[发明专利]无人船自主探索和未知环境三维重构的监控系统

权利要求书

1.一种无人船自主探索和未知环境三维重构的监控系统，其特征在于包括：

数据采集单元，采集无人船在航行过程中的周围环境信息，包括三维激光雷达和RGB-D相机，所述三维激光雷达获取环境物体高度、船舶与环境物体之间的距离及船舶自身位姿信息，所述RGB-D相机获取包含环境色彩及特征信息的RGB图像、包含环境位置及距离信息的深度图像；

接收所述数据采集单元传送的环境物体高度、船舶与环境物体之间的距离及船舶自身位姿信息、RGB图像和深度图像的主控单元，所述主控单元根据接收到信息生成激光点云数据，将激光点云数据与深度图像进行局部点云特征校准匹配从而确定物体的真实位置，根据RGB图像进行点云色彩化获得最终点云数据，将最终点云数据映射至栅格地图中并更新地图；所述主控单元采用融合基于边界的探索方法和基于信息的探索方法确定船舶的最优待探索目标点，基于路径规划算法根据已映射的环境信息生成最优路径、从而输出预期的船舶航行速度及航行转向、并驱动无人船到达该目标点，当无人船在航行过程中所述主控单元不断根据探索算法生成新的待探索目标点，从而驱动无人船遍历目标点以完成探索环境任务；

接收主控单元传送的船舶实时航行状态以及对船舶的操控指令的PC端和阿里云服务端，所述PC端和阿里云服务端将对船舶的控制信息以及探索目标点传送至主控单元；

接收主控单元传送的船舶航行速度及航行转向信息的下位机单元，所述下位机单元同时接收惯性传感器采集到的船舶加速度及角加速度信息以及船舶电池的电压信息将接收到的信息反馈至主控单元，所述下位机单元将船舶实时的航行速度及航行转向输送至舵机和推进器。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：当船体上下漂浮时栅格地图中将出现点云上下偏移，所述主控单元根据连续两帧RGB图像进行环境特征匹配和提取，并将点云数据进行特征目标匹配并重新映射至栅格地图中从而更新环境地图，当船体左右侧移时，自身位姿将出现计算误差导致点云图像与实际位置产生同船体相同大小的位姿误差，通过雷达坐标系与惯性传感器所提供的里程计坐标系进行加权计算从而校准船体位姿，当船体三轴位姿都发生偏移时，先通过RGB图像校准点云图像使雷达坐标系可信、再进行坐标系的加权平均校准位姿。

3.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述数据采集单元将环境数据映射至栅格地图，所述主控单元通过自主探索方法在栅格地图中已探索与未探索区域的交界即边界区域中生成待探索目标点集，并在探索目标点集中将互信息增益最大的一点定为最佳探索目标点，通过路径规划算法在栅格地图中规划出最佳航行路径，所述主控单元输出预期的船舶航行速度及航行转向需求，当无人船到达新目标点后重复上述工作直至无未探索环境后结束。

4.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述主控单元与PC端采用WIFI局域网和4G/5G通讯技术进行数据通信，所述主控单元与阿里云服务端采用4G/5G通讯技术数据通信。