[发明专利]一种无人船导航和自动驾驶设备及其方法

说明书

本发明公开了一种无人船导航和自动驾驶设备及其方法，设备包括安装于无人船顶部的雷达、惯性导航系统、无线通讯系统和存储设备，安装于无人船顶部前端的摄像机，安装于无人船驾驶舱内的规则选择器、航行规划器和无人船控制器；在无人船视野范围内出现其他交通船时，摄像机和雷达对交通船进行跟踪定位和运动状态评估并将信息发送至存储设备，规则选择器结合无人船、交通船的定位和运动状态信息识别特定的水上航行规则，然后航行规划器结合速度障碍法做出最佳的航行规划，无人船控制器根据最佳航行规划信息控制无人船实施有效的避让措施，避免与交通船发生碰撞。本发明具有良好的智能性和灵活性，可以在复杂的水面环境做出有效的决策行动。

技术领域

本发明属于无人船导航及自动驾驶技术技术领域，特别涉及一种无人船导航和自动驾驶设备及其方法。

背景技术

现在市场上用于测绘、水文探测、水质监测、水环境监测、海事搜救、安防、抗洪抢险、水面交通疏导、近远程目标识别与跟踪等领域的无人船层出不穷，但是这一类应用中对船只航行速度、定位精度、航迹与预设轨迹偏差和船只航行姿态要求相对较低，特别是在水面环境相对复杂的情况下，对无人船的灵活性和机动性要求比较低。当无人船面对多艘交通船时，考虑到交通船人为操作的不确定性，避免无人船与交通船发生碰撞事故，以及通过分析不同运动状态的交通船从而准确灵活地做出不同的避碰行为规划有待进一步去探索和研究。无人船技术应用领域比较广泛，但是不管其具体应用于哪一个领域，都要求无人船在面对复杂的水面环境时必须做出及时有效地行为选择和航行规划，并根据规划信息控制无人船避开固定的和移动的障碍物，最后到达目的地完成各自任务。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种无人船导航和自动驾驶设备及其方法，能够对无人船进行更加精确定位的同时，实施有效地针对移动障碍物的避碰规则以及面对不同状态的移动障碍物做出最佳的行为规划。在水面环境复杂的情况下，满足高精度的定位与导航，更精确的、灵活的船体控制和复杂情况下的运动规划，以及更准确的姿态测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无人船导航和自动驾驶设备，包括：安装于无人船顶部的雷达、惯性导航系统、无线通讯系统和存储设备，安装于无人船顶部前端的摄像机，安装于无人船驾驶舱内的决策系统，决策系统包括规则选择器、航行规划器和无人船控制器；无人船通过摄像机采集周边环境信息，将信息发送至存储设备，无线通讯系统将信息实时发送给无人船监管中心；在信息采集过程中，若摄像机观测到其视野范围内有其他交通船，结合雷达对交通船进行跟踪定位和运动状态评估，将获取的信息发送至存储设备并传送给规则选择器，规则选择器结合无人船、交通船的定位和运动状态信息，识别特定的水上航行规则，并将信息传递给航行规划器，航行规划器结合速度障碍法做出最佳航行规划，然后将最佳航行规划信息传递给无人船控制器，无人船控制器控制无人船实施有效的避让行动，避免无人船与交通船发生碰撞，并安全到达目的地。

一种无人船导航和自动驾驶方法，包括以下步骤：

(1)、无人船通过摄像机采集周边环境信息，将信息传送至存储设备，在信息采集过程中，利用摄像机和惯性导航系统对无人船进行实时定位和运动状态评估，将获取的信息传送至存储设备，并通过无线通信系统将信息实时发送给无人船监管中心；

(2)、在无人船视野范围内出现其他交通船时，利用摄像机和雷达对交通船进行跟踪定位和运动状态评估，将获取的信息传送至存储设备；

(3)、规则选择器根据步骤(1)和(2)获得的无人船和交通船的位置和速度信息进行预碰撞检查，判断无人船和交通船在维持当前航向和航速的情况下，短时间内是否会发生碰撞或接近碰撞；

(4)、若规则选择器判断到在短时间内无人船将会与交通船发生碰撞或接近碰撞时，规则选择器根据无人船和交通船的几何位置关系识别特定的水上航行规则，将识别的特定水上航行规则信息传送至航行规划器；否则无人船维持当前航线继续航行；