[發明專利]一種無人船協同編隊的水下探測方法

有效

• 申請號: 201810318058.9
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108681321B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 韋崗;包昕幼;曹燕
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種無人船協同編隊的水下探測方法。該方法具體包括以下主要過程：基于環境信息建立柵格地圖，將無人船編隊后進行區域覆蓋數據探測，當陷入死角或該輪覆蓋結束時，搜索最近的未覆蓋區域，并規劃出一條路徑到達該區域繼續任務；同時，每搜無人船均有避障功能和無人船出現障礙時的解決辦法。本發明利用小型無人船進行探測，可在淺水區域自由通行；本發明采用無人船編隊方法進行探測，可從不同角度探測，克服單無人船本身以及超聲波探頭角度限制帶來的誤判；本發明使用水面和水下超聲波探頭，避障范圍不止局限于水面障礙物，也能探測到水下障礙物，避免因水下暗礁造成的碰撞；當某無人船突發故障時，其余無人船可重新規劃繼續任務。

技術領域

本發明屬于機器人路徑規劃技術領域，涉及一種種無人船協同編隊的水下探測方法。

背景技術

當今世界科技日新月異，機器人技術作為其中一項新興技術也得到了飛速發展。機器人設備主要包括海陸空三類，分別為無人機、陸地機器人以及水上機器人。無人船作為水上機器人的一種，由于其智能化優點，在惡劣條件下，能夠有效避免人員傷亡以及削減成本，使得它能在如石油勘探、貨物運輸、氣象監測、水域勘測等領域得到廣泛應用。我國富裕遼闊，江海眾多，資源豐富，是具有發展潛力的戰略空間。因此，政府將海河開發作為了當今社會發展重點戰略之一。利用無人船進行水域勘測，繪出水下地形圖以便使用已成為當今一大需求。另外，我國計劃在全國內河湖泊實施湖長制，對湖泊實行網格化管理，以便嚴格把控湖泊水域空間等問題。這些戰略需求預示著水域勘測將會有比較大的應用空間和應用需求。

針對近海、湖泊等淺水水域，無人船勘測目前存在一些問題：大型無人船由于針對深水探測,探測設備發射功率大導致體積龐大和附屬設備沉重,故船體重,吃水深，在淺水地區容易造成擱淺問題。而對于某些狹窄區域，大型無人船也無法通過，因此無法得到測量數據。

在水域勘測時，遇到沙洞或斷崖式等復雜地形時，無人船用于測距的超聲波探頭發出的信號得不到回復，會誤認為該方向無障礙物或深度極深。因此對于復雜地形，單無人船在低重復率的條件下可能會采集到不準確的數據，不能很好地完成水域勘測任務。

進行水域勘測，需要使無人船以一定方式行進覆蓋整個區域，這就涉及到了區域覆蓋問題。區域覆蓋是一種特殊的全局路徑規劃，它是指讓機器人快速而高效率的走遍一個區域內除障礙物以外的全部地方。傳統協同區域覆蓋多涉及陸地機器人，空中無人機和水下無人船，對于水面無人船部分涉及較少。無人機和水下無人船是三維空間進行覆蓋，陸地機器人是二維空間覆蓋，而水面無人船除開水面二維空間覆蓋，它還需要考慮水下情況。由于水域勘測事先并不知道水下情況，所以在區域覆蓋的同時需要結合實時水下探測情況加入避障功能，這樣才能安全且高效地實現水域勘測。

發明內容

針對現有技術的不足，為解決大型無人船不合適淺水勘測，本發明提供一種無人船協同編隊的水下探測方法，利用一種小型且便宜的無人船來組成編隊協同探測，既能滿足特殊區域的行進，又能滿足多數量無人船在經濟上的優勢。

本發明通過如下技術方案實現。

一種無人船協同編隊的水下探測方法，其包括以下步驟：

(1)后臺處理器進行環境信息采集，獲取待探測區域的GPS坐標,同時建立數據庫；若該區域之前已經進行水域勘測任務，則調用之前檢測到的障礙物信息，用于后面的柵格建模；建立數據庫是用于存儲勘測得到的探測數據信息；

(2)利用步驟(1)中的環境信息建立柵格地圖，為后續的區域覆蓋路徑和點到點全局路徑規劃做準備；柵格地圖中存儲著是否有障礙物和是否已覆蓋的信息，在任務進行中該信息會隨著探測更新；

(3)將N搜無人船編隊，依次給出序號1～N，該序號在之后的任務中不會變化；隨后根據編隊隊形確立無人船相對位置，初始化各無人船位置，準備執行探測任務；選擇一種覆蓋方法得到巡航路徑，該巡航路徑給出一系列子目標柵格單元；若在協同探測中其中一搜無人船出現故障，則改編隊形以適應新的無人船數量繼續任務；