CN111913476B - 一种无人艇航行控制软件架构方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人艇航行控制软件架构方法及装置，解决现有无人艇航行控制不容易对艇上的多种设备进行集中控制的技术问题。包括：将受控设备对象化形成与受控设备对应的描述类别；定期通过描述类别获取受控设备的工况数据形成受控设备的监控数据；定期将监控数据进行数据融合形成无人艇状态数据转发至岸基系统；定期接收岸基系统控制数据通过描述类别向受控设备转发。本发明将每一个受控设备都对应一个自身的描述类别，利用描述类别构建起受控设备和岸基系统之间的通讯链路，然后将无人艇上的受控设备产生的数据有机融合，最后由岸基系统进行操控，实现岸基系统对无人艇所有受控设备的集中控制。

Description

一种无人艇航行控制软件架构方法及装置

技术领域

本发明涉及无人艇航行控制技术领域，具体涉及无人艇航行控制软件架构方法及装置。

背景技术

随着近年来船艇向着无人驾驶及智能驾驶方向的快速发展，无人艇上会装备越来越多的辅助设备来增强功能，提高安全性。导致无人艇的航行控制软件需要控制的设备越来越多，需要融合的信息也越来越多，因此导致有关无人艇航行控制软件架构也越来越复杂，不容易对艇上的多种设备进行集中控制。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例无人艇航行控制软件架构方法及装置，解决现有无人艇航行控制软件架构复杂，不容易对艇上的多种设备进行集中控制的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种无人艇航行控制软件架构方法，包括：

将受控设备对象化形成与受控设备对应的描述类别；

定期通过描述类别获取受控设备的工况数据形成受控设备的监控数据；

定期将监控数据进行数据融合形成无人艇状态数据转发至岸基系统；定期接收岸基系统控制数据通过描述类别向受控设备转发。

一实施例中，所述描述类别包括：

设备接口，用于接收建立控制交互的以下传输数据：

向受控设备转发开关操作指令、向受控设备转发控制指令、接收受控设备控制反馈信息、接收受控设备工况告警信息；

受控设备数据处理过程，用于对指令数据进行通讯协议的解析，将解析数据转换成受控设备的电流或电压控制信号；

受控设备控制过程，用于建立受控设备的初始化控制流程，根据控制指令形成受控设备的闭环控制流程。

一实施例中，所述描述类别还包括：

受控设备异常处理过程，用于在受控设备的闭环控制过程中形成工况异常时的对应控制流程。

一实施例中，所述受控设备包括：

舵角控制器、发动机、导航设备、避碰雷达、无线通讯设备和外部设备。

第二方面，本发明提供一种无人艇航行控制软件架构装置，该装置包括：

类别形成单元：用于将受控设备对象化形成与受控设备对应的描述类别；

第一定时处理单元：用于定期通过描述类别获取受控设备的工况数据形成受控设备的监控数据；

第二定时处理单元：用于定期将监控数据进行数据融合形成无人艇状态数据转发至岸基系统；

第三定时处理单元：用于定期接收岸基系统控制数据通过描述类别向受控设备转发。

一实施例中，所述类别形成单元中的描述类别具体包括：

设备接口，用于接收建立控制交互的以下传输数据：

向受控设备转发开关操作指令、向受控设备转发控制指令、接收受控设备控制反馈信息、接收受控设备工况告警信息；

受控设备数据处理过程，用于对指令数据进行通讯协议的解析，将解析数据转换成受控设备的电流或电压控制信号；

受控设备控制过程，用于建立受控设备的初始化控制流程，根据控制指令形成受控设备的闭环控制流程。

一实施例中，所述类别形成单元中的描述类别还包括：

设备异常处理过程，用于在受控设备的闭环控制过程中形成工况异常时的对应控制流程。

一实施例中，所述受控设备包括：

舵角控制器、发动机、导航设备、避碰雷达、无线通讯设备和外部设备

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现无人艇航行控制软件架构方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现无人艇航行控制软件架构方法。

