CN102945045A - 基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法 - Google Patents

基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102945045A
CN102945045A CN2012104652363A CN201210465236A CN102945045A CN 102945045 A CN102945045 A CN 102945045A CN 2012104652363 A CN2012104652363 A CN 2012104652363A CN 201210465236 A CN201210465236 A CN 201210465236A CN 102945045 A CN102945045 A CN 102945045A
Authority
CN
China
Prior art keywords
barrier
unmanned boat
grid array
laser sensor
unmanned ship
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104652363A
Other languages
English (en)
Inventor
彭艳
唐智杰
刘梅
谢少荣
罗均
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN2012104652363A priority Critical patent/CN102945045A/zh
Publication of CN102945045A publication Critical patent/CN102945045A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法。它包括：无人艇、避障控制主板、GPS、激光传感器、前视多波束声纳，主控计算机和连接电缆。避障控制主板安装于无人艇内部，分别与激光传感器和GPS相连，通过电缆与中心计算机相连，GPS天线安装于无人艇甲板最高处，激光传感器安装在无人艇甲板前方，前视多波束声纳固定安装于艇底前方，用于检测水下障碍物信息,避障控制主板用于根据GPS数据、激光数据和前视多波束声纳数据确定障碍物的位置以及形状，并计算相应的可通行区域，将其传送给主控计算机，主控计算机控制无人艇完成避障，为无人艇在海洋、湖泊及河流中的作业提供可靠保证。

Description

基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法
技术领域
本发明涉一种基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法，属于无人艇避障控制领域。
背景技术
无人艇是实现近海环境实时监测、资源探测、海洋灾害预警和防治等的重要工具，它具有模块化、无人驾驶以及高速智能等优势。为了保证航行安全，无人艇须具有对周围环境做出快速检测、分析和反应的能力，并以此为基础，运用避障控制方法，实现躲避已知或突然出现的障碍物。
目前无人艇大多采用单独使用激光传感器的方式进行避障，这种方法只能对水面障碍物有效，不能兼顾水下障碍物。
发明内容
本发明的目的在于要解决现有技术存在的问题，提供一种基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法，实现水面水下立体避障。
为解决上述技术问题，本发明基本思路是：利用激光传感器获得无人艇前方一定范围内水面障碍物信息，前视多波束声纳获得无人艇前方一定范围内水下障碍物信息的特点，本方法通过两种传感器栅格数据投影的方法计算无人艇前方障碍物信息，并根据一定的控制策略完成无人艇的组合避障。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置, 包括：无人艇、避障控制主板、GPS、激光传感器、前视多波束声纳，主控计算机，所述避障控制主板安装于所述无人艇内部，分别与所述激光传感器、GPS相连，并通过电缆与主控计算机相连；所述激光传感器通过支架安装在无人艇甲板前方，优选在甲板前方正中线上；所述GPS传感器安装于无人艇甲板高处，优选在最高处的正中线上；所述前视多波束声纳固定安装于艇底前方，并与水线成一定倾斜角。
本发明避障策略具体过程如下:
1)     用栅格数组描述激光传感器探测信息及前视多波束声纳探测信息，分别为第一栅格数组和第二栅格数组，将第一栅格数组和第二栅格数组投影到组合第三栅格数组；
2)     设定当前障碍物距无人艇最小距离为                                                
Figure 2012104652363100002DEST_PATH_IMAGE001
，最小可通行半径为，最小安全距离，紧急臂章区最大半径r 2，精确规划区最大半径r 3，紧急避障区范围为
Figure 153472DEST_PATH_IMAGE004
，精确规划区为
Figure 2012104652363100002DEST_PATH_IMAGE005
，直接趋向区为，当相邻两障碍物中间距离大于
