[发明专利]一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法及系统

说明书

本发明公开了一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法及系统，方法包括：步骤1、通过一系列传感器构建感知单元处理实时输出帆船的基本信息，自动检测周围环境的障碍物并输出障碍物方位信息；步骤2、根据实时的气象信息和地图信息，规划长途航线路径；步骤3、综合考虑障碍物、帆船航行特性以及风向等信息规划帆船的局部路径，每隔十米输出相对应的路径点；步骤4、利用船只控制模块控制帆船在既定轨迹附近运动，该方法结合单目标跟踪算法实现障碍物的检测与跟踪，不仅能够实时给出障碍物的方位信息，有效的控制船只在既定路径附近航行，而且通过ROS系统连接网络，将电网设备信息录入系统，使得电网安全得到保障，船只航行更加安全。

技术领域

本发明涉及船只航行系统技术领域，具体涉及一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法及系统。

背景技术

在电网系统中，输电线路故障不但会降低电网供电的可靠性，还会严重影响电网的安全稳定运行，造成重大损失。随着现代电网规模的不断扩大，对故障检测的快速性也提出更高要求，因此，探索检测新方案，快速发现并消除高阻故障，具有重要的研究价值。

目前，帆船在规定水域进行监测或者巡逻任务时，由于一些电线铁塔会建设与河道中，船只在夜晚航行时由于视线受阻会经常与电线铁塔发生碰撞，或者与横跨河道的架空线路发生碰撞，对电网造成一定的损害坏，但由于帆船推力严重依赖于风(速度和方向)以及由于空气和水动力作用造成的船体本身复杂的动态特性，帆船的操纵有其内在的缺陷，故对于帆船的避障系统的研究极具挑战性。

目前用于跨河架空线路避障船只航行方法的关键问题主要有：

(1)如何提前检测出环境中的未知障碍物：

(2)如何根据障碍物信息、风场条件规划出适合帆船航行特性的局部路径；

(3)如何控制帆船在规划好的局部路径上航行。

发明内容

为此，本发明提供一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法及系统，通过传感器采集障碍物、风场等信息数据，结合单目标跟踪算法实现对简单障碍物的检测与跟踪，能够实时给出障碍物的方位信息，并通过避障算法实时掌握帆船的航行路径，能够有效的控制船只在既定路径附近航行，以解决现有技术中由于与横跨河道的架空线路碰撞导致的电路损害问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种有助于跨河架空线路避障船只航行方法，包括以下几个步骤：

步骤1、通过一系列传感器构建感知单元处理实时输出帆船的基本信息，并利用摄像头监控帆船周围环境，自动检测周围环境的障碍物并输出障碍物方位信息；

步骤2、根据实时的气象信息和地图信息，每隔一定时间规划长途航线路径，每隔一千米输出设定间距之间的目标点；

步骤3、综合考虑障碍物、帆船航行特性以及风向等信息规划帆船的局部路径，每隔十米输出相对应的路径点；

步骤4、利用船只控制模块的风帆控制器和循迹控制器，根据当前的相对风向并结合帆船速度来实时地调节风帆角度，结合局部路径规划输出的路径点、距离以及风向等误差输出舵角，控制帆船在既定轨迹附近运动。。

作为本发明的一种优选方案，根据所述步骤1中感知单元输出的帆船实时信息以及障碍区构建航行地图，通过相应间隔之间的起始点和目标点构成的矩形并向外扩张后得到栅格化地图。

作为本发明的一种优选方案，在所述栅格化地图中选取并计算某一节点的损失F，包括起始节点到该节点的损失G和该节点到目标节点的损失H，其计算公式如下所示：

F＝G+H