从上述描述可知，本发明实施列提供无人艇航行控制软件架构方法及装置，将每一个受控设备都对应一个自身的描述类别，利用描述类别构建起受控设备和岸基系统之间的通讯链路，然后将无人艇上的受控设备产生的数据有机融合，最后由岸基系统进行操控，实现岸基系统对无人艇所有受控设备的集中控制。极大改善了现有无人艇航行控制软件架构复杂，不容易对艇上的多种设备进行集中控制的问题。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构方法流程示意图；

图2所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构装置的结构示意图；

图3所示为本发明一实施例提供的描述类别的结构设计示意图；

图4所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构整体的设计示意图；

图5所示为本发明一实施例提供的应用无人艇航行控制软件架构组成的系统结构示意图；

图6所示为本发明一实施例提供的舵角控制器类对应的描述类别结构示意图；

图7所示为本发明一实施例提供的发动机类对应的描述类别结构示意图；

图8所示为本发明一实施例提供的导航设备类对应的描述类别结构示意图；

图9所示为本发明一实施例提供的避碰雷达类对应的描述类别结构示意图；

图10所示为本发明一实施例提供的无线通讯类对应的描述类别结构示意图；

图11所示为本发明一实施例提供的外部设备类对应的描述类别结构示意图；

图12所示为本发明一实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于现有技术的缺点，本发明实施例提供了一种无人艇航行控制软件架构方法的具体实施方式，如图1所示，该方法具体包括：

S101：将受控设备对象化形成与受控设备对应的描述类别；

具体地，每个受控设备都对应着自身的描述类别，描述类别对受控设备的功能、动作原理及控制方式进行全面的程序化描述，形成对受控设备功能描述、功能属性、功能过程控制等数据的通用数据结构。并且每个描述类别均能与受控设备和岸基系统形成数据链路，由岸基系统逐一与受控设备对应的描述类别进行数据传输，省去了很多中间冗余步骤，整体逻辑更为清晰明了。

S102：定期通过描述类别获取受控设备的工况数据形成受控设备的监控数据；

具体地，无人艇在航行时的航行角度、运行速度、航行路径、航行环境、通讯情况和照明情况等工况数据对后续的操控起着指引作用，定期调用所有受控设备的描述类别，读取每个受控设备的工况数据，将获取的所述受控设备的工况数据存储为监控数据，为后续无人艇操控提供指导。

S103：定期将监控数据进行数据融合形成无人艇状态数据转发至岸基系统；

具体地，定期对受控设备的若干监控数据自动分析、综合以完成所需的决策和评估任务融合成无人艇的状态数据。对无人艇的状态数据进行集中收集，并发送至岸基系统。岸基系统为无人艇的远程操控端，用于向无人艇航中的描述类别发送控制指令。

S104：定期接收岸基系统控制数据通过描述类别向受控设备转发。

具体地，岸基系统作为无人艇的远程操控端，根据步骤S102和步骤S103 掌握的无人艇运行状态，按照实际需求制定相应的控制策略，控制策略以控制数据的形式定期通过描述类别转达至相应的受控设备，完成对受控设备的集中控制。

在本实施例中，将每一个受控设备都对应一个自身的描述类别，利用描述类别构建起受控设备和岸基系统之间的通讯链路，然后将无人艇上的受控设备产生的数据有机融合，最后由岸基系统进行操控，实现岸基系统对无人艇所有受控设备的集中控制。极大改善了现有无人艇航行控制软件架构复杂，不容易对艇上的多种设备进行集中控制的问题。

本发明一实施例无人艇航行控制软件架构方法，如图3所示，类别形成单元中的描述类别具体包括：

设备接口101，用于接收建立控制交互的以下传输数据：

向受控设备转发开关操作指令、向受控设备转发控制指令、接收受控设备控制反馈信息、接收受控设备工况告警信息；

具体地，设备接口是与受控设备互联互通，与设备外部形成通讯链路的主要接口。其可以通过接受控制指令实现设备的打开和关闭、提供读取设备反馈信息、对受控设备进行操控，向外传递设备告警信息。设备接口可以为 CAN总线接口但也不排除其他类型的能实现上述功能的接口。

