一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，具體地說是一種在海上溢油事故發(fā)生后，使用機(jī)器人自主完成溢油回收的方法；它主要利用母船、溢油回收機(jī)器人、局域差分GPS系統(tǒng)、圍油欄及吸油材料進(jìn)行操作，當(dāng)事故發(fā)生后，母船駛往漏油海域，用圍油欄將溢油圍控，并在圍油欄內(nèi)側(cè)布置吸油材料；機(jī)器人使命下載完成后，將其布放在圍油欄區(qū)域內(nèi)，機(jī)器人在圍油欄上布置的局域差分GPS系統(tǒng)指引下自主完成溢油回收作業(yè)；本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)便、安全可靠，經(jīng)濟(jì)性好、溢油回收效率高、海況適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適合海上溢油回收作業(yè)。
【專利說明】—種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海上溢油回收，具體地說是一種在海上溢油事故發(fā)生后，基于機(jī)器人自主完成溢油回收的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油工業(yè)和海上石油開發(fā)的迅速發(fā)展，水上石油運(yùn)輸日益繁忙，因海損、觸礁、機(jī)械故障、人為操作不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致的石油溢油事故也日益增多，特別是大規(guī)模的溢油事故，其污染危害之嚴(yán)重，已為舉世矚目。我國(guó)是石油進(jìn)口大國(guó)，海上石油運(yùn)輸量巨大，大規(guī)模溢油事故時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1973年至2006年，我國(guó)沿海共發(fā)生大小船舶溢油事故2635起，其中溢油50t以上的重大船舶溢油事故69起，總溢油量達(dá)3.7萬噸，震驚中外的大連海上溢油事故溢油量達(dá)1.2萬噸。泄漏到水體中的溢油不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，更對(duì)河海生態(tài)環(huán)境造成了重大的污染。因此溢油回收技術(shù)的研究就顯得十分重要。
[0003]當(dāng)前溢油回收主要方式是先用圍油欄將溢油圍控，阻止其進(jìn)一步擴(kuò)散和漂移，再由工作母船帶動(dòng)撇油器進(jìn)行溢油回收工作。這種方法存在的主要問題是:(1)、經(jīng)濟(jì)成本高。隨著石油價(jià)格的不斷攀升以及人力成本的加大，收油船每出動(dòng)一次將帶來巨大的花費(fèi)。
(2)、回收效率低。由于收油船航速限制及航行時(shí)造成的水面波動(dòng)較大，撇油器無法在最佳工作狀態(tài)下工作，造成其效率較低，回收的溢油中水含量較大。(3)、海況適應(yīng)能力差。考慮到作業(yè)人員安全及撇油器工作狀態(tài)，收油船無法在3級(jí)海況以上工作，使得收油系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力變差。因此急需一種經(jīng)濟(jì)可靠、回收效率高、海況適應(yīng)能力強(qiáng)的方法進(jìn)行溢油回收。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決現(xiàn)有溢油回收方式中成本高、效率低、海況適應(yīng)能力差的問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0007]在圍油欄上根據(jù)其長(zhǎng)短均勻布置多個(gè)GPS基站；
[0008]利用布置好GPS基站的圍油欄將溢油圍控，再把吸油材料采用為溶噴聚丙烯吸油纖維布置于圍油欄內(nèi)側(cè)；
[0009]再將溢油回收機(jī)器人放置在事故水域的圍油欄內(nèi)；
[0010]通過控制母船上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人作業(yè)，溢油回收機(jī)器人先利用局域差分GPS系統(tǒng)求出溢油回收機(jī)器人與GPS基站的距離，計(jì)算出機(jī)器人運(yùn)行軌跡，然后按機(jī)器人求出運(yùn)行軌跡航行進(jìn)行溢油回收任務(wù)；
[0011]機(jī)器人按運(yùn)行軌跡航行的過程中，實(shí)時(shí)判斷其自身運(yùn)行狀態(tài)；
