本發(fā)明涉及自動化控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的裝置及方法。

背景技術(shù)：

無人船是一種借助精確衛(wèi)星定位和控制系統(tǒng)即可按照預設(shè)任務在水面航行并自主作業(yè)的全自動水面機器人。隨著國防及民用的需求發(fā)展，在國防海域、近海養(yǎng)殖和內(nèi)河環(huán)保等水域中有越來越多的無人船在運行并承擔任務。為了實現(xiàn)大面積水域養(yǎng)殖場高效施肥，有必要引進無人船系統(tǒng)進行輔助施肥作業(yè)。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，需要定期向養(yǎng)殖水體中施加外用藥或外用肥。目前，這些藥物或肥料幾乎都是全池潑灑或投灑使用的，除少量特定的顆粒劑可以定向作用于水底外，其他大量藥物或肥料都是溶解或分散于全部水體中再起作用的。

對于水產(chǎn)養(yǎng)殖施肥而言，施肥是提高養(yǎng)殖水體中浮游植物的生長量(水體初級生產(chǎn)力)、提高以浮游生物為餌料的魚類產(chǎn)量、提高精養(yǎng)水體溶解氧的有效手段。但是，普通的養(yǎng)殖水體一般平均水深在2m左右，浮游植物主要生活在養(yǎng)殖水體的真光層-即在水體的表層約20～40cm的水層中，所需要的肥料元素也應該主要分布在水體的真光層。但在全池潑灑施肥的狀況下，肥料進入養(yǎng)殖水體后，溶解速度快的成份會大致均勻地分布在整個水體中，溶解速度慢的成份則會沉降于水底，其中大部分被底泥吸附包覆而失去作用，少量溶解于水體中的肥料則會形成一個從水底到水面濃度遞減的分布層，雖然在普通池塘中有增氧曝氣機進行主動水層交換而將溶解的成份進行再次均勻分布，但由于肥料中難溶解于水的部份幾乎完全失效在池底，導致整個施肥效率極低。

專利號為cn200920229135.x的中國實用新型專利提供了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖施藥施肥器，該施藥施肥器具有一個可以投放到養(yǎng)殖水體中的藥物或肥料儲存罐，所述儲存罐由上部浮力腔體和下部儲存釋放腔體組合而成，所述下部儲存釋放腔體的表面上分布有釋藥通孔，所述下部儲存釋放腔體的底部通過重力牽引繩與重力定位塊相連。在水面以下施藥施肥時，可將上部浮力腔體的頂部通過浮標牽引繩與顯位浮標相連。該技術(shù)解決了如何讓肥料在真光層緩慢釋放問題，有鑒于此，培肥水質(zhì)，通過光合作用，促使水中浮游植物，浮游動物大量繁殖，同時也促進水生植物、固著生物。底棲動物、細菌和維管束植物、腐屑等大量繁殖增加。從理論和實踐證明，在水域投施肥料后，只要水溫穩(wěn)定在20到32度之間，每投一次肥保持三天左右的晴天，浮游生物則可以達到高峰，肥效可維持7天左右，如果定期連續(xù)投施化肥，使之形成良性循環(huán)，浮游生物將不斷新生，成倍增長，目前普遍采取疊加式施肥方法，其培育浮游生物的效果更佳。由于魚類得到了充足的餌料，魚產(chǎn)量得到大幅提高。

但用該裝置在海域中使用時(如紫菜養(yǎng)殖)，為保證養(yǎng)殖水域的肥料持續(xù)均勻釋放。施肥時漁民需手動將大量施肥裝置固定在養(yǎng)殖海域，這是一項危險而又繁重的工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法及裝置，確保無人船能高效、快速、準確的向養(yǎng)殖區(qū)域施肥、施藥，從而實現(xiàn)海上養(yǎng)殖自動化。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法，其特征在于包括以下步驟：

a.養(yǎng)殖載體通過終端廣播任務參數(shù)；

b.無人船接收并根據(jù)所述任務參數(shù)，生成目標位置；

c.無人船航行至目標位置。

d.無人船接收并根據(jù)所述任務參數(shù)預備物料，向無人機發(fā)送信息包括至少以下之一：養(yǎng)殖載體位置坐標、養(yǎng)殖載體顯示的圖案；

e.當無人船檢測到物料準備完畢，無人機固定物料并起飛；

f.無人機向養(yǎng)殖載體發(fā)送準備信息；

g.養(yǎng)殖載體接收無人機發(fā)送的準備信息，打開桶蓋準備接料；

h.無人機的任務裝置識別任務點，投料并反饋給無人船；

i.無人機向養(yǎng)殖載體發(fā)送任務完成信息；

j.載體接收任務完成信息，關(guān)閉桶蓋；

k.該無人船根據(jù)反饋信息回收無人機。

進一步地，步驟a中所述任務參數(shù)生成的方法包括:

