CN106843208A - 一种无人驾驶测深船 - Google Patents

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曹勇
杨洋
方智强
王杰俊
赵延平
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Shanghai Huace Navigation Technology Ltd
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Shanghai Huace Navigation Technology Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Abstract

本发明提供了一种无人驾驶测深船，包括：信息采集模块和预处理模块，所述信息采集模块实时采集测深船行驶的关键数据，所述预处理模块用于对所述信息采集模块采集的各项关键数据进行预处理；信息融合处理模块，用于对预处理模块预处理后的数据进行融合处理得出融合数据；船舶主控单元，用于接收信息融合处理模块发送的融合数据以及外部遥控器的遥控指令指令生成控制信号；船舶执行单元，与所述船舶主控单元相连，用于响应船舶主控单元的控制信号并操控测深船执行相应操作。

Description

一种无人驾驶测深船
技术领域
本发明涉及测绘领域，尤其涉及一种无人驾驶测深船。
背景技术
随着社会技术的发展，无人驾驶技术引起社会的关注，特别是随着无人机技术应用与发展，无人驾驶船舶平台(简称无人船)也顺势出现与发展起来，为成功实施诸如海事救援、海上测量、危险品监测等特殊任务提供了承载平台，具有极大的应用前景.无人船是一个复杂的系统，它集成了船舶设计、智能控制、人工智能、信息处理、检测与转换等专业技术，其研究内容涉及多个方面：自动驾驶、自主避障、规划与导航、模式识别等等。由于要求无人船在各种不同的海洋环境下能够安全航行，特别是在超视距、遥控不能发挥作用的情况下，必须能够自主进行环境探测、目标识别、自主避障、自主路径规划以及自动完成使命。因此，智能是无人船的最基本特征，也是最大的难点。本文提出的无人船测深系统就是基于无人驾驶平台(简称无人船)进行水面测深的测量系统，其可以广泛应用于水库，海洋，湖泊等场合进行水面深度的测量工作。本文提出的无人测深系统就是基于无人驾驶船舶平台，配合测深仪器组成的，此系统目前在国内同类产品还比较少，与同类国外产品相比，国外无人测深系统成本比较高，操作复杂，但技术含量比较高。
发明内容
本发明提供了一种无人驾驶测深船，包括：
信息采集模块和预处理模块，所述信息采集模块实时采集测深船行驶的关键数据，所述预处理模块用于对所述信息采集模块采集的各项关键数据进行预处理；
信息融合处理模块，用于对预处理模块预处理后的数据进行融合处理得出融合数据；
船舶主控单元，用于接收信息融合处理模块发送的融合数据以及外部遥控器的遥控指令指令生成控制信号；
船舶执行单元，与所述船舶主控单元相连，用于响应船舶主控单元的控制信号并操控测深船执行相应操作。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述信息采集模块包括：GPS单元、数字罗盘、测深仪、AIS、雷达。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述预处理模块对所述信息采集模块采集的各项关键数据进行预处理后，将各项关键数据的有效数据进行特征提取，生成经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述预处理模块根据GPS单元的数据生成经纬度数据，所述预处理模块根据数字罗盘的数据生成航向数据，所述预处理模块根据测深仪的数据生成水深数据，所述预处理模块根据AIS的数据生成目标船数据，所述预处理模块根据雷达的数据生成目标数据。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述信息融合处理模块包括：
校准单元，用于对目标船数据和目标数据进行时间和空间校准，生成AIS数据和雷达数据；
航迹生成单元，用于对对AIS数据和雷达数据进行航迹生成处理，生成AIS航迹和雷达航迹；
融合单元，用于对AIS航迹和雷达航迹的数据进行融合，生成融合数据发送至船舶主控单元。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述测深船还包括网络通信单元，外部遥控器发送的遥控指令通过网络通信单元传输到船舶主控单元。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述信息融合处理模块包括信息综合管理单元，用于收集经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据，并将经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据发送通过网络通信单元发送到服务器。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述测深仪为侧扫声纳测深仪、单波束测深仪或多波束测深仪；
所述AIS包括加速度计、陀螺仪、磁力计、高度气压计。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述船舶主控单元包括任务分解模块和任务控制模块，用于对融合数据进行分解得出控制船舶各部位的控制指令。
上述的无人驾驶测深船，其中，所述船舶执行单元控制所述测深船的船体推进器、船尾偏针仪和救援设备执行相应操作。
本系统结构简单，重量比较轻，成本低，可以被广泛应用于浅海，水库，湖泊的测量工作中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种无人驾驶测深船的示意图；
图2为无人船信息采集与处理流程示意图；
图3为本发明一实施例中原理功能图；
图4为本发明中包含主要传感器的电路示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种无人驾驶测深船，主要由无人机船外壳、无人船控制系统、信息采集系统组成。无人船外形基于流体动力学研制，采用碳纤维材料加工制成。无人船的控制系统基于开源的控制系统APM设计，其主要功能有：方向控制，速度控制，自主巡航系统，碰撞系统。
参照图1所示，本发明提供的无人驾驶测深船包括：
信息采集模块和预处理模块，所述信息采集模块实时采集测深船行驶的关键数据，所述预处理模块用于对所述信息采集模块采集的各项关键数据进行预处理；
信息融合处理模块，用于对预处理模块预处理后的数据进行融合处理得出融合数据；
