CN113552892A - 基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法及系统 - Google Patents

基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法及系统，系统包括船基服务器、岸基控制站、通信系统、远程遥控设备、自主航行设备、平台就地人工航行控制设备。远程遥控设备位于岸基控制站内，船基服务器位于无人船，岸基控制站通过通信系统与船基服务器进行通信。自主航行设备和平台就地人工航行控制设备均设置在无人船上，自主航行设备和平台就地人工航行控制设备均连接至船基服务器。平台就地人工航行控制设备包括通过人工操纵的驾驶平台。本发明的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统基于船基服务器对平台就地人工控制、自主航行、远程遥控操纵三种方式实现无缝隙的切换控制。

Description

基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法及系统
技术领域
本发明涉及无人船控制领域，具体涉及一种基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法及系统。
背景技术
无人船是通过遥控模式或者自主模式在水面上航行，同步开展环境调查、人员搜救、货物运输以及军事行动等活动的智能化水面机器人。
无人船操控装置是实现无人船以规定航行模式安全航行的关键部分，能监测及控制所有推进、操纵、导航及执行指定任务的装置。然而，由于无人船易受到所处的海面受自然环境恶劣、障碍物场复杂、作业风险巨大、深远海保障支持不足的影响，无人船需要在远程遥控模式、自主航行模式、平台就地人工控制模式之间随时切换。传统操控装置在三种不同模式切换后船舶状态的同步操作繁琐，不易于无专业计算知识的人员安全操作。因此，本发明期望提出一种更为简易、可靠的无人船操控切换方案。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法及系统。本发明中的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统包括船基服务器、岸基控制站、通信系统、远程遥控设备、自主航行设备、平台就地人工航行控制设备。远程遥控设备位于岸基控制站内，船基服务器位于无人船，岸基控制站通过通信系统与船基服务器进行通信。自主航行设备和平台就地人工航行控制设备均设置在无人船上，自主航行设备和平台就地人工航行控制设备均连接至船基服务器。平台就地人工航行控制设备包括通过人工操纵的驾驶平台。本发明的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统基于船基服务器对平台就地人工控制、自主航行、远程遥控操纵三种方式实现无缝隙的切换控制。
本发明的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，无人船启动后，其具体包括以下步骤：S1：通过船基服务器获取航行操作模式；所述航行操作模式包括遥控模式、自主模式和人工模式；遥控模式为远程遥控航行模式，自主模式为自主航行模式，人工模式为平台就地人工控制航行模式；当检测到无人船处于远程遥控航行模式下，转入S2；当检测到无人船处于平台就地人工控制航行模式下，转入S4；当检测到无人船处于自主航行模式下，转入S6；S2：远程遥控航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置；转入S3；方向舵和油门杆位于无人船；S3：进行A/D转换产生远程遥控控制指令，通过通信系统将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；S4：无人船处于平台就地人工控制航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；S5: 进行A/D转换产生人工控制控制指令，并将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；S6：无人船处于自主航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；S7：将S6中所得到方向舵位置和油门杆位置传输至船基服务器；转入S8；同时发出电机驱动命令至船基服务器；船基服务器通过通信系统与岸基控制站的远程遥控设备进行通信，驱动岸基控制站中的远程遥控设备的方向操纵舵和油门操纵杆进行随动动作；船基服务器操纵无人船的操纵驾驶台的方向操纵舵和油门操纵杆动作；S8：船基服务器将所获得的相应控制指令输出至HUB；转入S9；S9：驱动方向舵转动且驱动发动机以预设转速运动。