本发明涉及水域监测技术领域，具体涉及一种具有可升降感知平台及可移动的多功能浮标。
背景技术：
海洋的面积占地球表面积的71％，海洋里含有丰富的医药资源和矿产资源，同时海洋对于整个地球的生态平衡扮演着一个极其重要的角色。
目前浮标的工作模式大多为固定的、被动的监测，且数量巨大，加工成本高，且一般只能固定在某一位置，机动性能差，监测范围有限，效率低。而且目前基于监控设备的浮标监控范围小，监控信号不稳定，并且海中多有暗礁等，容易撞到监测设备，造成监测设备不稳定，影响信号传递，撞坏监测设备，造成经济损失。此外，目前的浮标多为圆柱形浮标,结构比较简单，在水中的稳定性比较差，受自然因素影响大，风浪和水流会导致浮标飘移，远离监测点，无法稳定监测，给水质监测带来不便，且抵抗海况等级大大降低，使用寿命也将大大缩短，增加了浮标的维修成本。
技术实现要素：
为了解决传统浮标的缺陷与不足，同时克服资源浪费的问题，本发明的目的是提供一种具有可升降感知平台及可移动的多功能浮标来实现海洋环境监测、海洋船只导航等用途，更大的提高效率。
为了解决上述问题，达到工作的目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其包括浮标艇体、控制系统、可升降感知平台、推进操纵系统、通信导航定位系统、外部感知系统和能源系统，其中，所述浮标艇体的底部设置有所述推进操纵系统和能源系统，其特征在于，所述浮标艇体的上端设置有所述可升降感知平台，所述可升降感知平台上设置有所述外部感知系统，所述控制系统能够根据所述外部感知系统对外部环境的感知状态来自动升降调节所述可升降感知平台的升降运动。
进一步，作为优选，所述浮标艇体包括下潜体和中部支柱，其中，所述中部支柱与下潜体1的连接处采用平滑曲面过渡，所述可升降感知平台可升降的安装在中部支柱上，其中，所述下潜体的前部为半球形、近似半球形或圆锥形，中部为圆柱形，尾部为圆锥形或近似圆锥形，其长度为1～20米，长宽或长高比值为2.1～8.6，前部、中部和尾部艇体三者的比值为1.4～2.6:3.8～4.8:2.5～3.6；
或所述下潜体的前部为半椭球型，中部为椭圆柱型、尾部为双圆锥形或椭圆锥形，其长度为1～20米，长宽比值为2～8，长高比值为2.2～12，前部、中部和尾部艇体三者的比值为1.6～2.8:3.6～4.9:2.2～3.8。
进一步，作为优选，所述可升降感知平台包括支撑体、上部平台和升降系统，其中，所述上部平台固定安装在所述支撑体的顶部，所述支撑体的下端采用所述升降系统可升降的安装在所述中部支柱的上端，所述支撑体为椭圆柱形，且支撑体与中部支柱的长度或高度比值为0.3～0.5，所述支撑体可升降的高度为支撑体高度的0.4～0.9倍。
进一步，作为优选，所述升降系统包括步进电机、步进电机驱动器、联轴器、丝杆以及丝杆螺母，其中，所述的步进电机与步进电机驱动器固定于中部支柱的内腔内中下部，所述步进电机通过联轴器与丝杆连接，所述丝杆与所述丝杆螺母配合，所述丝杆螺母固定在支撑体的底部。
进一步，作为优选，所述中部支柱为变截面椭圆柱型，垂向高度与浮标艇体的下潜体长度比值为0.9～6.2，上截面椭圆长短轴比值为5.5～12、下截面椭圆形长短轴比值为3.5～7；所述上部平台4为椭圆形水平平台，上部椭圆形水平平台长宽比值为2.6～3.9。
进一步，作为优选，所述推进操纵系统包括推进系统和操作系统，其中，所述推进系统水平布置，其包括直流电机、直流电机驱动器、万向节联轴器、钢轴、轴套和螺旋桨，其中，所述直流电机通过万向节联轴器连接至钢轴，所述钢轴通过轴套连接至螺旋桨；
所述操纵系统包括舵机、舵臂、舵杆和倒置舵叶，所述舵机通过舵臂与舵杆连接，所述舵杆上设置有所述倒置舵叶。
进一步，作为优选，所述螺旋桨位于中部支柱与下潜体尾部的拐角处，倒置舵叶位于螺旋桨后方，且螺旋桨中心线在浮标阻力线上。
进一步，作为优选，所述通信导航定位系统包括设置在下潜体上的GPS模块、无线传输模块，所述下潜体上还设置有水温传感器、PH传感器和含氧量传感器，所述能源系统包括设置在所述下潜体内的蓄电池。