n1.養(yǎng)殖載體通過傳感器監(jiān)視由養(yǎng)殖載體物料桶內(nèi)電導率觸發(fā)的模擬量事件a，由養(yǎng)殖載體物料桶內(nèi)液位高度觸發(fā)的模擬量事件b，由養(yǎng)殖載體外水質(zhì)參數(shù)觸發(fā)的模擬量事件c1和模擬量事件c2；

n2.養(yǎng)殖載體依據(jù)n1步驟中模擬量事件a和b，判斷養(yǎng)殖載體物料桶內(nèi)物料是否已全部溶解，確定所述物料處于以下狀態(tài)之一：溶解液充足完全溶解、溶解液不足未完全溶解；

n3.養(yǎng)殖載體依據(jù)n2步驟中物料溶解狀態(tài)和n1步驟中模擬量事件c1，判斷養(yǎng)殖區(qū)域物料溶解度是否過低；

n4.養(yǎng)殖載體依據(jù)n2步驟中物料溶解狀態(tài)和n1步驟中模擬量事件c2，判斷養(yǎng)殖區(qū)域物料溶解度是否過高；

n5.養(yǎng)殖載體依據(jù)所述模擬量事件向物料桶內(nèi)補充海水或向養(yǎng)殖區(qū)域施放物料；

n6.養(yǎng)殖載體獲取產(chǎn)生所述模擬量事件a和b的養(yǎng)殖載體位置坐標d、產(chǎn)生所述模擬量c1和c2的物料種類和溶解度，養(yǎng)殖載體顯示的圖案模板，生成任務參數(shù)。

進一步地，步驟k中還包括步驟:

p1.無人船向無人機發(fā)送軌跡規(guī)劃信息；

p2.無人機根據(jù)軌跡規(guī)劃信息返航，調(diào)整無人船與無人機的相對位置數(shù)據(jù)；

p3.無人船開啟回收裝置，并根據(jù)相對位置數(shù)據(jù)，控制無人機施放降落裝置或改變飛行狀態(tài)，并控制回收裝置調(diào)整設(shè)置參數(shù)回收無人機。

進一步地，目標位置的生成方法包括以下步驟：

r1.根據(jù)設(shè)置的運行程序運算各載體位置坐標到無人船所在位置坐標的直線距離；

r2.提取出距離無人船直線距離最近的載體位置坐標；

r3.計算以載體位置坐標為中心，安全距離l為邊長的正四邊形的四個頂點的坐標；

r4.計算正四邊形的四個頂點與無人船的直線距離；

r5.提取出距離無人船直線距離最近的頂點的坐標，作為目標位置。

優(yōu)選地，識別任務點的方法包括以下步驟：

t1.無人機接收任務信息，將載體位置坐標、載體顯示的圖案存儲在無人機飛控系統(tǒng)中；

t2.飛控系統(tǒng)控制無人機向載體位置坐標飛行；

t3.航拍攝像設(shè)備拍攝載體，將拍攝的圖像傳給數(shù)據(jù)處理單元；

t4.數(shù)據(jù)處理單元將拍攝的圖案二值化，并保存為模板mmodel；

t5.對二值化的圖像進行尺寸減小化處理和高斯平滑處理，得處理后的數(shù)字圖像mdetect；

t6.對mdetect采用霍夫變換方式，得到多個圓形區(qū)域，根據(jù)預設(shè)的信息區(qū)間，從多個圓形區(qū)域中篩選出位于信息區(qū)間內(nèi)的圓形區(qū)域，作為初始任務信息圓形區(qū)域；

t7.以預設(shè)掃描半徑對所述初始任務信息圓形區(qū)域進行圓周掃描，分別統(tǒng)計紅色掃描點、綠色掃描點和黃色掃描點的數(shù)量，如果所述紅色掃描點、綠色掃描點和黃色掃描點的數(shù)量為對應的預設(shè)閾值，則判斷所述符合條件的圓形區(qū)域為任務信息區(qū)域。

t8.獲得模板mmodel中的圖像中心坐標；

t9.獲得任務信息區(qū)域的圓心坐標；

t10.根據(jù)無人機的實際坐標位置，及圖像縮放常數(shù)k，計算任務信息中心坐標。

優(yōu)選地，所述回收無人機的方法包括以下步驟：

m1.提取無人機的飛行數(shù)據(jù)包括：飛行速度υ、飛行高度h1、gps坐標(x1，y1)；

m2.計算無人船與無人機的相對位置數(shù)據(jù)包括：無人船與無人機的直線距離無人船與無人機的直線線段分別與空間坐標系x、y、z軸的余弦值：無人船與無人機的直線線段與無人機速度方向的余弦值：

