本發(fā)明涉及測(cè)繪領(lǐng)域，尤其涉及一種無人駕駛測(cè)深船。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛技術(shù)引起社會(huì)的關(guān)注，特別是隨著無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展，無人駕駛船舶平臺(tái)(簡(jiǎn)稱無人船)也順勢(shì)出現(xiàn)與發(fā)展起來，為成功實(shí)施諸如海事救援、海上測(cè)量、危險(xiǎn)品監(jiān)測(cè)等特殊任務(wù)提供了承載平臺(tái)，具有極大的應(yīng)用前景.無人船是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它集成了船舶設(shè)計(jì)、智能控制、人工智能、信息處理、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換等專業(yè)技術(shù)，其研究?jī)?nèi)容涉及多個(gè)方面：自動(dòng)駕駛、自主避障、規(guī)劃與導(dǎo)航、模式識(shí)別等等。由于要求無人船在各種不同的海洋環(huán)境下能夠安全航行，特別是在超視距、遙控不能發(fā)揮作用的情況下，必須能夠自主進(jìn)行環(huán)境探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、自主避障、自主路徑規(guī)劃以及自動(dòng)完成使命。因此，智能是無人船的最基本特征，也是最大的難點(diǎn)。本文提出的無人船測(cè)深系統(tǒng)就是基于無人駕駛平臺(tái)(簡(jiǎn)稱無人船)進(jìn)行水面測(cè)深的測(cè)量系統(tǒng)，其可以廣泛應(yīng)用于水庫，海洋，湖泊等場(chǎng)合進(jìn)行水面深度的測(cè)量工作。本文提出的無人測(cè)深系統(tǒng)就是基于無人駕駛船舶平臺(tái)，配合測(cè)深儀器組成的，此系統(tǒng)目前在國內(nèi)同類產(chǎn)品還比較少，與同類國外產(chǎn)品相比，國外無人測(cè)深系統(tǒng)成本比較高，操作復(fù)雜，但技術(shù)含量比較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種無人駕駛測(cè)深船，包括：

信息采集模塊和預(yù)處理模塊，所述信息采集模塊實(shí)時(shí)采集測(cè)深船行駛的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊用于對(duì)所述信息采集模塊采集的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

信息融合處理模塊，用于對(duì)預(yù)處理模塊預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理得出融合數(shù)據(jù)；

船舶主控單元，用于接收信息融合處理模塊發(fā)送的融合數(shù)據(jù)以及外部遙控器的遙控指令指令生成控制信號(hào)；

船舶執(zhí)行單元，與所述船舶主控單元相連，用于響應(yīng)船舶主控單元的控制信號(hào)并操控測(cè)深船執(zhí)行相應(yīng)操作。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述信息采集模塊包括：GPS單元、數(shù)字羅盤、測(cè)深儀、AIS、雷達(dá)。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述預(yù)處理模塊對(duì)所述信息采集模塊采集的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，將各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，生成經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述預(yù)處理模塊根據(jù)GPS單元的數(shù)據(jù)生成經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)數(shù)字羅盤的數(shù)據(jù)生成航向數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)測(cè)深儀的數(shù)據(jù)生成水深數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)AIS的數(shù)據(jù)生成目標(biāo)船數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)雷達(dá)的數(shù)據(jù)生成目標(biāo)數(shù)據(jù)。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述信息融合處理模塊包括：

校準(zhǔn)單元，用于對(duì)目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間和空間校準(zhǔn)，生成AIS數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)；

航跡生成單元，用于對(duì)對(duì)AIS數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行航跡生成處理，生成AIS航跡和雷達(dá)航跡；

融合單元，用于對(duì)AIS航跡和雷達(dá)航跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，生成融合數(shù)據(jù)發(fā)送至船舶主控單元。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述測(cè)深船還包括網(wǎng)絡(luò)通信單元，外部遙控器發(fā)送的遙控指令通過網(wǎng)絡(luò)通信單元傳輸?shù)酱爸骺貑卧?/p>

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述信息融合處理模塊包括信息綜合管理單元，用于收集經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)，并將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送通過網(wǎng)絡(luò)通信單元發(fā)送到服務(wù)器。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述測(cè)深儀為側(cè)掃聲納測(cè)深儀、單波束測(cè)深儀或多波束測(cè)深儀；

所述AIS包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、高度氣壓計(jì)。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述船舶主控單元包括任務(wù)分解模塊和任務(wù)控制模塊，用于對(duì)融合數(shù)據(jù)進(jìn)行分解得出控制船舶各部位的控制指令。

上述的無人駕駛測(cè)深船，其中，所述船舶執(zhí)行單元控制所述測(cè)深船的船體推進(jìn)器、船尾偏針儀和救援設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)操作。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量比較輕，成本低，可以被廣泛應(yīng)用于淺海，水庫，湖泊的測(cè)量工作中。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種無人駕駛測(cè)深船的示意圖；

