CN114966790A - 无人船定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人船定位技术领域，涉及一种无人船定位方法及系统。本方法选择千寻系统替代物理GPS基站，利用千寻系统与GNSS定位板卡相结合，得到无人船的高精度经纬度值，然后把无人船放置在不同位置，查出不同位置时该无人船在云平台地图上的经纬度值，将其与此时的船体高精度经纬度值做差值比较，并对这些差值做均值处理，将结果存入数据库，利用此数据库可对进入此经纬度区域的无人船进行直接标定，助其实现高精度航行。本方法简便易行，无需实际基站架设，避免了物理GPS基站携带、运输、选址、架设和调试的困难，大大节省了时间成本，且本方法不受地形条件的影响，定位精度得到了可靠的保证。
Description
技术领域
本发明涉及无人船定位技术领域，尤其涉及一种无人船定位方法及系统。
背景技术
无人船是一种无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面智能机器人，目前已广泛应用于环保监测、科研勘探、水下测绘、搜索救援、安防巡逻等领域。具备任务航线规划、自主避障算法，并配以多参数监测传感器及环境治理设备的无人船能够自主实现水文水质监测作业、避障导航、污染追踪报警、环境治理等多类功能。
传统的无人船定位通常依赖于物理GPS基站，其缺点是为了保证能够顺利实现信号的收发，GPS基站必须架设在高处，且四周无遮挡，这样就导致了一方面物理GPS基站元件较多、携带运输困难，且架设调试过程复杂耗时，另一方面由于架设地点周边的地形条件各异，基站的工作环境往往具有显著差别，因此GPS定位精度难以保证。
发明内容
(一)发明目的
为了克服依赖物理GPS基站的无人船定位方法具有的上述缺点，本发明提供了一种无需实际基站架设、操作简洁、且定位精度有保证的无人船定位方法及系统。
(二)技术方案
传统的无人船定位大多使用物理GPS基站(类似于马路测绘用基站)，为了保证信号传输效果，GPS基站必须架设在高处，且四周无遮挡，从而导致了GPS基站元件携带、运输及选址困难，且架设调试过程复杂耗时，此外受到架设地点地形条件的影响，定位精度难以保证。为了解决上述问题，我们利用差分GPS原理，选择了千寻系统替代物理GPS基站，使得整个定位系统简洁好用，无需实际基站架设，且定位系统不受地形条件的影响，定位精度有保证。
在本发明中，我们利用千寻系统与GNSS定位板卡相结合，得到了无人船高精度的经纬度值，同时获得无人船在云平台地图上的经纬度值，由于来自不同的测定系统和标准，上述两组经纬度值往往并不一致，有一定的偏差。此时，我们把无人船放置在不同位置，查出不同位置时该无人船在云平台地图上的经纬度值，将其与此时的船体高精度经纬度值做差值比较，得到多组差值，然后对这些差值做均值处理，并把差值均值结果记录在数据库中，当无人船下一次运行时，进入此经纬度范围内，就可以调取此差值进行直接标定，然后实现高精度航行。
本发明方法采用多点数据标定的方式对两个不同参考系(千寻系统与GNSS定位板卡得到的高精度经纬度信息和云平台地图上的经纬度信息)的坐标进行偏差修正，我们把≥3个点的坐标差值进行均值计算，然后把坐标差均值代入坐标转换中进行偏差修正，进而计算获得偏差均值。
本发明方法中增加了对状态位的判断，当状态位无固定解时，表示状态定位丢失，很可能是无人船进入了隧道或桥洞，GNSS天线接收不到GPS卫星信号，此时如不及时停止船只运行，就会导致船只无目的航行，并发生撞岸事故。本发明方法中当判断状态位无固定解时，在4G/5G通讯信号正常的情况下，实现手动接管船体运行，减少了事故发生。
具体而言，第一方面，本发明提供了一种无人船定位方法，所述方法包括：
S1：船体计算机获取当前船体位置的经纬度值；
此时，当前船体位置的经纬度值是通过单点定位技术获取的，由于卫星信号在空间传播时会受到电离层、对流层等的影响，信号传播过程中发生了一定的折射，从而带来了伪距观测误差，使得定位精度只能达到5-10米的范围。千寻系统在各个地区搭建了众多基站，各基站的作用主要是将卫星发来的经纬度误差信息进行修改更正，使得定位更加精确。由于配合卫星完成精准定位，因此千寻系统的定位精度可以达到厘米级别，本发明即利用千寻系统的辅助定位功能，获得当前船体位置的高精度经纬度信息，并将其反馈给船体计算机；
S2：利用千寻系统对上步获取的当前船体位置经纬度值进行辅助定位，然后通过GNSS定位板卡计算获得当前船体位置的高精度经纬度值，并将结果反馈至船体计算机；
S3：GNSS定位板卡利用当前船体位置的高精度经纬度值计算获得状态位并判断状态位是否为固定解；
S4：当状态位为固定解时，将该状态位发送给控制系统，船只正常运行；