其中φ角為無人船與無人機的直線線段與無人機速度方向的夾角，θ、β、α分別為，無人機飛行方向在oxyz坐標系中與xyz坐標軸的夾角，(x2、y2、h2)為無人船上無人機降落點的坐標；

m3.判斷若小于閾值x，或小于閾值y，或小于閥值h，則通過無人船通訊設(shè)備向無人機發(fā)送指令，用于使無人機向無人船水平飛行，并賦予pid設(shè)置參數(shù)其中υ為飛行速度，r為存線輪半徑，qo為轉(zhuǎn)葉式液壓馬達出口排量，轉(zhuǎn)葉式液壓馬達理論流量與實際流量的比值v，qe為轉(zhuǎn)葉式液壓馬達入口設(shè)置流量；

m4.判斷是否大于等于閥值h，若是，則通過無人船通訊設(shè)備向無人機發(fā)送指令，用于使無人機懸停或打開降落傘，并賦予pid設(shè)置參數(shù)其中s為安全著陸速度；

m5.判斷h2-h1是否小于等于閥值g，若是，則無人船向無人機發(fā)送指令，用于使無人機停止飛行或脫離降落傘，并關(guān)閉回收裝置。

優(yōu)選地，所述的養(yǎng)殖載體包括圓臺形的浮于水面的載體，其特征在于，所述載體的上表面邊沿上設(shè)有兩端開口的圓筒狀的圍欄，圍欄上設(shè)有l(wèi)ed信號燈，信號燈連接控制器，用于控制信號燈閃爍為無人機投料指示位置；所述載體上表面中心位置設(shè)有圓桶，圓筒上安裝有桶蓋及電動開蓋機構(gòu)，圓桶底部的桶身上均設(shè)有輸料管，輸料管末端連接噴灑頭，圓筒桶上部側(cè)面連通進水軟管，圓筒內(nèi)設(shè)有液位計、水質(zhì)傳感器；所述輸料管和進水軟管上設(shè)有泵；所述載體的圍欄上端面設(shè)有給載體提供能源的環(huán)形太陽能電池板；所述載體下設(shè)水質(zhì)傳感器；載體上還設(shè)置吊耳，牽繩，牽繩另一端固定在扦插莊上；所述led信號燈、液位計、壓力傳感器、電動閥、泵、開蓋機構(gòu)通過導線連接處理器，處理器還連接無線通訊模塊、gps定位設(shè)備、水質(zhì)傳感器；

養(yǎng)殖載體用于監(jiān)測養(yǎng)殖區(qū)域的水質(zhì)，根據(jù)水質(zhì)信息，將物料施放到養(yǎng)殖區(qū)域，根據(jù)水質(zhì)信息和養(yǎng)殖載體狀態(tài)廣播給無人船，將養(yǎng)殖載體狀態(tài)展示給無人機。

優(yōu)選地，用于海上養(yǎng)殖的無人船物料投送方法中的無人機上設(shè)置有：無線通訊接口，用于與無人船和養(yǎng)殖載體通信；

飛行控制系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)還包括控制單元、數(shù)據(jù)處理單元、執(zhí)行器單元，用于控制所述無人機在所述投料區(qū)域投料和返航著船；

傳感器單元，所述傳感器單元還包括用于對無人機機身下方進行圖像采集攝像頭、用于監(jiān)測飛行數(shù)據(jù)的高度傳感器、風速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、imu模塊、gps模塊；

和用于固定施料袋的夾持器，所述夾持器包括連接鉸軸的至少三個爪，鉸軸上設(shè)有永磁鐵，爪的彎曲部設(shè)有滑塊，滑塊安裝在滑槽內(nèi)，滑槽連接無人機下方，無人機下方還設(shè)有與永磁鐵相對的電磁鐵；

無人機用于巡視所述施料裝置，采集機身下方圖像，在所述機身下方圖像中搜索適合投料的區(qū)域，投送物料袋至所述養(yǎng)殖載體；

優(yōu)選地，用于海上養(yǎng)殖的無人船物料投送方法中的無人船上設(shè)有：上位機，所述上位機通過導線連接通信電臺、gps定位設(shè)備，用于指揮無人機；

船載控制器，所述船載控制器通過控制電路連接無人機回收裝置、物料裝填裝置、上位機，用于回收無人機和控制物料裝填；

通信電臺，所述通信電臺用于與無人機及養(yǎng)殖載體裝置通訊，接收無人機的飛行數(shù)據(jù)和養(yǎng)殖載體的任務參數(shù)；

蓄電池，用于給上位機、船載控制器、通信電臺、回收裝置和物料裝填裝置供電；

回收裝置與無人機通過供電牽引線連接，所述回收裝置還包括存線輪、導向環(huán)、液力驅(qū)動管路，導向環(huán)通過支桿與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動配合，存線輪安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)葉式液壓馬達輸出軸連接，設(shè)于轉(zhuǎn)葉式液壓馬達出口與入口之間的液力驅(qū)動管路上依此連通有排液流量計、第一電動閥、油箱、油泵、電動調(diào)節(jié)閥、入口流量計，油箱、油泵還并聯(lián)有設(shè)有第二電動閥的旁通回路，轉(zhuǎn)葉式液壓馬達入口與電動調(diào)節(jié)閥之間設(shè)有串連放空電動閥和油箱支路；