本发明还能够实现不同航行情况下的操作优先级别，使得无人船的航行更加安全可靠。
本发明的技术方案如下所示：
一种基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，无人船启动后，其具体包括以下步骤：
S1：通过船基服务器获取航行操作模式；
所述航行操作模式包括遥控模式、自主模式和人工模式；
遥控模式为远程遥控航行模式，自主模式为自主航行模式，人工模式为平台就地人工控制航行模式；
当检测到无人船处于远程遥控航行模式下，转入S2；
当检测到无人船处于平台就地人工控制航行模式下，转入S4；
当检测到无人船处于自主航行模式下，转入S6；
S2：远程遥控航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置；转入S3；
方向舵和油门杆位于无人船；
S3：进行A/D转换产生远程遥控控制指令，通过通信系统将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；
S4：无人船处于平台就地人工控制航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；
S5：进行A/D转换产生人工控制控制指令，并将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；
S6：无人船处于自主航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；
S7：将S6中所得到方向舵位置和油门杆位置传输至船基服务器；转入S8；同时发出电机驱动命令至船基服务器；船基服务器通过通信系统与岸基控制站的远程遥控设备进行通信，驱动岸基控制站中的远程遥控设备的方向操纵舵和油门操纵杆进行随动动作；船基服务器操纵无人船的操纵驾驶台的方向操纵舵和油门操纵杆动作；
S8：船基服务器将所获得的相应控制指令输出至HUB；转入S9；
S9：驱动方向舵转动且驱动发动机以预设转速运动。
优选地，其中遥控模式的优先级高于人工模式的优先级，人工模式的优先级高于自主模式的优先级。
优选地，岸基控制站的远程遥控设备通过自组网视距链路电台与船基服务器的网络集线器的自组网视距链路电台进行通信。
优选地，当平台就地人工控制模式转向自主航行模式或远程遥控操控模式，与船基服务器相连的各个传感器分别将方向舵转动的位置和油门位置提供至船基服务器。
优选地，无人船的油门控制和方向操纵舵控制指令经过船基服务器发出，通过网络集线器控制发送机转速和无人船的舵角方向。
优选地，船基服务器带有逻辑判断模块，在自主航行模式下，一旦感知平台就地人工控制转动了方向舵或油门手柄，就自动切换到平台就地人工控制模式。
优选地，在自主航行模式下或平台就地人工控制模式下，服务器一旦感知远程遥控操作发出指令，逻辑判断后就转向远程遥控操作模式。
优选地，基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统，其包括岸基控制站、远程遥控设备、平台就地人工航行控制设备、自主航行设备、通信系统、网络集线器、船基服务器；远程遥控设备位于岸基控制站内；人工航行控制设备和自主航行设备位于无人船上；平台就地人工航行设备与自主航行设备均连接至船基服务器，远程遥控设备通过通信系统与船基服务器进行通信以实现对无人船的远程控制；船基服务器与网络集线器相连，各传感器通过网络集线器与船基服务器进行连接，将所采集到的信息传输至船基服务器；船基服务器位于无人船；船基服务器是无人船操控方式切换控制系统的核心设备，三种控制方式的控制指令都通过船基服务器送到无人船的底层设备以控制无人船的航行；三种控制方式通过船基服务器实现了各模式的切换。