受控设备数据处理过程102，用于对指令数据进行通讯协议的解析，将解析数据转换成受控设备的电流或电压控制信号；

具体地，在受控设备数据处理过程102中，通过处理解析受控设备的指令数据，将解析完成后的数据转化为电压控制信号或者电流控制信号，或者其他的控制信号(例如高低电平信号)，控制受控设备动作完成相应的操作。

受控设备控制过程103，用于建立受控设备的初始化控制流程，根据控制指令形成受控设备的闭环控制流程。

具体地，在受控设备控制过程103中，受控设备运行时，首先将控制流程进行初始化，控制流程中的变量赋为默认值(变量可以是给定角度，给定速度或者给定路径)，为控制受控设备做准备；根据控制指令形成闭环控制流程，先通过设备接口向被受控设备传递控制指令，同时通过设备接口接收被受控设备反馈的数据，比较反馈数据是否达到控制指令要求的预定效果，对不满足要求的进行优化补偿，从而实现对受控设备的稳定运行。

在本实施例中，每个受控设备对应的描述类别均集成了设备接口101、受控设备数据处理过程102和受控设备控制过程103。实现了流经数据的内部转化和外部传输，并将其中的受控设备控制过程设计成闭环控制，对被受控设备的控制不断优化，保证受控设备按照预定的控制策略运行，提高无人艇操作的安全性。

本发明一实施例无人艇航行控制软件架构方法，如图3所示，类别形成单元中的描述类别还包括：

设备异常处理过程104，用于在受控设备的闭环控制过程中形成工况异常时的对应控制流程。

在本实施例中，在受控设备运行时出现故障时，为了避免危险进一步扩大，对出现故障的受控设备紧急停止，对重启后能够重新运行的受控设备进行重启操作，通过上述设计进一步的增强了无人艇航行的稳定性。

基于上述实施例，便能快速搭建起如图4所示的无人艇航行控制软件架构。

本发明一实施例无人艇航行控制软件架构方法，其中，无人艇上的设备包括：舵角控制器、发动机、导航设备、避碰雷达、无线通讯设备和外部设备。

其中外部设备均为一些辅助性的设备，例如：灯光、电笛、空调、娱乐设备等。

根据图4中的架构便能搭建出如图5所示的应用无人艇航行控制软件架组成的系统结构。

在无人艇航行控制软件架构中受控设备分别通过各自的设备接口与定时器模块200形成数据链路，类别描述的数量可以根据实际受控设备的数量按需进行扩展。定时器模块200通过设备接口与岸基系统300形成数据链路，进而对无人艇进行操控。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种无人艇航行控制软件架构装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于无人艇航行控制软件架构装置解决问题的原理与一种无人艇航行控制软件架构方法相似，因此无人艇航行控制软件架构装置的实施可以参见一种无人艇航行控制软件架构方法实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本发明提供了一种无人艇航行控制软件架构装置，如图2所示。在图2 中，人艇航行控制软件架构装置包括：

类别形成单元100：用于将受控设备对象化形成与受控设备对应的描述类别；

第一定时处理单元210：用于定期通过描述类别获取受控设备的工况数据形成受控设备的监控数据；

第二定时处理单元220：用于定期将监控数据进行数据融合形成无人艇状态数据转发至岸基系统；

第三定时处理单元230：用于定期接收岸基系统控制数据通过描述类别向受控设备转发。

本发明一实施例无人艇航行控制软件架构装置，其中类别形成单元100 中的描述类别具体包括：

设备接口，用于接收建立控制交互的以下传输数据：

向受控设备转发开关操作指令、向受控设备转发控制指令、接收受控设备控制反馈信息、接收受控设备工况告警信息；

受控设备数据处理过程，用于对指令数据进行通讯协议的解析，将解析数据转换成受控设备的电流或电压控制信号；

受控设备控制过程，用于建立受控设备的初始化控制流程，根据控制指令形成受控设备的闭环控制流程。

本发明一实施例无人艇航行控制软件架构装置，其中类别形成单元100 中的描述类别还包括：

设备异常处理过程，用于在受控设备的闭环控制过程中形成工况异常时的对应控制流程。

本发明一实施例无人艇航行控制软件架构装置，其中受控设备包括：

舵角控制器、发动机、导航设备、避碰雷达、无线通讯设备和外部设备。

需要说明的是，上述的类别单元是通过舵角控制器、发动机、导航设备、避碰雷达、无线通讯设备和外部设备进行分类的。在上述架构的基础上形成了一系列的应用实例，足以认定本发明的架构有广泛的应用前景。

