一种基于大数据的无人船航行避障系统及方法

技术领域

本发明涉及无人船技术领域，具体是一种基于大数据的无人船航行避障系统及方法。

背景技术

近年来，随着无人驾驶技术的迅猛发展，无人驾驶市场不断增长，以无人船为例，各类无人船逐渐被推广至水质检测、水面维护、桥梁检测、水体测绘、海事搜救等多种作业场景下，辅助人们工作。同时无人船作为一种能够自主航行的水面运动平台，在环保检测、水产养殖、科研勘测乃至军事领域具有广泛的应用前景。无人船在航行中，不可避免的会遇到岸堤、礁石、桥墩、大型货船等障碍物，需要能够自主躲避水面上的障碍物，由于现有的无人船环境感知能力有限，通常需要人工操作辅助其作业任务，无法实现全天候完全无人自主作业，难以大范围推广与应用。作为自主执行任务中必不可少的一部分，良好的自主避障能力有助于提升无人船的自主性，更好地执行任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大数据的无人船航行避障系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的无人船航行避障系统，包括声纳探测仪、视觉系统、距离传感器、速度传感器、GPS定位模块、远程终端、导航模块、控制模块和信号模块，所述远程终端用于对所有模块进行远程控制，所述视觉系统由日间摄像头、红外夜视仪、照明设备以及图像处理器构成，所述声纳探测仪用于检测水下暗礁的位置以及高度，所述距离传感器负责检测和计算无人船与目标地的距离以及无人船与障碍物之间的距离，所述速度传感器负责检测无人船的航行速度以及障碍物的运动速度，所述GPS定位模块用于给无人船进行定位，所述导航模块负责无人船航行路线的修正和导航，所述控制模块根据大数据进行自主控制，所述信号模块包括接收模块和发送模块，用于接收远程终端的控制命令以及向远程终端发送无人船的航行信息。

一种基于大数据的无人船航行避障方法，用于控制如权利要求1所述的一种基于大数据的无人船航行避障系统的方法，包括以下步骤：步骤一：通过远程终端发送目标地的位置坐标，由信号模块接收，然后由导航模块进行路线规划和导航，通过控制模块控制无人船向目标地行驶；步骤二：通过视觉系统获取水面上的障碍物信息，同时利用声纳探测仪探测水下暗礁的位置以及高度；步骤三：通过速度传感器分析无人船的航行速度以及障碍物的移动速度，同时利用距离床传感器来计算无人船与障碍物之间的直线距离；步骤四：控制模块控制无人船进行减速并控制导航模块进行航线修改；步骤五：导航模块根据GPS定位模块提供的目标地坐标、自身坐标以及障碍物位置进行航线的调整和规划；步骤六：导航模块将规划后的新航线传输给控制模块，由控制模块控制无人船进行避障并按照新的航线进行行驶。

作为本发明进一步的方案：在步骤一当中，GPS定位模块实时对无人船的位置进行定位，然后由信号模块向远程终端发送实时位置信息、方向信息、速度信息以及视觉图像信息。

作为本发明进一步的方案：在步骤二当中，当无人船在白天行驶时关闭红外夜视仪，由日间摄像头获取水面上的障碍物信息，控制模块根据基于大数据提供的天气状况在阴雨天气或大雾天气下开启照明设备，当无人船在夜间行驶时开启红外夜视仪。

作为本发明进一步的方案：在步骤三当中，当检测到障碍物为可移动的障碍物时，控制模块根据速度传感器检测的障碍物移动速度信息以及障碍物的移动方向配合无人船的航行速度来计算出无人船的安全速度，当检测到障碍物为固定障碍物时则仅仅只需要根据无人船自身的航行速度来进行计算。

