一种无人船过桥控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及无人船控制技术领域，尤其涉及一种无人船过桥控制方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.近年来，随着智能技术的快速发展，无人船自主行驶的智能化程度得到重视，各种类型和用途的无人船得到了广泛应用。无人船的自主航行是智能化的体现，主要依靠卫星定位导航。然而，在实际应用中，很多水域都会有桥梁横跨水面，在桥梁下方，无人船的定位信号会受到遮挡的影响，当定位信号弱时，无人船难以控制。如何在定位信号弱的情况下依然能自主行驶是一个无人船控制领域的技术难点。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于提供一种无人船过桥控制方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有技术无人船行驶在桥梁下方时，因定位信号弱而导致无人船难以控制的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种无人船过桥控制方法，其包括有如下步骤：
5.s10、接收控制终端下达的过桥指令，根据所述过桥指令从后端数据库获取过桥起始点和过桥终止点的经纬度信息，并根据过桥起始点和过桥终止点的经纬度计算得到过桥控制角度；
6.s20、基于无人船当前的经纬度、航向角及过桥起始点的经纬度控制无人船行驶至过桥起始点；
7.s30、调整无人船的方向，使其与所述过桥控制角度重合，然后控制无人船驶入桥梁，过桥时，动态调整无人船的航向角，使其与所述过桥控制角度保持重合；
8.s40、基于惯性数据及入桥前无人船的经纬度，采用惯性导航算法计算出无人船当前的位置信息；
9.s50、基于卫星信号数据、无人船当前的位置信息判定无人船过桥是否结束，若卫星信号数据和/或无人船当前的位置信息满足预设条件，则判定无人船过桥结束。
10.为解决上述技术问题，本发明提供一种无人船过桥控制装置，其包括有：计算模块，用于接收控制终端下达的过桥指令，根据所述过桥指令从后端数据库获取过桥起始点和过桥终止点的经纬度，并根据过桥起始点和过桥终止点的经纬度计算得到过桥控制角度；过桥准备控制模块，用于基于无人船当前的经纬度、航向角及过桥起始点的经纬度控制无人船行驶至过桥起始点；惯性导航模块，用于调整无人船的方向，使其与所述过桥控制角度重合，然后控制无人船驶入桥梁，过桥时，动态调整无人船的航向角，使其与所述过桥控制角度保持重合；航迹推测模块，用于基于惯性数据及过桥起始点的经纬度，采用惯性导航算法计算出无人船当前的位置信息；过桥结束判定模块，用于基于卫星信号数据、无人船当前的位置信息判定无人船过桥是否结束，若卫星信号数据和/或无人船当前的位置信息满
positioning system，gps)，也可以采用格洛纳斯(globalnavigation satellite system，简称glonass)卫星导航系统或北斗卫星导航系统。
24.s30、调整无人船的方向，使其与所述过桥控制角度重合，然后控制无人船驶入桥梁，过桥时，动态调整无人船的航向角，使其与所述过桥控制角度保持重合；
25.在具体实施中，无人船到达起始点以后，将过桥控制角度作为目标航向角，然后将无人船当前的航向角与目标航向角比对，得到控制量并根据该控制量调整无人船的方向，使其与过桥控制角度重合，进而控制无人船驶入桥梁，向过桥终止点行进；过桥时，实时获取无人船当前的航向角，控制无人船使无人船的航向角与过桥控制角度的差值保持在设定的范围内，控制无人船沿过桥控制角度向过桥终止点行进。需要说明的是，本发明对“控制无人船使无人船的航向角与过桥控制角度的差值保持在设定的范围内”所采用的具体方式不做限定，可以通过pid(proportion integral differential)控制的方式使无人船的航向角与过桥控制角度的差值保持在设定的范围内，也可以采用其他方式使无人船的航向角与过桥控制角度的差值保持在设定的范围内。
26.s40、基于惯性数据及入桥前无人船的经纬度，采用惯性导航算法计算出无人船当前的位置信息；
27.本步骤中，在无人船由过桥起始点驶向过桥终止点过程中，无人船未进入桥下时，通过船载定位系统仍可以实时获取无人船当前的经纬度，直至无人船进入桥下，卫星定位信号弱而无法获取无人船的位置信息，从而需要采用惯性导航算法计算无人船当前的位置信息。
28.作为一种可行的实施方式，通过获取的前进油门值和旋转油门值计算得到惯性数据。在具体实施中，构建一个前进油门值队列和一个旋转油门值队列，分别记为q1、q2；实时获取无人船当前的前进油门值t1并将其加入到前进油门值队列q1中，同时实时获取无人船当前的旋转油门值t2并将其加入到旋转油门值队列q2中；选取前进油门值队列q1、旋转油门值队列q2中的前n个数据，结合无人船的动力学模型，由前进油门值计算得到加速度，积分可得速度s；由旋转油门值计算得到角速度g。
29.以速度s及角速度g为基础，结合入桥前无人船的经纬度，采用惯性导航算法计算出无人船当前的位置信息。在具体实施中，先对得到的速度s及角速度g进行饱和处理，使其处于无人船正常航行的范围内；再对经饱和处理后的速度s及角速度g进行积分，得到无人船的行驶距离及当前方向角；最后利用无人船的行驶距离及当前方向角计算得到无人船在水平及垂直距离的行驶距离，随后将其转化为大地坐标系，再结合入桥前无人船的经纬度，即可得到无人船当前位置。
