CN115586777A - 一种水深测量无人船遥测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水深测量无人船遥测控制方法，涉及水深测量技术领域，解决了无人船并不能针对所出现的障碍物做出对应的避让措施，导致无人船很容易因撞击造成船体受损的技术问题，对无人船前方实时影像采用时段分割处理的方式对实时影像进行分段处理，生成多个微段图像，再对多个不同的微段图像进行轮廓路径分析处理，通过将获取的轮廓路径与无人船进行参数分析，并对无人船的行径路径进行改变，采用对前方的图像进行分割处理的方式，同时对分割后的图像进行依次处理，并通过处理参数对无人船的行径方向进行改变，便可充分有效的避免无人船在行径过程中，撞上对应的障碍物，充分保护无人船船体，同时提升整个无人船的勘测效果。

Description

一种水深测量无人船遥测控制方法

技术领域

本发明属于水深测量技术领域，具体是一种水深测量无人船遥测控制方法。

背景技术

无人船采用机动船搭载GNSS RTK进行定位，配合数字化测深仪进行水深测量，同步采集位置和水深数据，定位精度可达到1～5cm，水深测量的精度与测深仪性能和水的深度有关(如0.01m+0.1％Depth)；船舶驾驶员通过观察数字化测深仪显示的信息驾驶机动船按事先设计好的航线巡航。

专利号为CN111806630A的申请公开了一种智能遥控遥测的水质监测船平台及其方法，包括无人船、水质遥测系统、定位系统、遥控及自动巡航系统、安全防护系统以及供电系统；所述水质遥测系统包括水质监测传感器设备、抽水管道、与抽水管道连通的抽水泵、所述抽水泵上设置着用于启闭所述抽水泵的控制开关以及若干分支管道；所述抽水管道固连在所述无人船的船体的侧壁上，所述抽水管道的一端伸入需要监测水质的水里。有效避免了现有技术中难以使用遥控器遥控无人船进行临时选定位置上的水质监测、事先设定好的路线与临时选定位置有所差异使得二者难以兼顾、在无人船的行驶路线上若遇到障碍物还依然按行驶路线来行驶就会出现撞船事故的缺陷。

无人船在进行水深勘测过程中，当无人船前方出现阻挡障碍物时，需人为介入驾驶控制，避免无人船与障碍物之间造成碰撞，因无人船并不能针对所出现的障碍物做出对应的避让措施，导致无人船很容易因撞击造成船体受损。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种水深测量无人船遥测控制方法，用于解决无人船并不能针对所出现的障碍物做出对应的避让措施，导致无人船很容易因撞击造成船体受损的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种水深测量无人船遥测控制方法，包括以下步骤：

S1、通过无人船前端的监测摄像头实时采集无人船前方实时影像，并在无人船行驶过程中，采用工业三防平板电脑运行水深测量软件同步记录位置和水深数据，同时通过DHMI端口输出“水深、航速、无人船方位、任务系统工作状态信息、任务完成百分比”数字信号；

S2、对无人船前方实时影像采用时段分割处理的方式对实时影像进行分段处理，生成多个微段图像，再对多个不同的微段图像进行轮廓路径分析处理，通过将获取的轮廓路径与无人船进行参数分析，并对无人船的行径路径进行改变；

S3、无人船路径改变后，操作人员通过操作岸基控制遥测系统输入控制指令至ET07发射机，ET07发射机编码加密后发送给船载移动系统ET07接收机；

S4、将原始所终断的行径路线标记为待处理行径路线，并将此待处理行径路线传输至外部操控终端内，外部人员接收到待处理行径路线，便需要对无人船进行操控，对未进行处理的待处理行径路线进行再处理，完成指定区域的水深勘测。