优选地，所述远程遥控设备包括方向操纵舵、油门操纵杆，在远程遥控航行模式下，通过远程遥控设备设定无人船的方向舵角位置、发动机转速。
优选地，所述方向操纵舵与第一可变电阻器相连，方向操纵舵转动产生转动角度使与其相连的第一可变电阻器的阻值改变，根据以可变电阻器阻值的变化量得到第一电压的变化量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的基于船基服务器的无人船三种操控方式切换控制方法及系统具有三种操控模式无缝自动切换的优势。船基服务器通过网络集线器连接方向舵位置传感器和发动机油门位置传感器以便实时监测无人船的方向舵的转动角度和无人船的发动机油门的位置。在上述三种操纵模式中的任意一种操纵模式下，船基服务器都能够获知方向舵转动的位置和油门操作手柄的位置。
具体地，当平台就地人工控制模式转向自主航行模式或远程遥控操控模式，与船基服务器相连的各个传感器分别将方向舵转动的位置和油门位置提供出来，例如，提供至船基服务器。优选地，油门位置通过油门操作手柄的位置得到。基于船基服务器所提供的方向舵转动的当前位置和油门当前位置，本发明中自主航行模式或远程遥控操控模式能够按照各个当前位置接管无人船，继续操控无人船。
本发明从人工控制模式转向自主航行模式或远程遥控操控模式时，不是从零开始操作，所以无顿挫感，实现了平滑过渡。本发明在自主航行模式下，船基服务器发出方向舵转动度数指令和油门开度大小指令控制无人船航行的同时，上述指令同时驱动手工操纵的方向舵和油门手柄随着指令一起动作，这样自主航行模式下切换到平台就地人工控制下，由于方向舵和和油门手柄一直随指令连续动作，因此切换也是连续无缝隙的切换。
因此，本发明方向舵位置传感器和发动机油门位置传感器使用与指令同步驱动方向舵与油门手柄操作的方法，使得三种模式转换是完全自然的、无缝隙的，没有顿挫的切换。
优选地，三种操控模式是有优先级别的：远程遥控操控优先级>平台就地人工控制优先级>自主航行优先级。由于地面遥控站是处于无人系统的最高级别地位，地面遥控站发出的控制操作指令具有最高优先级，因此远程遥控操作级别比另外两种操作级别高；在无人船上，人的智能水平要高于目前自动驾驶的水准，一旦有了紧急情况人的操作能力强于自动驾驶，所以人工操纵的优先级要高于自动驾驶优先级，即平台就地人工控制的优先级高于自主航行的优先级。具体地，船基服务器带有逻辑判断模块，在自主航行模式下，一旦感知平台就地人工控制转动了方向舵或油门手柄，就自动切换到平台就地人工控制模式；不论在自主航行模式下或平台就地人工控制模式下，服务器一旦感知远程遥控操作发出指令，通过逻辑判断模块进行逻辑判断后就转向远程遥控操作模式。
本发明还设置了操作人员的识别模块，如果非法人员进入操作室，无人船将存在被利用的风险带来及其严重后果，必须身份认证才能进行各种操作。所以本系统提供人员认证功能，在驾驶台操作人员通过识别后，系统操纵和切换功能才有效，否则不能对无人船开船或操纵模式切换。同时本系统在紧急情况下，设有断电按钮，按下去自动切断电源，同时发出自动刹车指令，为无人船航行提供高可靠的保护。
遥控操作模式通过自组网无线网络与船基服务器连接，具体地，本发明基于COFDM调制技术的自组网无线网络，无线电频段在1GHz至2GHz，带宽可达20MHz，可实现点对点、点对多点数据的透明传输。
附图说明
图1 是根据本发明的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统的结构拓扑示意图；
图2 是根据本发明的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统系统的详细实现图；
图3 是根据本发明的基于船基服务器的无人船操控方式切换方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
根据本发明的实施例的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统，其能够在人工模式、自动模式、遥控模式三种操控方式下进行切换。
具体地，图1、图2、图3所示，根据本发明实施例的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统，其包括岸基控制站、远程遥控设备、平台就地人工航行控制设备、自主航行设备、通信系统、网络集线器、船基服务器；远程遥控设备位于岸基控制站内。人工航行控制设备和自主航行设备位于无人船上。平台就地人工航行设备与自主航行设备均连接至船基服务器，远程遥控设备通过通信系统与船基服务器进行通信以实现对无人船的远程控制。船基服务器与网络集线器相连，各传感器通过网络集线器与船基服务器进行连接，将所采集到的信息传输至船基服务器。船基服务器位于无人船。船基服务器是无人船操控方式切换控制系统的核心设备，三种控制方式的控制指令都通过船基服务器送到无人船的底层设备以控制无人船的航行；三种控制方式通过船基服务器实现了各模式的切换。
船基服务器是无人船操控方式切换控制方法的核心，各传感器采集的信息时传输至船基服务器。同时，各种控制方式下，通过船基服务器将相应的控制指令传输至无人船的底层控制无人船的航行。
在远程遥控航行模式下，即遥控模式下，通过远程遥控设备远程操控无人船进行航行。自主航行设备是无人船的关键设备，通过船基服务器实现无人船的自主航行。在自主航行模式下，即自主模式下，船基服务器发出控制指令，控制自主航行设备动作。人工模式是无人船的基本模式；当自动模式和遥控模式都失效的情况下，人工模式是无人船控制的保障。
人工航行设备包括方向舵和油门杆。
无人船设置无人系统，无人系统包括自主航行设备。无人系统与船基服务器相连。具体地，无人系统包括自主航行设备，自主航行设备与船基服务器相连。
网络集线器为HUB，网络集线器与船基服务器相连。优选地，各个传感器通过HUB与船基服务器相连，将各传感器所采集的信息传输至船基服务器以便供三种航行模式下调用。
岸基控制站通过通信系统与船基服务器进行通信，
具体地， 通信系统包括自组网视距链路电台。
岸基控制站的远程遥控设备通过自组网视距链路电台与船基服务器的网络集线器进行连接。
优选地，自组网视距链路电台的数量为两台，其分别为第一自组网视距链路电台和第二自组网视距链路电台。
根据本发明的具体实施例，所述远程遥控设备与自组网视距链路电台的通信频率为1GHz-2GHz。远程遥控设备与第一自组网视距链路电台连接，网络集线器与第二自组网视距链路电台连接，第一自组网视距链路电台与第二自组网视距链路电台进行点对点收发。
优选地，网络集线器连接至船基服务器的其中一个端口。网络集线器具有多个接口传输至船基服务器，各传感器分别连接至网络集线器的各个接口，以便将来自于多个传感器的信号，所述信号包括舵机方向、发动机转速、发送机状态等参数。
方向舵处设置第一传感器，发动机油门处设置的第二传感器，第一传感器为方向舵位置传感器，第二传感器为油门位置传感器，方向舵位置传感器和发动机油门位置传感器均有船基服务相连。
为保证三种操作模式的无缝切换，在每种模式下，各传感器输出的方向舵位置和油门杆位置都被送入船基服务器，船基服务器通过电机驱动单元驱动电机，使得方向舵、油门杆始终与当前位置保持一致；
基于船基服务器的无人船三种操控方式切换控制系统，其包括船基服务器，通信系统、地面遥控站、自主控制设备、人工操纵平台，本发明能够对平台就地人工控制、自主航行、远程遥控操纵三种方式实现无缝隙的切换控制，同时实现不同航行情况下的操作优先级别，使得无人船的航行是安全的和可靠的。
三种操控模式无缝自动切换优势。在船基服务器上带有方向舵位置、发动机油门位置的传感器，在任何操纵模式下，都能够获知方向舵转动的位置，油门操作手柄的位置。在平台就地人工控制转向自主航行模式或远程遥控操控模式，服务器上的传感器将记住的方向舵和油门位置提供出来，自主航行或远程遥控操控模式按照当前位置接管，继续操控无人船，由于不是从零开始操控就没有顿挫感，实现了平滑过渡；反过来也是一样在自主航行模式下，随着自主航行模式发出方向舵转动度数、油门开度大小指令，控制无人船航行的同时，上述指令也驱动手工操纵的方向舵和油门手柄随着指令一起动作，这样自主航行模式下切换到平台就地人工控制下，由于方向舵和和油门手柄一直随指令连续动作，因此切换也是连续无缝隙的切换。所以基于方向舵和发动机油门位置传感器使用和指令同步驱动方向舵与油门手柄操作的方法，使得三种模式转换是完全自然的、无缝隙的，没有顿挫的切换。