进一步，作为优选，所述外部感知系统包括设置在所述上部平台上的摄像头模块、风速传感器，风向传感器、温湿度传感器和气压传感器，所述上部平台上还设置有浮标灯和卫星天线。
此外，本发明提供了一种对具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标的综合优化计算方法，其用于确定计算该多功能浮标的主要参数，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)选取设计变量
下潜体艏段长度Ld，下潜体平行中体段长度Lp，下潜体艉段长度Lr，下潜体中横剖面直径D，中部支柱高度Lm，中部支柱上部宽度Lb1，中部支柱下部宽度Lb2，吃水T，浮心纵向位置Lcb，螺距比PDP，方形系数Cb，水线长Lw，水线面系数Cw，重心高度Zg，螺旋桨直径DP，盘面比Aeo，螺旋桨转速N，设计航速VS，重心垂向位置与型深比δZD、航行纵倾角α、斜升角β、精度X1、工作温度X2、监测温度X3、测温精度X4、价格X5；
(2)构建目标函数
根据幂指数乘积的形式构造水面无人艇的综合性能总目标函数：
F(x)＝f1(x)α1*f2(x)α2*f3(x)α3*f4(x)α4
式中：f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)分别为快速性、操纵性、耐波性和监测功能特性的目标函数，α1,α2,α3,α4分别为三个系统的权重，且有α1*α2*α3*α4＝1。每个子目标函数的具体表达式如下：
f1(x)为快速性目标函数，其表达式采用与海军系数形式相近的快速性衡准因子作为快速性优化目标函数，
式中：Δ——排水量；VS——设计航速；Rt——总阻力；η0——螺旋桨敞水效率；ηH——船身效率；ηR——相对旋转效率；ηS——轴系传送效率；
f2(x)为操纵性目标函数，船舶的直线稳定性通常用无因次稳定性衡准数C′来表示，船舶的回转性用最小相对回转直径DS来表示，该值越小，船舶的回转性越好；船舶的转首性选择转首指数P(x)来表示，数值越大越好；为了表征三者在操纵性中的侧重程度，用不同的权值来表示，构造的无人艇操纵性优化目标函数如下：其表达式为，
式中：β1、β2和β3分别为无因次稳定性衡准数C′、转首指数P(x)和最小相对回转直径DS的权值。其中β1、β2和β3均大于0，并且规定β1*β2*β3＝1；
f3(x)为耐波性优化目标函数，将无因次衰减系数μ、纵摇指标ψ1/10和垂荡指标Z1/10采用幂指数乘积的形式构成，具体公式如下：
式中：γ1、γ2、γ3分别为无人艇横摇、纵摇和垂荡各子系统的权值，需满足γ1、γ2、γ3>0，且γ1*γ2*γ3＝1；显然，目标函数值f3(x)越大表示船舶的耐波性能越好；
f4(x)为监测功能的优化目标函数，在构造目标函数时，首先必须将每项指标归一化；根据各项指标的实际规律和统计特性，构造各项模糊指标切合实际的隶属度函数，对其综合评判并且进行响应面公式拟合得出各项系数，进而得出以PH传感器为例的目标函数值；
f4(x)＝Y＝-0.016871756+0.196701459X1+0.166049664X2+0.1359418X3+0.223055114X4-0.309046794X
目标函数值f4(x)越大表示功能模块的性价比越好；
(3)约束条件
约束条件包括：设计变量上下限、静水浮性约束、推力阻力平衡约束、转矩平衡约束、初稳性高约束、横摇周期约束、螺旋桨需满足空泡约束。
本发明与现有的浮标相比，具有以下诸多优点：
(1)、本发明潜体舱室空间大，而且以蓄电池替换压载，大部分重量集中在潜体，因此重心低，不但大大提高了续航力，而且具有优良的稳性，比普通浮标适应更高等级的海况，大大减小了设备的维修成本，且具有较好的自扶正能力。
(2)、本发明添加操纵系统与推进系统，具有无人艇优良的性能，基本上可到达任何水域，通过GPS实时定位，根据岸基控制中心提供的经纬度信息，控制器控制电机与舵机，使浮标达到指定位置，实现对指定位置的监测或对污染源的追踪。