优选的，所述步骤S2中，对轮廓路径进行分析处理的具体方式为：

S21、对实时影像进行接收，并按照实时影像的时间参数间隔，对实时影像进行分割，得到多个微段图像，每组微段图像之间间隔时间单位为1秒；

S22、对每组微段图像进行轮廓分析，使每组微图像与设定的黑模板进行捆绑，得到第一组待处理图像，再将每组微图像内部的色彩参数改变为黑色，将黑色模板变换为白色模板，得到第二组待处理图像，将第一组待处理图像与第二组待处理图像结合，得到属于不同微段图像的轮廓路径，并将不同的轮廓路径标记为LJ_i，其中i代表不同的微段图像；

S23、获取无人船的行径路线，以无人船的中心点为发射点，获取发射点与轮廓路径之间的距离参数，并将此距离参数标记为JL_i，将此距离参数JL_i与预设参数X1进行比对，当JL_i≤X1时，生成紧急处理信号，反之，不生成任何处理信号，根据紧急处理信号，对无人船进行降速处理，并对无人船的行径路径进行改变。

优选的，所述步骤S23中，对无人船的行径路径进行改变的具体方式为：

S231、使无人船船速降低至V1，V1为预设参数值，具体取值范围由操作人员根据经验拟定，获取紧急处理信号出现时所对应的轮廓路径，并将此轮廓路径标记为第一组紧急轮廓，以发射点为限位点，使限位点映射于第一组紧急轮廓内得到紧急轮廓的映射点，以此组紧急轮廓为初始轮廓，并以此映射点为初始点，获取下一组紧急轮廓的映射点；

S232、查看初始点与映射点是否处于同一点，若为同一点，进行避让处理，若并不是同一点，则直接获取第n组紧急轮廓的映射点作为初始点，n取值为3，再进行避让处理；

S233、获取初始点与紧急轮廓两侧边缘路径的水平距离参值，并获取两组水平距离参值中的最小值，作为待处理参数JLS；

S234、获取初始点的点位参数，并使初始点移动JLS+X1的距离，得到对应的目的点，并将此目的点传输至外部的操作终端内，外部人员根据操控终端可自行操控或命令无人船移动到指定的目的点，完成避让处理。

优选的，所述步骤S4中，对指定区域的水深勘测的具体方式为：

S41、无人船内部的水深勘测仪发出指定的勘测信号，并对勘测信号的发送时间以及接收时间进行记录，获取间隔时间参数Tk，其中k代表不同的勘测区域；

S42、采用

得到指定区域的水深参数SSk，其中Vs为预设的信号移动速度，且Vs的具体取值由操作人员根据经验拟定，并将处理得到的水深参数SSk传输至外部的操控终端内，完成指定区域的水深勘测工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对无人船前方实时影像采用时段分割处理的方式对实时影像进行分段处理，生成多个微段图像，再对多个不同的微段图像进行轮廓路径分析处理，通过将获取的轮廓路径与无人船进行参数分析，并对无人船的行径路径进行改变，无人船路径改变后，操作人员通过操作岸基控制遥测系统输入控制指令至ET07发射机，ET07发射机编码加密后发送给船载移动系统ET07接收机，将原始所终断的行径路线标记为待处理行径路线，采用对前方的图像进行分割处理的方式，同时对分割后的图像进行依次处理，并通过处理参数对无人船的行径方向进行改变，便可充分有效的避免无人船在行径过程中，撞上对应的障碍物，充分保护无人船船体，同时提升整个无人船的勘测效果；

通过数模转换器读取运行水深测量软件平板电脑HDMI端口的水深、无人船航速、航向、船体方位、水深测量系统工作状态、任务完成百分比等高清数字视频信号，并将其转换成模拟信号后转发给图传发射机，图传发射机将信号调制后以高频无线电发送至岸基无人船驾驶员手中的图传接收机供其浏览、提示驾驶员在适当的时机人工介入操控无人船按水下地形测量要求巡航。该系统与目前常见的无人船遥测控制系统相比其优点有：便携、简单、可靠、高性价比，与配套的测深仪和GNSS RTK定位仪应用于小面域水下地形测量、1米水深以下浅水滩涂的水深测量优势十分明显，简单培训便可上手驾驶且船上无作业人员大大降低作业人员落水、溺水，进入危险、受污染水域的风险。

