基于光伏风力的海上救援系统

熊丰 张里 张兆麒 马勤波 郭瑶

（重庆理工大学应用技术学院，重庆 400054）

风能、太阳能都是清洁、绿色的能源。当前全球可利用的风能比地球上可利用的水能总量还要大10倍。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属于世界上可以开发的最大能源。而煤炭、石油、天然气都是消耗性的能源，逐年开采，剩余的越来越少，甚至完全枯竭。在环境污染越来越严重，资源匮乏的今天，这一点极其宝贵。

而随着世界航运业的飞速发展，船舶成倍增长，航速不断提高，由原来几节到十几节，现在可达三四十节以上，载重量由万吨、几万吨到几十万吨，航线遍及世界大洋。与此同时，海难事故也明显增多，所以迫切需要一种有效的海上救援系统。

1.系统组成及功能说明

1.1 整体介绍

本设计以STM32F407ZGT6为主控，采用模块化设计，该系统主要由风力发电、太阳能发电、电能转换、储能、GPS定位、数据采集处理和无线通讯等模块组成（如图1）。在海上船只发生意外时，遇事船只可以向此系统发送求救信号，此系统可以实时采集遇险船只信息，在屏幕上实时显示遇事船只的位置、舵角及航速等各项信息，并计算出遇事船只的实时位置，将求援信号发送给附近收到求救信号的船只，让他们前来救援，并且此系统还可以为一些小型设备供电，保证生命所需应急设备能够照常工作。

图1 系统整体设计

1.2 各模块介绍

本系统的主机架设在固定的海岸的应急搜救点或漂浮在海平面上，从机安置在船只上，当船只进入到本系统覆盖的海域时，从机请求连接网络，连接网络成功后，主机即可实时通过无线网络系统得到从机的数据反馈来监视船只异常情况，如果发生异常情况，主机会利用位置推算系统预测船只遇险的大概位置，并通过无线通信系统告知邻近船只展开救援[1]。

1.2.1 主机端

主机架设在海岸上的固定点或漂浮在海平面上，主机主要包括无线通信系统、位置推算系统、电能补给系统3大部分组成。海上救援系统主机端模型如图2所示。

图2 主机端模型

（1）无线通信系统。主机的无线通信系统会建立一个通信网络，它是基于esp8266WiFi模块以TCP协议为核心搭建的局域网络，当船只进入了覆盖海域之后会请求连接网络，当网络连接完成以后主从机可通过此网络进行数据交互。

（2）位置推算系统。主机通过无线通信网络从从机返回的数据判断是否处于异常状态，如果船只出现异常，则会执行位置推算系统推算船只可能出事的位置，并通过无线通信系统通知最近的船只进行救援。

（3）电能补给系统。如图2所示，电能补给系统利用了海上丰富的风能与太阳能等清洁能源进行发电，采用一个50W的风力发电机和2个50W的太阳能板进行发电，将上述发电装置产生的电能经由电能转换装置进行变换后输出有效的固定电压，实现储能与向外界负载供电的功能，通过MCU的ADC端口可以检测出储能电池现有的电量[2]。此补给系统不仅可以为系统本身提供能量，还使用无线与有线充电两种方式为遇险人员提供应急的电力支持。

1.2.2 从机端

从机主要是安装在船只上，也就是用户端，主要由位置获取系统，无线通信系统两大部分组成。针对用户端还设计了一款App，如图3所示。在App上，用户可以看到自己的船只状态、经度及纬度信息，在船只遇事时，可以通过此App看到附近救援船只的位置信息，并与救援船只进行有效的沟通。

图3 用户端App

（1）位置获取系统。主要是由GPS模块组成，用于定位船只的位置信息，将数据保存在MCU板载FLASH上，当船只出现异常情况的时候，可以将位置实时发送至主机，由主机调配临近船只进行救援。当GPS模块不幸因为各种原因损坏的时候，我们的数据采集系统会采集舵角与航速信息，主机会推测出大致的位置，其流程图如图4所示[3]。

图4 位置获取流程图

（2）无线通信系统。主机的无线通信系统会建立一个通信网络，当船只进入了覆盖海之后会请求连接网络，当网络连接完成以后从机可通过此系统向主机传输GPS位置信息以及舵角航速等重要信息，主机也可以通过此网络告知船只哪里出现了遇事船只需要救援。

2.结语

本文介绍的海上救援系统模型相比于传统的专门救援船，海上航行的船只接入系统网络后，一旦有船只遇事，按下求救按钮，将求救信息发送给救援系统，在遇事船只的GPS坏了的情况下，系统根据当前航向、航速、风速、水速等信息推算其当前位置，救援系统将搜索离遇事船只最近的船只，并向其发送救援信息，请求救援，这种邻船快速救援模式极大地提升了救援效率，保障了人民群众的生命财产安全。