[發(fā)明專利]一種大型無人艇自主航行控制管理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010742814.8
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111830990B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 母海方
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江北鯤智能科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 青島鼎丞智佳知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37277
• 代理人: 曲志乾

本發(fā)明涉及一種大型無人艇自主航行控制管理系統(tǒng)，其包括全船信息子系統(tǒng)、自主航行控制子系統(tǒng)、操縱運(yùn)動仿真子系統(tǒng)、自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)、船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)、信號采集子系統(tǒng)和推進(jìn)控制器；所述信號采集子系統(tǒng)采集船艦自身和海洋環(huán)境信息傳送至全船信息子系統(tǒng)進(jìn)行信息融合，并通過網(wǎng)絡(luò)通信傳遞給岸基，全船信息子系統(tǒng)將融合信息傳送至操縱運(yùn)動仿真子系統(tǒng)、自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)、船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)進(jìn)行計算，船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信接收岸基的主動規(guī)劃和控制。本大型無人艇自主航行控制管理系統(tǒng)實現(xiàn)了自主避碰決策和控制過程中的實時仿真校驗，并完善了與岸基聯(lián)合控制和實時監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人船控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型無人艇自主航行控制管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

船舶海上事故的主要原因來自船上人員對船舶自身及環(huán)境因素的判斷不當(dāng)和人為決策控制的失誤，另外船舶海上作業(yè)的人事成本高，高級船員需求缺口大，船員生活工作空間占船舶空間比例大，降低了海上運(yùn)輸效率。無人船航行技術(shù)能夠有效的解決上述問題，而具備自主航行和自主決策的航行控制管理系統(tǒng)是無人船控制技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國專利CN108489492A公開了一種考慮海況因素的無人艇路徑規(guī)劃系統(tǒng)，通過無人艇路徑規(guī)劃系統(tǒng)所包括的各模塊實現(xiàn)無人艇的路徑規(guī)劃，并且考慮因海浪因素對路徑規(guī)劃的影響，一定程度上提高了該無人艇路徑規(guī)劃系統(tǒng)的實用性。該專利僅僅實現(xiàn)了無人艇環(huán)境因素下的路徑規(guī)劃，而沒有考慮無人艇自身規(guī)格、特征參數(shù)對路徑規(guī)劃的影響，中國專利CN109634289A公開了一種無人船自主航行系統(tǒng)及其工作方法，其補(bǔ)充了無人艇自身規(guī)格、特征參數(shù)對路徑規(guī)劃影響的考量，并能與岸基控制中心協(xié)調(diào)控制，但與CN108489492A中的無人艇路徑規(guī)劃系統(tǒng)相同的是，二者的控制盒決策方案均基于對航線初終點直達(dá)路徑規(guī)劃，沒有考慮航行路徑中突發(fā)狀況的避碰決策，且在航行過程中缺少控制過程的實施仿真校驗，使得其對無人艇的決策控制盒航行管理在應(yīng)用中的合理性和實用性不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：完善現(xiàn)有無人船自主航行控制和管理系統(tǒng)的上述不理想問題，提供一種具備避碰決策、仿真校驗、并能與岸基控制中心聯(lián)合控制的大型無人艇自主航行控制管理系統(tǒng)。

本大型無人艇自主航行控制管理系統(tǒng)包括全船信息子系統(tǒng)、自主航行控制子系統(tǒng)、操縱運(yùn)動仿真子系統(tǒng)、自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)、船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)、信號采集子系統(tǒng)和推進(jìn)控制器；其中，所述全船信息子系統(tǒng)，用于融合處理和存儲航行過程中所述信號采集子系統(tǒng)探測采集的信號數(shù)據(jù)，并將存儲的信號數(shù)據(jù)傳送給所述操縱運(yùn)動仿真子系統(tǒng)、自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)和船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)；所述自主航行控制子系統(tǒng)包括多模態(tài)自主航行自適應(yīng)控制模塊和推進(jìn)器推力分配協(xié)同控制模塊，用于根據(jù)所述自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)和船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)的決策輸出，給出所述推進(jìn)控制器期望的輸出，并根據(jù)該輸出對船舶多推進(jìn)器進(jìn)行推力分配控制，同時對船舶的自主航行進(jìn)行穩(wěn)定和精確的跟蹤控制；所述操縱運(yùn)動仿真子系統(tǒng)包括操縱運(yùn)動仿真模塊、推進(jìn)系統(tǒng)仿真模塊、運(yùn)動模型接口模塊，用于根據(jù)船舶設(shè)計參數(shù)，建立船舶操縱控制所需的非線性數(shù)學(xué)模型，仿真驗證所述自主航行控制子系統(tǒng)及推進(jìn)控制器的性能；所述自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)包括自主航行危險度預(yù)測模塊、混合路徑實施規(guī)劃模塊，用于對船舶自主航行過程中的危險度進(jìn)行預(yù)測評估，并進(jìn)行全局路徑規(guī)劃與局部路徑規(guī)劃后給出優(yōu)化后的決策路徑；所述船舶船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)包括船舶航行情景可視化仿真模塊、自主航行性能驗證可視化仿真模塊、船舶態(tài)勢信息模塊，用于搭建虛擬無人船及航行環(huán)境的可視化演示模型，并通過網(wǎng)絡(luò)通信與岸基自主控制交互，再現(xiàn)船舶自主航行的實時操縱運(yùn)動過程；所述信號采集子系統(tǒng)采集船艦自身和海洋環(huán)境信息傳送至全船信息子系統(tǒng)進(jìn)行信息融合，并通過網(wǎng)絡(luò)通信傳遞給岸基，全船信息子系統(tǒng)將融合信息傳送至操縱運(yùn)動仿真子系統(tǒng)、自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)、船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)進(jìn)行計算，船岸交互可視化顯示子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信接收岸基的主動規(guī)劃和控制，所述推進(jìn)控制器根據(jù)自主動態(tài)避碰決策規(guī)劃子系統(tǒng)和岸基的規(guī)劃和決策控制對船舶多推進(jìn)器及船舵進(jìn)行推力分配控制和舵角控制。