基于无人机的船只靠泊系统与方法与流程

1.本发明涉及船只靠泊领域，特别是涉及一种基于无人机的船只靠泊系统与方法。


背景技术：

2.在船只靠泊领域，由于涉及无人驾驶的船只靠泊，自动靠泊是一个常见的应用场景。无人船通过感知周边环境、规划靠泊路径和控制无人船行动，最终实现自动将无人船停靠在指定泊位。目前的自动靠泊方案主要有两条技术路线：一是无人船平台端改造，另一个是岸基端改造。
3.无人船平台端改造主要指的是通过加装激光雷达、摄像头、gps装置以及超声波传感器等设备来加强无人船平台端的感知能力，进一步结合高精度地图和泊位管理系统，实现无人船的准确定位和自动靠泊路径的规划；岸基端改造主要指的是将激光雷达、环境监测装置等传感器部署在泊位，无人船本身只需要船速控制、航向控制及远程互联等基础功能，全部环境感知、路径规划和无人船调度都基于云平台实现，并将运算后的靠泊路径发送至无人船平台端，无人船根据规划好的靠泊路径完成靠泊。
4.对于无人船平台端改造方案而言，由于需要对每艘无人船进行后端改装，其普适性较差，推广难度较高。另外，为了实现精确的环境感知和船舶定位，一般需要加装激光雷达并构建高精度地图，其难度和成本都相对较高；对于岸基端改造方案而言，在实际应用中，需要在岸基端部署大量激光雷达，其改造成本较高；另外，由于一些泊位存在基础设施建设较差，环境较恶劣，水文条件未知等情况，无人船在这些条件下靠泊，存在较大风险。
5.因此，如何低成本、高效率的实现船只靠泊成为目前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于无人机的船只靠泊系统与方法，以降低船只靠泊成本，提高船只靠泊效率。
7.一种基于无人机的船只靠泊系统，包括设置在船只上的无人机以及设置在船只上的靠泊装置；
8.所述无人机与船只连接，所述无人机包括：
9.视频采集模块，用于采集所述无人机飞行路径上的目标物信息、障碍物信息以及码头泊位信息；
10.浮标模块，用于采集船只靠泊区域上的环境参数以及水文信息；
11.局部地图建立模块，与所述视频采集模块以及所述浮标模块连接，用于根据所述目标物信息、所述障碍物信息、所述码头泊位信息、所述环境参数以及所述水文信息建立船只局部地图；
12.路径规划模块，与所述局部地图建立模块连接，用于根据所述船只局部地图规划船只行驶路径；
13.所述靠泊装置与船只以及所述路径规划模块连接，所述靠泊装置用于根据规划好
的船只行驶路径控制船只靠泊。
14.在其中一个实施例中，所述浮标模块包括风向仪以及流速仪；
15.所述风向仪用于采集船只靠泊区域上的环境参数；
16.所述流速仪用于采集船只靠泊区域上的水文信息。
17.在其中一个实施例中，所述靠泊装置包括定位获取模块以及船只控制模块；
18.所述定位获取模块用于获取船只的实时位置信息；
19.所述船只控制模块与所述定位获取模块连接，所述船只控制模块用于根据规划好的船只行驶路径以及所述实时位置信息控制船只靠泊。
20.在其中一个实施例中，所述靠泊装置还包括航速约束模块，所述航速约束模块用于对船只航速进行约束。
21.在其中一个实施例中，所述航速约束模块利用以下公式对船只航速进行约束：
[0022][0023]
其中，u为当前时刻船只航速，u
′
为上一时刻船只航速，d为船只与规划好的船只行驶路径的终点间的距离，δd为船只航速调整因数。
[0024]
在其中一个实施例中，所述靠泊装置还包括无线通信模块，所述无线通信模块用于所述靠泊装置与所述无人机之间通信。
[0025]
在其中一个实施例中，所述无线通信模块为4g工业无线路由器。
[0026]
在其中一个实施例中，所述靠泊装置还包括推进控制模块，所述推进控制模块用于提供船只的行驶动力。
[0027]
在其中一个实施例中，所述推进控制模块为回转推进器。
[0028]
一种基于无人机的船只靠泊方法，应用于上述基于无人机的船只靠泊系统，其特征在于，所述方法包括：
[0029]
获取无人机飞行路径上的目标物信息、障碍物信息以及码头泊位信息；
[0030]
获取船只行驶过程中的环境参数以及水文信息；
[0031]
根据所述目标物信息、所述障碍物信息、所述码头泊位信息、所述环境参数以及所述水文信息建立船只局部地图；
[0032]
根据所述船只局部地图规划船只行驶路径；
[0033]
根据规划好的船只行驶路径控制船只靠泊。
[0034]
本发明提供了一种基于无人机的船只靠泊系统与方法，使用无人机规划路径，相比现有的无人船平台端改造和岸基端改造而言成本大幅降低；另一方面，无人机相比无人船拥有更广阔的视野和通信距离，而且一架无人机可以引导多艘船只同时靠泊，大大提高了靠泊效率。