Figure 2012104652363100002DEST_PATH_IMAGE007
，视此区域为可通行区域，与当前无人艇最近的可通行区域为最近可通行区域；
3)     如果组合第三栅格数组没有障碍物，则沿主航线航行。若上一节组合第三栅格数组中含有障碍物信息，并且当前执行的任务是航渡任务，则以当前位置为起点、航渡目标点为终点重新规划一条新的航线；
4)     如果组合第三栅格数组中有障碍物，但是不阻碍主航线，即主航线在可通行区域内，则沿主航线直线航行；
5)     如果组合第三栅格数组中有障碍物，阻碍主航线，且位于紧急避障区，无人艇紧急停止，若此时距离障碍物距离小于最小安全距离，则实现倒车，直到大于或保持最小安全距离
Figure 254469DEST_PATH_IMAGE003
，当大于最小安全距离
Figure 288897DEST_PATH_IMAGE003
，寻找最近可通行区域，然后转入步骤7）；
6)     如果组合第三栅格数组中有障碍物,阻碍主航线,且位于精确规划区内,则寻找最近可通行区域；
7)     如果组合第三栅格数组中有障碍物，阻碍障碍物，且位于直接趋向区，则无人艇继续沿主航线航行，直至进入精确规划区；
8)     寻找到最近可执行区域后，以可执行区域中距离无人艇最近点为目标点，以当前无人艇位置为初始点，重新设定航线进入航渡过程；直至航线中无障碍物信息，以当前位置为起点，航渡目标点为终点重新规划路径。
本发明与现有技术相比较，具有如下突出特点和显著进步：本发明采用安装在无人艇甲板前方的激光传感器获得水面障碍物信息，通过数据处理，进而得到障碍物与激光传感器之间的关系，所探测的障碍物信息用第一栅格数组表述；所述GPS传感器安装于无人艇甲板高处，用于探测无人艇当前的位置信息；所述前视多波束声纳固定安装于艇底前方，并与水线成一定倾斜角，防止船速过快时露出水面，用于探测水下障碍物信息，所探测的障碍物信息用第二栅格数组表述，通过栅格投影技术进行计算获得组合障碍物信息，同时实现水下水面立体避障。本发明的避障控制系统可广泛适用于各种无人艇的避障控制。
附图说明
图1是本发明无人艇避障装置平面结构示意图。
图2是本发明的控制系统原理图。
图3是本发明无人艇障碍物栅格投影图。
图4是本发明无人艇避障区域划分图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的一个优选实施例如下：
在图1与图2中，无人艇1内部安装有避障控制主板2，避障控制主板2分别与GPS3、激光传感器4及前视多波束声纳5相连，避障控制主板2通过电缆7与主控计算机6相连，实现无人艇障碍物数据的读取、中心数据交互功能以及系统供电，避障控制主板2根据激光传感器4和前视多波束声纳5探测数据进行障碍物信息提取。
在图1与图3中，激光传感器4通过支架安装在无人艇1甲板前方正中线上，用于探测水面障碍物信息，通过数据处理，进而得到障碍物与激光传感器之间的关系，用第一栅格数组描述；GPS3安装于无人艇甲板最高处正中线上，用于检测无人艇当前的位置信息；前视多波束声纳5固定安装于无人艇1底部前方，并与水线成一定倾斜角，防止船速快时露出水面，用于检测水下障碍物信息用第二栅格数组描述。
在图3中，用栅格数组描述前视多波束声纳5探测信息及激光传感器4探测信息，分别为第一栅格数组和第二栅格数组，将第一栅格数组和第二栅格数组投影到组合第三栅格数组。
在图4中，避障控制主板2根据第三栅格数组进行障碍物提取，进而获得无人艇1障碍物信息，根据障碍物距离无人艇1的距离划定紧急避障层、紧急规划层和直接趋向层，并分析可通行区域，主控计算机6根据障碍物信息完成无人艇1避障，为无人艇1在海洋、湖泊及河流中的作业提供可靠保证。
本发明实例的避障策略具体过程如下：
1)              用栅格数组描述激光传感器4探测信息及前视多波束声纳5探测信息，分别为第一栅格数组和第二栅格数组，将第一栅格数组和第二栅格数组投影到组合第三栅格数组；
2)              设定当前障碍物距无人艇1最小距离为
Figure 350393DEST_PATH_IMAGE001
，最小可通行半径为，最小安全距离
Figure 109588DEST_PATH_IMAGE003
，紧急避障区范围为，精确规划区为
Figure 319169DEST_PATH_IMAGE005
，直接趋向区为
Figure 321892DEST_PATH_IMAGE006
，当相邻两障碍物中间距离大于
Figure 284031DEST_PATH_IMAGE007
，视此区域为可通行区域，与当前无人艇1最近的可通行区域为最近可通行区域；
3)              如果组合第三栅格数组没有障碍物，则沿主航线航行。若上一节组合第三栅格数组中含有障碍物信息，并且当前执行的任务是航渡任务，则以当前位置为起点、航渡目标点为终点重新规划一条新的航线；
4)              如果组合第三栅格数组中有障碍物，但是不阻碍主航线，即主航线在可通行区域内，则沿主航线直线航行；
5)              如果组合第三栅格数组中有障碍物，阻碍主航线，且位于紧急避障区，无人艇（1）紧急停止，若此时距离障碍物距离小于最小安全距离，则实现倒车，直到大于或保持最小安全距离
