一種基于機器人海上溢油回收的方法
【專利摘要】本發明公開一種基于機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生后，使用機器人自主完成溢油回收的方法；它主要利用母船、溢油回收機器人、局域差分GPS系統、圍油欄及吸油材料進行操作，當事故發生后，母船駛往漏油海域，用圍油欄將溢油圍控，并在圍油欄內側布置吸油材料；機器人使命下載完成后，將其布放在圍油欄區域內，機器人在圍油欄上布置的局域差分GPS系統指引下自主完成溢油回收作業；本發明具有操作簡便、安全可靠，經濟性好、溢油回收效率高、海況適應能力強的特點，適合海上溢油回收作業。
【專利說明】—種基于機器人海上溢油回收的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及海上溢油回收，具體地說是一種在海上溢油事故發生后，基于機器人自主完成溢油回收的方法。
【背景技術】
[0002]隨著石油工業和海上石油開發的迅速發展，水上石油運輸日益繁忙，因海損、觸礁、機械故障、人為操作不當等導致的石油溢油事故也日益增多，特別是大規模的溢油事故，其污染危害之嚴重，已為舉世矚目。我國是石油進口大國，海上石油運輸量巨大，大規模溢油事故時有發生。據統計，1973年至2006年，我國沿海共發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3.7萬噸，震驚中外的大連海上溢油事故溢油量達1.2萬噸。泄漏到水體中的溢油不僅造成了巨大的經濟損失，更對河海生態環境造成了重大的污染。因此溢油回收技術的研究就顯得十分重要。
[0003]當前溢油回收主要方式是先用圍油欄將溢油圍控，阻止其進一步擴散和漂移，再由工作母船帶動撇油器進行溢油回收工作。這種方法存在的主要問題是:(1)、經濟成本高。隨著石油價格的不斷攀升以及人力成本的加大，收油船每出動一次將帶來巨大的花費。
(2)、回收效率低。由于收油船航速限制及航行時造成的水面波動較大，撇油器無法在最佳工作狀態下工作，造成其效率較低，回收的溢油中水含量較大。(3)、海況適應能力差。考慮到作業人員安全及撇油器工作狀態，收油船無法在3級海況以上工作，使得收油系統的環境適應能力變差。因此急需一種經濟可靠、回收效率高、海況適應能力強的方法進行溢油回收。
【發明內容】
[0004]為了解決現有溢油回收方式中成本高、效率低、海況適應能力差的問題，本發明要解決的技術問題是提供一種基于機器人海上溢油回收的方法。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0006]一種基于機器人海上溢油回收的方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0007]在圍油欄上根據其長短均勻布置多個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側；
[0009]再將溢油回收機器人放置在事故水域的圍油欄內；
[0010]通過控制母船上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人作業，溢油回收機器人先利用局域差分GPS系統求出溢油回收機器人與GPS基站的距離，計算出機器人運行軌跡，然后按機器人求出運行軌跡航行進行溢油回收任務；
[0011]機器人按運行軌跡航行的過程中，實時判斷其自身運行狀態；
[0012]如攜帶儲油囊已全部充滿并脫離或機器人能源耗盡，自動通知工作人員回收漂浮的儲油囊和機器人放回至母船上進行處理，并記錄機器人離開地點的當前位置；[0013]當機器人收到啟動命令后，回到記錄之前位置繼續作業。
[0014]當判斷機器人的自身運行狀態為攜帶的儲油囊已全部充滿并脫離或機器人能源耗盡時，其處理過程為:
[0015]對打撈的儲油囊進行回收；
[0016]判斷機器人能源是否耗盡，如沒耗盡，
[0017]將處理后的儲油囊重新安裝于機器人上，并將機器人送回圍油欄內；
[0018]通過控制母船上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人回到離開之前位置，繼續按原運行軌跡進行作業。
[0019]機器人能源如耗盡，為機器人充電或給油箱加油，并將處理后的機器人送回圍油欄內；
[0020]通過控制母船上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人回到離開之前位置，繼續按原運行軌跡進行作業。