(3)、本发明不仅能提高水平方向的动态水域监测范围，其采用可升降感知平台还能加大对竖直方向的监测范围，因此，能得到更为准确的数据。
(4)、本发明平台上搭载高清摄像头，达到升以望远、提升视距、增加监测范围，降以避险、降低重心、增加稳性的作用，更能有效直观的监测海况。
(5)、本发明的外形摒弃传统肥大型的形状，采用小水线面设计，具有优良的阻力性能，具有极其优异的耐波性，并具有较好的隐蔽性，可作为军用，以民用浮标身份并以低成本的优势前往敌方海域探测或反敌方侦察。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的结构布置图；
图中：1、下潜体，2、中部支柱，3、支撑体，4、上部平台，101、蓄电池，111、GPS模块，112、控制器，113、无线传输模块，121、舵机，122、舵臂，123、舵杆，124、舵叶，131、水温传感器，132、PH传感器，133、含氧量传感器，201、步进电机驱动器，202、步进电机，203、联轴器，204、丝杆，205、丝杆螺母，211、直流电机驱动器，212、直流电机，213、万向节联轴器，214、钢轴，215、轴套，216、螺旋桨，401、摄像头模块，402、风速传感器，403、风向传感器，404、温湿度传感器，405、气压传感器，406、浮标灯，407、卫星天线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其包括浮标艇体、控制系统112、可升降感知平台、推进操纵系统、通信导航定位系统、外部感知系统和能源系统，其中，所述浮标艇体的底部设置有所述推进操纵系统和能源系统，其特征在于，所述浮标艇体的上端设置有所述可升降感知平台，所述可升降感知平台上设置有所述外部感知系统，所述控制系统112能够根据所述外部感知系统对外部环境的感知状态来自动升降调节所述可升降感知平台的升降运动。
本发明还提供了对该具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标的综合优化计算方法，其用于确定计算该多功能浮标的主要参数，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)选取设计变量
下潜体艏段长度Ld，下潜体平行中体段长度Lp，下潜体艉段长度Lr，下潜体中横剖面直径D，中部支柱高度Lm，中部支柱上部宽度Lb1，中部支柱下部宽度Lb2，吃水T，浮心纵向位置Lcb，螺距比PDP，方形系数Cb，水线长Lw，水线面系数Cw，重心高度Zg，螺旋桨直径DP，盘面比Aeo，螺旋桨转速N，设计航速VS，重心垂向位置与型深比δZD、航行纵倾角α、斜升角β、精度X1、工作温度X2、监测温度X3、测温精度X4、价格X5；
(2)构建目标函数
根据幂指数乘积的形式构造水面无人艇的综合性能总目标函数：
F(x)＝f1(x)α1*f2(x)α2*f3(x)α3*f4(x)α4
式中：f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)分别为快速性、操纵性、耐波性和监测功能特性的目标函数，α1,α2,α3,α4分别为三个系统的权重，且有α1*α2*α3*α4＝1。每个子目标函数的具体表达式如下：
f1(x)为快速性目标函数，其表达式采用与海军系数形式相近的快速性衡准因子作为快速性优化目标函数，
式中：Δ——排水量；VS——设计航速；Rt——总阻力；η0——螺旋桨敞水效率；ηH——船身效率；ηR——相对旋转效率；ηS——轴系传送效率；
f2(x)为操纵性目标函数，船舶的直线稳定性通常用无因次稳定性衡准数C′来表示，船舶的回转性用最小相对回转直径DS来表示，该值越小，船舶的回转性越好；船舶的转首性选择转首指数P(x)来表示，数值越大越好；为了表征三者在操纵性中的侧重程度，用不同的权值来表示，构造的无人艇操纵性优化目标函数如下：其表达式为，