和用于裝填物料袋的物料裝填裝置，所述物料裝填裝置，包括傳送帶、轉(zhuǎn)盤、進料斗、格式閥、進袋漏斗、導向機構(gòu)、袋倉，其特征在于；所述袋倉固定設(shè)置在傳送帶上，進料斗置于進袋漏斗上方，格式閥安裝于進料斗出口下使得其出口端與所述進袋漏斗出口相對，轉(zhuǎn)盤設(shè)于進袋漏斗的出口端下方，導向機構(gòu)設(shè)在轉(zhuǎn)盤旁方的工位處；

無人船接收無人機的飛行數(shù)據(jù)，并將飛行數(shù)據(jù)傳給上位機，上位機控制船載控制器開啟回收裝置，并根據(jù)設(shè)置的運行程序運算提取相對位置數(shù)據(jù)、無人船上無人機停靠點的坐標(x2、y2、h2)、回收裝置的規(guī)格參數(shù)，并賦予船載控制器pid設(shè)置參數(shù)，船載控制器根據(jù)pid設(shè)置參數(shù)調(diào)節(jié)采集的過程變量，控制回收裝置回收無人機；上位機還控制物料裝填裝置；

所述船載控制器還通過通訊電纜連接排液流量計、第一電動閥、油泵、入口流量計、放空電動閥。

現(xiàn)階段在海上養(yǎng)殖應用領(lǐng)域中，常因養(yǎng)殖裝置分布面積較廣，裝置間的水道錯綜復雜，水道距離較窄，不利于船舶在水道中自動航行完成近距離物料投放。且由于養(yǎng)殖區(qū)域面積大，需投放物料的點較多，采用船舶逐一投放物料的方法效率較低，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有如下有益效果：

1.投放在養(yǎng)殖載體中的物料可在養(yǎng)殖載體中溶解，制備濃度較高物料溶解液，根據(jù)養(yǎng)殖區(qū)域水質(zhì)條件間歇投放，防止水體富營養(yǎng)化或缺乏營養(yǎng)，延長物料投放有效時間，減少船舶補充物料的頻次。

2.同時養(yǎng)殖載體投放物料方式為噴灑式，較物料袋懸掛方式溶解釋放物料，投放面積更廣，可以減少物料投放點設(shè)置的數(shù)量，提高向養(yǎng)殖區(qū)域投放物料的效率。

3.由于養(yǎng)殖網(wǎng)箱或養(yǎng)殖網(wǎng)簾面積大，定位裝置安裝不規(guī)則，難以精確定位形貌，采用無人機和無人船結(jié)合方式向養(yǎng)殖區(qū)域投放物料，可以避免無人船在錯綜復雜的水道反復確認導航完成自動航行，提高航行的安全性和效率，無人船通過計算養(yǎng)殖區(qū)域各個養(yǎng)殖載體距離無人船的距離，再運算出距離養(yǎng)殖區(qū)域的安全位置即目標位置，降低了無人船在養(yǎng)殖區(qū)域航行的難度。

4.采用無人船航行至指定地點，無人機向養(yǎng)殖載體逐個投料的方式，無人機通過圖像識別養(yǎng)殖載體，可準確搜索與無人機攜帶的物料投放目標對應的養(yǎng)殖載體，且無人機飛行速度快，飛行無干擾，采用無人機投料效率更高，本方案中無人機還通過養(yǎng)殖載體的幾何特征計算投料點位置坐標，保障了投料的準確性。

5.一般無人機的航程較短，由于本方案中無人船搭載無人機至養(yǎng)殖區(qū)域，可縮短無人機的航程，本方案中回收裝置的存線輪上纏繞供電牽引線，供電牽引線連接無人機，存線輪由葉輪式液壓馬達驅(qū)動，pid控制器根據(jù)上位機設(shè)置的設(shè)定參數(shù)調(diào)節(jié)液壓馬達入口流量改變存線輪轉(zhuǎn)速，在無人機返航時，上位機可通過無人機飛行數(shù)據(jù)，分析無人機是否處于降落區(qū)域范圍，若不處于降落區(qū)域，使供電牽引線的線速度不高于無人機飛行速度在供電牽引線上的分速度，防止無人機在返航時被回收裝置拖拽，若處于降落區(qū)域，則向無人機發(fā)送降落指令，并使供電牽引線回收無人機的線速度不高于無人機傘降的安全速度，防止無人機降落時撞擊船體。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的裝置的養(yǎng)殖載體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中養(yǎng)殖載體施放物料的流程示意圖