S5：将当前船体位置的高精度经纬度值数据上传至云端，并在云平台地图上实时显示当前船体位置；
S6：判断云平台地图上显示的当前船体位置有无标定数据；
S7：若有标定数据，表示船体的云端显示位置与实际位置一致，船只继续进行高精度正常运行。
进一步地，本发明方法S1中船体计算机通过定位天线与GNSS定位板卡获取当前船体位置的经纬度值。
进一步地，本发明方法S2中还包括：
(a)船体计算机通过4G或5G网络与千寻系统连接；
(b)船体计算机向千寻系统发送当前船体位置经纬度值；
(c)千寻系统反馈位置运算结果给GNSS定位板卡，GNSS定位板卡根据千寻系统反馈的位置结果计算出当前船体位置的高精度经纬度值；
(d)GNSS定位板卡计算获得的当前船体位置的高精度经纬度值经串口通讯实时传输至船体计算机。
进一步地，本发明方法S4中还包括：
(a)当状态位不是固定解时，则表示状态定位丢失；
(b)判断状态定位丢失时间是否超时；
(c)若状态定位丢失时间已超时，则自动航行暂停，报警给云端，请求人工接管；
(d)若状态定位丢失时间未超时，则返回S1步。
进一步地，本发明方法S7中还包括：
(a)若无标定数据，则进行数据标定；
(b)数据标定结束后，船只以厘米级误差进行高精度运行。
更进一步地，上述方法中所述数据标定采用多点标定方式，计算偏差均值，并把偏差均值结果存储到数据库中，同时上传至服务器。
更进一步地，上述方法中所述多点标定方式是把≥3个点的坐标差值进行均值计算，然后把坐标差均值代入坐标转换中进行偏差修正，进而计算获得偏差均值。
第二方面，本发明提供了一种无人船定位系统，所述系统包括：
云端管理平台，
船体计算机，以及
定位平台；
其中，所述定位平台由定位天线、GNSS定位板卡和千寻系统组成；
上述各组件执行上述无人船定位方法。
进一步地，本发明无人船定位系统中所述船体计算机与GNSS定位板卡通过串口交互经纬度信息；所述船体计算机与千寻系统通过4G或5G网络交互经纬度信息。
进一步地，本发明无人船定位系统中所述云端管理平台与船体计算机通过4G或5G网络交互经纬度信息，并且经过数据标定修正偏差后在云平台地图上显示。
(三)有益效果
(1)本发明方法利用差分GPS原理，选择千寻系统替代传统物理GPS基站实现无人船定位，本方法简便易行，无需实际基站架设，避免了物理GPS基站携带、运输、选址、架设和调试的困难，大大节省了时间成本。
(2)本发明方法不受基站周边地形条件的影响，定位精度得到了可靠的保证。
(3)本发明方法采用多点数据标定方式，可以利用现有商用地图进行坐标拾取，无需自己绘制地图，节省了成本与绘制时间。
(4)本发明方法通过对状态位的判断，可以在特殊情况下，手动接管船体运行，从而减少事故的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面对实施例描述中需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明中记载的一些实施例，而不是全部实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无人船定位方法的总体流程图。
图2为根据本发明一些实施例的无人船定位方法流程图。
图3为本发明无人船定位系统的组织结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
同时，应理解，本发明的保护范围并不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1：一种无人船定位方法(参见图1-2)，本方法包括以下步骤：
S1：船体计算机通过定位天线与GNSS定位板卡获取当前船体位置的经纬度值。
S2：利用千寻系统对上步获取的当前船体位置经纬度值进行辅助定位，然后通过GNSS定位板卡计算获得当前船体位置的高精度经纬度值，并将结果反馈至船体计算机：
(a)船体计算机通过4G或5G网络与千寻系统连接；
(b)船体计算机向千寻系统发送当前船体位置经纬度值；
(c)千寻系统反馈位置运算结果给GNSS定位板卡，GNSS定位板卡根据千寻系统反馈的位置结果计算出当前船体位置的高精度经纬度值；
(d)GNSS定位板卡计算获得的当前船体位置的高精度经纬度值经串口通讯实时传输至船体计算机。
S3：GNSS定位板卡利用当前船体位置的高精度经纬度值计算获得状态位并判断状态位是否为固定解。
S4：根据状态位判断结果进行相应处理：
(a)当状态位为固定解时，将该状态位发送给控制系统，船只正常运行；
(b)当状态位不是固定解时，则表示状态定位丢失；
(c)判断状态定位丢失时间是否超时；
(d)若状态定位丢失时间已超时，则自动航行暂停，报警给云端，请求人工接管；