[0012]如攜帶儲(chǔ)油囊已全部充滿并脫離或機(jī)器人能源耗盡，自動(dòng)通知工作人員回收漂浮的儲(chǔ)油囊和機(jī)器人放回至母船上進(jìn)行處理，并記錄機(jī)器人離開地點(diǎn)的當(dāng)前位置；[0013]當(dāng)機(jī)器人收到啟動(dòng)命令后，回到記錄之前位置繼續(xù)作業(yè)。
[0014]當(dāng)判斷機(jī)器人的自身運(yùn)行狀態(tài)為攜帶的儲(chǔ)油囊已全部充滿并脫離或機(jī)器人能源耗盡時(shí)，其處理過程為:
[0015]對(duì)打撈的儲(chǔ)油囊進(jìn)行回收；
[0016]判斷機(jī)器人能源是否耗盡，如沒耗盡，
[0017]將處理后的儲(chǔ)油囊重新安裝于機(jī)器人上，并將機(jī)器人送回圍油欄內(nèi)；
[0018]通過控制母船上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人回到離開之前位置，繼續(xù)按原運(yùn)行軌跡進(jìn)行作業(yè)。
[0019]機(jī)器人能源如耗盡，為機(jī)器人充電或給油箱加油，并將處理后的機(jī)器人送回圍油欄內(nèi)；
[0020]通過控制母船上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人回到離開之前位置，繼續(xù)按原運(yùn)行軌跡進(jìn)行作業(yè)。
[0021]當(dāng)判斷機(jī)器人的自身運(yùn)行狀態(tài)為機(jī)器人航行至GPS基站終點(diǎn)為最后的GPS基站時(shí)，自動(dòng)通知工作人員將漂浮的儲(chǔ)油囊和機(jī)器人回收到母船上，即完成全部溢油回收任務(wù)。
[0022]圍油欄上根據(jù)實(shí)際情況布置多個(gè)GPS基站構(gòu)成局域差分GPS系統(tǒng)，一般GPS基站在圓周方向上每隔200米設(shè)置一個(gè)GPS基站；溢油回收機(jī)器人運(yùn)行軌跡為梳形前進(jìn)型，即覆蓋整個(gè)圍油欄內(nèi)部區(qū)域來完成溢油回收作業(yè)。
[0023]本發(fā)明的有益效果及優(yōu)點(diǎn)為:
[0024]1.本發(fā)明方法，采用機(jī)器人作為溢油回收工具，替代傳統(tǒng)的船攜式收油方式，降低了母船的燃油消耗；并當(dāng)把機(jī)器人放入圍油欄內(nèi)，通過無線遙控命令機(jī)器人作業(yè)，無需人工干預(yù)，母船在布放好機(jī)器人后可前往其他海域作業(yè)或原地等待，降低了燃油及人力成本。
[0025]2.海況適應(yīng)能力強(qiáng)。由于采用了無人作業(yè)的方式，機(jī)器人海況適應(yīng)能力強(qiáng)，可以在大海況時(shí)停止作業(yè)，待環(huán)境穩(wěn)定后自動(dòng)重新開始溢油回收工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的海上溢油回收方法的處理步驟框圖。
[0027]圖2為本發(fā)明中機(jī)器人運(yùn)行軌跡和多個(gè)GPS基站的布置示意圖。
[0028]圖3?圖4為本發(fā)明海上溢油回收方法的實(shí)際作業(yè)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]如圖1?4所示，為本發(fā)明的海上溢油回收方法的處理步驟框圖，一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0031]在圍油欄2上根據(jù)其長(zhǎng)短均勻布置多個(gè)GPS基站5 ；
[0032]利用布置好GPS基站5的圍油欄2將溢油圍控，再把吸油材料3采用為溶噴聚丙烯吸油纖維布置于圍油欄2內(nèi)側(cè)；
[0033]再將溢油回收機(jī)器人4放置在事故水域的圍油欄2內(nèi)；
[0034]通過控制母船I上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人4作業(yè)，溢油回收機(jī)器人先利用局域差分GPS系統(tǒng)求出溢油回收機(jī)器人與GPS基站的距離，計(jì)算出機(jī)器人運(yùn)行軌跡，然后按機(jī)器人求出運(yùn)行軌跡航行進(jìn)行溢油回收任務(wù)；
[0035]機(jī)器人按運(yùn)行軌跡航行的過程中，實(shí)時(shí)判斷其自身運(yùn)行狀態(tài)；
[0036]如攜帶儲(chǔ)油囊已全部充滿并脫離或機(jī)器人能源耗盡，自動(dòng)通知工作人員回收漂浮的儲(chǔ)油囊和機(jī)器人放回至母船I上進(jìn)行處理，并記錄機(jī)器人離開地點(diǎn)的當(dāng)前位置；
[0037]當(dāng)機(jī)器人收到啟動(dòng)命令后，回到記錄之前位置繼續(xù)作業(yè)。
