[發明專利]流速自適應的無人船自主規劃路徑和運動精確跟蹤方法

有效

• 申請號: 202010764901.3
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111930119B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 徐鵬飛;駱佳成;樊煜;黃孔源;王克潘;于昕彤;吳雙
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 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: 楊靜

本發明公開了流速自適應的無人船自主規劃路徑和運動精確跟蹤方法，包括：對無人船的經緯度位置及高程信息進行計算；將選定的多邊形的作業區域切割成條狀；根據無人船作業方向設置切割線的方向；一條切割線與多邊形的兩個交點分別為一段規劃線的起點和終點，逐個將每段規劃線的終點和最近一條線的起點依次連接成一條完整的規劃路徑；對無人船在規劃路徑跟蹤過程中進行速度控制；采用調整艏向角和跟蹤虛擬航線的方式使無人船跟蹤規劃路徑。本發明的有益效果是：無人船在水流作用下能夠根據偏移航線的距離和前進方向自動調整首向來適應水流，使無人船在復雜多變的水流條件下能夠自適應的調整，無需預先知道水流狀況。

技術領域

本發明涉及一種流速自適應的無人船自主規劃路徑和運動精確跟蹤方法，屬于無人船自主控制海上作業技術領域。

背景技術

無人船作為一種新型海洋觀測平臺，具有體量小、速度快、吃水淺的優勢，可進入傳統海洋調查船所不能及的特殊水域，在近海環境調查、管線巡檢等領域已有廣泛的應用。無人船按照指定的路徑運行是執行各項任務的基礎，實際運動路徑與指定路徑的一致可使得無人船各項任務的數據準確性提升。

無人船在作業前會指定作業區域，然后根據作業需求進行作業區域的路徑規劃，而無人船在航行中會遇到各種不定因數的影響，如河流的水流力、風力、波浪力等，這些外界干擾會使運行在規劃路線中的無人船偏離規劃路徑，導致無人船工作產生較大的誤差，又由于水流力、風力、波浪力的方向和大小的不確定性，很難在規劃路徑前進行預先設定，目前消除這種誤差的方式多為預先設定偏移量，預先設置偏移需要知道此段水域的水文數據，而工作的目標區域多數為待測量區域還沒有任何資料，因此開發一種自適應的路徑規劃算法極其重要。

目前，自主規劃路徑方法中多數為在復雜的地形或區域中解算出最優路徑，基本沒考慮有外界因素干擾下路徑如何調整，更沒有對復雜多變的外部干擾做到自適應式調整。

發明內容

針對現有技術上存在的不足，本發明的目的在于提出一種流速自適應的無人船自主規劃路徑和運動精確跟蹤方法，據運行狀態進行運動補償調整，從而使無人船的實際運行軌跡和規劃路徑一致。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

流速自適應的無人船自主規劃路徑和運動精確跟蹤方法，其特征在于：

無人船通過其上設置的GPS定位器實時傳輸所述無人船的經緯度位置及高程信息至基站，在基站端使用軟件對無人船的經緯度位置及高程信息進行計算和對無人船的航行艏向角和速度進行調控；

選定無人船的作業區域，為了對整個區域進行掃描，并根據無人船的檢測寬度進行航行間距劃分，將選定的多邊形的作業區域切割成條狀；

計算所述作業區域內最遠的直線距離，以規劃區域離所述無人船最近的端點為起點，向所述規劃區域內部生成間隔大小為無人船掃描寬度的大于等于2個平行線，根據無人船作業方向設置切割線的方向，所述規劃區域為手動點擊輸入的一個要作業的多邊形作業區域；

通過一條直線與多邊形相交判定算法來計算切割線與多邊形的交點，通過交點把原線段分成大于等于2個段線，一條切割線與多邊形的兩個交點分別為一段規劃線的起點和終點；同理，大于等于2條切割線與多邊形的相交得到大于等于2段規劃線，逐個將每段規劃線的終點和最近一條線的起點依次連接成一條完整的規劃路徑；

為了保證無人船能夠按照所述規劃路徑航行，無人船在規劃路徑跟蹤過程中進行速度控制，在直線運行時采用勻加速到設定航速，當無人船將要到達拐點或終點時進行減速，有利于減小船體的慣性運動；

由于在外界有干擾情況下，無人船會偏離規劃路徑，所述外界有干擾情況下為有水流、風的情況下(本發明以水流為例，其他干擾力控制方法相同)，采用調整艏向角和跟蹤虛擬航線的方式使無人船跟蹤規劃路徑。