[發(fā)明專利]一種UUV地理圍欄的離線初始構(gòu)建與在線滾動(dòng)更新方法

有效

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• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN110231827B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐健;蔣天皓;彭濤;陳冬;陳光佳;張高興
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/06
• 分類號(hào): G05D1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種UUV地理圍欄的離線初始構(gòu)建與在線滾動(dòng)更新方法，根據(jù)UUV指控系統(tǒng)下達(dá)的作業(yè)海區(qū)，調(diào)取相應(yīng)區(qū)域的電子海圖，構(gòu)建禁航區(qū)；根據(jù)UUV指控系統(tǒng)下達(dá)的使命任務(wù)，結(jié)合構(gòu)建禁航區(qū)，規(guī)劃作業(yè)航路；根據(jù)UUV的規(guī)劃航路，結(jié)合其機(jī)動(dòng)特性，完成初始地理圍欄的離線構(gòu)建；根據(jù)UUV的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合其機(jī)動(dòng)特性，完成地理圍欄的在線滾動(dòng)更新。本發(fā)明通過結(jié)合UUV使命任務(wù)、機(jī)動(dòng)特性、電子海圖以及UUV運(yùn)行狀態(tài)構(gòu)建離線初始地理圍欄并在線滾動(dòng)更新，有效提升其在威脅環(huán)境航行的適應(yīng)性和生存力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下無人航行器領(lǐng)域，具體涉及一種UUV地理圍欄的離線初始構(gòu)建與在線滾動(dòng)更新方法。

背景技術(shù)

水下無人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作為人類在海洋活動(dòng)中的重要替代者和執(zhí)行者，已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)考察、深海作業(yè)、打撈救生等領(lǐng)域。隨著UUV應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，其數(shù)量以及種類不斷增加，需要提升其威脅環(huán)境適應(yīng)性和生存力，限制航行區(qū)域，對其水下航行加強(qiáng)監(jiān)管。

UUV在水下執(zhí)行任務(wù)時(shí)，由于海洋環(huán)境復(fù)雜,無線電、無線網(wǎng)絡(luò)、北斗、GPS等通訊及導(dǎo)航設(shè)備均失效，且UUV為大慣性載體，極易因制動(dòng)不及時(shí)而駛離設(shè)定的作業(yè)區(qū)域、進(jìn)入無法通過傳感器識(shí)別的危險(xiǎn)或禁航區(qū)域，如雷區(qū)、海產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)、軍事基地等。因此，通過構(gòu)建地理圍欄，劃定UUV允許航行的安全區(qū)域，對提升UUV在威脅環(huán)境中航行與作業(yè)的安全性和生存力十分重要。查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)以及專利庫，傳統(tǒng)的地理圍欄構(gòu)建，如《用于移動(dòng)地理圍欄的系統(tǒng)和方法》、《由多個(gè)分量形狀構(gòu)成的虛擬地理周界》，多集中于智能體靜態(tài)禁行區(qū)域的設(shè)定，并未結(jié)合智能體的規(guī)劃作業(yè)任務(wù)將可行的動(dòng)態(tài)作業(yè)區(qū)域考慮入內(nèi)，且未實(shí)現(xiàn)對地理圍欄的實(shí)時(shí)更新，不利于UUV適應(yīng)水下環(huán)境威脅，不能滿足實(shí)際工程需求。本專利結(jié)合UUV使命任務(wù)、機(jī)動(dòng)特性、電子海圖以及UUV運(yùn)行狀態(tài)構(gòu)建離線初始地理圍欄并在線滾動(dòng)更新，可以有效解決以上問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種UUV地理圍欄的離線初始構(gòu)建與在線滾動(dòng)更新方法，提升了UUV在威脅環(huán)境下航行的適應(yīng)性和生存力，避免其因制動(dòng)不及時(shí)而駛離設(shè)定的作業(yè)區(qū)域、進(jìn)入無法通過傳感器識(shí)別的危險(xiǎn)或禁航區(qū)域。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種UUV地理圍欄的離線初始構(gòu)建與在線滾動(dòng)更新方法，具體的實(shí)現(xiàn)步驟為：

步驟1.根據(jù)UUV指控系統(tǒng)下達(dá)的作業(yè)海區(qū)，調(diào)取相應(yīng)區(qū)域的電子海圖，構(gòu)建禁航區(qū)；

步驟2.根據(jù)UUV指控系統(tǒng)下達(dá)的使命任務(wù)，結(jié)合構(gòu)建禁航區(qū)，規(guī)劃作業(yè)航路；

步驟3.根據(jù)UUV的規(guī)劃航路，結(jié)合其機(jī)動(dòng)特性，完成初始地理圍欄的離線構(gòu)建；

步驟4.根據(jù)UUV的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合其機(jī)動(dòng)特性，完成地理圍欄的在線滾動(dòng)更新。

所述步驟1的禁航區(qū)由點(diǎn)狀禁航區(qū)、規(guī)則形禁航區(qū)、復(fù)雜形禁航區(qū)三部分構(gòu)成，點(diǎn)狀禁航區(qū)為以浮標(biāo)、錨船所在位置為圓心，以安全距離為半徑的圓形區(qū)域；規(guī)則形禁航區(qū)為雷區(qū)、軍事基地、海產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)各區(qū)邊界頂點(diǎn)順序連接圍成的規(guī)則區(qū)域；復(fù)雜形禁航區(qū)為淺水區(qū)、島嶼、礁石區(qū)各區(qū)邊界頂點(diǎn)順序連接圍成的不規(guī)則區(qū)域。

所述步驟3的具體內(nèi)容為：

步驟3.1.在水平面上，以規(guī)劃航路的起始點(diǎn)為圓心，以UUV允許偏移航路的最大距離為半徑作圓，將該圓由規(guī)劃航路的起始點(diǎn)沿該航路移動(dòng)至終止點(diǎn)，保留上述過程中該圓掃過的全部區(qū)域；

步驟3.2.在垂直面上，根據(jù)UUV指控系統(tǒng)設(shè)定的各航段超深閾值和過淺閾值確定初始地理圍欄的上下邊界；

步驟3.3.將水平面和垂直面的幾何區(qū)域與上下邊界相結(jié)合，共同圍成的三維空間區(qū)域，即UUV初始地理圍欄。