船舶主控单元，用于接收信息融合处理模块发送的融合数据以及外部遥控器的遥控指令指令生成控制信号；
船舶执行单元，与所述船舶主控单元相连，用于响应船舶主控单元的控制信号并操控测深船执行相应操作。
本系统结构简单，重量比较轻，成本低，可以被广泛应用于浅海，水库，湖泊的测量工作中。
在本发明一可选的实施例中，所述信息采集模块包括：GPS单元、数字罗盘、测深仪、AIS、雷达，如图2所示。
在本发明一可选的实施例中，所述预处理模块对所述信息采集模块采集的各项关键数据进行预处理后，将各项关键数据的有效数据进行特征提取，生成经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据。
在本发明一可选的实施例中，所述预处理模块根据GPS单元的数据生成经纬度数据，所述预处理模块根据数字罗盘的数据生成航向数据，所述预处理模块根据测深仪的数据生成水深数据，所述预处理模块根据AIS的数据生成目标船数据，所述预处理模块根据雷达的数据生成目标数据。例如，目标船数据包括方向数据、碰撞数据、速度数据、自主逆航数据、救助数据等数据。
在本发明一可选的实施例中，所述信息融合处理模块包括：
校准单元，用于对目标船数据和目标数据进行时间和空间校准，生成AIS数据和雷达数据；
航迹生成单元，用于对对AIS数据和雷达数据进行航迹生成处理，生成AIS航迹和雷达航迹；
融合单元，用于对AIS航迹和雷达航迹的数据进行融合，生成融合数据发送至船舶主控单元。
在本发明一可选的实施例中，所述测深船还包括网络通信单元，外部遥控器发送的遥控指令通过网络通信单元传输到船舶主控单元。
在本发明一可选的实施例中，所述信息融合处理模块包括信息综合管理单元，用于收集经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据，并将经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据发送通过网络通信单元发送到服务器。
在本发明一可选的实施例中，所述测深仪为侧扫声纳测深仪、单波束测深仪或多波束测深仪。
在本发明一可选的实施例中，所述船舶主控单元包括任务分解模块和任务控制模块，用于对融合数据进行分解得出控制船舶各部位的控制指令。
在本发明一可选的实施例中，所述船舶执行单元控制所述测深船的船体推进器、船尾偏针仪和救援设备执行相应操作。
在本发明中，采用STM32F427为主控制器，STM32F103为故障保护协处理器，通过MPU6000六轴陀螺仪模块对船体运行姿态进行捕获，主芯片将其捕获的姿态信息和磁力计、GPS、加速度计等传感器反馈的信息进行运算、分析,结合遥控器命令和地面管理器指令来控制无人船的各个驼机和电机。其中MPU6000为6轴加速度计/陀螺仪，L3GD20为十六位陀螺仪，LSM303D为十四位加速度计，UBLOX为GPS模块，具体如图3所示，图4示出了本发明在一实施例中包含主要传感器的电路示意图。
本文提出的无人测深系统就是基于无人驾驶船舶平台，配合测深仪器组成的，此系统目前在国内同类产品还比较少，与同类国外产品相比，国外无人测深系统成本比较高，操作复杂，但技术含量比较高。本系统结构简单，重量比较轻，成本低，被广泛应用于浅海，水库，湖泊的测量工作中。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种无人驾驶测深船，其特征在于，包括：
信息采集模块和预处理模块，所述信息采集模块实时采集测深船行驶的关键数据，所述预处理模块用于对所述信息采集模块采集的各项关键数据进行预处理；
信息融合处理模块，用于对预处理模块预处理后的数据进行融合处理得出融合数据；
船舶主控单元，用于接收信息融合处理模块发送的融合数据以及外部遥控器的遥控指令指令生成控制信号；
船舶执行单元，与所述船舶主控单元相连，用于响应船舶主控单元的控制信号并操控测深船执行相应操作。
2.如权利要求1所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述信息采集模块包括：GPS单元、数字罗盘、测深仪、AIS、雷达。
3.如权利要求2所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述预处理模块对所述信息采集模块采集的各项关键数据进行预处理后，将各项关键数据的有效数据进行特征提取，生成经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据。
4.如权利要求3所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述预处理模块根据GPS单元的数据生成经纬度数据，所述预处理模块根据数字罗盘的数据生成航向数据，所述预处理模块根据测深仪的数据生成水深数据，所述预处理模块根据AIS的数据生成目标船数据，所述预处理模块根据雷达的数据生成目标数据。
5.如权利要求3所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述信息融合处理模块包括：
校准单元，用于对目标船数据和目标数据进行时间和空间校准，生成AIS数据和雷达数据；
航迹生成单元，用于对对AIS数据和雷达数据进行航迹生成处理，生成AIS航迹和雷达航迹；
融合单元，用于对AIS航迹和雷达航迹的数据进行融合，生成融合数据发送至船舶主控单元。
6.如权利要求3所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述测深船还包括网络通信单元，外部遥控器发送的遥控指令通过网络通信单元传输到船舶主控单元。
7.如权利要求6所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述信息融合处理模块包括信息综合管理单元，用于收集经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据，并将经纬度数据、航向数据、水深数据、目标船数据和目标数据发送通过网络通信单元发送到服务器。
8.如权利要求2所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述测深仪为侧扫声纳测深仪、单波束测深仪或多波束测深仪；
所述AIS包括加速度计、陀螺仪、磁力计、高度气压计。
9.如权利要求3所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述船舶主控单元包括任务分解模块和任务控制模块，用于对融合数据进行分解得出控制船舶各部位的控制指令。
10.如权利要求9所述的无人驾驶测深船，其特征在于，所述船舶执行单元控制所述测深船的船体推进器、船尾偏针仪和救援设备执行相应操作。
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