Figure 850142DEST_PATH_IMAGE003
，当大于最小安全距离，寻找最近可通行区域，然后转入步骤7）；
6)              如果组合第三栅格数组中有障碍物,阻碍主航线,且位于精确规划区内,则寻找最近可通行区域；
7)              如果组合第三栅格数组中有障碍物，阻碍障碍物，且位于直接趋向区，则无人艇（1）继续沿主航线航行，直至进入精确规划区；
8)              寻找到最近可执行区域后，以可执行区域中距离无人艇1最近点为目标点，以当前无人艇1位置为初始点，重新设定航线进入航渡过程；直至航线中无障碍物信息，以当前位置为起点，航渡目标点为终点重新规划路径。
以上通过一个具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置, 包括：无人艇（1）、避障控制主板（2）、GPS（3）、激光传感器（4）、前视多波束声纳（5），主控计算机（6），其特征在于：所述避障控制主板（2）安装于所述无人艇（1）内部，分别与所述激光传感器（4）、GPS（3）相连，并通过电缆与主控计算机（6）相连；所述激光传感器（4）通过支架安装在无人艇（1）甲板前方；所述GPS（3）安装于无人艇甲板最高处；所述前视多波束声纳（5）固定安装于无人艇（1）底部前方，并与水线成一定倾斜角。
2.一种基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障方法, 其特征在于：避障过程如下:
1）用栅格数组描述激光传感器探测信息及前视多波束声纳探测信息，分别为第一栅格数组和第二栅格数组，将第一栅格数组和第二栅格数组投影到组合第三栅格数组； 
2）设定当前障碍物距无人艇最小距离为                                                ，最小可通行半径为
Figure 980628DEST_PATH_IMAGE002
，最小安全距离，紧急臂章区最大半径r 2，精确规划区最大半径r 3，紧急避障区范围为，精确规划区为
Figure 403016DEST_PATH_IMAGE005
，直接趋向区为，当相邻两障碍物中间距离大于，视此区域为可通行区域，与当前无人艇最近的可通行区域为最近可通行区域； 
3）如果组合第三栅格数组没有障碍物，则沿主航线航行；若上一节组合第三栅格数组中含有障碍物信息，并且当前执行的任务是航渡任务，则以当前位置为起点、航渡目标点为终点重新规划一条新的航线；
4）如果第三栅格数组中有障碍物，但是不阻碍主航线，即主航线在可通行区域内，则沿主航线直线航行；
5）如果组合第三栅格数组中有障碍物，阻碍主航线，且位于紧急避障区，无人艇紧急停止，若此时距离障碍物距离小于最小安全距离，则实现倒车，直到大于或保持最小安全距离，当大于最小安全距离
Figure 59945DEST_PATH_IMAGE003
，寻找最近可通行区域，然后转入步骤7）；
6）如果组合第三栅格数组中有障碍物,阻碍主航线,且位于精确规划区内,则寻找最近可通行区域；
7）如果组合第三栅格数组中有障碍物，阻碍障碍物，且位于直接趋向区，则无人艇继续沿主航线航行，直至进入精确规划区；
8）寻找到最近可执行区域后，以可执行区域中距离无人艇最近点为目标点，以当前无人艇位置为初始点，重新设定航线进入航渡过程；直至航线中无障碍物信息，以当前位置为起点，航渡目标点为终点重新规划路径。
CN2012104652363A 2012-11-19 2012-11-19 基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法 Pending CN102945045A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104652363A CN102945045A (zh) 2012-11-19 2012-11-19 基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104652363A CN102945045A (zh) 2012-11-19 2012-11-19 基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102945045A true CN102945045A (zh) 2013-02-27

Family

ID=47727996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104652363A Pending CN102945045A (zh) 2012-11-19 2012-11-19 基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102945045A (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105785990A (zh) * 2016-02-26 2016-07-20 江苏科技大学 基于全景环视的船只停泊系统及障碍物识别方法
CN106444359A (zh) * 2016-12-21 2017-02-22 哈尔滨工程大学 一种喷水推进无人艇自主区域保持的仿人智能控制方法
