<p>简要介绍作品： 本作品采用模块化设计，在传统航标中加装无人机降落平台、无线充电模块、多源联合供能模块、电池管理模块和软件控制模块。本作品的创新性在于：提出基于智能航标的无人机供能平台；提出基于追日太阳能板和垂直轴风机以及垂直轴水流能互补发电装置；把自保温电池管理模块应用到航标平台上。根据实验和计算，平台每年的发电量为300Kw·h，设计距离下传输效率达45.3%，能有效满足海事无人机的充电需求。在水上交通领域具有广泛的应用前景。 目前本作品已设计完成，并制作出实物和录制演示视频；申请国家发明专利4项和软件著作权一项；在中文核心期刊《中国航海》上发表论文2篇。 一、作品详情；（详细描述见附件） 随着长江经济带的不断开发和内河水运的快速发展，水上运输格局和水上交通风险分布都发生了巨大变化，海事部门水上交通安全管理、水上人命救助和水域巡航执法等任务日益繁重，。随着无人机技术的快速发展，其除了成为军用航空领域的“新宠”外，在民用领域市场也迅速发展，并越来越广泛地应用于自然灾害预防与处理、城乡建设与规划、科学观测、公安边防、石油、电力、农业、林业等领域。随着我国国防科技水平的不断提升，国产无人机技术取得了长足进展，逐渐成为国际无人机舞台上的“后起之秀”。 无人机可应用于海事监管的日常巡航业务，<strong><strong>目前无人机存在续航时间短，巡航范围受限等缺点，加上现有海事无人机充电方式的不足的问题，严重限制了无人机在海事巡航的应用。</strong></strong>因此，各海事局已逐步采用巡航艇、无人机和岸基联合立体巡航的方式加大海事巡航力度，提高船舶航行的安全性。但经过本项目组的研究发现，现有联合立体巡航中无人机电量不足需要充电时，无人机需要返回到岸基或无人机母船进行充电，无人机充电完成后返航到原来巡航地点继续巡航。由于现有充电方式的限制，给无人机巡航的发展带来局限性，造成了无人机巡航运行成本大、能耗高、巡航范围半径小等问题。以长江为例，长江流域东西跨度大，且航段条件复杂。而无人机续航能力不足，巡航航程较短。为了解决这一问题，海事部门需要投入较大成本在长江沿岸新建大量无人机充电基站，或购置无人机母船为无人机提供充电场所 目前航标多采用太阳能辅助供电的方式进行供电，但是，考虑到由于昼夜更替或阴雨、雾霾天气等情况下，太阳能供电不能发挥很大作用，导致太阳能无法持续为平台提供所需的电能。另一方面，由于无人机充电消耗的电量较多，太阳能的供电方式不足以满足所有功能元件的需求。因此，若能实现对航标平台多种能源联合供能，将有效解决上述问题。 由于长江江面开阔，摩擦力小，对风的减弱能力远远低于陆地，特别是长江中下游段，没有复杂地形对气流的影响，此河段一般风力大，且风期较长。因此长江上丰富的风能能够对航标平台进行供电；由于地球的自传，太阳进行着东升西降运动，而航标平台是固定不动的，当太阳与平台的太阳能板面的角度较小时，对太阳能的利用率较低。对此，平台在装载时可以调整方向使可转动的轴向太阳能电池板位于南北方向，与太阳运动轨迹垂直。南北轴向的太阳能板能根据太阳仰角变化自动进行东西方向的转动，使太阳光始终直射在太阳能板上，就可实现对太阳能利用率的最大化，从而提高发电效率。在长江中江水时时刻刻处在流动之中，航标又处在江水之中，采用水流能发电便能够持续不断的为航标平台提供电能，但考虑到长江一年内流速差异巨大，枯水期与汛期存在明显的不同，单一的水流能供电并不能满足平台的供电需求。采用多源联合供能模块能有效解决这些问题。为了让航标能够连续不间断地工作，航标上都配备一定容量的蓄电池。随着电池技术的进步，磷酸锂电池（LFP）因其具有比能量大、工作电压高、循环寿命长、自放电率低等优点，正逐步取代传统的铅酸电池，成为应用到航标蓄电池的新技术。但考虑到冬季的时候长江江面气温较低，晚上温度甚至低至零下。而锂离子电池在0℃以下低温环境中存在性能下降、掉电快的短板。若能加上一个自保温电池管理模块，经过特殊的设计，只要环境温度低于0℃，通过加热材料产生热量，能够使电池组在短时间内快速升温，在达到一定温度后又能防止温度升得过高，让电池恢复到普通工作状态。这样将弥补锂离子电池在低温环境中的短板，大大减少电池由于低温中性能下降造成的电量损失。 二、描述作品所面临的挑战及所解决的问题； 由于地球的自传，太阳进行着东升西降运动，而航标平台是固定不动的，当太阳与平台的太阳能板面的角度较小时，对太阳能的利用率较低。对此，平台在装载时可以调整方向使可转动的轴向太阳能电池板位于南北方向，与太阳运动轨迹垂直。南北轴向的太阳能板能根据太阳仰角变化自动进行东西方向的转动，使太阳光始终直射在太阳能板上，就可实现对太阳能利用率的最大化，从而提高发电效率。在长江中江水时时刻刻处在流动之中，航标又处在江水之中，采用水流能发电便能够持续不断的为航标平台提供电能，但考虑到长江一年内流速差异巨大，枯水期与汛期存在明显的不同，单一的水流能供电并不能满足平台的供电需求。采用多源联合供能模块能有效解决这些问题。 三、描述作品硬件、软件部分所涉及到的关键点； 首先，太阳光经过太阳能板转化为电能，自然风通过带动发电机转动产生交变电，水流带动发电机产生交变电，交变电整流滤波后与太阳能板输出相串联，通过判断电压大小选择升/降压通路为储能装置充电。软件监测控制装置根据实际情况选择储能装置充电、放电模式。放电模式时储能装置输出经过升压提高至发射电压，再通过逆变电路将直流变为交流经过发送端产生交变电磁场，接收端接收后通过整流滤波经锂电池充电管理装置为无人机锂电池充电。 DC-AC电路的主体部分是逆变电路，用于将蓄电池中的直流电转化成交流信号，最后供给串联谐振网络用于无线电能的传输。逆变电路选用H桥逆变电路，开关器件选用开断频率较高、性能较好的MOSFET，综合各方面的因素器件选型为IRF7832。主控芯片ATmega48单片机输出的方波信号经栅极驱动芯片TPS28225作用于IRF7832的栅极，来控制IRF7832的开断，进而导通两个对立的回路，这样就会在串联电路两端产生相应的交流方波，如果驱动信号频率与电路固定频率相匹配，驱动信号就会与串联电路产生谐振，当接收端的串联电路也有和前级相同的固有频率时，发射端与接收端就会产生谐振，电能就会通过磁耦合方式高效的传输到接收端，进而给后续电路处理，最终通过外置接口给电池充电，达到无线充电的目的。 <strong>四、作品材料清单</strong> <strong>见附件</strong> <strong>五、作品图片上传</strong> <strong>见附件</strong> <strong><img src="//image.lceda.cn/pullimage/7Qji3qfFnNvI2r3KpGA0psxucN3gGrP5TZPQmoLd.jpeg" alt="参赛图片.png"></strong> <strong>六、视频上传</strong> <strong>见附件</strong> 七、开源文档 无</p>