圖3是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中無人船確定目標位置的流程示意圖

圖4是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中無人機確定投料位置的流程示意圖

圖5是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中無人機回收裝置回收無人機的方法示意圖

圖6是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖7是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖中a截面放大圖

圖8是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中無人機的飛控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖9是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中無人機回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖10是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中物料裝填裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖11是本發(fā)明一種用于無人船和無人機海上施肥施藥的方法中無人船控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的用于海上養(yǎng)殖的無人船物料投送方法，其特征在于包括以下步驟：

a.養(yǎng)殖載體100通過終端廣播任務參數(shù)；

b.無人船300接收并根據(jù)所述任務參數(shù)，生成目標位置；

c.無人船航行至目標位置。

d.無人船接收并根據(jù)所述任務參數(shù)預備物料，向無人機200發(fā)送信息包括至少以下之一：養(yǎng)殖載體位置坐標、養(yǎng)殖載體顯示的圖案；

e.當無人船檢測到物料準備完畢，無人機固定物料并起飛；

f.無人機向養(yǎng)殖載體發(fā)送準備信息；

g.養(yǎng)殖載體接收無人機發(fā)送的準備信息，打開桶蓋101準備接料；

h.無人機的任務裝置識別任務點，投料并反饋給無人船；

i.無人機向養(yǎng)殖載體發(fā)送任務完成信息；

j.養(yǎng)殖載體接收任務完成信息，關(guān)閉桶蓋101；

k.該無人船根據(jù)反饋信息回收無人機。

步驟a中任務參數(shù)生成的方法包括:

n1.養(yǎng)殖載體通過傳感器監(jiān)視由養(yǎng)殖載體物料桶105內(nèi)電導率觸發(fā)的模擬量事件a，由養(yǎng)殖載體物料桶105內(nèi)液位高度觸發(fā)的模擬量事件b，由養(yǎng)殖載體外水質(zhì)參數(shù)觸發(fā)的模擬量事件c1和模擬量事件c2；

n2.養(yǎng)殖載體依據(jù)n1步驟中模擬量事件a和b，判斷養(yǎng)殖載體物料桶內(nèi)物料是否已全部溶解，確定所述物料處于以下狀態(tài)之一：溶解液充足完全溶解、溶解液不足未完全溶解；

n3.養(yǎng)殖載體依據(jù)n2步驟中物料溶解狀態(tài)和n1步驟中模擬量事件c1，判斷養(yǎng)殖區(qū)域物料溶解度是否過低；

n4.養(yǎng)殖載體依據(jù)n2步驟中物料溶解狀態(tài)和n1步驟中模擬量事件c2，判斷養(yǎng)殖區(qū)域物料溶解度是否過高；

n5.養(yǎng)殖載體依據(jù)所述模擬量事件向物料桶內(nèi)補充海水或向養(yǎng)殖區(qū)域施放物料；

n6.養(yǎng)殖載體獲取產(chǎn)生所述模擬量事件a和b的養(yǎng)殖載體位置坐標d、產(chǎn)生所述模擬量c1和c2的物料種類和溶解度，養(yǎng)殖載體顯示的圖案模板，生成任務參數(shù)。

進一步地，養(yǎng)殖載體用于監(jiān)測養(yǎng)殖區(qū)域的水質(zhì)，根據(jù)水質(zhì)信息，將物料施放到養(yǎng)殖區(qū)域，根據(jù)水質(zhì)信息和養(yǎng)殖載體狀態(tài)廣播給無人船，將養(yǎng)殖載體狀態(tài)展示給無人機。

如圖1，養(yǎng)殖載體包括圓臺形的浮于水面的載體102，其特征在于，所述載體的上表面邊沿上設(shè)有兩端開口的圓筒狀的圍欄103，圍欄上設(shè)有l(wèi)ed信號燈104，包括紅、黃、綠三色，信號燈通過控制器：at89s52單片機控制，實現(xiàn)信號燈閃爍為無人機投料指示位置和指示所需投料種類的信息；所述載體上表面中心位置設(shè)有規(guī)格為直徑1米、高1.5米的圓桶(物料桶)105，圓桶上安裝有桶蓋101及電動開蓋機構(gòu)106，開蓋機構(gòu)包括：支架107、力臂108、角行程執(zhí)行器(型號:atd-63)109、轉(zhuǎn)軸110。圓桶底部的桶身上均設(shè)有輸料管111，輸料管末端連接噴灑頭112及泵113，圓桶上部側(cè)面通孔連通進水軟管114及泵，圓筒內(nèi)設(shè)有雷達液位計115，筒內(nèi)設(shè)有水質(zhì)傳感器(電導率傳感器)；所述載體的圍欄上端面設(shè)有給載體提供能源的環(huán)形太陽能電池板116；所述載體下設(shè)水質(zhì)傳感器，包括：氣敏電極式氨氮傳感器，載體上還設(shè)置吊耳117，牽繩118，牽繩另一端固定在扦插樁上；gps定位設(shè)備安裝于載體的中心，所述gps定位設(shè)備、液位計、壓力傳感器通過導線信號連接處理器輸入端的引角，處理器輸出端還信號連接無線通訊模塊、和led信號燈、泵、開蓋機構(gòu)的觸電開關(guān)。傳感器向處理器傳送模擬量信號，處理器依據(jù)程序輸出邏輯信號，如圖2，所述篩選過程包括：