[0038]圍油欄2上根據(jù)實(shí)際情況布置多個(gè)GPS基站5構(gòu)成局域差分GPS系統(tǒng)，一般GPS基站5在圓周方向上每隔200米設(shè)置一個(gè)GPS基站5 ;溢油回收機(jī)器人4運(yùn)行軌跡為梳形前進(jìn)型，即覆蓋整個(gè)圍油欄2內(nèi)部區(qū)域來完成溢油回收作業(yè)。
[0039]當(dāng)判斷機(jī)器人的自身運(yùn)行狀態(tài)為攜帶的儲(chǔ)油囊已全部充滿并脫離或機(jī)器人能源耗盡時(shí)，其處理過程為:
[0040]對(duì)打撈的儲(chǔ)油囊進(jìn)行回收；
[0041]判斷機(jī)器人能源是否耗盡，如沒耗盡，
[0042]將處理后的儲(chǔ)油囊重新安裝于機(jī)器人上，并將機(jī)器人送回圍油欄2內(nèi)；
[0043]通過控制母船I上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人4回到離開之前位置，繼續(xù)按原運(yùn)行軌跡進(jìn)行作業(yè)。
[0044]機(jī)器人能源如耗盡，為機(jī)器人充電或給油箱加油，并將處理后的機(jī)器人送回圍油欄2內(nèi)；
[0045]通過控制母船I上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人4回到離開之前位置，繼續(xù)按原運(yùn)行軌跡進(jìn)行作業(yè)。
[0046]當(dāng)判斷機(jī)器人的自身運(yùn)行狀態(tài)為機(jī)器人航行至GPS基站5終點(diǎn)為最后的GPS基站5時(shí)，自動(dòng)通知工作人員將漂浮的儲(chǔ)油囊和機(jī)器人回收到母船I上，即完成全部溢油回收任務(wù)。
[0047]對(duì)該海上溢油回收方法進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0048]該海上溢油回收方法涉及到的系統(tǒng)組成主要有母船1、圍油欄2、吸油材料3、溢油回收機(jī)器人4及多個(gè)GPS基站5。其中母船I上布置設(shè)有控制計(jì)算機(jī)、水面通訊裝置及布放回收設(shè)備?？刂朴?jì)算機(jī)負(fù)責(zé)半物理仿真、溢油回收機(jī)器人4初始化使命下載與數(shù)據(jù)處理；水面通訊裝置負(fù)責(zé)溢油回收機(jī)器人4的遠(yuǎn)距離控制；布放回收設(shè)備負(fù)責(zé)溢油回收機(jī)器人4從母船I至作業(yè)水域及返回時(shí)的吊運(yùn)操作。
[0049]圍油欄2上按實(shí)際需要布置有多個(gè)GPS基站5，在圓周方向上每200米設(shè)置一個(gè)GPS基站5，圍油欄2上所設(shè)置的GPS基站5構(gòu)成局域差分GPS系統(tǒng)，溢油回收機(jī)器人4運(yùn)行軌跡為以梳形前進(jìn)方式，即覆蓋整個(gè)圍油欄2內(nèi)部區(qū)域來完成溢油回收作業(yè)。
[0050]圍油欄2用于在作業(yè)使命開始前，將溢油圍控在一定區(qū)域，以便于溢油回收機(jī)器人4作業(yè)；吸油材料3布置于圍油欄2上，用于吸附圍油欄2周圍溢油回收機(jī)器人4無法回收區(qū)域的溢油；局域差分GPS系統(tǒng)由多個(gè)GPS基站5組成，用于溢油回收機(jī)器人4的自定位及導(dǎo)航控制；溢油回收機(jī)器人4在圍油欄2中按照規(guī)定的使命梳形航行，達(dá)到溢油回收的目的。
[0051]如圖3所示，作業(yè)流程如下:在發(fā)生溢油事故后，母船I進(jìn)駐溢油區(qū)域，用圍油欄2及吸油材料3將溢油圍控；溢油回收機(jī)器人4下載好作業(yè)程序后，將其置于圍油欄內(nèi)。實(shí)際操作時(shí)，可根據(jù)圍油欄圍控區(qū)域面積大小，可采用多臺(tái)機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行溢油回收工作，這時(shí)多臺(tái)機(jī)器人根據(jù)算法從多個(gè)GPS基站點(diǎn)以不同運(yùn)行方向同時(shí)以梳形前進(jìn)方式進(jìn)行工作。
[0052]母船I駛離作業(yè)海域，工作人員通過水面通訊裝置發(fā)出指令后，溢油回收機(jī)器人4開始按照梳形方式，通過局域差分GPS系統(tǒng)的指引進(jìn)行溢油回收作業(yè)。作業(yè)時(shí)當(dāng)溢油充滿儲(chǔ)油囊6后，儲(chǔ)油囊的自動(dòng)更換脫離裝置斷開與儲(chǔ)油囊6的連接，儲(chǔ)油囊6漂浮在水面上等待母船回收。儲(chǔ)油囊的自動(dòng)更換脫離裝置自動(dòng)更換新的儲(chǔ)油囊6繼續(xù)溢油回收作業(yè)，如圖4所示。母船I 一定時(shí)間后駛回作業(yè)區(qū)域?qū)⒀b滿的儲(chǔ)油囊6打撈回收，完成收油任務(wù)。