式中：β1、β2和β3分别为无因次稳定性衡准数C′、转首指数P(x)和最小相对回转直径DS的权值。其中β1、β2和β3均大于0，并且规定β1*β2*β3＝1；
f3(x)为耐波性优化目标函数，将无因次衰减系数μ、纵摇指标ψ1/10和垂荡指标Z1/10采用幂指数乘积的形式构成，具体公式如下：
式中：γ1、γ2、γ3分别为无人艇横摇、纵摇和垂荡各子系统的权值，需满足γ1、γ2、γ3>0，且γ1*γ2*γ3＝1；显然，目标函数值f3(x)越大表示船舶的耐波性能越好；
f4(x)为监测功能的优化目标函数，在构造目标函数时，首先必须将每项指标归一化；根据各项指标的实际规律和统计特性，构造各项模糊指标切合实际的隶属度函数，对其综合评判并且进行响应面公式拟合得出各项系数，进而得出以PH传感器为例的目标函数值；
f4(x)＝Y＝-0.016871756+0.196701459X1+0.166049664X2+0.1359418X3+0.223055114X4-0.309046794X
目标函数值f4(x)越大表示功能模块的性价比越好；
(3)约束条件
约束条件包括：设计变量上下限、静水浮性约束、推力阻力平衡约束、转矩平衡约束、初稳性高约束、横摇周期约束、螺旋桨需满足空泡约束。
其中，所述浮标艇体包括下潜体1和中部支柱2，其中，所述中部支柱2与下潜体1的连接处采用平滑曲面过渡，所述可升降感知平台可升降的安装在中部支柱2上，其中，所述下潜体1的前部为半球形、近似半球形或圆锥形，中部为圆柱形，尾部为圆锥形或近似圆锥形，基于以上计算方法，其长度为1～20米，长宽或长高比值为2.1～8.6，前部、中部和尾部艇体三者的比值为1.4～2.6:3.8～4.8:2.5～3.6；
或所述下潜体1的前部为半椭球型，中部为椭圆柱型、尾部为双圆锥形或椭圆锥形，其长度为1～20米，长宽比值为2～8，长高比值为2.2～12，前部、中部和尾部艇体三者的比值为1.6～2.8:3.6～4.9:2.2～3.8。
其中，所述可升降感知平台包括支撑体3、上部平台4和升降系统，其中，所述上部平台4固定安装在所述支撑体3的顶部，所述支撑体3的下端采用所述升降系统可升降的安装在所述中部支柱2的上端，所述支撑体为椭圆柱形，且支撑体与中部支柱的长度或高度比值为0.3～0.5，所述支撑体3可升降的高度为支撑体高度的0.4～0.9倍。
作为较佳的实施例，所述升降系统包括步进电机202、步进电机驱动器201、联轴器203、丝杆204以及丝杆螺母205，其中，所述的步进电机与步进电机驱动器固定于中部支柱2的内腔内中下部，所述步进电机202通过联轴器203与丝杆204连接，所述丝杆与所述丝杆螺母205配合，所述丝杆螺母205固定在支撑体3的底部，上部平台以及平台上设备可通过丝杆螺母在步进电机和连接机构的带动下沿支柱内壁上下移动。
所述中部支柱2为变截面椭圆柱型，垂向高度与浮标艇体的下潜体长度比值为0.9～6.2，上截面椭圆长短轴比值为5.5～12、下截面椭圆形长短轴比值为3.5～7；所述上部平台4为椭圆形水平平台，上部椭圆形水平平台长宽比值为2.6～3.9。
所述推进操纵系统包括推进系统和操作系统，其中，所述推进系统水平布置，其包括直流电机212、直流电机驱动器211、万向节联轴器213、钢轴214、轴套215和螺旋桨216，其中，所述直流电机通过万向节联轴器213连接至钢轴214，所述钢轴214通过轴套215连接至螺旋桨216；
所述操纵系统包括舵机121、舵臂122、舵杆123和倒置舵叶124，所述舵机121通过舵臂122与舵杆123连接，所述舵杆123上设置有所述倒置舵叶124。所述螺旋桨216位于中部支柱与下潜体尾部的拐角处，倒置舵叶124位于螺旋桨后方，且螺旋桨中心线在浮标阻力线上，所述直流电机水平固定在浮标支柱内部，与螺旋桨通过联轴器、钢轴、轴套相连接，直流电机中心线与螺旋桨中心线重合，控制系统控制直流电机带动螺旋桨旋转，使浮标整体前后移动；所述的舵叶为倒置舵叶，与螺旋桨有一定间隔，垂直固定与螺旋桨后方，所述舵机水平固定于浮标潜体中后部，通过舵臂、舵杆与舵叶连接，由控制系统对其控制，改变浮标航行方向。