(e)若状态定位丢失时间未超时，则返回S1步。
S5：将当前船体位置的高精度经纬度值数据上传至云端，并在云平台地图上实时显示当前船体位置。
S6：判断云平台地图上显示的当前船体位置有无标定数据。
S7：根据标定数据判断结果进行相应处理：
(a)若有标定数据，表示船体的云端显示位置与实际位置一致，船只继续进行高精度正常运行；
(b)若无标定数据，则进行数据标定，数据标定采用多点标定方式，把≥3个点的坐标差值进行均值计算，然后把坐标差均值代入坐标转换中进行偏差修正，进而计算获得偏差均值，并把偏差均值结果存储到数据库中，同时上传至服务器；
(c)数据标定结束后，船只以厘米级误差进行高精度运行。
实施例2：一种无人船定位系统(参见图3)，所述系统包括：
(1)云端管理平台：云端管理平台与船体计算机通过4G或5G网络交互经纬度信息，并且经过数据标定修正偏差后在云平台地图上显示。
(2)船体计算机：
船体计算机与GNSS定位板卡通过串口交互经纬度信息；
船体计算机与千寻系统通过4G或5G网络交互经纬度信息。
(3)定位平台，包括定位天线、GNSS定位板卡和千寻系统。
上述各组件执行实施例1所述的无人船定位方法。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分参见方法实施例的相关说明即可。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、替换等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人船定位方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：船体计算机获取当前船体位置的经纬度值；
S2：利用千寻系统对上步获取的当前船体位置经纬度值进行辅助定位，然后通过GNSS定位板卡计算获得当前船体位置的高精度经纬度值，并将结果反馈至船体计算机；
S3：GNSS定位板卡利用当前船体位置的高精度经纬度值计算获得状态位并判断状态位是否为固定解；
S4：当状态位为固定解时，将该状态位发送给控制系统，船只正常运行；
S5：将当前船体位置的高精度经纬度值数据上传至云端，并在云平台地图上实时显示当前船体位置；
S6：判断云平台地图上显示的当前船体位置有无标定数据；
S7：若有标定数据，表示船体的云端显示位置与实际位置一致，船只继续进行高精度正常运行。
2.根据权利要求1所述的无人船定位方法，其特征在于，S1中船体计算机通过定位天线与GNSS定位板卡获取当前船体位置的经纬度值。
3.根据权利要求1所述的无人船定位方法，其特征在于，S2中还包括：
(a)船体计算机通过4G或5G网络与千寻系统连接；
(b)船体计算机向千寻系统发送当前船体位置经纬度值；
(c)千寻系统反馈位置运算结果给GNSS定位板卡，GNSS定位板卡根据千寻系统反馈的位置结果计算出当前船体位置的高精度经纬度值；
(d)GNSS定位板卡计算获得的当前船体位置的高精度经纬度值经串口通讯实时传输至船体计算机。
4.根据权利要求1所述的无人船定位方法，其特征在于，S4中还包括：
(a)当状态位不是固定解时，则表示状态定位丢失；
(b)判断状态定位丢失时间是否超时；
(c)若状态定位丢失时间已超时，则自动航行暂停，报警给云端，请求人工接管；
(d)若状态定位丢失时间未超时，则返回S1步。
5.根据权利要求1所述的无人船定位方法，其特征在于，S7中还包括：
(a)若无标定数据，则进行数据标定；
(b)数据标定结束后，船只以厘米级误差进行高精度运行。
6.根据权利要求5所述的无人船定位方法，其特征在于，所述数据标定采用多点标定方式，计算偏差均值，并把偏差均值结果存储到数据库中，同时上传至服务器。
7.根据权利要求6所述的无人船定位方法，其特征在于，所述多点标定方式是把≥3个点的坐标差值进行均值计算，然后把坐标差均值代入坐标转换中进行偏差修正，进而计算获得偏差均值。
8.一种无人船定位系统，其特征在于，所述系统包括：
云端管理平台，
船体计算机，以及
定位平台；
其中，所述定位平台由定位天线、GNSS定位板卡和千寻系统组成；
上述各组件执行权利要求1-7任一项所述的无人船定位方法。
9.根据权利要求8所述的无人船定位系统，其特征在于，所述船体计算机与GNSS定位板卡通过串口交互经纬度信息；所述船体计算机与千寻系统通过4G或5G网络交互经纬度信息。
10.根据权利要求8所述的无人船定位系统，其特征在于，所述云端管理平台与船体计算机通过4G或5G网络交互经纬度信息，并且经过数据标定修正偏差后在云平台地图上显示。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |