一种无人船只控制系统和控制方法与流程

1.本发明涉及一种无人船只控制系统和控制方法，属于无人船技术领域。


背景技术：

2.无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，现有的大型无人船集群不能很好的进行航行控制、编队引导与状态监测，大型无人船传感器种类数量众多、数据处理复杂、数据通信流量大、海上工作环境通信质量差、位置与运动状态信息反馈不精确，并且一般的无人船采用单传感器观测精度较低，且对于观测目标的相对位置或运动，观察过程较单一，采用的集中式计算方式对于稀有资源共享较困难，计算集中在数据中心，中心的数据处理压力较大，而其余节点硬件资源没有充分利用，不仅会导致成本攀升，也存在着较大的单点故障风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无人船只控制系统和控制方法，解决大型无人船传感器种类数量众多、数据处理复杂、数据通信流量大、海上工作环境通信质量差、位置与运动状态信息反馈不精确的问题。
4.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
5.第一方面，本发明提供了一种无人船只控制系统，包括：
6.航行控制终端、本地航行控制器、远程控制终端和临时中转控制终端，其中：
7.所述航行控制终端和本地航行控制器设置于无人船上，所述航行控制终端与本地航行控制器通信连接，所述航行控制终端用于获取监测数据，所述本地航行控制器用于解码所述监测数据获取船端状态数据；
8.所述远程控制终端与本地航行控制器之间通过卫星通信链路进行通信连接，用于接收船端状态数据，进行无人船集群综合态势显示与控制；
9.所述临时中转控制终端与本地航行控制器通过短波电台进行通信连接，所述临时中转控制终端与远程控制终端间则使用卫星通信连接，用于在卫星通信异常时，通过短波通信接收船端状态数据并转发给远程控制终端。
10.进一步的，所述航行控制终端包括定位设备、控制设备传感器以及状态监测传感器。
11.进一步的，所述定位设备包括ais接收机、gps、导航雷达，所述gps和导航雷达与远程控制终端通信连接，所述控制设备传感器包括舵角控制传感器、发电机控制传感器、发动机控制传感器，所述状态监测传感器包括速度传感器、发电机状态传感器、发动机状态传感器。
12.第二方面，本发明提供一种根据前述任一项所述的无人船只控制系统的控制方法，应用于远程控制终端，实现船只集群全局控制与态势显示，包括：
13.接收船端状态数据，包括：
14.在卫星通信正常时，接收本地航行控制器发送的船端状态数据，其中，本地航行控制器用于收集航行控制终端监测的数据并进行解码，获取船端状态数据；
15.在卫星通信异常时，接收临时中转控制终端转发的船端状态数据，其中，临时中转控制终端通过短波通信接收船端状态数据并转发给远程控制终端；
16.在无法接收无人船数据时，接收无人船上gps间断获取的位置信息以及导航雷达扫描得到的其他船只的位置信息，实时修正失联船方向与位置，作为船端状态数据；
17.根据接收的船端状态数据，进行无人船集群综合态势显示与控制。
18.进一步的，所述航行控制终端监测数据的方法，包括：
19.所述航行控制终端对本地传感器回读数据进行分类整理，并对整理后的数据流进行本地数据融合后回传。
20.进一步的，将接收的船端状态数据更新到至预先建立的终端状态显示界面，用于状态数据可视化，辅助无人船操作。
21.进一步的，将接收的船端状态数据送入预先构建的远程终端状态库，用于统一更新地图上的无人船集群航行状态与方位信息。
22.进一步的，所述无人船集群航行状态与方位信息包括航速、航向、方位角、经度、纬度、发动机状态、发电机状态、舵角转向中的任意一种或多种。
23.进一步的，所述进行无人船集群综合态势显示与控制包括船只编队航行、指定经纬坐标航行、发动机控制。
24.进一步的，所述船端状态数据包括无人船自身方位信息、航行状态与设备运行状态。
25.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
26.1、本发明针对大型无人船传感器种类数量众多、数据处理复杂、数据通信流量大的问题，在无人遥控船的航行控制终端对本地传感器回读数据进行分类整理，并对整理后的数据流进行本地数据融合后回传，控制中心的远程控制终端远程接收遥控船集群中各个个体的回传数据后对各船状态进行修正，并统一控制。通过这种方式实现了对遥控船集群的大量传感器回读的分层次数据融合处理，实现了对遥控船实时综合状态的可视化展示，减轻了远程控制终端的数据处理压力，有效控制了数据通信流量，提高了系统健壮性。
27.2、本发明针对海上工作环境通信质量差、位置与运动状态信息反馈不精确的问题，通过在海上近点部署临时中转控制终端对通信数据进行中转。对同一无人遥控船，在接收本船方位数据时，通过周围其他船只定位传感器(导航雷达、ais接收机等)对当前定位数据进行修正。通过这些措施，使得遥控系统可以在通信质量不良甚至通信中断的情况下对运行中的无人船只进行有效定位与控制。
附图说明
28.图1是本发明实施例提供的船端数据融合处理架构示意图；
29.图2是本发明实施例提供的远程控制终端数据接收与数据融合示意图；
30.图3是本发明实施例提供的正常通信状态下的无人船只控制方法示意图；
31.图4是本发明实施例提供的卫星通信受限状态下的无人船只控制方法示意图；
32.图5是本发明实施例提供的设备失联状态下的无人船只控制方法示意图；
33.图6是本发明实施例提供的无人船只控制系统的控制方法的工作流程图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
35.实施例1
36.本实施例提供了一种无人船只控制系统，包括：
37.航行控制终端、本地航行控制器、远程控制终端和临时中转控制终端，其中：
38.所述航行控制终端和本地航行控制器设置于无人船上，所述航行控制终端与本地航行控制器通信连接，所述航行控制终端用于获取监测数据，所述本地航行控制器用于解码所述监测数据获取船端状态数据；所述航行控制终端包括定位设备、控制设备传感器以及状态监测传感器；所述定位设备包括ais接收机、gps、导航雷达，所述gps和导航雷达与远程控制终端通信连接，所述控制设备传感器包括舵角控制传感器、发电机控制传感器、发动机控制传感器，所述状态监测传感器包括速度传感器、发电机状态传感器、发动机状态传感器；
39.所述远程控制终端与本地航行控制器之间通过卫星通信链路进行通信连接，用于接收船端状态数据，进行无人船集群综合态势显示与控制；
40.所述临时中转控制终端与本地航行控制器通过短波电台进行通信连接，所述临时中转控制终端与远程控制终端间则使用卫星通信连接，用于在卫星通信异常时，通过短波通信接收船端状态数据并转发给远程控制终端。
41.实施例2
42.本实施例提供一种根据实施例1中所述的无人船只控制系统的控制方法，应用于远程控制终端，包括：
43.接收船端状态数据，包括：
44.在卫星通信正常时，接收本地航行控制器发送的船端状态数据，其中，本地航行控制器用于收集航行控制终端监测的数据并进行解码，获取船端状态数据；
45.在卫星通信异常时，接收临时中转控制终端转发的船端状态数据，其中，临时中转控制终端通过短波通信接收船端状态数据并转发给远程控制终端；
46.在无法接收无人船数据时，接收无人船上gps间断获取的位置信息以及导航雷达扫描得到的其他船只的位置信息，实时修正失联船方向与位置，作为船端状态数据；
47.根据接收的船端状态数据，进行无人船集群综合态势显示与控制。
48.如图1至图6所示，本实施例提供的无人船只控制系统，其应用过程具体涉及如下步骤：