附图说明

图1为本发明原理框架示意图。

具体实施方式

下面将结合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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本申请提供了一种水深测量无人船遥测控制方法，包括以下步骤：

S1、通过无人船前端的监测摄像头实时采集无人船前方实时影像，并在无人船行驶过程中，采用工业三防平板电脑运行水深测量软件同步记录位置和水深数据，同时通过DHMI端口输出“水深、航速、无人船方位、任务系统工作状态信息、任务完成百分比等”数字信号；

S2、对无人船前方实时影像采用时段分割处理的方式对实时影像进行分段处理，生成多个微段图像，再对多个不同的微段图像进行轮廓路径分析处理，通过将获取的轮廓路径与无人船进行参数分析，并对无人船的行径路径进行改变，其中对轮廓路径进行分析处理的具体方式为：

S21、对实时影像进行接收，并按照实时影像的时间参数间隔，对实时影像进行分割，得到多个微段图像，每组微段图像之间间隔时间单位为1秒；

S22、对每组微段图像进行轮廓分析，使每组微图像与设定的黑模板进行捆绑，得到第一组待处理图像，再将每组微图像内部的色彩参数改变为黑色，将黑色模板变换为白色模板，得到第二组待处理图像，将第一组待处理图像与第二组待处理图像结合，得到属于不同微段图像的轮廓路径，并将不同的轮廓路径标记为LJ_i，其中i代表不同的微段图像；

S23、获取无人船的行径路线，以无人船的中心点为发射点，获取发射点与轮廓路径之间的距离参数，并将此距离参数标记为JL_i，将此距离参数JL_i与预设参数X1进行比对，当JL_i≤X1时，生成紧急处理信号(此种状态下，若不进行紧急处理分析，便会导致无人船撞击至指定的障碍物外端，所获取的实时影像便是障碍物外端的实时影像)，反之，不生成任何处理信号，根据紧急处理信号，对无人船进行降速处理，并对无人船的行径路径进行改变，具体改变方式为：

S231、使无人船船速降低至V1，V1为预设参数值，具体取值范围由操作人员根据经验拟定，获取紧急处理信号出现时所对应的轮廓路径，并将此轮廓路径标记为第一组紧急轮廓，以发射点为限位点，使限位点映射于第一组紧急轮廓内得到紧急轮廓的映射点(以轮廓路径为一个平面，通过限位点，向轮廓路径内做垂线，得到对应轮廓路径的映射点)，以此组紧急轮廓为初始轮廓，并以此映射点为初始点，获取下一组紧急轮廓的映射点；

S232、查看初始点与映射点是否处于同一点，若为同一点，进行避让处理，若并不是同一点，则直接获取第n组紧急轮廓的映射点作为初始点，n取值为3，再进行避让处理；

S233、获取初始点与紧急轮廓两侧边缘路径的水平距离参值，并获取两组水平距离参值中的最小值，作为待处理参数JLS；

S234、获取初始点的点位参数，并使初始点移动JLS+X1的距离(其中X1为预设值，具体取值由操作人员根据经验拟定，X1一般取值10cm)，得到对应的目的点，并将此目的点传输至外部的操作终端内，外部人员根据操控终端可自行操控或命令无人船移动到指定的目的点，完成避让处理；

S3、无人船路径改变后，操作人员通过操作岸基控制遥测系统输入控制指令至ET07发射机(例如打开通道1、通道2或控制动力系统)，ET07发射机编码加密后发送给船载移动系统ET07接收机(控制指令可为新的形径路线)；

S4、将原始所终断的行径路线标记为待处理行径路线，并将此待处理行径路线传输至外部操控终端内，外部人员接收到待处理行径路线，便需要对无人船进行操控，对未进行处理的待处理行径路线进行再处理，完成指定区域的水深勘测，具体勘测方式为：

