一种基于水面无人船避撞的航道控制方法及系统

本发明涉及无人船避撞，具体而言，涉及一种基于水面无人船避撞的航道控制方法及系统。

背景技术：

1、无人船作为海洋技术领域的新兴力量，展现出巨大的潜力和广阔的应用前景。随着人工智能、机器学习和先进传感技术的不断进步，无人船在海洋探索、环境监测、科学研究及资源开发等多个领域中的作用日益凸显。它们能够有效执行传统船只难以完成的复杂任务，如长时间、远距离的海上巡航，海底探测，以及深海生物学研究等。无人船的引入不仅显著降低了海洋探索与监测的成本，提升了工作效率，而且极大降低了对人员生命的威胁，对推动海洋科学研究、保护海洋生态及合理开发海洋资源等方面具有深远的意义。

2、目前，传统的无人船大多依赖于操作人员的远程控制，然而，在面对海洋环境的复杂多变时，这种方式存在一定的局限性。由于操作人员需要在控制台持续监控并根据无人船所处的环境变化作出实时操作，其操作精力难免有限，难以应对那些持续时间长、工作强度高的任务。同时，在遭遇突发状况或海洋环境快速变化时，操作人员的反应速度可能无法及时跟上，导致无人船难以迅速调整航线或采取适当的应对措施，从而增加了事故风险。此外，操作人员在判断海洋环境或任务情况时，也可能受到主观因素的影响，从而做出错误的决策，导致无人船采取不恰当的行动或路径规划。

3、考虑到当前无人船操作受限于人为远程控制，存在操作人员易疲劳、反应速度慢以及误判风险等技术问题，为提升无人船的操作效率和安全性，亟需研发一种新型的无人船舶控制技术，以克服上述挑战。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种基于水面无人船避撞的航道控制方法及系统，旨在解决当前技术中无人船操作受到人为远程控制的局限，操作人员由于疲劳、反应速度慢以及误判操作时导致无人船舶无法及时避撞的问题。

2、本发明提出了一种基于水面无人船避撞的航道控制系统，包括：

3、控制平台和控制终端，所述控制平台与所述控制终端电连接；

4、所述控制终端与控制船舶的控制系统电连接，其中，所述控制终端包括：

5、航速检测模块，用于实时获取所述控制船舶的移动速度；

6、风力检测模块，用于实时获取所述控制船舶的环境风速；

7、定位模块，用于获取所述控制船舶的实时位置；

8、数据发送模块，分别与所述航速检测模块和风力检测模块电连接，所述数据发送模块用于将所述控制船舶的实时位置、移动速度和环境风速发送至所述控制平台；

9、指令接收模块，与所述控制船舶的控制系统电连接，所述指令接收模块用于在接收到所述控制平台发送的控制指令后，控制所述控制船舶按所述控制指令中的航道进行行驶。

10、进一步的，所述控制平台包括：

11、数据接收模块，与所述数据发送模块电连接，所述数据接收模块用于接收所述控制船舶的实时位置、移动速度和环境风速；

12、卫星图像获取模块，与所述数据接收模块电连接，所述卫星图像获取模块用于根据所述实时位置获取所述控制船舶位处水域的卫星图像；

13、移速分析模块，与所述卫星图像获取模块电连接，所述移速分析模块用于提取所述卫星图像中各移动物体的实时速度和航行方向；

14、航路分析模块，分别与所述数据接收模块和移动分析模块电连接，所述航路分析模块用于根据所述卫星图像以及各所述移动物体的实时速度和航行方向建立空间模型，所述航路分析模块还用于根据所述控制船舶的实时位置和移动速度与各所述移动物体的实时速度和航行方向之间的关系确定所述控制船舶的行驶航路；

15、控制分析模块，分别与所述指令接收模块、数据接收模块、航路分析模块和移动分析模块电连接，所述控制分析模块用于根据所述控制船舶的行驶航路与所述控制船舶的实时行驶航路之间的关系，确定所述控制指令，并根据所述环境风速与预设的环境风速之间的关系调整所述控制指令，所述控制分析模块还用于获取所述指令接收模块接收控制指令的接收时间以及所述控制船舶根据控制指令调整航路的执行时长，所述控制分析模块还用于根据所述接收时间以及执行时长确定所述控制指令的发送时间调整系数；