49.1、本地传感器获取监测数据。针对不同种类的设备，航行控制终端在接收对本地设备回读数据时首先对数据流类型进行了分类。主要分为定位设备(ais接收机、gps、导航雷达等)、控制设备传感器(舵角控制传感器、发电机控制传感器、发动机控制传感器等)、状态监测传感器(速度传感器、发电机状态传感器、发动机状态传感器等)三种类型；
50.2、本地航行控制器收集并解码传感器数据。对于定位设备的回读数据，不同数据包中有重复项，为保证系统控制准确，只使用gps定位数据作为控制依据，其他项仅作为辅
助显示。对于其他传感器数据，航行控制终端首先按照相同时间间隔在不同端口接收数据包，一个传感器使用一个端口。对高于航行控制器接收频率发送的数据包选择丢弃；对低于接收频率发送的数据包则保留上一次接收值发送，直到收到下一包数据再更新数据；
51.3、本地航行控制器整理发送本船状态数据。通过第二步的方法按类别整理融合后的，本地航行控制器按照约定好的统一数据结构上报状态信息给远程控制终端，上报内容包含自身方位信息、航行状态与设备运行状态；
52.4、远程控制终端接收船端状态数据。远控终端与无人船之间使用卫星通信链路接收状态数据。同时通过在海上近点部署临时中转控制终端对通信数据进行中转。临时中转控制终端功能与远程控制终端相同，但与无人船只之间使用短波电台作为数据传输手段，与远程控制终端间则使用卫星通信手段。在通信正常时，远程控制终端与无人船直接进行数据交互；当卫星通信异常时，临时中转控制终端可以通过短波通信接收无人船数据并转发给控制中心；当完全无法接收无人船数据时，控制中心通过无人船的gps通信间断获取位置信息，并通过其他船的相关设备(导航雷达)扫描得到的结果实时修正失联船方向与位置；
53.5、远程控制终端根据其他船状态数据修正当前目标状态。无人船上配备了导航雷达设备，可以扫描并发现一定范围内的水面船只障碍，当前处理的船只在其他船的扫描范围内时，其他船只的导航雷达可以发现它，并作为定位信息中的一项数据反馈给远程控制终端。远程终端可以通过经纬坐标进行匹配，将其他船的雷达信息反馈整合进当前船方位信息中；
54.6、远程控制终端更新当前船状态数据。远程控制终端处理完接收数据后，将接收到的状态信息更新到至终端状态显示界面，用于状态数据可视化，辅助无人船操作；
55.7、当前船状态数据加入远程终端状态库。远程控制终端将当前数据加入自身二点动态状态库，用于统一更新地图上的无人船集群航行状态与方位信息，包含航速、航向、方位角、经度、纬度、发动机状态、发电机状态、舵角转向等；
56.8、远程控制终端对无人船集群综合态势控制，根据当前无人船集群数据，远程控制终端可以进行进一步的综合态势显示与控制，包含船只编队航行、指定经纬坐标航行、发动机控制等。
57.本发明针对大型无人船传感器种类数量众多、数据处理复杂、数据通信流量大的问题，在无人遥控船的航行控制终端对本地传感器回读数据进行分类整理，并对整理后的数据流进行本地数据融合后回传，控制中心的远程控制终端远程接收遥控船集群中各个个体的回传数据后对各船状态进行修正，并统一控制。通过这种方式实现了对遥控船集群的大量传感器回读的分层次数据融合处理，实现了对遥控船实时综合状态的可视化展示，减轻了远程控制终端的数据处理压力，有效控制了数据通信流量，提高了系统健壮性。
58.本发明针对海上工作环境通信质量差、位置与运动状态信息反馈不精确的问题，通过在海上近点部署临时中转控制终端对通信数据进行中转。对同一无人遥控船，在接收本船方位数据时，通过周围其他船只定位传感器(导航雷达、ais接收机等)对当前定位数据进行修正。通过这些措施，使得遥控系统可以在通信质量不良甚至通信中断的情况下对运行中的无人船只进行有效定位与控制。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。