30.作为另一种可行的实施方式，可以仅利用无人船搭载的惯性测量单元(包括加速度计和陀旋仪等等)获取无人船的惯性数据(例如速度、加速度、航向角、角速度等)，再基于获取到的无人船的惯性数据采用现有的惯性导航算法可以计算出无人船当前的位置信息。
31.s50、基于卫星信号数据、无人船当前的位置信息判定无人船过桥是否结束，若卫星信号数据和/或无人船当前的位置信息满足预设条件，则判定无人船过桥结束。
32.作为一种可行的实施方式，基于卫星信号数据、无人船当前的位置信息判定无人船过桥是否结束，若卫星信号数据满足预设条件，则判定无人船过桥结束。在具体实施中，通过船载定位系统获取当前的卫星信号的载噪比及卫星可使用数量，当载噪比高于设定阈
值，且卫星可使用数量大于设定阈值时，则认为当前定位信号已恢复，因而判定无人船已经驶出桥梁，无人船过桥结束。
33.作为另一种可行的实施方式，基于卫星信号数据、无人船当前的位置信息判定无人船过桥是否结束，若无人船当前的位置信息满足预设条件，则判定无人船过桥结束。在具体实施中，由步骤s40计算得出无人船当前的位置信息，分别计算无人船当前的位置与过桥起始点之间的距离及过桥终止点与过桥起始点之间的距离，若无人船当前的位置与过桥起始点之间的距离，较过桥终止点与过桥起始点之间的距离更远，则可以判定无人船已经驶出桥梁，无人船过桥结束。
34.作为又一种可行的实施方式，基于卫星信号数据、无人船当前的位置信息判定无人船过桥是否结束，若卫星信号数据及无人船当前的位置信息均满足预设条件，则判定无人船过桥结束。
35.在具体实施中，通过船载定位系统获取当前的卫星信号的载噪比及卫星可使用数量，当载噪比高于设定阈值，且卫星可使用数量大于设定阈值时，则认为当前定位信号已恢复。当检测到定位信号恢复时，一般可以判定无人船过桥结束；但是若桥梁中间有缝隙，无人船在穿越桥梁过程中，会出现因桥梁缝隙而导致卫星信号偶尔性增强的情况，从而产生误判，因此，同时需要基于卫星信号数据对无人船过桥是否结束进行辅助判断。由步骤s40计算得出无人船当前的位置信息，分别计算无人船当前的位置与过桥起始点之间的距离及过桥终止点与过桥起始点之间的距离，若无人船当前的位置与过桥起始点之间的距离，较过桥终止点与过桥起始点之间的距离更远，则可以推测无人船已经驶出桥梁。如此，若定位信号已恢复，且根据无人船当前的位置信息推测无人船已经驶出桥梁，则判定无人船过桥结束。
36.本技术实施例提供的无人船过桥控制方法，通过过桥起始点和过桥终止点的经纬度计算得到过桥控制角度，在无人船行驶至过桥起始点时，调整无人船的方向使其与所述过桥控制角度重合，然后控制无人船驶入桥梁，过桥时，动态调整无人船的航向角使其与所述过桥控制角度保持重合，从而使无人船能够顺利穿越桥梁，解决了无人船行驶在桥梁下方时，因定位信号弱而导致无人船难以控制的技术问题。
37.如图1所示，在本发明一个优选实施例中，无人船过桥控制方法，在所述步骤s10之前还包括有步骤：s01、设定过桥起始点和过桥终止点。
38.作为一种可行的实施方式，所述步骤s01进一步包括有步骤s01a、s01b和s01c。
39.s01a、根据控制终端的遥控指令控制无人船行驶至桥的一侧，通过船载定位系统每隔一段时间获取一次无人船当前位置的经纬度及水平分量精度因子信息，得到过桥起始点点队列；
40.在具体实施中，构建一个过桥起始点点队列，记为然后根据控制终端的遥控指令控制无人船行驶至桥的一侧，然后保持静止一段时间，此时无人船还未进入桥梁，定位信号强度高，通过船载定位系统每隔一段时间获取一次无人船当前位置的经纬度及水平分量精度因子信息，从而得到过桥起始点点队列其中，n1,n2,n3...n
q
表示无人船行驶至桥的一侧时连续获取的无人船当前位置的经纬度，即无人船停在桥一侧时，连续采集q个点的经纬度信息，q为大于3的自然数。
41.s01b、根据控制终端的遥控指令控制无人船行驶至桥的另一侧，通过船载定位系统每隔一段时间获取一次无人船当前位置的经纬度及水平分量精度因子信息，得到过桥终止点点队列；
42.在具体实施中，构建一个过桥终止点点队列，记为然后根据控制终端的遥控指令控制无人船行驶至桥的另一侧，然后保持静止一段时间，此时无人船已驶出桥梁，定位信号强度高，通过船载定位系统每隔一段时间获取一次无人船当前位置的经纬度及水平分量精度因子信息，从而得到过桥终止点点队列其中，m1,m2,m3...m
q
表示无人船行驶至桥的另一侧时连续获取的无人船当前位置的经纬度，即无人船停在桥另一侧时，连续采集q个点的经纬度信息，q为大于3的自然数。
43.s01c、对所得的过桥起始点点队列和过桥终止点点队列进行加权平均，权值为每个点的水平分量精度因子，得到过桥起始点和过桥终止点的经纬度并上传后端数据库。
44.在具体实施中，以过桥起始点点队列过桥终止点点队列为基础数据，对纬度和经度取加权平均，权值为每个点的水平分量精度因子，最终得到过桥起始点的经纬度n0、过桥终止点的经纬度m0。
45.作为另一种可行的实施方式，设定过桥起始点和过桥终止点可以通过以下步骤完成：控制无人船行驶至桥的一侧，通过船载定位系统获取无人船当前位置的经纬度作为过桥起始点的经纬度；然后控制无人船行驶至桥的另一侧，然后通过船载定位系统获取无人船当前位置的经纬度作为过桥终止点的经纬度。
