[發明專利]一種無人船導航和自動駕駛設備及其方法

有效

• 申請號: 201710691295.5
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107329477B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 倪建軍;吳中堅;范新南;史朋飛
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;孟捷

1.一種無人船導航和自動駕駛方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、無人船通過攝像機采集周邊環境信息，將信息傳送至存儲設備，在信息采集過程中，利用攝像機和慣性導航系統對無人船進行實時定位和運動狀態評估，將獲取的信息傳送至存儲設備，并通過無線通信系統將信息實時發送給無人船監管中心；

(2)、在無人船視野范圍內出現其他交通船時，利用攝像機和雷達對交通船進行跟蹤定位和運動狀態評估，將獲取的信息傳送至存儲設備；

(3)、規則選擇器根據步驟(1)和(2)獲得的無人船和交通船的位置和速度信息進行預碰撞檢查，判斷無人船和交通船在維持當前航向和航速的情況下，短時間內是否會發生碰撞或接近碰撞；

(4)、若規則選擇器判斷到在短時間內無人船將會與交通船發生碰撞或接近碰撞時，規則選擇器根據無人船和交通船的幾何位置關系識別特定的水上航行規則，將識別的特定水上航行規則信息傳送至航行規劃器；否則無人船維持當前航線繼續航行；

(5)、航行規劃器接收到規則選擇器的信息后，利用速度障礙法計算無人船和交通船的碰撞時間r；并根據步驟(3)、(4)所得到的信息，利用速度障礙法做出最佳航行規劃，并將最佳航行規劃信息傳送至無人船控制器；

(6)、無人船控制器根據獲取的最佳航行規劃信息控制無人船實施有效的避讓行動，避免與交通船發生碰撞，從而安全到達目的地；

所述步驟(5)中航行規劃器利用速度障礙法計算所述無人船和交通船的碰撞時間r，所述速度障礙法具體如下：

位置矢量為的無人船以速度矢量航行一定時間t后的位置矢量可以表示為：

其中：和分別表示二維空間中無人船的位置矢量和速度矢量，t表示航行時間；

設定無人船和交通船的模型分別為矩形A和B，當交通船位于無人船的左前方并不斷靠近所述無人船時，根據公式(5)在無人船的速度空間中定義速度障礙為：

其中，表示無人船相對于其始發位置的位置矢量；表示交通船的航向及航速信息；符號表示閔可夫斯基求和：

考慮到不同傳感器的評估誤差以及交通船本身的不精確運動，交通船的速度矢量被定義為：

其中：表示無人船的船載傳感器所評估的交通船期望速度矢量，表示交通船速度矢量的不確定度，且其中w_B是的閾值且為常量，則具有最壞情況不確定度的速度障礙為：

其中：表示無人船的船載傳感器所評估的交通船期望速度矢量，表示無人船的期望速度障礙，w_B表示交通船的不確定度所形成的速度障礙；

將交通船B占據的障礙區域用無人船A所占區域擴展為只要所述無人船的速度矢量不在速度障礙區域內，就能夠避免無人船與交通船發生碰撞；當無人船左前方或右前方出現多艘交通船時，計算疊加的速度障礙，保證無人船的速度矢量不在疊加的速度障礙區域內，即可避免無人船與任意交通船發生碰撞。

2.根據權利要求1所述的無人船導航和自動駕駛方法，其特征在于：所述步驟(1)中，利用攝像機和慣性導航系統對無人船進行實時定位和運動狀態評估，所述定位是指無人船相對于其始發位置的位置矢量所述運動狀態是指無人船的航向和航速信息，即速度矢量

3.根據權利要求1所述的無人船導航和自動駕駛方法，其特征在于：所述步驟(2)中，利用攝像機和雷達對交通船進行跟蹤定位和運動狀態評估，所述跟蹤定位是指交通船相對于無人船起始位置的位置矢量所述運動狀態評估是指交通船的航向及航速信息，即速度矢量