[0021]當判斷機器人的自身運行狀態為機器人航行至GPS基站終點為最后的GPS基站時，自動通知工作人員將漂浮的儲油囊和機器人回收到母船上，即完成全部溢油回收任務。
[0022]圍油欄上根據實際情況布置多個GPS基站構成局域差分GPS系統，一般GPS基站在圓周方向上每隔200米設置一個GPS基站；溢油回收機器人運行軌跡為梳形前進型，即覆蓋整個圍油欄內部區域來完成溢油回收作業。
[0023]本發明的有益效果及優點為:
[0024]1.本發明方法，采用機器人作為溢油回收工具，替代傳統的船攜式收油方式，降低了母船的燃油消耗；并當把機器人放入圍油欄內，通過無線遙控命令機器人作業，無需人工干預，母船在布放好機器人后可前往其他海域作業或原地等待，降低了燃油及人力成本。
[0025]2.海況適應能力強。由于采用了無人作業的方式，機器人海況適應能力強，可以在大海況時停止作業，待環境穩定后自動重新開始溢油回收工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的海上溢油回收方法的處理步驟框圖。
[0027]圖2為本發明中機器人運行軌跡和多個GPS基站的布置示意圖。
[0028]圖3?圖4為本發明海上溢油回收方法的實際作業示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發明的方案進一步詳細說明。
[0030]如圖1?4所示，為本發明的海上溢油回收方法的處理步驟框圖，一種基于機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上根據其長短均勻布置多個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內側；
[0033]再將溢油回收機器人4放置在事故水域的圍油欄2內；
[0034]通過控制母船I上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人4作業，溢油回收機器人先利用局域差分GPS系統求出溢油回收機器人與GPS基站的距離，計算出機器人運行軌跡，然后按機器人求出運行軌跡航行進行溢油回收任務；
[0035]機器人按運行軌跡航行的過程中，實時判斷其自身運行狀態；
[0036]如攜帶儲油囊已全部充滿并脫離或機器人能源耗盡，自動通知工作人員回收漂浮的儲油囊和機器人放回至母船I上進行處理，并記錄機器人離開地點的當前位置；
[0037]當機器人收到啟動命令后，回到記錄之前位置繼續作業。
[0038]圍油欄2上根據實際情況布置多個GPS基站5構成局域差分GPS系統，一般GPS基站5在圓周方向上每隔200米設置一個GPS基站5 ;溢油回收機器人4運行軌跡為梳形前進型，即覆蓋整個圍油欄2內部區域來完成溢油回收作業。
[0039]當判斷機器人的自身運行狀態為攜帶的儲油囊已全部充滿并脫離或機器人能源耗盡時，其處理過程為:
[0040]對打撈的儲油囊進行回收；
[0041]判斷機器人能源是否耗盡，如沒耗盡，
[0042]將處理后的儲油囊重新安裝于機器人上，并將機器人送回圍油欄2內；
[0043]通過控制母船I上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人4回到離開之前位置，繼續按原運行軌跡進行作業。
[0044]機器人能源如耗盡，為機器人充電或給油箱加油，并將處理后的機器人送回圍油欄2內；
[0045]通過控制母船I上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人4回到離開之前位置，繼續按原運行軌跡進行作業。
[0046]當判斷機器人的自身運行狀態為機器人航行至GPS基站5終點為最后的GPS基站5時，自動通知工作人員將漂浮的儲油囊和機器人回收到母船I上，即完成全部溢油回收任務。
[0047]對該海上溢油回收方法進行詳細說明:
[0048]該海上溢油回收方法涉及到的系統組成主要有母船1、圍油欄2、吸油材料3、溢油回收機器人4及多個GPS基站5。其中母船I上布置設有控制計算機、水面通訊裝置及布放回收設備。控制計算機負責半物理仿真、溢油回收機器人4初始化使命下載與數據處理；水面通訊裝置負責溢油回收機器人4的遠距離控制；布放回收設備負責溢油回收機器人4從母船I至作業水域及返回時的吊運操作。
[0049]圍油欄2上按實際需要布置有多個GPS基站5，在圓周方向上每200米設置一個GPS基站5，圍油欄2上所設置的GPS基站5構成局域差分GPS系統，溢油回收機器人4運行軌跡為以梳形前進方式，即覆蓋整個圍油欄2內部區域來完成溢油回收作業。
