[发明专利]一种无人船自主导航系统及方法

说明书

本发明公开了一种无人船自主导航系统及方法，包括：A、规划无人船自主行驶和扫描测绘的航段路径；B、获取规划的航段路径，控制无人船沿规划的航段路径自主行驶和扫描测绘；C、实时监测无人船当前行驶状态是否偏离规划的航段路径，若发生偏离，则发送指令调整无人船行驶到规划的航段路径，否则保持当前行驶状态不变；D、判断无人船行驶的当前直线航段与下一目标直线航段是否存在大角度弯道，若不存在，则返回步骤C；若存在，则开启转向策略，控制船体以一定转向半径进行转向，以平滑度过弯道，重复执行步骤C,直至无人船完成所有直线航段的扫描测绘。本发明通过如上方法，实现了无人船的自主航行，提高了无人船测绘工作的效率和准确度。

技术领域

本发明属于无人船控制技术领域，特别是涉及一种无人船自主导航系统及方法。

背景技术

海底地形地貌是一切海洋开发和利用活动的基础，其信息获取是海洋测绘中最基础的工作。近年来，随着卫星导航定位、声学探测、数据通讯、计算机数据处理与可视化、图像学和图形学以及现代测量数据处理理论和方法等相关领域的发展，我国的海底地形地貌信息获取技术正在向高精度、高分辨率、自主集成、综合化和标准化方向发展。

无人船是一种新型的水上监测平台，其中以河川、湖泊、水库、海岸及港湾等水域为对象，以小型船舶为载体，集成定位导航、通讯与控制设备，可搭载多种监测传感器，以遥控/自主的工作方式完成特定的水文和水环境要素监测。由于无人船具有布置灵活、成本经济、自动测量等特点，在水文要素观测、水环境监测、水库及河道泥沙淤积量评估、水利工程选址和水下考古等方面具有广阔的应用前景。随着科学技术的发展，对无人船的应用研究越来越广泛，路径规划技术和自主导航技术是有关无人船研究的关键问题，也是无人船人工智能研究的重要内容，在一定程度上标志着无人船智能水平的高低。无人船需要在复杂的海洋环境中自主航行和作业，因此无人船对操纵性、控制性能和可靠性均提出了更为苛刻的要求。为了保证无人船安全、可靠、自主地完成各种复杂任务，这就需要研究更加先进的路径规划、自主导航控制等技术。

发明内容

为了实现无人船能够根据规划好的航段路径进行自主导航，完全实现自主航行，进一步提高无人船测绘工作的效率和工作准确度，本发明提出了一种无人船自主导航系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无人船自主导航方法，所述方法包括如下步骤：

A、规划无人船进行自主行驶和扫描测绘的航段路径；

B、获取规划的航段路径，控制无人船沿所述规划的航段路径自主行驶和扫描测绘；

C、实时监测无人船当前行驶状态是否偏离规划的航段路径，若发生偏离，则发送指令调整无人船行驶到规划的航段路径，否则保持当前行驶状态不变；

D、判断无人船行驶的当前直线航段与下一目标直线航段是否存在大角度弯道，若不存在，则返回步骤C；若存在，则开启转向策略，控制船体以一定转向半径进行转向，以平滑度过弯道，重复执行步骤C,直至无人船完成所有直线航段的扫描测绘。

进一步的，所述步骤A包括：

A1、获取APP地图，并获取用户在APP地图上根据待测区域任意选择的多个点，以多个点为顶点自动生成任意形状的闭合多边形扫描区域；

A2、求取多边形扫描区域的最小外接矩形；

A3、获取用户根据无人船的最大扫描范围设定的扫描线间隔，以及获取用户根据多边形扫描区域的形状设定的扫描线角度，根据获取的扫描线间隔和角度在矩形边上等间隔取点生成扫描线，并以一定距离沿扫描线取航迹点，获得若干航迹点，将相邻两航迹点分别相连生成各直线航段，得到最终规划的航段路径。

进一步的，所述判断无人船行驶的当前直线航段与下一目标直线航段是否存在大角度弯道的具体方法为：根据设定的斜率相差参考值，检测当前直线航段与下一目标直线航段的斜率相差是否达到该设定值，若达到该设定值，则判断为存在大角度弯道。