下述的设备接口对应于设备接口101；数据处理应于受控设备数据处理过程102；流程控制应于受控设备控制过程103；错误处理应于设备异常处理过程104。

如图6所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构在舵角控制器类别单元应用时的结构示意图。

舵角控制器类是从舵角控制器定义的类别单元，包括设备接口、数据处理、流程控制和错误处理。其中设备接口的类别包括打开舵角控制、关闭舵角控制、控制角度输入、真实角度反馈、故障报警和故障清除；数据处理用于控制角度转成开关控制；流程控制包括初始阶段的初始化，初始化完成后进入舵角控制器角度闭环控制流程；错误处理用于在舵角控制器在运行过程中出现错误时紧急停止。通过以上架构可以实现舵角控制器在接收到角度控制指令后，启动角度闭环控制流程，把舵角控制转换成开关量控制，调整真实舵角达到预期。

如图7所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构在发动机类别单元应用时的结构示意图。

发动机类是发动机定义的类别单元，包括设备接口、数据处理、流程控制盒错误处理。其中设备接口的类别包括打开发动机、关闭发动机、急停、档位油门控制、自动巡航速度控制、速度反馈、发动机速度反馈、故障报警和故障清除；数据处理包括CAN接口解析发动机协议、控制档位油门转成单压控制及控制巡航速度转成单压控制；流程控制包括初始阶段的初始化，初始化完成后进入档位油门闭环控制流程及速度闭环控制流程；错误处理用于发动机在运行过程中出现错误时紧急停止。通过以上架构可以实现发动机在接收控制指令后控制档位和油门，也支持自动巡航速度控制。发动机接收到控制指令后启动相应闭环控制流程，把档位和油门控制转成电压控制，调整真实档位和油门达到预期。

如图8所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构在导航设备类别单元应用时的结构示意图。

导航设备类是导航设备定义的类别单元，包括设备接口、数据处理、流程控制和错误处理。其中设备接口的类别包括打开导航设备、关闭导航设备、位置反馈、速度反馈、方向反馈、海图路径规划、位置/速度控制、故障报警和故障清除；数据处理包括CAN接口解析导航设备协议，将位置、速度控制转成档位、油门和舵角控制；流程控制包括初始阶段的初始化，初始化完成后进入位置、速度闭环控制流程；错误处理用于在导航设备运行过程中出现错误时紧急停止。通过以上架构可以实现导航设备接收海图进行路径规划，并支持位置和速度的控制。导航设备收到控制指令后把路径规划拆分成一个个独立的位置点，启动位置、速度闭环控制流程，把对位置和速度的控制转换成对档位、油门和舵角的控制，调整位置和速度达到预期。

如图9所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构在避碰雷达类别单元应用时的结构示意图。

避碰雷达类是避碰雷达设备定义的类别单元，包括设备接口、数据处理、流程控制和错误处理。其中设备接口的类别包括打开雷达、关闭雷达、读取雷达数据、故障报警和故障清除；数据处理包括将雷达数据转换成障碍物信息；流程控制包括初始阶段的初始化；错误处理用于在避碰雷达运行过程中出现错误时重启雷达。通过以上架构可以实现避碰雷达感知周围障碍物个数。把多个避碰雷达组合成避碰雷达组，也可以把多个避碰雷达的数据统一处理，形成无人艇周围障碍物信息。避碰雷达组收到控制指令后反馈障碍物信息和雷达状态信息。