46.图2示出了本发明的一种无人船过桥控制装置的结构示意图，如图2所示，在本发明一个实施例中，无人船过桥控制装置包括有：
47.计算模块110，用于接收控制终端下达的过桥指令，根据所述过桥指令从后端数据库获取过桥起始点和过桥终止点的经纬度，并根据过桥起始点和过桥终止点的经纬度计算得到过桥控制角度；
48.过桥准备控制模块120，用于基于无人船当前的经纬度、航向角及过桥起始点的经纬度控制无人船行驶至过桥起始点；
49.惯性导航模块130，用于调整无人船的方向，使其与所述过桥控制角度重合，然后控制无人船驶入桥梁，过桥时，动态调整无人船的航向角，使其与所述过桥控制角度保持重合；
50.航迹推测模块140，用于基于惯性数据及过桥起始点的经纬度，采用惯性导航算法计算出无人船当前的位置信息；
51.过桥结束判定模块150，用于基于卫星信号数据、无人船当前的位置信息判定无人船过桥是否结束，若卫星信号数据和/或无人船当前的位置信息满足预设条件，则判定无人船过桥结束。
52.所述计算模块110、过桥准备控制模块120、惯性导航模块130、航迹推测模块140、过桥结束判定模块150为与图1所示实施例中的无人船过桥控制方法的步骤s10
‑
s50一一对应的功能模块，可以对应执行图1所示实施例中的无人船过桥控制方法中的步骤s10
‑
s50，以实现无人船过桥控制。
53.本技术实施例提供的无人船过桥控制装置，通过过桥起始点和过桥终止点的经纬
度计算得到过桥控制角度，在无人船行驶至过桥起始点时，调整无人船的方向使其与所述过桥控制角度重合，然后控制无人船驶入桥梁，过桥时，动态调整无人船的航向角使其与所述过桥控制角度保持重合，从而使无人船能够顺利穿越桥梁，解决了无人船行驶在桥梁下方时，因定位信号弱而导致无人船难以控制的技术问题。
54.如图2所示，在本发明一个优选实施例中，无人船过桥控制装置还包括有坐标点设立模块101。所述坐标点设立模块101为与图1所示实施例中的无人船过桥控制方法的步骤s01对应的功能模块，可以执行图1所示实施例中的无人船过桥控制方法的步骤s01，以设定过桥起始点和过桥终止点。
55.图3示出了本发明的一种电子设备的结构示意图，如图3所示，在本发明一个实施例中，电子设备包括有处理器210以及与所述处理器210通信连接的存储器220。该电子设备还可以包括i/o接口230和通讯组件240。
56.其中，存储器220用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备上的操作，这些数据可以包括用于在该电子设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如，用于执行上述的无人船过桥控制方法的程序指令、无人船的经纬度信息等等。该存储器220可以由任何类型的一个或一个以上易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(static random access memory，简称sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read
‑
only memory，简称eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read
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only memory，简称eprom)，可编程只读存储器(programmable read
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only memory，简称prom)，只读存储器(read
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only memory，简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。处理器210可以采用一个或一个以上，处理器210用于控制该电子设备的整体操作，通过调用执行所述存储器220存储的程序指令，以完成上述的无人船过桥控制方法的步骤。i/o接口230为处理器210和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是船载定位系统、惯性测量单元等。通信组件240用于该电子设备与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信包括wi
‑
fi，蓝牙，近场通信(near field communication，简称nfc)，2g、3g或4g，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件15可以包括：wi
‑
fi模块，蓝牙模块，nfc模块。
57.本发明实施例还提供了一种包含有程序指令的存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述无人船过桥控制方法的步骤。其中，该存储介质可以为上述包括程序指令的存储器220，上述程序指令可由电子设备的处理器210执行以完成上述的无人船过桥控制方法。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。