[发明专利]一种路径跟踪避障制导方法及系统

说明书

本发明属于船舶控制工程与船舶自动化航行装备应用技术领域，公开了一种路径跟踪避障制导方法及系统，所述路径跟踪避障制导系统包括：图像数据获取模块、DSP图像预处理模块、导航参数确定模块、无线通信模块、中央控制模块、路径规划模块、路径跟踪控制模块、避障操纵制导模块、运动控制模块、数据存储模块、更新显示模块。本发明基于机器视觉，通过跟踪预瞄点进行导航，操作简便，适用性强；通过控制预瞄点与道路右边缘的位置关系进行导航，提高船舶导航的实时性与简便性；同时，通过超声波传感器感知道路的障碍物信息，保障船舶视觉导航的安全性与可靠性，解决船舶在路径跟踪过程中对多目标进行避障的现实问题，提高了船舶的自动化程度。

技术领域

本发明属于船舶控制工程与船舶自动化航行装备应用技术领域，尤其涉及一种路径跟踪避障制导方法及系统。

背景技术

目前，通过制导策略实现船舶的航迹保持及避碰/避障是船舶运动控制的关键技术，传统的基于航路点的船舶路径规划，要求船舶沿着设定航线自动航行，归结于路径跟踪的制导问题。但现有路径跟踪避障制导系统及难以进行路径规划，且在通过狭窄通道时极易失去稳定，造成振荡，故不适用于具有多变性的真实海况。因此，亟需一种新的路径跟踪避障制导方法及系统。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有路径跟踪避障制导系统及难以进行路径规划，且在通过狭窄通道时极易失去稳定，造成振荡，故不适用于具有多变性的真实海况。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种路径跟踪避障制导方法及系统。

本发明是这样实现的，一种路径跟踪避障制导系统，所述路径跟踪避障制导系统包括：

图像数据获取模块，与中央控制模块连接，用于通过CCD摄像机实时采集船舶的航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息；

DSP图像预处理模块，与中央控制模块连接，用于通过数字图像处理器DSP对采集的船舶航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息进行滤波、灰度化、阈值分割以及形态学的预处理；

所述通过数字图像处理器DSP对采集的船舶航线信息以及船舶周围水域的环境监测信息进行滤波处理包括：

(1)建立带权的高斯平滑滤波器矩阵模型：

其中:Q为滤波器矩阵，Q为1*n的矩阵；n为矩阵大小阀值；i为距离中心坐标点的相对坐标值，即Q[i]所得为该坐标点相对中心点的权重差；

(2)计算高斯平滑中心点相对左右阀值的差值和；

其中，S[k]为中心点相对左右阀值的差值和；buf[k]为中心点的样本测量值；n为滤波器矩阵大小；

(3)计算高斯平滑处理后的样本值：

其中:buf′[k]为中心点处理后的值；buf[k]为中心点的样本测量值；n为滤波器矩阵大小；

导航参数确定模块，与中央控制模块连接，用于通过参数确定程序根据预处理后的图像信息进行船舶瞄点坐标的提取，进而确定船舶导航参数；

无线通信模块，与中央控制模块连接，用于通过无线通信设备进行所述路径跟踪避障制导系统数据的无线传输；

中央控制模块，与图像数据获取模块、DSP图像预处理模块、导航参数确定模块、无线通信模块、路径规划模块、路径跟踪控制模块、避障操纵制导模块、运动控制模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述路径跟踪避障制导系统各个模块的正常运行，并控制船舶跟踪预瞄点的自主导航；