S41、无人船内部的水深勘测仪发出指定的勘测信号，并对勘测信号的发送时间以及接收时间进行记录，获取间隔时间参数Tk，其中k代表不同的勘测区域；

S42、采用

得到指定区域的水深参数SSk，其中Vs为预设的信号移动速度，且Vs的具体取值由操作人员根据经验拟定，并将处理得到的水深参数SSk传输至外部的操控终端内，完成指定区域的水深勘测工作。

实施例二

本申请提供了一种水深测量无人船遥测控制方法，包括以下步骤：

步骤一、船头监测摄像头和工业三防平板电脑同步作业，船头监测摄像头采集无人船前方实时影像，工业三防平板电脑运行水深测量软件同步记录位置和水深数据，同时通过DHMI端口输出“水深、航速、无人船方位、任务系统工作状态信息、任务完成百分比等”数字信号；

步骤二、数字\模拟转换器将工业三防平板电脑输出的数字信号转换为模拟信号；

步骤三、视频信号切换器此时接收到船头影像信号(通道1)和水深、航速、无人船方位、任务系统工作状态信息、任务完成百分比模拟信号(通道2)；

步骤四、作业人员通过操作岸基控制遥测系统输入控制指令至ET07发射机(例如打开通道1、通道2或控制动力系统)，ET07发射机编码加密后发送给船载移动系统ET07接收机；

步骤五、ET07接收机接收到加密指令解密后，发送给视频信号切换器(通道1或通道2指令)和动力系统(油门或航向指令)；

步骤六、动力系统执行指令实现航向变换和油门加减动作；

步骤七、视频信号切换器执行视频切换指令后，把相应端口的信号发送给图像发射器；

步骤八、图像发射器，将调制过的视频信号发射到岸基控制遥测系统的图像接收机；

步骤九、最终操作人员可以在图像接收机上浏览船头监测摄像头采集无人船前方实时影像，工业三防平板电脑输出“水深、航速、无人船方位、任务系统工作状态信息、任务完成百分比；

本发明通过数模转换器读取运行水深测量软件平板电脑HDMI端口的水深、无人船航速、航向、船体方位、水深测量系统工作状态、任务完成百分比等高清数字视频信号，并将其转换成模拟信号后转发给图传发射机，图传发射机将信号调制后以高频无线电发送至岸基无人船驾驶员手中的图传接收机供其浏览、提示驾驶员在适当的时机人工介入操控无人船按水下地形测量要求巡航。该系统与目前常见的无人船遥测控制系统相比其优点有：便携、简单、可靠、高性价比，与配套的测深仪和GNSS RTK定位仪应用于小面域水下地形测量、1米水深以下浅水滩涂的水深测量优势十分明显，简单培训便可上手驾驶且船上无作业人员大大降低作业人员落水、溺水，进入危险、受污染水域的风险。

上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：通过无人船前端的监测摄像头实时采集无人船前方实时影像，并在无人船行驶过程中，采用工业三防平板电脑运行水深测量软件同步记录位置和水深数据，同时通过DHMI端口输出“水深、航速、无人船方位、任务系统工作状态信息、任务完成百分比等”数字信号；

对无人船前方实时影像采用时段分割处理的方式对实时影像进行分段处理，生成多个微段图像，再对多个不同的微段图像进行轮廓路径分析处理，通过将获取的轮廓路径与无人船进行参数分析，并对无人船的行径路径进行改变，无人船路径改变后，操作人员通过操作岸基控制遥测系统输入控制指令至ET07发射机，ET07发射机编码加密后发送给船载移动系统ET07接收机，将原始所终断的行径路线标记为待处理行径路线，并将此待处理行径路线传输至外部操控终端内，外部人员接收到待处理行径路线，便需要对无人船进行操控，对未进行处理的待处理行径路线进行再处理，完成指定区域的水深勘测。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (4)