三种操控模式是有优先级别的：远程遥控操控优先级>平台就地人工控制优先级>自主航行优先级。由于地面遥控站是处于无人系统的最高级别地位，发出的控制操作指令具有最高优先级，因此远程遥控操作级别比另外两种操作级别高；在无人船上，人的智能水平要高于目前自动驾驶的水准，一旦有了紧急情况人的操作能力强于自动驾驶，所以人工操纵的优先级要高于自动驾驶优先级。船基服务器带有逻辑判断模块，在自主航行模式下，一旦感知平台就地人工控制转动了方向舵或油门手柄，就自动切换到平台就地人工控制模式；不论在自主航行模式下或平台就地人工控制模式下，服务器一旦感知远程遥控操作发出指令，逻辑判断后就转向远程遥控操作模式。
方式切换控制系统还设置了操作人员的识别模块，如果非法人员进入操作室，无人船将存在被利用的风险带来及其严重后果，必须身份认证才能进行各种操作。所以本系统提供人员认证功能，在驾驶台操作人员通过识别后，系统操纵和切换功能才有效，否则不能对无人船开船或操纵模式切换。同时本系统在紧急情况下，设有断电红色按钮，按下去自动切断电源，同时发出自动刹车指令，为无人船航行提供高可靠的保护。
优选地，网络集线器连接至船基服务器的其中一个端口。优选地，船基服务器具有10个端口或24个端口，网络集线器占用船基服务器的其中一个端口。
所述远程遥控设备包括方向操纵舵、油门操纵杆，在远程遥控航行模式下，通过远程遥控设备设定无人船的方向舵角位置、发动机转速。
船基服务器通过网络端口与网络集线器连接，插到HUB一个端口中，手工操作的油门和舵角这些物理量，通过信号调理电路将电压转化为数字信号，在通过网络将这些数据传输至HUB的端口。
无人系统控制将这些数字信号直接汇集起来，通过网络集线器连接传到船基服务器。
所述方向操纵舵与第一可变电阻器相连，方向操纵舵转动产生转动角度使与其相连的第一可变电阻器的阻值改变，根据以可变电阻器阻值的变化量得到第一电压的变化量，将第一电压的变化量输入至AD采集芯片获的第一电压变化量，进而得到操纵舵转动的角度。
所述油门操纵杆为第二可变电阻器的手柄。第一可变电阻器和第二可变电阻器均为滑动变阻器；向前滑动使得第二可变电阻器阻值增加，第二可变电阻器阻值增加表示油门加大；向后滑动第二可变电阻器阻值变小，第二可变电阻器阻值减少表示油门减小，通过第二可变电阻器阻值的变化量得到第二电压的变化量，将第二电压的变化量输入至AD采集芯片获得对应的第二变压变化量，得到油门的变化范围。
AD采集芯片连接信号调理单元，信号调理单元将方向操纵舵和油门操纵杆将产生的模拟电压信号转换成数字电压信号，通过信号调理单元AD采集芯片和相应的辅助电路连接在一起。通过ARM控制板的串口各路得到的数字信息存放入远程遥控计算机；本发明中采用一个AD采集芯片采集两路信号。
优选地，油门操纵杆与信号调理单元的第一可变电阻器连接，第一可变电阻器的阻值为10K；第一可变电阻器外接5V电压，油门操纵杆滑动使得第一可变电阻器阻值发生变化，使得输出电压值从0V至5V变化，表示0%到100%油门。优选地，油门操纵杆滑动使得第一可变电阻器阻值发生变化，使得输出电压值从0V至53变化，表示0%到100%油门。转动的舵角数值比较大。
同理，方向操纵舵与信号调理单元的第二可变电阻器相连，第二可变电阻器的阻值为10K，第二可变电阻器外接5V电压，方向操纵舵转动使得第二可变电阻器阻值发生变化，使得输出电压值从0V至5V变化，表示方向操纵舵-30°到+30°角度变化范围。
使用ARM的数据采集板的AD数模转换器，将油门的电压变化和方向舵的电压变化采集，生成数字化数据，分别代表0%到100%油门和-30°到+30°舵角，这些通过ARM的串口发送给嵌入式计算机中，再通过嵌入式计算机产生指令，发给船基控制器。
优选地，远程遥控计算机按照软件协议，将代表方向舵的数字信号，代表油门的数字信号生成标准的控制指令，通过自组网视距链路电台与船基服务器的网络集线器UHB连接，HUB发给底层的驱动控制方向舵和发动机油门，完成远程的方向和油门的操控。
同理平台就地人工航行控制设备的操纵与远程遥控操控形式一样，包含了方向操纵舵、油门操纵杆，通过信号调理单元提供无人船的方向舵角位置、发动机转速大小的设定，将方向操纵舵和油门操纵杆产生的模拟信号转换成数字信号的装置。只不过没有经过通信系统的自组网视距链路电台，而是与船基服务器的网络集线器UHB直接连接，将指令发送给了船基服务器；