s1.物料桶內(nèi)當電導率低于4歐/米時，且物料桶內(nèi)液位低于閥值1米，處理器判斷液位不足，需補充海水重新判斷；當電導率低于4歐/米時，且物料桶內(nèi)液位高于閥值1米時，處理器判斷，物料桶內(nèi)物料已完全溶解，缺乏物料，若此時養(yǎng)殖載體外水質(zhì)傳感器例如檢測到氨氮濃度，位于閥值0.01～0.05mg/l之間時，表示濃度正常無需補充物料，若氨氮濃度低于0.01mg/l時，表示養(yǎng)殖區(qū)域缺乏氨氮，需養(yǎng)殖載體向養(yǎng)殖區(qū)域噴灑含氨氮的溶液，而處理器已判斷出物料桶內(nèi)物料已完全溶解，缺乏物料，則通過無線通訊模塊發(fā)送任務參數(shù)包括：載體位置坐標、氮肥，控制led信號顯示圖案：黃色燈常亮報警。用于判斷物料桶內(nèi)物料已消耗完待補充；

s2.物料桶內(nèi)當電導率高于4歐/米時，且物料桶內(nèi)液位低于閥值1米，處理器判斷液位不足，需補充海水重新判斷；當電導率高于4歐/米時，且物料桶內(nèi)液位高于閥值1米時，處理器判斷，物料桶內(nèi)物料未完全溶解，物料充足，若此時養(yǎng)殖載體外水質(zhì)傳感器例如檢測到氨氮濃度，位于閥值0.01～0.05mg/l之間時，表示濃度正常無需補充物料，若氨氮濃度低于0.01mg/l時，表示養(yǎng)殖區(qū)域缺乏氨氮，需養(yǎng)殖載體向養(yǎng)殖區(qū)域噴灑含氨氮的溶液，而處理器已判斷出物料桶內(nèi)物料未完全溶解，物料充足，則通過處理器控制泵吸取物料桶內(nèi)溶液向養(yǎng)殖區(qū)域噴灑，若氨氮濃度高于0.05mg/l時，表示養(yǎng)殖區(qū)域水體富營養(yǎng)化，無線通訊模塊發(fā)送任務參數(shù)包括：載體位置坐標、氮肥，控制led信號顯示圖案：紅色燈常亮報警。用于通知無人船養(yǎng)殖區(qū)域水體富營養(yǎng)化；

s3.液位計檢測物料桶內(nèi)液位值，用于判斷是否向物料桶內(nèi)充入海水；

s4.當水質(zhì)參數(shù)(氨氮濃度)高于0.01mg/l時，處理器關(guān)閉電動閥及泵停止向養(yǎng)殖區(qū)域施放肥料溶劑液。當水質(zhì)參數(shù)(氨氮濃度)低于閥值0.01mg/l時，處理器開啟電動閥及泵向養(yǎng)殖區(qū)域施放肥料溶劑液。

如圖3，進一步地，步驟b中目標位置的生成方法包括以下步驟：

r1.計算各載體102位置坐標到無人船所在位置坐標(x2，y2)的直線距離；

r2.提取出距離無人船直線距離最近的載體位置坐標(x3，y3)；

r3.計算以載體位置坐標為中心，閥值20米為邊長的正四邊形的四個頂點的坐標(x3-5，y3-5)、(x3-5，y3+5)、(x3+5，y3+5)、(x3-5，y3+5)，20米為預留安全距離可視情況設(shè)置；

r4.計算正四邊形的四個頂點與無人船的直線距離；

r5.提取出距離無人船直線距離最近的頂點的坐標，如(x3-5，y3-5)，作為目標位置。

進一步地，步驟h中任務點的識別方法包括以下步驟：

t1.無人機接收任務信息，將載體位置坐標、載體顯示的圖案存儲在無人機飛控系統(tǒng)中，任務信息包括：載體位置坐標、載體顯示的圖案。

t2.飛控系統(tǒng)控制無人機向載體位置坐標飛行；

t3.航拍攝像設(shè)備拍攝載體，將拍攝的圖像傳給數(shù)據(jù)處理單元；

t4.數(shù)據(jù)處理單元將拍攝的圖案二值化，并保存為模板mmodel；

t5.對二值化的圖像進行尺寸減小化處理和高斯平滑處理，得處理后的數(shù)字圖像mdetect；

t6.對mdetect采用霍夫變換方式，得到多個圓形區(qū)域，根據(jù)預設(shè)的信息區(qū)間，從多個圓形區(qū)域中篩選出位于信息區(qū)間內(nèi)的圓形區(qū)域，作為初始任務信息圓形區(qū)域；