1.一种水深测量无人船遥测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过无人船前端的监测摄像头实时采集无人船前方实时影像，并在无人船行驶过程中，采用工业三防平板电脑运行水深测量软件同步记录位置和水深数据，同时通过DHMI端口输出“水深、航速、无人船方位、任务系统工作状态信息、任务完成百分比”数字信号；

S2、对无人船前方实时影像采用时段分割处理的方式对实时影像进行分段处理，生成多个微段图像，再对多个不同的微段图像进行轮廓路径分析处理，通过将获取的轮廓路径与无人船进行参数分析，并对无人船的行径路径进行改变；

S3、无人船路径改变后，操作人员通过操作岸基控制遥测系统输入控制指令至ET07发射机，ET07发射机编码加密后发送给船载移动系统ET07接收机；

S4、将原始所终断的行径路线标记为待处理行径路线，并将此待处理行径路线传输至外部操控终端内，外部人员接收到待处理行径路线，便需要对无人船进行操控，对未进行处理的待处理行径路线进行再处理，完成指定区域的水深勘测。

2.根据权利要求1所述的一种水深测量无人船遥测控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，对轮廓路径进行分析处理的具体方式为：

S21、对实时影像进行接收，并按照实时影像的时间参数间隔，对实时影像进行分割，得到多个微段图像，每组微段图像之间间隔时间单位为1秒；

S22、对每组微段图像进行轮廓分析，使每组微图像与设定的黑模板进行捆绑，得到第一组待处理图像，再将每组微图像内部的色彩参数改变为黑色，将黑色模板变换为白色模板，得到第二组待处理图像，将第一组待处理图像与第二组待处理图像结合，得到属于不同微段图像的轮廓路径，并将不同的轮廓路径标记为LJ_i，其中i代表不同的微段图像；

S23、获取无人船的行径路线，以无人船的中心点为发射点，获取发射点与轮廓路径之间的距离参数，并将此距离参数标记为JL_i，将此距离参数JL_i与预设参数X1进行比对，当JL_i≤X1时，生成紧急处理信号，反之，不生成任何处理信号，根据紧急处理信号，对无人船进行降速处理，并对无人船的行径路径进行改变。

3.根据权利要求2所述的一种水深测量无人船遥测控制方法，其特征在于，所述步骤S23中，对无人船的行径路径进行改变的具体方式为：

S231、使无人船船速降低至V1，V1为预设参数值，具体取值范围由操作人员根据经验拟定，获取紧急处理信号出现时所对应的轮廓路径，并将此轮廓路径标记为第一组紧急轮廓，以发射点为限位点，使限位点映射于第一组紧急轮廓内得到紧急轮廓的映射点，以此组紧急轮廓为初始轮廓，并以此映射点为初始点，获取下一组紧急轮廓的映射点；

S232、查看初始点与映射点是否处于同一点，若为同一点，进行避让处理，若并不是同一点，则直接获取第n组紧急轮廓的映射点作为初始点，n取值为3，再进行避让处理；

S233、获取初始点与紧急轮廓两侧边缘路径的水平距离参值，并获取两组水平距离参值中的最小值，作为待处理参数JLS；

S234、获取初始点的点位参数，并使初始点移动JLS+X1的距离，得到对应的目的点，并将此目的点传输至外部的操作终端内，外部人员根据操控终端可自行操控或命令无人船移动到指定的目的点，完成避让处理。

4.根据权利要求1所述的一种水深测量无人船遥测控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，对指定区域的水深勘测的具体方式为：

S41、无人船内部的水深勘测仪发出指定的勘测信号，并对勘测信号的发送时间以及接收时间进行记录，获取间隔时间参数Tk，其中k代表不同的勘测区域；

S42、采用

得到指定区域的水深参数SSk，其中Vs为预设的信号移动速度，且Vs的具体取值由操作人员根据经验拟定，并将处理得到的水深参数SSk传输至外部的操控终端内，完成指定区域的水深勘测工作。

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