在本实施例中，所述通信导航定位系统包括设置在下潜体上的GPS模块111、无线传输模块113，对浮标进行导航定位，进行数据的无线传输，密切配合岸基与控制系统；所述下潜体上还设置有水温传感器131、PH传感器132和含氧量传感器133，所述能源系统包括设置在所述下潜体内的蓄电池101，具体的，所述下潜体是一个中空密封腔体，内腔内布置所述控制器、GPS模块、无线传输模块、蓄电池、舵机，潜体紧贴外壁布置水温传感器、PH传感器、含氧量传感器。
所述外部感知系统包括设置在所述上部平台4上的摄像头模块401、风速传感器402，风向传感器403、温湿度传感器404和气压传感器405，所述上部平台4上还设置有浮标灯406，外部感知系统用于水质监测以及海洋环境的监控。
所述控制系统包括控制器，通过其内部程序算法直接对其他系统进行操控，来实现平台升降、定位导航、路径规划、自动回位、数据获取、能源管理、操纵与推进。控制系统直接对其他系统进行操控，通过通信导航定位系统获取浮标当前定位以及浮标艏向角，并接收自主设计的上位机发送的经纬度坐标指令与当前位置进行比，综合自编模糊控制规则，进行控制螺旋桨的转速和正反转来进行前进、加速、减速和后退，以及控制舵的转向使浮标改变方向，从而到达指定位置。螺旋桨和倒置舵安放在浮标行驶阻力线上，增大浮标的稳性以及提高了行驶效率；假设浮标执行定点任务时，在受到海上风、浪、流的影响，脱离所指定的位置时，本浮标使用控制算法，通过GPS把当前位置与指定位置进行对比，控制操纵推进系统回到指定位置，使之具备自动回位的功能。控制系统直接连接传感器系统并获取传感器数据进行内部处理，并将数据通过通信导航定位系统无线传输至岸机；
当所述风速传感器检测到的风力大小时,并经由控制器内部算法判断后，控制器通过步进电机驱动器控制步进电机转速与正反转，步进电机通过刚性联轴器连接垂直的丝杆，丝杆上套有丝杆螺母，丝杆螺母垂直固定于支撑体底端，支撑体顶部连接椭圆形水平平台中部，支撑体可通过丝杆螺母在步进电机和连接机构的带动下沿支柱内壁上下移动，从而能使上部平台以及平台上设备起到升降作用，当进行上升运动时，支撑体从支柱上截面逐渐露出，步进电机转够一定的转数，控制系统控制电机停止工作；当进行下降运动时，支撑体逐渐进入支柱上部腔体，步进电机转够一定的转数，控制系统控制电机停止工作，此时平台正好搭在支柱上截面。
控制系统对蓄电池的电量状态向岸机实时反馈，并接收岸机指令来实现对能源系统供电的待机模式的控制。所述的浮标灯固定在平台上，内部置有闪光灯、太阳能电池板和储电装备，白天利用太阳光进行充电，夜晚自动发光闪烁为周边进行提示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其包括浮标艇体、控制系统(112)、可升降感知平台、推进操纵系统、通信导航定位系统、外部感知系统和能源系统，其中，所述浮标艇体的底部设置有所述推进操纵系统和能源系统，其特征在于，所述浮标艇体的上端设置有所述可升降感知平台，所述可升降感知平台上设置有所述外部感知系统，所述控制系统(112)能够根据所述外部感知系统对外部环境的感知状态来自动升降调节所述可升降感知平台的升降运动。
2.根据权利要求1所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述浮标艇体包括下潜体(1)和中部支柱(2)，其中，所述中部支柱(2)与下潜体(1)的连接处采用平滑曲面过渡，所述可升降感知平台可升降的安装在中部支柱(2)上，其中，所述下潜体(1)的前部为半球形、近似半球形或圆锥形，中部为圆柱形，尾部为圆锥形或近似圆锥形，其长度为1～20米，长宽或长高比值为2.1～8.6，前部、中部和尾部艇体三者的比值为1.4～2.6:3.8～4.8:2.5～3.6；