t7.以與無人機所在高度對應的掃描半徑對所述初始任務信息圓形區(qū)域進行圓周掃描，分別統(tǒng)計rgb值符合的紅色掃描點、綠色掃描點和黃色掃描點的數(shù)量，如果所述紅色掃描點、綠色掃描點和黃色掃描點的數(shù)量為對應的預設(shè)閾值，則判斷所述符合條件的圓形區(qū)域為任務信息區(qū)域；

t8.獲得模板mmodel中的圖像中心坐標，模板mmodel中的圖像中心為相機中心；

t9.獲得任務信息區(qū)域的圓心坐標，信息區(qū)域的圓心為養(yǎng)殖載體中心；

t10.根據(jù)無人機的實際坐標位置，及圖像縮放常數(shù)k，計算任務信息中心坐標。無人機在拍攝時的實際坐標位置為模板mmodel中的圖像中心坐標，以上t4～t10所述步驟如圖4。

進一步地，本步驟k中還包括步驟:

p1.無人船向無人機發(fā)送軌跡規(guī)劃信息；

p2.無人機根據(jù)軌跡規(guī)劃信息返航，調(diào)整無人船與無人機的相對位置數(shù)據(jù)；

p3.無人船通過plc控制器(控制器)開啟回收裝置222，并根據(jù)相對位置數(shù)據(jù)，控制無人機施放降落裝置或改變飛行狀態(tài)，并采集回收裝置中的過程變量，如轉(zhuǎn)葉式液壓馬達216出口排量qo和入口流量q，控制回收裝置調(diào)整設(shè)置參數(shù)回收無人機。

如圖5，優(yōu)選地，回收無人機的方法包括以下步驟：

m1.提取無人機的飛行數(shù)據(jù)，包括：飛行速度υ、飛行高度h1、gps坐標(x1，y1)；

m2.計算無人船與無人機的相對位置數(shù)據(jù)包括：無人船上無人機停靠點與無人機的直線距離無人船上無人機停靠點與無人機的直線線段分別與空間坐標系x、y、z軸的余弦值：無人船與無人機的直線線段與無人機速度方向的余弦值：

其中φ角為無人船上無人機停靠點與無人機的直線線段與無人機速度方向的夾角，θ、β、α分別為，無人機飛行方向在oxyz坐標系中與xyz坐標軸的夾角；

m3.判斷若小于閾值0.966，或小于閾值0.966，或小于閥值0.966，0.966為15°角的余弦值，表示從zoy平面、或zox平面、或xoy平面看無人機的仰角小于75°，則通過無人船通訊設(shè)備向無人機發(fā)送指令，用于使無人機向無人船水平飛行，并賦予pid設(shè)置參數(shù)其中υ為飛行速度，r為所述存線輪201半徑，v為容積效率即：轉(zhuǎn)葉式液壓馬達206理論流量與實際流量的比值，qe為轉(zhuǎn)葉式液壓馬達入口設(shè)置流量；

m4.判斷是否大于等于閥值0.966，若是，則通過無人船通訊設(shè)備向無人機發(fā)送指令，用于使無人機懸停或打開降落傘，并賦予pid設(shè)置參數(shù)s為降落速度，例如s小于等于6m/s，此值可根據(jù)實際情況設(shè)置；

m5.判斷h2-h1是否小于等于閥值0.5m，若是，則通過無人船通訊設(shè)備向無人機發(fā)送指令，用于使無人機進入懸停自動降落或脫離降落傘，并通過plc控制器關(guān)閉回收裝置222。

其中sp為設(shè)置參數(shù)pv為過程變量q，e表示誤差，bias表示基值，cv表示控制變量，dt表示回路刷新時間，kc表示控制增益，ti表示時間增益，td表示微分時間常數(shù)。

pid方程為：

e＝sp-pv，

e＝pv-sp，

優(yōu)選地，用于海上養(yǎng)殖的無人船，由無人船、無人機組成如圖6，

如圖6-8，無人機上設(shè)置有：無線通訊接口，用于與無人船和養(yǎng)殖載體通信；

飛行控制系統(tǒng)還包括控制單元、數(shù)據(jù)處理單元、執(zhí)行器單元，用于控制所述無人機在所述投料區(qū)域投料和返航著船；

傳感器單元還包括用于對無人機機身下方進行圖像采集的攝像頭、用于監(jiān)測無人機飛行數(shù)據(jù)的高度傳感器、風速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、imu模塊、gps模塊；