如图10所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构在无线通讯类别单元应用时的结构示意图。

无线设备类是无限通讯设备定义的类别单元，包括设备接口、数据处理、流程控制和错误处理。其中设备接口的类别包括打开无线通讯设备、关闭无线通讯设备、读取无线通讯设备数据、故障报警和故障清除；数据处理用于发送通讯协议和接收通讯协议；流程控制包括初始阶段的初始化；错误处理用于在无线通许设备在运行中出现错误时重启无线通讯设备。通过以上架构可以形成与岸基监控模块的通讯链路。

如图11所示为本发明一实施例提供的无人艇航行控制软件架构在外部设备类别单元应用时的结构示意图。

外部设备类是用来控制外部设备打开关闭的类别单元，包括设备接口、数据处理、流程控制和错误处理。其中设备接口的类别包括打开外部设备、关闭外部设备、控制外部设备开关、外部设备开关反馈、故障报警和故障清除；数据处理包括对外部设备开关控制；流程控制包括初始阶段的初始化，初始化完成后进入开关闭环控制流程；错误处理用于在外部设备运行中出现错误时紧急停止全部关闭。外部设备为灯光、电笛、空调、娱乐设备等增强功能性的设备。通过以上架构可以实现外部设备在收到指令后进行上电或断电。

本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的无人艇航行控制软件架构方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图12，电子设备400具体包括如下内容：

处理器410、存储器420、通信单元430和总线440；

其中，处理器410、存储器420、通信单元430通过总线440完成相互间的通信；通信单元430用于实现服务器端设备以及终端设备等相关设备之间的信息传输。

处理器410用于调用存储器420中的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的无人艇航行控制软件架构方法中的全部步骤。

本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的无人艇航行控制软件架构方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的无人艇航行控制软件架构方法的全部步骤。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种无人艇航行控制软件架构方法，其特征在于，所述方法包括：

将受控设备对象化形成与受控设备对应的描述类别；

所述描述类别包括：

设备接口，用于接收建立控制交互的以下传输数据：向受控设备转发开关操作指令、向受控设备转发控制指令、接收受控设备控制反馈信息、接收受控设备工况告警信息；

受控设备数据处理过程，用于对指令数据进行通讯协议的解析，将解析数据转换成受控设备的电流或电压控制信号；

受控设备控制过程，用于建立受控设备的初始化控制流程，根据控制指令形成受控设备的闭环控制流程；

受控设备异常处理过程，用于在受控设备的闭环控制过程中形成工况异常时的对应控制流程；

定期通过描述类别获取受控设备的工况数据形成受控设备的监控数据；

定期将监控数据进行数据融合形成无人艇状态数据转发至岸基系统；

定期接收岸基系统控制数据通过描述类别向受控设备转发。

2.如权利要求1所述的无人艇航行控制软件架构方法，其特征在于，所述受控设备包括：

舵角控制器、发动机、导航设备、避碰雷达、无线通讯设备和外部设备。

3.一种无人艇航行控制软件架构装置，其特征在于，该装置包括：

类别形成单元：用于将受控设备对象化形成与受控设备对应的描述类别；

所述类别形成单元中的描述类别具体包括：

设备接口，用于接收建立控制交互的以下传输数据：向受控设备转发开关操作指令、向受控设备转发控制指令、接收受控设备控制反馈信息、接收受控设备工况告警信息；

受控设备数据处理过程，用于对指令数据进行通讯协议的解析，将解析数据转换成受控设备的电流或电压控制信号；

受控设备控制过程，用于建立受控设备的初始化控制流程，根据控制指令形成受控设备的闭环控制流程；

设备异常处理过程，用于在受控设备的闭环控制过程中形成工况异常时的对应控制流程；

第一定时处理单元：用于定期通过描述类别获取受控设备的工况数据形成受控设备的监控数据；

第二定时处理单元：用于定期将监控数据进行数据融合形成无人艇状态数据转发至岸基系统；

第三定时处理单元：用于定期接收岸基系统控制数据通过描述类别向受控设备转发。

4.如权利要求3所述的无人艇航行控制软件架构装置，其特征在于，所述受控设备包括：

舵角控制器、发动机、导航设备、避碰雷达、无线通讯设备和外部设备。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至2任一项所述无人艇航行控制软件架构方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至2任一项所述无人艇航行控制软件架构方法的步骤。

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