或所述下潜体(1)的前部为半椭球型，中部为椭圆柱型、尾部为双圆锥形或椭圆锥形，其长度为1～20米，长宽比值为2～8，长高比值为2.2～12，前部、中部和尾部艇体三者的比值为1.6～2.8:3.6～4.9:2.2～3.8。
3.根据权利要求1所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述可升降感知平台包括支撑体(3)、上部平台(4)和升降系统，其中，所述上部平台(4)固定安装在所述支撑体(3)的顶部，所述支撑体(3)的下端采用所述升降系统可升降的安装在所述中部支柱(2)的上端，所述支撑体为椭圆柱形，且支撑体与中部支柱的长度或高度比值为0.3～0.5，所述支撑体(3)可升降的高度为支撑体高度的0.4～0.9倍。
4.根据权利要求3所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述升降系统包括步进电机(202)、步进电机驱动器(201)、联轴器(203)、丝杆(204)以及丝杆螺母(205)，其中，所述的步进电机与步进电机驱动器固定于中部支柱(2)的内腔内中下部，所述步进电机(202)通过联轴器(203)与丝杆(204)连接，所述丝杆与所述丝杆螺母(205)配合，所述丝杆螺母(205)固定在支撑体(3)的底部。
5.根据权利要求2所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述中部支柱(2)为变截面椭圆柱型，垂向高度与浮标艇体的下潜体长度比值为0.9～6.2，上截面椭圆长短轴比值为5.5～12、下截面椭圆形长短轴比值为3.5～7；所述上部平台(4)为椭圆形水平平台，上部椭圆形水平平台长宽比值为2.6～3.9。
6.根据权利要求1所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述推进操纵系统包括推进系统和操作系统，其中，所述推进系统水平布置，其包括直流电机(212)、直流电机驱动器(211)、万向节联轴器(213)、钢轴(214)、轴套(215)和螺旋桨(216)，其中，所述直流电机通过万向节联轴器(213)连接至钢轴(214)，所述钢轴(214)通过轴套(215)连接至螺旋桨(216)；
所述操纵系统包括舵机(121)、舵臂(122)、舵杆(123)和倒置舵叶(124)，所述舵机(121)通过舵臂(122)与舵杆(123)连接，所述舵杆(123)上设置有所述倒置舵叶(124)。
7.根据权利要求6所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述螺旋桨(216)位于中部支柱与下潜体尾部的拐角处，倒置舵叶(124)位于螺旋桨后方，且螺旋桨中心线在浮标阻力线上。
8.根据权利要求2-7任意一项所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述通信导航定位系统包括设置在下潜体上的GPS模块(111)、无线传输模块(113)，所述下潜体上还设置有水温传感器(131)、PH传感器(132)和含氧量传感器(133)，所述能源系统包括设置在所述下潜体内的蓄电池(101)。
9.根据权利要求2-7任意一项所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，其特征在于：所述外部感知系统包括设置在所述上部平台(4)上的摄像头模块(401)、风速传感器(402)，风向传感器(403)、温湿度传感器(404)和气压传感器(405)，所述上部平台(4)上还设置有浮标灯(406)和卫星天线(407)。
10.一种对具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标的综合优化计算方法，其用于确定与计算权利要求1-9任意一项所述的一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标的参数，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)选取设计变量
下潜体艏段长度Ld，下潜体平行中体段长度Lp，下潜体艉段长度Lr，下潜体中横剖面直径D，中部支柱高度Lm，中部支柱上部宽度Lb1，中部支柱下部宽度Lb2，吃水T，浮心纵向位置Lcb，螺距比PDP，方形系数Cb，水线长Lw，水线面系数Cw，重心高度Zg，螺旋桨直径DP，盘面比Aeo，螺旋桨转速N，设计航速VS，重心垂向位置与型深比δZD、航行纵倾角α、斜升角β、精度X1、工作温度X2、监测温度X3、测温精度X4、价格X5；
(2)构建目标函数
根据幂指数乘积的形式构造水面无人艇的综合性能总目标函数：
F(x)＝f1(x)α1*f2(x)α2*f3(x)α3*f4(x)α4
式中：f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)分别为快速性、操纵性、耐波性和监测功能特性的目标函数，α1,α2,α3,α4分别为三个系统的权重，且有α1*α2*α3*α4＝1；每个子目标函数的具体表达式如下：
f1(x)为快速性目标函数，其表达式采用与海军系数形式相近的快速性衡准因子作为快速性优化目标函数，
式中：Δ——排水量；VS——设计航速；Rt——总阻力；η0——螺旋桨敞水效率；ηH——船身效率；ηR——相对旋转效率；ηS——轴系传送效率；
f2(x)为操纵性目标函数，船舶的直线稳定性通常用无因次稳定性衡准数C′来表示，船舶的回转性用最小相对回转直径DS来表示，该值越小，船舶的回转性越好；船舶的转首性选择转首指数P(x)来表示，数值越大越好；为了表征三者在操纵性中的侧重程度，用不同的权值来表示，构造的无人艇操纵性优化目标函数如下：其表达式为，
式中：β1、β2和β3分别为无因次稳定性衡准数C′、转首指数P(x)和最小相对回转直径DS的权值；其中β1、β2和β3均大于0，并且规定β1*β2*β3＝1；
f3(x)为耐波性优化目标函数，将无因次衰减系数μ、纵摇指标ψ1/10和垂荡指标Z1/10采用幂指数乘积的形式构成，具体公式如下：
式中：γ1、γ2、γ3分别为无人艇横摇、纵摇和垂荡各子系统的权值，需满足γ1、γ2、γ3>0，且γ1*γ2*γ3＝1；显然，目标函数值f3(x)越大表示船舶的耐波性能越好；
f4(x)为监测功能的优化目标函数，在构造目标函数时，首先必须将每项指标归一化；根据各项指标的实际规律和统计特性，构造各项模糊指标切合实际的隶属度函数，对其综合评判并且进行响应面公式拟合得出各项系数，进而得出以PH传感器为例的目标函数值；
f4(x)＝Y＝-0.016871756+0.196701459X1+0.166049664X2+0.1359418X3+0.223055114X4-0.309046794X
目标函数值f4(x)越大表示功能模块的性价比越好；
(3)约束条件
约束条件包括：设计变量上下限、静水浮性约束、推力阻力平衡约束、转矩平衡约束、初稳性高约束、横摇周期约束、螺旋桨需满足空泡约束。
技术总结
本发明公开了一种具有可升降感知平台的可移动的多功能浮标，包括浮标艇体、控制系统、可升降感知平台、推进操纵系统、通信导航定位系统、外部感知系统和能源系统，浮标艇体由下潜体、上部平台和中部支柱构成，浮标艇体几何形状数值全部基于兼顾浮标艇体操纵性、耐波性、快速性和监测功能特性综合优化计算确定；本发明可监测风速、风向、气压、温湿度、水温、PH、含氧量等多种数据，能实现对水面环境的监控和对船只的导航，通过与可升降感知系统的配合能够达到更优效果；同时本发明添加推进操纵系统，密切配合通信导航定位系统，使浮标具有自动回位、污染源跟踪等多种能力，有效解决传统浮标的缺陷与不足，实现大范围监测和高海况下作业。
技术研发人员：杨松林;程占元;余永强;马朝朝;施妍;张迪;曹志伟;徐陆乐
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：.06.25
技术公布日：.10.18