[0050]圍油欄2用于在作業使命開始前，將溢油圍控在一定區域，以便于溢油回收機器人4作業；吸油材料3布置于圍油欄2上，用于吸附圍油欄2周圍溢油回收機器人4無法回收區域的溢油；局域差分GPS系統由多個GPS基站5組成，用于溢油回收機器人4的自定位及導航控制；溢油回收機器人4在圍油欄2中按照規定的使命梳形航行，達到溢油回收的目的。
[0051]如圖3所示，作業流程如下:在發生溢油事故后，母船I進駐溢油區域，用圍油欄2及吸油材料3將溢油圍控；溢油回收機器人4下載好作業程序后，將其置于圍油欄內。實際操作時，可根據圍油欄圍控區域面積大小，可采用多臺機器人同時進行溢油回收工作，這時多臺機器人根據算法從多個GPS基站點以不同運行方向同時以梳形前進方式進行工作。
[0052]母船I駛離作業海域，工作人員通過水面通訊裝置發出指令后，溢油回收機器人4開始按照梳形方式，通過局域差分GPS系統的指引進行溢油回收作業。作業時當溢油充滿儲油囊6后，儲油囊的自動更換脫離裝置斷開與儲油囊6的連接，儲油囊6漂浮在水面上等待母船回收。儲油囊的自動更換脫離裝置自動更換新的儲油囊6繼續溢油回收作業，如圖4所示。母船I 一定時間后駛回作業區域將裝滿的儲油囊6打撈回收，完成收油任務。
[0053]本發明中所述具體實施案例僅為本發明的較佳實施案例而已，而非用來限定本發明的實施范圍。即凡依本發明方法范圍的內容所作的等效變化與修飾，例如采用多機器人同時進行溢油回收工作等，都應作為本發明的技術范疇。
【權利要求】
1.一種基于機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)上根據其長短均勻布置多個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)內側； 再將溢油回收機器人(4)放置在事故水域的圍油欄(2)內； 通過控制母船(I)上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人(4)作業，溢油回收機器人先利用局域差分GPS系統求出溢油回收機器人與GPS基站的距離，計算出機器人運行軌跡，然后按機器人求出運行軌跡航行進行溢油回收任務； 機器人按運行軌跡航行的過程中，實時判斷其自身運行狀態； 如攜帶儲油囊已全部充滿并脫離或機器人能源耗盡，自動通知工作人員回收漂浮的儲油囊和機器人放回至母船(I)上進行處理，并記錄機器人離開地點的當前位置； 當機器人收到啟動命令后，回到記錄之前位置繼續作業。
2.按權利要求1所述的一種基于機器人海上溢油回收的方法，其特征在于:當判斷機器人的自身運行狀態為攜帶的儲油囊已全部充滿并脫離或機器人能源耗盡時，其處理過程為: 對打撈的儲油囊進行回收； 判斷機器人能源是否耗盡，如沒耗盡， 將處理后的儲油囊重新安裝于機器人上，并將機器人送回圍油欄(2)內； 通過控制母船(I)上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人(4)回到離開之前位置，繼續按原運行軌跡進行作業。
3.按權利要求2所述的一種基于機器人海上溢油回收的方法，其特征在于:機器人能源如耗盡，為機器人充電或給油箱加油，并將處理后的機器人送回圍油欄(2)內； 通過控制母船(I)上的水面通訊裝置發送指令啟動溢油回收機器人(4)回到離開之前位置，繼續按原運行軌跡進行作業。
4.按權利要求1所述的一種基于機器人海上溢油回收的方法，其特征在于:當判斷機器人的自身運行狀態為機器人航行至GPS基站(5)終點，為最后的GPS基站(5)時，自動通知工作人員將漂浮的儲油囊和機器人回收到母船(I)上，即完成全部溢油回收任務。
5.按權利要求1所述的一種基于機器人海上溢油回收的方法，其特征在于:圍油欄(2)上根據實際情況布置多個GPS基站(5)構成局域差分GPS系統，一般GPS基站(5)在圓周方向上每隔200米設置一個GPS基站(5);溢油回收機器人(4)運行軌跡為梳形前進型，即覆蓋整個圍油欄(2)內部區域來完成溢油回收作業。
【文檔編號】E02B15/10GK103821120SQ201210467965
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月16日 優先權日:2012年11月16日
【發明者】王雷, 袁學慶, 張敏革, 姚紅堅 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所