作为本发明进一步的方案：在步骤四当中，控制模块根据计算出来的无人船的安全速度来控制无人船进行减速和转向，其调转的方向由导航模块进行提供。

作为本发明进一步的方案：在步骤五当中，所述控制模块将新的航线通过信号模块将其发送至远程终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过视觉系统结合声纳探测仪可以实现同时对水面以及水下的障碍物进行识别，且通过红外夜视仪还可以实现夜间或者视线模糊的天气下障碍物的识别，然后通过控制模块对障碍物进行避让，为了最大程度的实现无人船的避障功能，还可以通过远程终端利用人工操控的方式来实现障碍物的避让。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明系统流程控制图。

具体实施方式

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种基于大数据的无人船航行避障系统，包括声纳探测仪、视觉系统、距离传感器、速度传感器、GPS定位模块、远程终端、导航模块、控制模块和信号模块，所述远程终端用于对所有模块进行远程控制，所述视觉系统由日间摄像头、红外夜视仪、照明设备以及图像处理器构成，所述声纳探测仪用于检测水下暗礁的位置以及高度，所述距离传感器负责检测和计算无人船与目标地的距离以及无人船与障碍物之间的距离，所述速度传感器负责检测无人船的航行速度以及障碍物的运动速度，所述GPS定位模块用于给无人船进行定位，所述导航模块负责无人船航行路线的修正和导航，所述控制模块根据大数据进行自主控制，所述信号模块包括接收模块和发送模块，用于接收远程终端的控制命令以及向远程终端发送无人船的航行信息。

一种基于大数据的无人船航行避障方法，用于控制如权利要求1所述的一种基于大数据的无人船航行避障系统的方法，包括以下步骤：步骤一：通过远程终端发送目标地的位置坐标，由信号模块接收，然后由导航模块进行路线规划和导航，通过控制模块控制无人船向目标地行驶；步骤二：通过视觉系统获取水面上的障碍物信息，同时利用声纳探测仪探测水下暗礁的位置以及高度；步骤三：通过速度传感器分析无人船的航行速度以及障碍物的移动速度，同时利用距离床传感器来计算无人船与障碍物之间的直线距离；步骤四：控制模块控制无人船进行减速并控制导航模块进行航线修改；步骤五：导航模块根据GPS定位模块提供的目标地坐标、自身坐标以及障碍物位置进行航线的调整和规划；步骤六：导航模块将规划后的新航线传输给控制模块，由控制模块控制无人船进行避障并按照新的航线进行行驶。

值得注意的是，在步骤一当中，GPS定位模块实时对无人船的位置进行定位，然后由信号模块向远程终端发送实时位置信息、方向信息、速度信息以及视觉图像信息。

值得注意的是，在步骤二当中，当无人船在白天行驶时关闭红外夜视仪，由日间摄像头获取水面上的障碍物信息，控制模块根据基于大数据提供的天气状况在阴雨天气或大雾天气下开启照明设备，当无人船在夜间行驶时开启红外夜视仪。

值得注意的是，在步骤三当中，当检测到障碍物为可移动的障碍物时，控制模块根据速度传感器检测的障碍物移动速度信息以及障碍物的移动方向配合无人船的航行速度来计算出无人船的安全速度，当检测到障碍物为固定障碍物时则仅仅只需要根据无人船自身的航行速度来进行计算。

值得注意的是，在步骤四当中，控制模块根据计算出来的无人船的安全速度来控制无人船进行减速和转向，其调转的方向由导航模块进行提供。

值得注意的是，在步骤五当中，所述控制模块将新的航线通过信号模块将其发送至远程终端。

实施例：

远程终端向控制模块发送目标地坐标位置，控制模块控制无人船向目标地航行，在航行的过程中，控制模块控制视觉系统、声纳探测仪、距离传感器、速度传感器进行障碍物的探测和无人船自身数据的检测并且将数据上传给远程终端，当视觉系统检测到障碍物时，控制系统根据障碍物以及无人船自身的航行数据对障碍物进行避让；远程终端在避让过程中可基于大数据通过强行操控控制模块进行人工远程手动避让。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。。