无人船的自主航行操控模式，直接与船基服务器的网络集线器UHB连接，发出方向操纵舵、油门操纵杆的控制指令，HUB发给底层的驱动控制方向舵和发动机油门，完成远程的方向和油门的操控；
如图3所示为根据本发明的基于船基服务器的无人船三种操控方式切换控制方法，其具体包括如下步骤：
无人船启动后，
S1：通过船基服务器获取航行操作模式；
所述航行操作模式包括遥控模式、自主模式和人工模式；
遥控模式为远程遥控航行模式，自主模式为自主航行模式，人工模式为平台就地人工控制航行模式；
当检测到无人船处于远程遥控航行模式下，转入S2；
当检测到无人船处于平台就地人工控制航行模式下，转入S4；
当检测到无人船处于自主航行模式下，转入S6；
S2：远程遥控航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置；转入S3；
方向舵和油门杆位于无人船；
S3：进行A/D转换产生远程遥控控制指令，通过通信系统将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；
S4：无人船处于平台就地人工控制航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；
S5: 进行A/D转换产生人工控制控制指令，并将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；
S6：无人船处于自主航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；
S7：将S6中所得到方向舵位置和油门杆位置传输至船基服务器；转入S8；同时发出电机驱动命令至船基服务器；船基服务器通过通信系统与岸基控制站的远程遥控设备进行通信，驱动岸基控制站中的远程遥控设备的方向操纵舵和油门操纵杆进行随动动作；船基服务器操纵无人船的操纵驾驶台的方向操纵舵和油门操纵杆动作；
S8：船基服务器将所获得的相应控制指令输出至HUB；转入S9；
S9：驱动方向舵转动且驱动发动机以预设转速运动。
优选地，其中遥控模式的优先级高于人工模式的优先级，人工模式的优先级高于自主模式的优先级。
优选地，岸基控制站的远程遥控设备通过自组网视距链路电台与船基服务器的网络集线器的自组网视距链路电台进行通信。
优选地，当平台就地人工控制模式转向自主航行模式或远程遥控操控模式，与船基服务器相连的各个传感器分别将方向舵转动的位置和油门位置提供至船基服务器。
优选地，无人船的油门控制和方向操纵舵控制指令经过船基服务器发出，通过网络集线器控制发送机转速和无人船的舵角方向。
优选地，船基服务器带有逻辑判断模块，在自主航行模式下，一旦感知平台就地人工控制转动了方向舵或油门手柄，就自动切换到平台就地人工控制模式。
优选地，在自主航行模式下或平台就地人工控制模式下，服务器一旦感知远程遥控操作发出指令，逻辑判断后就转向远程遥控操作模式。
为保证三种操作模式的无缝切换，在每种模式下，输出的方向舵位置和油门杆位置都被送入船基服务器，船基服务器就通过电机驱动单元驱动电机，使得方向舵、油门杆始终与当前位置保持一致；
基于船基服务器的无人船三种操控方式切换控制系统，其包括船基服务器，通信系统、地面遥控站、自主控制设备、人工操纵平台，本发明能够对平台就地人工控制、自主航行、远程遥控操纵三种方式实现无缝隙的切换控制，同时实现不同航行情况下的操作优先级别，使得无人船的航行是安全的和可靠的。
三种操控模式无缝自动切换优势。在船基服务器上带有方向舵位置、发动机油门位置的传感器，在任何操纵模式下，都能够获知方向舵转动的位置，油门操作手柄的位置。在平台就地人工控制转向自主航行模式或远程遥控操控模式，服务器上的传感器将记住的方向舵和油门位置提供出来，自主航行或远程遥控操控模式按照当前位置接管，继续操控无人船，由于不是从零开始操控就没有顿挫感，实现了平滑过渡；反过来也是一样在自主航行模式下，随着自主航行模式发出方向舵转动度数、油门开度大小指令，控制无人船航行的同时，上述指令也驱动手工操纵的方向舵和油门手柄随着指令一起动作，这样自主航行模式下切换到平台就地人工控制下，由于方向舵和和油门手柄一直随指令连续动作，因此切换也是连续无缝隙的切换。所以基于方向舵和发动机油门位置传感器使用和指令同步驱动方向舵与油门手柄操作的方法，使得三种模式转换是完全自然的、无缝隙的，没有顿挫的切换。