CN106610664A (zh) * 2015-10-22 2017-05-03 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 运动避障装置及控制方法
CN106909145A (zh) * 2017-02-22 2017-06-30 武汉理工大学 无人航道测量船障碍物实时感知避障系统与方法
CN107037809A (zh) * 2016-11-02 2017-08-11 哈尔滨工程大学 一种基于改进蚁群算法的无人艇避碰方法
CN107748561A (zh) * 2017-09-25 2018-03-02 华南理工大学 一种基于多传感参数的无人船局部避障系统及方法
CN108120987A (zh) * 2017-12-21 2018-06-05 云南大学 一种大江大河的水下河道地形测量装置及测量方法
CN108710372A (zh) * 2018-05-29 2018-10-26 武汉理工大学 一种用于群水面无人艇的自主避碰系统及方法
CN109298709A (zh) * 2018-12-25 2019-02-01 哈尔滨工程大学 一种用于浅水管线的水面无人艇检测与跟踪方法
CN110244743A (zh) * 2019-07-03 2019-09-17 浙江大学 一种融合多传感器信息的移动机器人自主脱困方法
CN112082557A (zh) * 2020-09-14 2020-12-15 哈尔滨工程大学 基于贝塞尔拟合的uuv海底地形跟踪路径滚动生成方法
CN112082558A (zh) * 2020-09-14 2020-12-15 哈尔滨工程大学 基于多项式拟合的uuv海底地形跟踪路径滚动生成方法
CN112985406A (zh) * 2021-02-23 2021-06-18 武汉理工大学 船舶避障路径规划方法、装置及存储介质
CN115344039A (zh) * 2022-07-06 2022-11-15 中国船舶科学研究中心 一种基于自适应分离组合策略的无人艇集群避障方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4004460A (en) * 1974-10-24 1977-01-25 Shell Oil Company Ship movement measurement
JPH0731042A (ja) * 1993-07-08 1995-01-31 Fujikura Ltd 水底ケーブルの布設方法
CN101750614A (zh) * 2008-11-27 2010-06-23 光电株式会社 无人艇自动观测系统以及无人艇自动观测方法
CN101833335A (zh) * 2010-05-10 2010-09-15 珠海云洲智能科技有限公司 小型水面机器人装置及自适应水流优化导航方法
CN202038437U (zh) * 2011-03-22 2011-11-16 珠海云洲智能科技有限公司 具有新型避障装置的小型水面机器人

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4004460A (en) * 1974-10-24 1977-01-25 Shell Oil Company Ship movement measurement
JPH0731042A (ja) * 1993-07-08 1995-01-31 Fujikura Ltd 水底ケーブルの布設方法
CN101750614A (zh) * 2008-11-27 2010-06-23 光电株式会社 无人艇自动观测系统以及无人艇自动观测方法
CN101833335A (zh) * 2010-05-10 2010-09-15 珠海云洲智能科技有限公司 小型水面机器人装置及自适应水流优化导航方法
CN202038437U (zh) * 2011-03-22 2011-11-16 珠海云洲智能科技有限公司 具有新型避障装置的小型水面机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邹海、边信黔、常宗虎: "基于多波束前视声纳的AUV实时避障方法研究", 《机器人》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106610664A (zh) * 2015-10-22 2017-05-03 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 运动避障装置及控制方法
CN105785990A (zh) * 2016-02-26 2016-07-20 江苏科技大学 基于全景环视的船只停泊系统及障碍物识别方法
CN105785990B (zh) * 2016-02-26 2019-01-11 江苏科技大学 基于全景环视的船只停泊系统及障碍物识别方法
CN107037809A (zh) * 2016-11-02 2017-08-11 哈尔滨工程大学 一种基于改进蚁群算法的无人艇避碰方法
CN106444359A (zh) * 2016-12-21 2017-02-22 哈尔滨工程大学 一种喷水推进无人艇自主区域保持的仿人智能控制方法