[0053]本發(fā)明中所述具體實(shí)施案例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例而已，而非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明方法范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，例如采用多機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行溢油回收工作等，都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，其特征在于:包括如下步驟: 在圍油欄(2)上根據(jù)其長(zhǎng)短均勻布置多個(gè)GPS基站(5)； 利用布置好GPS基站(5)的圍油欄(2)將溢油圍控，再把吸油材料(3)采用為溶噴聚丙烯吸油纖維布置于圍油欄(2)內(nèi)側(cè)； 再將溢油回收機(jī)器人(4)放置在事故水域的圍油欄(2)內(nèi)； 通過控制母船(I)上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人(4)作業(yè)，溢油回收機(jī)器人先利用局域差分GPS系統(tǒng)求出溢油回收機(jī)器人與GPS基站的距離，計(jì)算出機(jī)器人運(yùn)行軌跡，然后按機(jī)器人求出運(yùn)行軌跡航行進(jìn)行溢油回收任務(wù)； 機(jī)器人按運(yùn)行軌跡航行的過程中，實(shí)時(shí)判斷其自身運(yùn)行狀態(tài)； 如攜帶儲(chǔ)油囊已全部充滿并脫離或機(jī)器人能源耗盡，自動(dòng)通知工作人員回收漂浮的儲(chǔ)油囊和機(jī)器人放回至母船(I)上進(jìn)行處理，并記錄機(jī)器人離開地點(diǎn)的當(dāng)前位置； 當(dāng)機(jī)器人收到啟動(dòng)命令后，回到記錄之前位置繼續(xù)作業(yè)。
2.按權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，其特征在于:當(dāng)判斷機(jī)器人的自身運(yùn)行狀態(tài)為攜帶的儲(chǔ)油囊已全部充滿并脫離或機(jī)器人能源耗盡時(shí)，其處理過程為: 對(duì)打撈的儲(chǔ)油囊進(jìn)行回收； 判斷機(jī)器人能源是否耗盡，如沒耗盡， 將處理后的儲(chǔ)油囊重新安裝于機(jī)器人上，并將機(jī)器人送回圍油欄(2)內(nèi)； 通過控制母船(I)上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人(4)回到離開之前位置，繼續(xù)按原運(yùn)行軌跡進(jìn)行作業(yè)。
3.按權(quán)利要求2所述的一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，其特征在于:機(jī)器人能源如耗盡，為機(jī)器人充電或給油箱加油，并將處理后的機(jī)器人送回圍油欄(2)內(nèi)； 通過控制母船(I)上的水面通訊裝置發(fā)送指令啟動(dòng)溢油回收機(jī)器人(4)回到離開之前位置，繼續(xù)按原運(yùn)行軌跡進(jìn)行作業(yè)。
4.按權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，其特征在于:當(dāng)判斷機(jī)器人的自身運(yùn)行狀態(tài)為機(jī)器人航行至GPS基站(5)終點(diǎn)，為最后的GPS基站(5)時(shí)，自動(dòng)通知工作人員將漂浮的儲(chǔ)油囊和機(jī)器人回收到母船(I)上，即完成全部溢油回收任務(wù)。
5.按權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器人海上溢油回收的方法，其特征在于:圍油欄(2)上根據(jù)實(shí)際情況布置多個(gè)GPS基站(5)構(gòu)成局域差分GPS系統(tǒng)，一般GPS基站(5)在圓周方向上每隔200米設(shè)置一個(gè)GPS基站(5);溢油回收機(jī)器人(4)運(yùn)行軌跡為梳形前進(jìn)型，即覆蓋整個(gè)圍油欄(2)內(nèi)部區(qū)域來完成溢油回收作業(yè)。
【文檔編號(hào)】E02B15/10GK103821120SQ201210467965
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月16日
【發(fā)明者】王雷, 袁學(xué)慶, 張敏革, 姚紅堅(jiān) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所