圖2為無人船信息采集與處理流程示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中原理功能圖；

圖4為本發(fā)明中包含主要傳感器的電路示意圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

本發(fā)明提供了一種無人駕駛測(cè)深船，主要由無人機(jī)船外殼、無人船控制系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)組成。無人船外形基于流體動(dòng)力學(xué)研制，采用碳纖維材料加工制成。無人船的控制系統(tǒng)基于開源的控制系統(tǒng)APM設(shè)計(jì)，其主要功能有：方向控制，速度控制，自主巡航系統(tǒng)，碰撞系統(tǒng)。

參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明提供的無人駕駛測(cè)深船包括：

信息采集模塊和預(yù)處理模塊，所述信息采集模塊實(shí)時(shí)采集測(cè)深船行駛的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊用于對(duì)所述信息采集模塊采集的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

信息融合處理模塊，用于對(duì)預(yù)處理模塊預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理得出融合數(shù)據(jù)；

船舶主控單元，用于接收信息融合處理模塊發(fā)送的融合數(shù)據(jù)以及外部遙控器的遙控指令指令生成控制信號(hào)；

船舶執(zhí)行單元，與所述船舶主控單元相連，用于響應(yīng)船舶主控單元的控制信號(hào)并操控測(cè)深船執(zhí)行相應(yīng)操作。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量比較輕，成本低，可以被廣泛應(yīng)用于淺海，水庫，湖泊的測(cè)量工作中。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述信息采集模塊包括：GPS單元、數(shù)字羅盤、測(cè)深儀、AIS、雷達(dá)，如圖2所示。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述預(yù)處理模塊對(duì)所述信息采集模塊采集的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，將各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，生成經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述預(yù)處理模塊根據(jù)GPS單元的數(shù)據(jù)生成經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)數(shù)字羅盤的數(shù)據(jù)生成航向數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)測(cè)深儀的數(shù)據(jù)生成水深數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)AIS的數(shù)據(jù)生成目標(biāo)船數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理模塊根據(jù)雷達(dá)的數(shù)據(jù)生成目標(biāo)數(shù)據(jù)。例如，目標(biāo)船數(shù)據(jù)包括方向數(shù)據(jù)、碰撞數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、自主逆航數(shù)據(jù)、救助數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述信息融合處理模塊包括：

校準(zhǔn)單元，用于對(duì)目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間和空間校準(zhǔn)，生成AIS數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)；

航跡生成單元，用于對(duì)對(duì)AIS數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行航跡生成處理，生成AIS航跡和雷達(dá)航跡；

融合單元，用于對(duì)AIS航跡和雷達(dá)航跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，生成融合數(shù)據(jù)發(fā)送至船舶主控單元。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述測(cè)深船還包括網(wǎng)絡(luò)通信單元，外部遙控器發(fā)送的遙控指令通過網(wǎng)絡(luò)通信單元傳輸?shù)酱爸骺貑卧?/p>

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述信息融合處理模塊包括信息綜合管理單元，用于收集經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)，并將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、目標(biāo)船數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送通過網(wǎng)絡(luò)通信單元發(fā)送到服務(wù)器。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述測(cè)深儀為側(cè)掃聲納測(cè)深儀、單波束測(cè)深儀或多波束測(cè)深儀。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述船舶主控單元包括任務(wù)分解模塊和任務(wù)控制模塊，用于對(duì)融合數(shù)據(jù)進(jìn)行分解得出控制船舶各部位的控制指令。

在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，所述船舶執(zhí)行單元控制所述測(cè)深船的船體推進(jìn)器、船尾偏針儀和救援設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)操作。

在本發(fā)明中，采用STM32F427為主控制器，STM32F103為故障保護(hù)協(xié)處理器，通過MPU6000六軸陀螺儀模塊對(duì)船體運(yùn)行姿態(tài)進(jìn)行捕獲，主芯片將其捕獲的姿態(tài)信息和磁力計(jì)、GPS、加速度計(jì)等傳感器反饋的信息進(jìn)行運(yùn)算、分析,結(jié)合遙控器命令和地面管理器指令來控制無人船的各個(gè)駝機(jī)和電機(jī)。其中MPU6000為6軸加速度計(jì)/陀螺儀，L3GD20為十六位陀螺儀，LSM303D為十四位加速度計(jì)，UBLOX為GPS模塊，具體如圖3所示，圖4示出了本發(fā)明在一實(shí)施例中包含主要傳感器的電路示意圖。

本文提出的無人測(cè)深系統(tǒng)就是基于無人駕駛船舶平臺(tái)，配合測(cè)深儀器組成的，此系統(tǒng)目前在國內(nèi)同類產(chǎn)品還比較少，與同類國外產(chǎn)品相比，國外無人測(cè)深系統(tǒng)成本比較高，操作復(fù)雜，但技術(shù)含量比較高。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量比較輕，成本低，被廣泛應(yīng)用于淺海，水庫，湖泊的測(cè)量工作中。

以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。