CN106909145A (zh) * 2017-02-22 2017-06-30 武汉理工大学 无人航道测量船障碍物实时感知避障系统与方法
CN107748561A (zh) * 2017-09-25 2018-03-02 华南理工大学 一种基于多传感参数的无人船局部避障系统及方法
CN107748561B (zh) * 2017-09-25 2021-02-19 华南理工大学 一种基于多传感参数的无人船局部避障系统及方法
CN108120987A (zh) * 2017-12-21 2018-06-05 云南大学 一种大江大河的水下河道地形测量装置及测量方法
CN108710372B (zh) * 2018-05-29 2019-09-10 武汉理工大学 一种用于群水面无人艇的自主避碰系统及方法
CN108710372A (zh) * 2018-05-29 2018-10-26 武汉理工大学 一种用于群水面无人艇的自主避碰系统及方法
CN109298709A (zh) * 2018-12-25 2019-02-01 哈尔滨工程大学 一种用于浅水管线的水面无人艇检测与跟踪方法
CN110244743A (zh) * 2019-07-03 2019-09-17 浙江大学 一种融合多传感器信息的移动机器人自主脱困方法
CN112082557A (zh) * 2020-09-14 2020-12-15 哈尔滨工程大学 基于贝塞尔拟合的uuv海底地形跟踪路径滚动生成方法
CN112082558A (zh) * 2020-09-14 2020-12-15 哈尔滨工程大学 基于多项式拟合的uuv海底地形跟踪路径滚动生成方法
CN112985406A (zh) * 2021-02-23 2021-06-18 武汉理工大学 船舶避障路径规划方法、装置及存储介质
CN115344039A (zh) * 2022-07-06 2022-11-15 中国船舶科学研究中心 一种基于自适应分离组合策略的无人艇集群避障方法
CN115344039B (zh) * 2022-07-06 2023-08-18 中国船舶科学研究中心 一种基于自适应分离组合策略的无人艇集群避障方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102945045A (zh) 基于激光传感器和前视声纳的无人艇组合避障装置和方法
CN111028546B (zh) 基于岸基雷达面向智能船舶的多船协同避碰系统和方法
US10037701B2 (en) Watercraft navigation safety system
CN109460035B (zh) 一种无人艇高速状态下的二级自主避障方法
Zhang et al. Subsea pipeline leak inspection by autonomous underwater vehicle
CN111746736B (zh) 船舶导航系统及其导航方法
CN100545675C (zh) 用于系泊机器人的激光扫描
CN202038437U (zh) 具有新型避障装置的小型水面机器人
CN105242022A (zh) 北斗导航智能水质监测双体船
Bandyophadyay et al. A simple reactive obstacle avoidance algorithm and its application in singapore harbor
KR101948410B1 (ko) 수중음향 자율추적용 무인수상정의 운항경로생성시스템
CN105547261A (zh) 一种边远岛礁水下地形地貌勘测系统与方法
US11768492B2 (en) Automatic location placement system
CN111966106B (zh) 一种基于船-船协同的智能船舶编队靠泊的方法
CN104777480A (zh) 一种用于海洋渔业船舶的主动防碰撞雷达报警系统
CN202107082U (zh) 船舶底部水下安全检测装置
JP6686249B2 (ja) 船舶の自動操縦システム、船舶、及び船舶の自動操縦方法
Lu et al. Motion pose estimation of inshore ships based on point cloud
CN110087985B (zh) 拖船接近控制
CN105599874A (zh) 船舶超声波辅助靠泊或倒泊方法及系统
KR102617981B1 (ko) 자율운항선박의 충돌회피 시스템
Hye Ri The application of Dynamic Positioning System to Maritime Autonomous Surface Ship (MASS)
CN113436467B (zh) 一种水面无人艇在河道航行时的避碰决策方法
Glenn Wright et al. Arctic environment preservation through grounding avoidance
CN112918624A (zh) 一种用于浅水作业的高稳性便携无人船装置及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130227