和用于固定施料袋的夾持器400如圖7所示；夾持器包括連接鉸軸403的至少三個爪402，鉸軸上設(shè)有永磁鐵404，無人機下方設(shè)有與永磁鐵相對的電磁鐵405，爪的彎曲部406設(shè)有滑塊407，滑塊安裝在滑槽408內(nèi)，滑槽連接無人機下方，當電磁鐵得電時吸合永磁鐵，使爪合攏，當電磁鐵失電時在重力作用下永磁鐵遠離電磁鐵，使爪松開；

無人機用于巡視所述養(yǎng)殖載體，采集機身下方圖像，在所述機身下方圖像中搜索適合投料的區(qū)域，投送物料袋至所述養(yǎng)殖載體物料桶中；

進一步地，無人船上設(shè)有：上位機，所述上位機通過導線連接通信電臺、gps定位設(shè)備，用于指揮無人機回收裝置；

如圖11所示，plc控制器(控制器)通過控制電路連接無人機回收裝置222、物料裝填裝置333、上位機，用于回收無人機和控制物料裝填，選用controllogix5555plc控制器；

通信電臺包括圖傳電臺和數(shù)字電臺，用于與無人機及養(yǎng)殖載體裝置通訊，接收無人機的飛行數(shù)據(jù)和養(yǎng)殖載體的任務參數(shù)；

蓄電池，用于給上位機、plc控制器、通信電臺、回收裝置222和物料裝填裝置333供電；

與無人機通過供電牽引線連接的回收裝置222如圖9，還包括存線輪201、導向環(huán)202、液力驅(qū)動管路203，導向環(huán)通過支桿204與轉(zhuǎn)軸205轉(zhuǎn)動配合，存線輪安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)葉式液壓馬達206輸出軸連接，設(shè)于轉(zhuǎn)葉式液壓馬達出口207與入口208之間的液力驅(qū)動管路上依此連通有排液流量計209、第一電動閥210、油箱211、油泵212、電動調(diào)節(jié)閥213、入口流量計209，油箱、油泵還并聯(lián)設(shè)有第二電動閥215的旁通回路，轉(zhuǎn)葉式液壓馬達入口與電動調(diào)節(jié)閥之間設(shè)有串連放空電動閥216和油箱的支路；回收裝置設(shè)于無人船甲板下，供電牽引線穿過甲板的通線孔與無人機相連，用于拖拽無人機。

無人船接收無人機的飛行數(shù)據(jù)，并將飛行數(shù)據(jù)傳給上位機，上位機信號連接plc控制器輸入端，向plc控制器輸入模擬量信號，plc控制器輸出端信號連接繼電器組、電動調(diào)節(jié)閥，繼電器電連接第一電動閥、油泵、第二電動閥、放空電動閥用于開啟和關(guān)閉回收裝置，上位機根據(jù)設(shè)置的運行程序運算提取無人機與無人船的相對位置數(shù)據(jù)、無人船上無人機降落點的坐標(x2、y2、h2)、回收裝置的規(guī)格參數(shù)，并賦予plc控制器pid設(shè)置參數(shù)，plc控制器為plc可編程邏輯控制器，plc控制器與電動調(diào)節(jié)閥、排液流量計、入口流量計信號連接，plc控制器根據(jù)pid設(shè)置參數(shù)采集接收入口、排液流量模擬量信號和電動調(diào)節(jié)閥開度模擬量信號，運算后輸出信號控制電動調(diào)節(jié)閥開到一定的開度，調(diào)節(jié)過程變量。控制回收裝置回收無人機；上位機還控制物料裝填裝置。用于裝填物料袋301的物料裝填裝置333，如圖10，包括傳送帶302、轉(zhuǎn)盤303、進料斗304、格式閥305、進袋漏斗306、導向機構(gòu)307、袋倉308，其特征在于；所述袋倉固定設(shè)置在傳送帶上，袋倉內(nèi)的推送機構(gòu)將紙質(zhì)物料袋推送至傳送帶上，進料斗置于進袋漏斗上方，格式閥安裝于進料斗出口下使得其出口端與所述進袋漏斗出口相對，紙質(zhì)物料袋上端開口大，下端小，物料袋落入進袋漏斗后卡在漏斗出料口，填裝物料后物料袋穿過進袋漏斗口落在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤設(shè)于進袋漏斗的出口端下方，轉(zhuǎn)盤由電機311驅(qū)動，導向機構(gòu)設(shè)在轉(zhuǎn)盤旁的工位處，導向機構(gòu)包括導向板309、轉(zhuǎn)軸310和電機311，導向機構(gòu)將物料袋推送至無人機下方的工位，無人機上設(shè)有夾持裝置用于夾持物料袋，plc船載控制器輸出端信號連接繼電器組，繼電器組與格式閥、傳送帶、導向機構(gòu)、轉(zhuǎn)盤的電機及袋倉內(nèi)的推桿電連接，通過編輯plc計時程序控制上述機構(gòu)傳動。