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原文传递水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统

专利名称：	水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统
摘要：	本发明公开了一种水质监测智能小船的自动驾驶方法及其系统，小船航行时，雷达对周边探测，控制计算机确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，驱动网络摄像机启用视觉检测。通过控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域，然后进行图像检测。在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障；若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号是否低于预警值，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。该方法可以有效地避开河道内的障碍物，从而实现小船的自主航行。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江科技学院
发明人：	马伟锋;马来宾;张宇来;岑跃峰;孙晓勇;张圣律;季曹婷;楼姣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-04T00:00:00+0800
申请号：	CN201910137182.X
公开号：	CN109835441A
代理机构：	杭州万合知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	丁海华
分类号：	B63B35/00(2006.01);B;B63;B63B;B63B35
申请人地址：	310023 浙江省杭州市西湖区留和路318号
主权项：	1.水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：具体包括以下步骤： (1)小船上的雷达对周边环境实时进行探测，并传输至控制计算机； (2)控制计算机对雷达接收到的探测信息进行筛选，确定雷达接收到的探测信息为有效目标信号后，控制计算机确定雷达探测到的有效目标在像素坐标下存在的区域；同时，控制计算机驱动网络摄像机启用视觉检测； (3)对网络摄像机拍摄到的图像进行图像检测，进一步确定小船前方是否存在有效目标，如果存在有效目标则通过视觉检测确定有效目标在像素坐标系下的区域； (4)在像素坐标系下，比较雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况，若重复值达到阈值，就判定探测信息准确，实施避障；若低于阈值，就判断为信息失准，随后判断雷达信号发出的纵向信号是否低于预警值，若低于预警值，则小船保持前行，若高于预警值，则实施避障。 2.根据权利要求1所述的水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：步骤(2)中所述的对探测信息进行筛选具体包括以下步骤： (i)控制计算机判断雷达的信噪比是否在阈值之内，若信噪比不在阈值之内，则控制计算机过滤信息，若信噪比在阈值之内，则进入步骤(ii)； (ii)核心计算机根据雷达实时的探测信息判断目标是否为接近状态，若目标为非接近状态，则控制计算机过滤信息，若目标为接近状态，则雷达进行连续探测，当DetectTime未达到预定值，即雷达在连续进行探测的过程中成功接收到探测信息的次数未达到预定值时，雷达初始化重新进行探测；当DetectTime达到预定值时，控制计算机输出目标信息。 3.根据权利要求2所述的水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：所述控制计算机输出目标信息后判断LostTime是否超出预定值，即雷达在连续进行探测的过程中连续丢失探测信息的次数是否超出预定值，若LostTime超出预定值，则控制计算机重置DetectTime＝0，控制计算机过滤信息，若LostTime未超出预定值，则比较在像素坐标系下雷达探测到的目标区域与视觉检测到的目标区域的重合情况。 4.根据权利要求1所述的水质监测智能小船的驾驶方法，其特征在于：该方法还包括对小船进行路径规划，所述路径规划包括以下步骤： (a)控制计算机调用地图软件信息，获取将要航行水域的先验地图，在起点和终点的水域中选取若干点，作为阶段性目标点； (b)读取地图上各阶段性目标点的经纬度信息，借助GPS接收器确定小船经纬度，根据电子陀螺仪读取船头与正北方向的夹角； (c)根据东经北纬地区的经纬度分布特点，比较小船自身与阶段性目标点的经纬度的大小，确定阶段性目标点在小船为参考系下的相对方位； (d)依据小船先到达与阶段性目标点相同的经度再到达与阶段性目标点相同的纬度，或者依据小船先到达与阶段性目标点相同的纬度再到达与阶段性目标点相同的经度，得到小船的路径规划。 5.实现权利要求1-4任一项所述方法的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：包括船体(1)，船体(1)的顶部设有甲板(2)，甲板(2)上设有网络摄像机(10)雷达(40)和电子陀螺仪(41)，船体(1)的舱内设有控制计算机(31)、PH检测器(32)、第一直流电机(35)和第二直流电机(36)，控制计算机(31)经通信接口与网络摄像机(10)、雷达(40)、电子陀螺仪(41)、PH检测器(32)、第一直流电机(35)和第二直流电机(36)；所述船体(1)的下方设有PH电极(29)，PH电极(29)经电缆(21)与PH检测器(32)相连，电缆(21)的中部设置在深度调节机构(14)上；所述船体(1)的后侧设有两个导流圆管(22)，两个导流圆管(22)内均设有一个螺旋桨(28)，第一直流电机(35)和第二直流电机(36)分别经传动轴与两个螺旋桨(28)相连，且所述的传动轴贯穿船体(1)的后侧；所述控制计算机(31)连接有云端服务器，云端服务器与终端相连；所述船体(1)的侧面还设有漂浮球(13)。 6.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述的甲板(2)上设有固定槽(4)，固定槽(4)内设有自由度云台(5)，所述的自由度云台(5)包括水平舵机(6)和垂直舵机(7)，水平舵机(6)的输出端设有支撑板(8)，垂直舵机(7)设置在支撑板(8)上，且自由度云台(5)经通信接口与控制计算机(31)相连，所述网络摄像机(10)与垂直舵机(7)的输出端相连。 7.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述船体(1)的舱内还设有4G通讯模块(34)，4G通讯模块(34)经通讯接口与控制计算机(31)相连；所述甲板(2)上设有GPS信号接收器(11)，GPS信号接收器(11)与4G通讯模块(34)上的GPS接口通过天线连接；所述甲板(2)上还设有三色指示灯(12)，三色指示灯(12)与控制计算机(31)相连；所述控制计算机(31)经通讯接口连接有电压电流检测器(33)。 8.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述支撑板(8)上还设有超声波测距仪(9)，超声波测距仪(9)与控制计算机(31)相连。 9.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述深度调节机构(14)包括设置在甲板(2)上的支撑架(15)，支撑架(15)上设有转动轴(37)，转动轴(37)上固定有滚轮(20)，滚轮(20)上设有第一导向孔(38)，转动轴(37)的一端设有与第一导向孔(38)连通的第二导向孔(39)，所述电缆(21)绕设在滚轮(20)上，且电缆(21)贯穿第一导向孔(38)和第二导向孔(39)；所述船体(1)的后侧还设有多个导向约束环(27)，电缆(21)贯穿每个导向约束环(27)；所述甲板(2)上还设有第三直流电机(16)，第三直流电机(16)的电机轴连接有主动皮带轮(17)，转动轴(37)的另一端设有被动皮带轮(18)，主动皮带轮(17)和被动皮带轮(18)上包覆有皮带(19)。 10.根据权利要求5所述的水质监测智能小船自动驾驶系统，其特征在于：所述船体(1)的后侧还设有两个支撑块(23)，两个支撑块(23)的底部均设有一个连杆(24)，两个连杆(24)上均设有一块导流板(25)，两块导流板(25)分别设置在两个导流圆管(22)的后方，且每块导流板(25)的侧面均设有导流凸起(26)。
所属类别：	发明专利