16、指令发送模块，与所述控制分析模块电连接，所述指令发送模块用于根据所述控制分析模块确定的所述发送时间向所述指令接收模块发送控制指令。

17、进一步的，所述航路分析模块还用于根据所述控制船舶的实时位置和移动速度与各所述移动物体的实时速度和航行方向之间的关系确定所述控制船舶的行驶航路时，包括：

18、所述航路分析模块用于根据所述控制船舶的实时位置和移动速度确定所述控制船舶的航行方向；

19、所述航路分析模块还用于根据所述控制船舶的航行方向与各所述移动物体的航行方向之间，确定所述控制船舶的行驶航道；

20、当所述控制船舶的航行方向与各所述移动物体的航行方向之间相平行，则确定所述控制船舶的航行方向的路径为所述控制船舶的行驶航道；

21、当各所述移动物体的航行方向与所述控制船舶的航行方向之间均重叠或部分重叠时，所述航路分析模块则获取各所述移动物体与所述控制船舶之间的碰撞评分，并根据所述碰撞评分确定所述控制船舶的行驶航道。

22、进一步的，所述航路分析模块根据所述碰撞评分确定所述控制船舶的行驶航道时，包括：

23、所述航路分析模块还用于根据所述控制船舶与所述移动物体之间的航行方向的重叠点，并获取所述控制船舶到达所述重叠点的行驶时间；

24、所述航路分析模块还用于所述移动物体到所述重叠点的预设行驶时间，并获取所述行驶时间与所述预设行驶时间之间的时间差的绝对值l，l＝l-l 0，其中，l为所述行驶时间，l 0为所述预设行驶时间；

25、所述航路分析模块还用于根据所述时间差的绝对值l与预设的时间差的绝对值之间进行比对，并根据比对结果确定所述移动物体的碰撞评分；

26、其中，所述航路分析模块配置有第一预设时间差的绝对值l1和第二预设时间差的绝对值l2，且l1＜l2；

27、当l＜l1时，所述航路分析模块则确定所述移动物体的碰撞评分为p1；

28、当l1≤l＜l2时，所述航路分析模块则确定所述移动物体的碰撞评分为p2；

29、当l＞l2时，所述航路分析模块则确定所述移动物体的碰撞评分为p3；

30、且，p1＞p2＞p3；

31、当所述航路分析模块确定各所述移动物体的碰撞评分为pi，i＝1,2,3，时，所述航路分析模块还用于将各所述移动物体的碰撞评分按正序进行排列，并获取所述碰撞评分排序第一的移动物体的航行方向，并根据所述碰撞评分排序第一的移动物体的航行方向，确定所述控制船舶的行驶航道。

32、进一步的，当所述航路分析模块根据所述碰撞评分排序第一的移动物体的航行方向，确定所述控制船舶的行驶航道时，包括：

33、所述航路分析模块还用于获取所述碰撞评分排序第一的移动物体的数量，并根据所述数量，确定所述控制船舶的行驶航道，其中：

34、当所述碰撞评分排序第一的移动物体的数量为1时，所述航路分析模块则将该所述移动物体的航行方向的平行方向路径，确定为所述控制船舶的行驶航道；

35、当所述碰撞评分排序第一的移动物体的数量大于1时，所述航路分析模块则获取所述碰撞评分排序第一的各移动物体的航行方向，其中；

36、若所述碰撞评分排序第一的各移动物体的航行方向均相平行时，所述航路分析模块则将所述碰撞评分排序第一的各移动物体的航行方向的平行方向路径，确定为控制船舶的行驶航道；

37、若所述碰撞评分排序第一的各移动物体的航行方向相重叠时，所述航路分析模块获取重叠后所述碰撞评分排序第一的各移动物体的航行方向中移动物体的数量，并根据所述移动物体的数量对各航行方向进行正序排名，所述航路分析模块还用于获取所述正序排名中第一名的航行方向，并将该所述航行方向的路径确定为所述控制船舶的行驶航道。

38、进一步的，所述控制分析模块用于根据所述控制船舶的行驶航路与所述控制船舶的实时行驶航路之间的关系，确定所述控制指令时，包括：

39、若所述控制船舶的行驶航路与所述控制船舶的实时行驶航路之间不相一致时，所述控制分析模块则获取所述行驶航路与实时行驶航路之间的相交角度，并根据所述相交角度确定所述控制船舶的偏移控制指令。

