[发明专利]基于多传感器的车辆船舶智能导航控制预警装置及方法

权利要求书

1.基于多传感器的车辆船舶智能导航控制预警方法，其特征是：基于多传感器的车辆船舶智能导航控制预警装置，包括GPS定位模块、工业摄像机(16)、工控机(13)以及电控单元模块，所述GPS定位模块信号输出端与工控机(13)连接，所述工控机(13)的信号输出端与电控单元模块连接，所述电控单元模块包括实时状态信息获取模块(17)、行驶轨迹生成模块(18)、路径跟踪模块(19)、偏离预定轨迹检测模块(20)、遇危险目标检测模块(21)以及预警模块(22)；所述状态信息获取模块(17)的输出端与行驶轨迹生成模块(18)连接，行驶轨迹生成模块(18)的输出端与路径跟踪模块(19)连接，路径跟踪模块(19)的输出端与偏离预定轨迹检测模块(20)连接，所述偏离预定轨迹检测模块(20)和遇危险目标检测模块(21)的输出端与预警模块(22)连接；所述工业摄像机(16)的信号输出端分别与工控机(13)和遇危险目标检测模块(21)连接；

所述GPS定位模块包括卫星线号Ⅰ(1)、基站天线(2)、陆地控制室电源(3)、变压逆变器Ⅰ(4)、基站(5)、基站电台(6)、基站电台天线(7)、船载移动站电台天线(8)、海上船舶控制室电源(9)、变压逆变器Ⅱ(10)、船载移动站电台(11)、船载移动站(12)、卫星线号Ⅱ(14)以及船载移动站天线(15)；所述陆地控制室电源(3)通过变压逆变器I(4)与基站(5)和基站电台(6)连接，基站电台(6)与基站电台天线(7)连接，基站天线(2)与基站(5)连接；所述海上船舶控制室电源(9)通过变压逆变器Ⅱ(10)与船载移动站电台(11)和船载移动站(12)连接，船载移动站电台天线(8)与船载移动站电台(11)连接，船载移动站天线(15)与船载移动站(12)连接，船载移动站(12)与工控机(13)连接；

所述预警模块(22)外接显示幕(26)、提示灯设备(23)以及设备本身音响设备(24)；

包括以下步骤，

步骤一、建立实时位置状态信息获取模块

通过GPS定位模块获取车辆船舶的位置状态信息，并解算出车辆船舶在惯性坐标系中相对位置，通过坐标转换在global mapper地图绘制软件中生成行驶轨迹图，获取车辆船舶的卫星定位图；

采用汽车二自由度动力学模型与车辆CAN总线信息结合，利用惯性系统进行位置推算，获得车辆船舶的状态信息；

步骤二、生成参考轨迹

利用工业摄像机(16)采集车辆船舶的微观信息，融合宏观和微观信息，使车辆船舶的导航行驶精确，将获得的信息通过坐标转换，获取需要的车辆船舶位姿参数，通过导航仪数据采集和坐标转换程序，完成车辆船舶行驶过程中车辆船舶位置坐标、行驶车速、航向角导航信息的实时采集，将采集得到的车辆船舶位置坐标、速度、航向角参数的变化信息以数据库的形式存储起来，记录相关的参考轨迹，形成参考轨迹数据库；作为无人驾驶车辆船舶循迹控制参考轨迹来源；根据船舶上一时刻轨迹信息和输入当前获取的车辆船舶位姿信息，预测输出未来的车辆船舶轨迹信息，不断反复优化，参考轨迹生成；根据此参考轨迹，设计车辆无人驾驶循迹控制算法；

步骤三、智能导航路径跟踪控制

根据步骤二获得的参考轨迹，将已经获得的车辆船舶状态参数，进行反馈优化处理，设计无人驾驶轨迹控制器；控制车辆船舶的转向角，通过控制器模型将电信号传递到转向执行机构，控制实际无人驾驶车辆船舶的转向；利用建立的参考轨迹数据库，采用所设计的控制器进行轨迹跟踪，完成路径规划；

步骤四、智能辅助驾驶及危险情况预警

利用工业摄像机(16)检测到行驶路径有障碍物，根据步骤二的参考轨迹数据库，结合实际驾驶过程和对周围的环境感知，重新为车辆规划新的行驶路径，基于有限的熟练驾驶员行驶数据训练和学习拟人化驾驶认知决策系统，实现智能驾驶类脑学习和最优化建模，再结合驾驶地图、驾驶经验、路径规划知识，建立模仿熟练驾驶员的自动驾驶行为决策，完成自主决策。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器的车辆船舶智能导航控制预警方法，其特征是：所述步骤一中通过惯性系统进行位置推算的公式为，

其中(x₀,y₀)为0时刻车辆的初始位置，di是里程计测出车辆行驶距离，θ_i是惯性导航系统获得的航向角度值，(x_n,y_n)为推算出的车辆的实时位置。

3.根据权利要求1所述的基于多传感器的车辆船舶智能导航控制预警方法，其特征是：所述步骤三的反馈优化处理采用线性模型预测控制算法生成一种线性时变模型预测控制器，用于预测模型、滚动优化以及反馈校正。