三种操控模式是有优先级别的：远程遥控操控优先级>平台就地人工控制优先级>自主航行优先级。由于地面遥控站是处于无人系统的最高级别地位，发出的控制操作指令具有最高优先级，因此远程遥控操作级别比另外两种操作级别高；在无人船上，人的智能水平要高于目前自动驾驶的水准，一旦有了紧急情况人的操作能力强于自动驾驶，所以人工操纵的优先级要高于自动驾驶优先级。船基服务器带有逻辑判断模块，在自主航行模式下，一旦感知平台就地人工控制转动了方向舵或油门手柄，就自动切换到平台就地人工控制模式；不论在自主航行模式下或平台就地人工控制模式下，服务器一旦感知远程遥控操作发出指令，逻辑判断后就转向远程遥控操作模式。
方式切换控制系统还设置了操作人员的识别模块，如果非法人员进入操作室，无人船将存在被利用的风险带来及其严重后果，必须身份认证才能进行各种操作。所以本系统提供人员认证功能，在驾驶台操作人员通过识别后，系统操纵和切换功能才有效，否则不能对无人船开船或操纵模式切换。同时本系统在紧急情况下，设有断电红色按钮，按下去自动切断电源，同时发出自动刹车指令，为无人船航行提供高可靠的保护。
人工航行控制设备包括驾驶操纵台，在平台就地人工控制航行模式下，即人工模式下，操作人员操控驾驶操纵台实现对无人船的人工控制。
船基服务器与人工控制、远程遥控、自主航行控制相连，是三种控制方式的交汇点。无人船的油门控制和方向操纵舵控制指令都是经过船基服务器发出的，通过HUB控制发动机转速和船的舵角方向。
三种方式通过下列逻辑实现控制方式的无缝转换实现的。假定无人船处在人工控制方式下，船员操控油门、方向舵时船基服务器接到对应数字指令，为了实现模式切换的无缝转换，船基服务器除了将命令发给船的发动机控制船速、控制舵机外，还将指令发到远程遥控的岸基控制站和自主航行的无人系统（图2）。人工控制方式下的所有操纵动作指令，远程遥控控制站的计算机发给驱动单元，驱动单元控制电机驱动油门操纵杆、方向操动舵与人工控制模式下的油门操纵杆、方向操动舵保持同步。一旦模式切换到远程遥控模式，油门、方向马上就能从当前值进行操作没有间隙，进而实现了无缝转换。人工控制模式转换成自主控制模式，由于接收到人工控制油门、方向控制数值，所以人工控制模式转换到自主控制模式，自主控制也能立即从当前数值进行操控，实现了无缝转换。同理这三种模式之间的转换，由于有驱动单元+电机的随动装置，就能完成各种模式的无缝转换。这也是本发明最显著特色。
优选地，岸基控制站通过通信系统与船基服务器进行通信。优选地，岸基控制站包括远程遥控计算机、航路规划计算机、视景计算机。
所述航路规划计算机包括航路规划模块和航路规划显示屏，通过航路规划模块对航路进行规划，通过航路规划显示屏显示航路规划模块规划后的航路。
所述视景计算机连接航行视景显示屏，所述视景计算机在进行数据记录的同时，还能够对所记录的数据进行回放。
所述远程遥控计算机连接航行参数显示屏和发动机状态显示屏以分别显示航行参数和发动机状态。远程遥控计算机连接驱动单元驱动电机进行运动进而带动方向操纵舵和油门操作杆动作，方向操纵舵和油门操纵杆的信号输入至信号调理单元后回传至远程遥控计算机，通过通信系统，发送至船基服务器。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，其特征在于，无人船启动后，其具体包括以下步骤：
S1：通过船基服务器获取航行操作模式；
所述航行操作模式包括遥控模式、自主模式和人工模式；
遥控模式为远程遥控航行模式，自主模式为自主航行模式，人工模式为平台就地人工控制航行模式；
当检测到无人船处于远程遥控航行模式下，转入S2；
当检测到无人船处于平台就地人工控制航行模式下，转入S4；
当检测到无人船处于自主航行模式下，转入S6；
S2：远程遥控航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置；转入S3；
方向舵和油门杆位于无人船；
S3：进行A/D转换产生远程遥控控制指令，通过通信系统将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；