附图说明
[0035]
图1为本实施例提供的无人机的结构框图；
[0036]
图2为本实施例提供的靠泊装置的结构框图；
[0037]
图3为本实施例提供的基于无人机的船只靠泊系统的使用流程图；
[0038]
图4为本实施例提供的基于无人机的船只靠泊方法流程图。
具体实施方式
[0039]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
[0040]
本实施例提供了一种基于无人机的船只靠泊系统，包括设置在船只上的无人机101以及设置在船只上的靠泊装置201。其中无人机101与船只连接，无人机101用于引导船只靠泊。图1为本实施例提供的无人机的结构框图，如图1所示，无人机101包括：视频采集模块102，用于采集无人机101飞行路径上的目标物信息、障碍物信息以及码头泊位信息。浮标模块103，用于采集船只靠泊区域上的环境参数以及水文信息。局部地图建立模块104，与视频采集模块102以及浮标模块103连接，用于根据目标物信息、障碍物信息、码头泊位信息、环境参数以及水文信息建立船只局部地图。路径规划模块105，与局部地图建立模块连接，用于根据船只局部地图规划船只行驶路径。靠泊装置201与船只以及路径规划模块105连接，靠泊装置201用于根据规划好的船只行驶路径控制船只靠泊。
[0041]
在本实施例中，浮标模块103包括风向仪以及流速仪，风向仪用于采集船只靠泊区域上的环境参数。流速仪用于采集船只靠泊区域上的水文信息。
[0042]
图2为本实施例提供的靠泊装置的结构框图，如图2所示，靠泊装置201包括定位获取模块202、船只控制模块203、航速约束模块204、推进控制模块205以及无线通信模块206。其中，定位获取模块202用于获取船只的实时位置信息。船只控制模块203与定位获取模块202连接，船只控制模块203用于根据规划好的船只行驶路径以及实时位置信息控制船只靠泊。航速约束模块204用于对船只航速进行约束。进一步地，航速约束模块204利用以下公式对船只航速进行约束：
[0043][0044]
u为当前时刻船只航速，u
′
为上一时刻船只航速，d为船只与规划好的船只行驶路径的终点间的距离，δd为船只航速调整因数，由于对船只航速的控制，船只最终要停在泊位处，因此其航速最终会降为0。推进控制模块205用于提供船只的行驶动力。进一步地，推进控制模块205为回转推进器。无线通信模块206用于靠泊装置201与无人机101之间通信。进一步地，无线通信模块206为4g工业无线路由器。
[0045]
图3为本实施例提供的基于无人机的船只靠泊系统的使用流程图，如图3所示，本系统的使用过程如下：
[0046]
步骤s101：无人船到达靠泊区域时生成起飞指令并发送给无人机。
[0047]
步骤s102：无人机接收到起飞指令起飞。
[0048]
步骤s103：无人机采集飞行路径上的目标物信息、障碍物信息以及码头泊位信息并沿途掷下浮标模块。
[0049]
步骤s104：根据目标物信息、障碍物信息、码头泊位信息以及浮标模块获取的环境参数和水文信息建立船只局部地图。
[0050]
步骤s105：根据船只局部地图规划船只行驶路径。
[0051]
步骤s106：根据规划好的船只行驶路径控制船只靠泊。
[0052]
本实施例提供的基于无人机的船只靠泊系统，使用无人机规划路径，相比于无人船拥有更广阔的视野和通信距离；各采集模块集成在无人机上，使得岸基端的改造成本和无人船端的改造成本大幅降低，更易于推广和量产；而且由于将采集模块集成在了无人机端，船只可以承载更多的货物，提高了运载效率；另一方面，一架无人机可以引导多艘船只同时靠泊，也大大提高了靠泊效率。
[0053]
图4为本实施例提供的基于无人机的船只靠泊方法流程图，如图4所示，方法包括：
[0054]
步骤s201：获取无人机飞行路径上的目标物信息、障碍物信息以及码头泊位信息。
[0055]
步骤s202：获取船只靠泊区域上的环境参数以及水文信息。
[0056]
步骤s203：根据所述目标物信息、所述障碍物信息、所述码头泊位信息、所述环境参数以及所述水文信息建立船只局部地图。
[0057]
步骤s204：根据所述船只局部地图规划船只行驶路径。
[0058]
步骤s205：根据规划好的船只行驶路径控制船只靠泊。
[0059]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。