40、进一步的，所述控制分析模块根据所述相交角度确定所述控制船舶的偏移控制指令时，包括：

41、所述控制分析模块还获取所述实时环境风速与预设的环境风速之间的风速差值k，k＝k-k0，其中，k为所述实时环境风速，k0为所述预设的环境风速差值；

42、其中，所述控制分析模块配置有第一预设风速差值k1和第二预设风速差值k2，且k1＜k2；

43、所述控制分析模块还用于根据所述风速差值k与各预设的风速差值之间的关系，确定所述偏移控制指令的调整系数：

44、当k＜k1时，所述控制分析模块则不对所述偏移控制指令进行调整；

45、当k1≤k＜k2时，所述控制分析模块则确定所述偏移控制指令的调整系数为n1；

46、当k≥k2时，所述控制分析模块则确定所述偏移控制指令的调整系数为n2；

47、且，n1＜n2＜1。

48、进一步的，所述控制分析模块还用于根据所述接收时间以及执行时长确定所述控制指令的发送时间的调整系数时，包括：

49、所述控制分析模块还用于获取所述指令接收模块接收控制指令的接收时间与预设的接收时间之间的接收时间差值j,j＝j-j0，其中，j为所述指令接收模块接收控制指令的接收时间，j0为所述预设的接收时间；

50、所述控制分析模块还配置有第一预设接收时间差值j1和第二预设接收时间差值j2，且0＜j1＜j2；

51、所述控制分析模块还用于根据所述接收时间差值j与各预设的接收时间差值之间的关系，确定所述控制指令的发送时间的调整系数；

52、当j＞j1时，所述控制分析模块则确定所述控制指令的发送时间的调整系数为0；

53、当j1≥j＞j2时，所述控制分析模块则确定所述控制指令的发送时间的调整系数为b1；

54、当j≤j2时，所述控制分析模块则确定所述控制指令的发送时间的调整系数为b2；

55、且，0＞b1＞b2。

56、进一步的，所述控制分析模块在确定所述控制指令的发送时间的调整系数为br，r＝1,2，时，所述控制分析模块还用于根据所述执行时长对所述调整系数br进行修正，包括：

57、所述控制分析模块还用于获取所述控制船舶根据控制指令调整航路的实时执行时长，并获取所述实时执行时长与预设的执行时长之间的执行时长差值a，a＝a-a0，a为所述实时执行时长，a0为所述预设的执行时长；

58、所述控制分析模块还配置有第一预设执行时长差值a1和第二预设执行时长差值a2，且0＜a1＜a2；

59、所述控制分析模块还用于根据所述执行时长差值a与各预设的执行时长差值之间关系，确定所述调整系数br的修正系数；

60、当0＜a≤a1时，所述控制分析模块则确定所述调整系数br的修正系数为e1；

61、当a1＜a≤a2时，所述控制分析模块则确定所述调整系数br的修正系数为e2；

62、当a＞a2时，所述控制分析模块则确定所述调整系数br的修正系数为e3；

63、且，e1＜e2＜e3；

64、当所述控制分析模块则确定所述调整系数br的修正系数为ei，i＝1,2,3，时，所述控制分析模块则根据所述修正系数ei对所述调整系数br进行修正，并确定修正后的所述调整系数为br*ei。

65、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过航速检测模块能够实时获取控制船舶的移动速度，而风力检测模块则实时获取环境风速。这两个模块的数据通过数据发送模块发送至控制平台，为控制平台提供了关键的环境参数，使其能够更准确地评估当前的海洋环境。其次，定位模块能够获取控制船舶的实时位置，并将这些数据同样发送至控制平台。这样，控制平台就能够了解到船舶的精确位置信息，有助于进行有效的航道规划和路径控制。最后，指令接收模块则负责接收来自控制平台的指令，并将其传送至控制船舶的控制系统。这样一来，控制平台就可以通过指令接收模块实现对船舶的实时控制，确保其按照预定航道进行行驶。进一步的，通过控制平台和控制终端的协同工作，通过实时获取船舶的位置、速度和环境参数，以及通过控制平台对船舶进行指令控制，从而有效的解决了水面无人船的航行时避撞的问题。

66、另一方面，本技术还提供了一种基于水面无人船避撞的航道控制方法，包括：

67、实时获取控制船舶的移动速度、环境风速以及所述船舶的实时位置；

68、根据所述实时位置获取所述控制船舶位处水域的卫星图像，并提取所述卫星图像中各移动物体的实时速度和航行方向；

69、根据所述卫星图像以及各所述移动物体的实时速度和航行方向建立空间模型，并根据所述控制船舶的实时位置和移动速度与各所述移动物体的实时速度和航行方向之间的关系确定所述控制船舶的行驶航路；

70、根据所述控制船舶的行驶航路与所述控制船舶的实时行驶航路之间的关系，确定所述控制指令，并根据所述环境风速与预设的环境风速之间的关系调整所述控制指令。

71、可以理解的是，本发明上述各实施例中一种基于水面无人船避撞的航道控制方法及系统具备相同的有益效果，不再赘述。