S4：无人船处于平台就地人工控制航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；
S5:进行A/D转换产生人工控制控制指令，并将所产生的远程遥控控制指令传输至船基服务器；转入S8；
S6：无人船处于自主航行模式下，通过船基服务器获取方向舵位置和油门杆位置，所述油门杆为油门操纵杆；
S7：将S6中所得到方向舵位置和油门杆位置传输至船基服务器；转入S8；同时发出电机驱动命令至船基服务器；船基服务器通过通信系统与岸基控制站的远程遥控设备进行通信，驱动岸基控制站中的远程遥控设备的方向操纵舵和油门操纵杆进行随动动作；船基服务器操纵无人船的操纵驾驶台的方向操纵舵和油门操纵杆动作；
S8：船基服务器将所获得的相应控制指令输出至HUB；转入S9；
S9：驱动方向舵转动且驱动发动机以预设转速运动。
2.如权利要求1所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，其特征在于，其中遥控模式的优先级高于人工模式的优先级，人工模式的优先级高于自主模式的优先级。
3.如权利要求2所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，其特征在于，岸基控制站的远程遥控设备通过自组网视距链路电台与船基服务器的网络集线器的自组网视距链路电台进行通信。
4.如权利要求3所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，其特征在于，当平台就地人工控制模式转向自主航行模式或远程遥控操控模式，与船基服务器相连的各个传感器分别将方向舵转动的位置和油门位置提供至船基服务器。
5.如权利要求4所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，其特征在于，无人船的油门控制和方向操纵舵控制指令经过船基服务器发出，通过网络集线器控制发送机转速和无人船的舵角方向。
6.如权利要求5所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，其特征在于，船基服务器带有逻辑判断模块，在自主航行模式下，一旦感知平台就地人工控制转动了方向舵或油门手柄，就自动切换到平台就地人工控制模式。
7.如权利要求6所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制方法，其特征在于，在自主航行模式下或平台就地人工控制模式下，服务器一旦感知远程遥控操作发出指令，逻辑判断后就转向远程遥控操作模式。
8.一种基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统，其特征在于，其包括岸基控制站、远程遥控设备、平台就地人工航行控制设备、自主航行设备、通信系统、网络集线器、船基服务器；远程遥控设备位于岸基控制站内；人工航行控制设备和自主航行设备位于无人船上；平台就地人工航行设备与自主航行设备均连接至船基服务器，远程遥控设备通过通信系统与船基服务器进行通信以实现对无人船的远程控制；船基服务器与网络集线器相连，各传感器通过网络集线器与船基服务器进行连接，将所采集到的信息传输至船基服务器；船基服务器位于无人船；船基服务器是无人船操控方式切换控制系统的核心设备，三种控制方式的控制指令都通过船基服务器送到无人船的底层设备以控制无人船的航行；三种控制方式通过船基服务器实现了各模式的切换。
9.如权利要求8所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统，其特征在于，所述远程遥控设备包括方向操纵舵、油门操纵杆，在远程遥控航行模式下，通过远程遥控设备设定无人船的方向舵角位置、发动机转速。
10.如权利要求9所述的基于船基服务器的无人船操控方式切换控制系统，其特征在于，所述方向操纵舵与第一可变电阻器相连，方向操纵舵转动产生转动角度使与其相连的第一可变电阻器的阻值改变，根据以可变电阻器阻值的变化量得到第一电压的变化量。
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