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申请/专利权人：江苏韩通赢吉重工有限公司

摘要：本发明提供无人船自主航行控制方法及系统，涉及航行控制技术领域，包括无人船船体和设置于所述无人船船体上的无人船自主航行控制系统，所述无人船自主航行控制系统包括无人船控制系统、无人船环境感知系统、通信系统、岸基控制系统、无人船自主避障系统、GPS定位模块、IMU姿态模块和视觉感知系统；所述无人船控制系统包括边缘计算机用于处理传感器数据、下达指令和处理所述视觉感知系统的数据，控制板由ARM芯片构成，用于执行无人船控制指令；IMU姿态模块用于精准化无人船运动，电流采集器用于采集无人船工作时的电流电压，转化成无人船实时功率并与电池信息结合以获取无人船剩余续航时间，电压降压模块用于转换电池电压为控制板与传感器供电。

主权项：1.无人船自主航行控制系统，其特征在于，包括：无人船船体和设置于所述无人船船体上的无人船自主航行控制系统，所述无人船自主航行控制系统包括无人船控制系统、无人船环境感知系统、通信系统、岸基控制系统、无人船自主避障系统、GPS定位模块、IMU姿态模块和视觉感知系统；所述无人船控制系统包括边缘计算机、控制板、电流采集器和电压降压模块，所述边缘计算机用于处理传感器数据、下达指令和处理视觉感知系统的数据，所述控制板由ARM芯片构成，用于执行无人船控制指令，通过控制电机转动实现无人船横向、纵向运动；所述IMU姿态模块用于提供无人船航行方位、俯仰姿态与多轴加速度数据；所述电流采集器用于采集无人船工作时的电流电压，转化成无人船实时功率并与电池信息结合以获取无人船剩余续航时间，所述电压降压模块用于转换电池电压为控制板与传感器供电；所述无人船环境感知系统包括流速传感器、水深传感器、风速风向传感器、气压传感器和光照传感器，分别用于采集无人船航行水域的水流流速信息、深度信息、风速风向信息、大气压强信息和光照强度信息，并将采集的信息发送给所述边缘计算机；所述视觉感知系统包括高清摄像头和双目相机，所述高清摄像头用于观察无人船航行水域水面状况，监控无人船航行，并将视频信息通过所述通信系统发送到所述岸基控制系统实现岸基监控，同时将视频信息发送给所述边缘计算机，所述双目相机用于获取无人船航行域水面环境的图像景深信息，并发送给所述边缘计算机；所述边缘计算机将采集到的数据经过整合处理后通过所述通信系统传输至所述岸基控制系统；所述边缘计算机内设有船端目标识别程序，通过对所述高清摄像头和双目相机采集的图像信息进行图像去噪、直方图均衡化增强、SURF特征提取、障碍物识别后，通过分析图像处理后的结果判断无人船当前航行水域水面是否存在阻碍航行的障碍物，当存在障碍物时，发送相应的避障指令到所述控制板，所述控制板执行视觉感知避障程序，控制无人船做出避障行为；所述无人船自主避障系统通过设置于所述无人船船体的三维激光雷达检测前方障碍物，并将障碍物信息发送到所述边缘计算机，所述边缘计算机内设有激光雷达避碰程序，通过所述激光雷达避碰程序确认障碍物信息，并发送指令给所述控制板，所述控制板执行激光雷达避碰程序，控制无人船做出避障行为；所述岸基控制系统包括无人船控制与显示软件、雷达渲染显示软件、运动控制器和电脑，所述无人船控制与显示软件用于控制无人船航行运动，显示无人船工况信息，所述雷达渲染显示软件用于显示激光雷达扫描的图像，所述运动控制器用于操纵无人船运动；还包括：所述三维激光雷达采用VFH向量场直方图算法进行点云特征提取，通过统计视点方向与每个法线之间角度的直方图来计算视点的特征分量，包括：使用VFH方法进行特征提取，使用整个点云对象来进行计算估计，在计算特征描述时以物体中心点与物体表面其他所有点之间的点对作为计算单元，添加视点方向与每个点估计法线之间额外的统计信息；将视点方向融入到相对法线角计算中，通过统计视点方向与每个法线之间角度的直方图来计算视点的特征分量；所述控制板执行视觉感知避障程序，控制无人船做出避障行为包括：将障碍物的位置坐标转换到以无人船为中心的极坐标系下，得到障碍物相对于无人船的方位角和距离；结合无人船的当前速度和航向，采用基于势场法的避障策略，计算避障所需的航向变化量，其中障碍物对应斥力势场，目标点对应引力势场，无人船在斥力势场和引力势场的合力作用下调整航向，远离障碍物，朝着目标点航行；基于避碰安全距离概念计算避障所需的速度变化量，当障碍物距离小于安全距离时，无人船减速直至停船，当障碍物距离大于安全距离时，无人船维持当前速度或加速；控制板根据计算出的航向变化量和速度变化量，调整无人船的舵角和发动机油门，控制无人船做出避障行为。

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