并沿海面浮動平臺圓周均勻分布，所述聲納安裝架由豎向支架和橫向支架組成，在所述豎向支架上安裝有用于檢測周邊島礁可能性防碰撞動態(tài)的水平聲納，在所述橫向支架上安裝有用于檢測海底地形避免碰撞島礁的垂直聲納；所述智能控制系統(tǒng)還包括采用高頻聲納的特殊掃頻超聲波脈沖發(fā)射，以避免生物附著在海面浮動平臺上和微生物在海面浮動平臺及波浪能發(fā)電機系統(tǒng)上的衍生和附著。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述智能控制系統(tǒng)還包括海洋分 層觀測傳感器施放系統(tǒng)，它包括傳感器、傳感器安裝架及纖維纜繩，所述傳感器安裝架設(shè)于海面浮動平臺底部邊沿并水平向外伸出，所述傳感器通過所述纖維纜繩懸吊在傳感器安裝架的伸出端上，傳感器根據(jù)預(yù)置的程序或遠程命令，完成海面下O 3000米深度海洋參數(shù)的觀測和檢測。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，其特征在于:所述智能控制系統(tǒng)還包括可視化遠程觀測系統(tǒng)，所述可視化遠程觀測系統(tǒng)包括攝像頭，所述攝像頭包括海面觀測攝像頭和水下觀測攝像頭，所述海面觀測攝像頭均勻分布在承載體頂部圓周上以實現(xiàn)全方位海面觀測，而所述水下觀測攝像頭均勻分布在海面浮動平臺底部圓周上以實現(xiàn)全方位水下觀測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無人駕駛自主導(dǎo)航海洋觀測平臺，通過置于海面下水輪機受波浪驅(qū)動海面浮動平臺所拉動的上下運動，使進入水輪機殼的水流受上、下部導(dǎo)流葉片導(dǎo)引作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，將起伏運動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的單向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子通過傳動機構(gòu)將轉(zhuǎn)動動能傳遞至經(jīng)過變速機構(gòu)提速的發(fā)電機組轉(zhuǎn)子，使海洋波浪能轉(zhuǎn)換成電能；電力系統(tǒng)還包括太陽能光伏系統(tǒng)，太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能為觀測平臺的輔助電源，由海洋波浪能轉(zhuǎn)換的電能為各種系統(tǒng)的主電源，以主電源與輔電源互補方式提供推進系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)的動力源。通過提供充足電能，本發(fā)明成為觀測平臺的遙控、多種方式通訊、可視化遠程在線監(jiān)控觀測平臺等，透明監(jiān)管遍布我國境內(nèi)全部海洋觀測站點成為可能。
文檔編號F03B13/22GK103147903SQ20131004369
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者鄭貴林, 王麗娟, 梁健 申請人:鄭貴林