[發(fā)明專利]一種船舶自主航行輔助決策系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010111325.2
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111339229B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張寶晨;龔;耿雄飛;張鷺;王雪松
• 申請（專利權(quán)）人: 交通運輸部水運科學(xué)研究所
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發(fā)明公開了一種船舶自主航行輔助決策系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：船舶外部實時數(shù)據(jù)感知模塊、船舶自身實時感知數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)挖掘?qū)雍洼o助決策層；船舶外部實時數(shù)據(jù)感知模塊用于通過船載傳感器和無線通信裝置，從船舶的外部環(huán)境中獲得外部實時數(shù)據(jù)；船舶自身實時感知數(shù)據(jù)模塊用于獲取船舶自身實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，與外部實時數(shù)據(jù)組成航運數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘?qū)佑糜谕ㄟ^HBase存儲數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)航運數(shù)據(jù)的快速存儲；從航運數(shù)據(jù)中獲取用于駕駛行為預(yù)測的多模態(tài)數(shù)據(jù)；基于環(huán)境實時感知數(shù)據(jù)和船舶自身狀態(tài)的感知數(shù)據(jù)綜合分析駕駛行為、航道情況和船舶情況；輔助決策層用于計算海浪在z軸方向的起伏幅度并根據(jù)該起伏值調(diào)整駕駛行為；預(yù)測目標監(jiān)測點的交通流；根據(jù)多模態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)測駕駛行為；并分析輔助航行特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶智能化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船舶自主航行輔助決策系統(tǒng)。

背景技術(shù)

智能化一直是船舶發(fā)展的趨勢，近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新理念、新技術(shù)的突飛猛進，船舶自動化水平不斷提高，無人船艇的實現(xiàn)有了科技支撐，無人駕駛船舶航行于全球有了實現(xiàn)的可能性，無人船艇包括具有自主規(guī)劃、自主航行、自主環(huán)境感知能力的全自主型無人船艇，以及非自主航行的遙控型無人船艇和按照內(nèi)置程序航行并執(zhí)行任務(wù)的半自主型無人船艇；它集船舶設(shè)計、人工智能、信息處理、運動控制等專業(yè)技術(shù)為一體，研究內(nèi)容涉及自動駕駛、自主避障、規(guī)劃與導(dǎo)航、模式識別等多方面，可根據(jù)其作戰(zhàn)或使用功能的不同，采用不同的模塊，搭載不同的傳感器及設(shè)備，執(zhí)行情報收集、監(jiān)視偵察、掃雷、反潛、反恐、精確打擊、搜尋救助、水文地理勘察、中繼通信等任務(wù)。

目前缺乏一個具有輔助決策功能的船舶自主航行系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服上述技術(shù)缺陷，提出了一種船舶自主航行輔助決策系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：船舶外部實時數(shù)據(jù)感知模塊、船舶自身實時感知數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)挖掘?qū)雍洼o助決策層；

所述船舶外部實時數(shù)據(jù)感知模塊，用于通過船載傳感器和無線通信裝置，從船舶的外部環(huán)境中獲得外部實時數(shù)據(jù)；

所述船舶自身實時感知數(shù)據(jù)模塊，用于獲取船舶自身實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，與外部實時數(shù)據(jù)組成航運數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)挖掘?qū)樱糜诶梅植际郊軜?gòu)以及自定義的索引，通過HBase存儲數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)航運數(shù)據(jù)的快速存儲；對航運數(shù)據(jù)中遺漏標簽的數(shù)據(jù)元組進行數(shù)據(jù)補齊；從航運數(shù)據(jù)中獲取用于駕駛行為預(yù)測的多模態(tài)數(shù)據(jù)；基于環(huán)境實時感知數(shù)據(jù)和船舶自身狀態(tài)的感知數(shù)據(jù)綜合分析駕駛行為、航道情況和船舶情況；

所述輔助決策層，用于計算海浪在z軸方向的起伏幅度，并根據(jù)該起伏值調(diào)整駕駛行為；預(yù)測目標監(jiān)測點的交通流；將多模態(tài)數(shù)據(jù)輸入自主駕駛模型，輸出預(yù)測的駕駛行為；并分析輔助航行特征。

作為上述系統(tǒng)的一種改進，所述外部實時數(shù)據(jù)包括：氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、AIS數(shù)據(jù)、攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)、岸基通信數(shù)據(jù)、鄰船數(shù)據(jù)、激光雷達采集的3D點云數(shù)據(jù)和動力監(jiān)測數(shù)據(jù)，所述動力監(jiān)測數(shù)據(jù)包括船舶的速度和加速度。

作為上述系統(tǒng)的一種改進，所述船舶自身實時狀態(tài)數(shù)據(jù)包括船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)，船舶載貨數(shù)據(jù)，燃料剩余信息，船舶航線信息，船舶系統(tǒng)故障信息和船舶各子系統(tǒng)運行時間。

作為上述系統(tǒng)的一種改進，所述數(shù)據(jù)挖掘?qū)影▽崟r數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲與索引單元，數(shù)據(jù)標定與清理單元，多模態(tài)大數(shù)據(jù)分析單元和航行狀態(tài)大數(shù)據(jù)分析單元；

所述實時數(shù)據(jù)庫包括內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，用于對航運數(shù)據(jù)進行臨時存儲；

所述數(shù)據(jù)存儲與索引單元，用于構(gòu)建STG時空索引，該索引將時間分割成年月日和時分秒兩部分，并將年月日作為行鍵首字符，然后是Geohash編碼，最后是時間的時分秒，即年月日+Geohash編碼+時分秒；將實時數(shù)據(jù)庫存儲的航運數(shù)據(jù)按照STG時空索引進行自定義索引；利用分布式架構(gòu)以及自定義的索引，通過HBase存儲存數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)航運數(shù)據(jù)的快速存儲；