深水网箱投料无人船自动驾驶方案

  • 背景

设置水深在15 米以上、沿海开放性水域的大型网箱称为深水网箱。深水网箱养殖容量较大,是具有较强的抗风浪、海流性能的海上养殖设施,在拓展养殖海域、减轻沿岸环境压力、提高养殖鱼的质量、增加养殖效益等方面已显示出明显的优势。然而,在营养匮乏期以及特殊种类海产,需要人工投递食物,耗时长,成本高,极度不便利。本文设计使用多个无人船来组网,以实现按需精准高效投料,大幅度降低成本的需求。

  • 系统设计

本文的无人船装置主要由主控制模块、电源模块、传感器模块、电机模块、上位机显示模块、无线通信模块等部分组成。

该无人船装置由上位机装置通过无线模块传输指令控制船的航行。

根据系统控制的要求, 船中的主控制模块由stm32系列单片机实现,通过驱动电机来控制无人船的运动。无人船的位置参数可以通过GPS来获取,数据通过2G/4G通信模块将位置参数传给上位机,达到实时定位控制的功能。除此之外,方向传感器和激光

雷达的扫描进行精确航行,通过主控制模块控制电机模块来实现避开障碍物,准确到达目标区域,并且实时上传障碍物位置,更新上位机中存储的主地图。

  • 地图设计原理

    我们可以将投食点在地图标出来,为了用数学方法将其看成是一个点,我们只需在船上设计一个饲料能在一定范围内均匀喷射饲料的仪器,这样我们就可以将其模拟成数据结构中的图。

对于图,我们可以采用Dijkstra算法,将可行的航道当做带权的线,综合投食点,船的数量,船的最大往返距离等因素,实现安排固定的航行路线。如果在中途,有无人船出现故障,就删去已投食点,重新进行路线规划。


  • 总结

    本方案描绘的投食无人船的基本构思,其中仍有大量需要考虑的细节,包括能源的设计,船身结构造型的设计,投放饲料的机器的设计等等

参考:

1、刘雨青,姜亚锋,邢博闻,冯俊凯,李佳佳 基于无人船装置的大水域环境监测系统设计 2019

2、赖俊委,岑佳潼 基于物联网通信技术的水质检测无人船 2018

3、Dijkstra 最短路算法 https://wiki.jikexueyuan.com/project/easy-learn-algorithm/dijkstra.html

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