【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理，更具體地說，本專利技術(shù)涉及海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法。
技術(shù)介紹
1、海洋平臺和無人艇作為海洋探索與監(jiān)測的重要組成部分，各自具備獨(dú)特的功能和優(yōu)勢。在實(shí)際任務(wù)中，二者的高效協(xié)同能夠顯著提升任務(wù)執(zhí)行效率和效果。海洋平臺通常作為固定或半固定的海上作業(yè)站，通常配備強(qiáng)大的計(jì)算資源，適合處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算和任務(wù)規(guī)劃，能夠同時(shí)采集多種類型的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)（如洋流、溫度、天氣等），為任務(wù)提供豐富的數(shù)據(jù)支持。
2、無人艇是一種自主或遠(yuǎn)程操控的小型海上設(shè)備，能夠在海洋環(huán)境中靈活移動(dòng)，適應(yīng)動(dòng)態(tài)任務(wù)需求，與海洋環(huán)境的接近使得無人艇能夠快速獲取和處理本地?cái)?shù)據(jù)，但是由于體積小，計(jì)算能力和能量儲備相對有限，難以應(yīng)對復(fù)雜或長期任務(wù)。
3、海洋平臺與無人艇之間的協(xié)同關(guān)系是實(shí)現(xiàn)高效導(dǎo)航和數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵，海洋平臺提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和能源支持，無人艇提供靈活的機(jī)動(dòng)性和實(shí)時(shí)感知能力，二者通過協(xié)同可以彌補(bǔ)各自的不足，但是海洋平臺和無人艇的計(jì)算任務(wù)分配未能充分利用各自的優(yōu)勢，而且數(shù)據(jù)處理和路徑規(guī)劃的動(dòng)態(tài)性不足，難以適應(yīng)多變的海洋環(huán)境，影響協(xié)同效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
2、海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，包括以下步驟：
3、對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，得到海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集，同時(shí)分別獲取海洋平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)、無人艇運(yùn)行數(shù)據(jù)和協(xié)同導(dǎo)航任務(wù)數(shù)據(jù)，得到海洋平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)集、無人艇運(yùn)行數(shù)據(jù)集和協(xié)同導(dǎo)航
4、基于海洋平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)集、無人艇運(yùn)行數(shù)據(jù)集和協(xié)同導(dǎo)航任務(wù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行協(xié)同分析操作，生成計(jì)算性能指數(shù)和任務(wù)繁瑣指數(shù)，然后將計(jì)算性能指數(shù)和任務(wù)繁瑣指數(shù)一同進(jìn)行模糊推理，根據(jù)模糊推理的結(jié)果判斷海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的位置；
5、在模糊推理的結(jié)果對應(yīng)的位置，對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到處理數(shù)據(jù)集，并根據(jù)處理數(shù)據(jù)集進(jìn)行導(dǎo)航路徑規(guī)劃；
6、基于計(jì)算性能指數(shù)和任務(wù)繁瑣指數(shù)，對通信路徑的通信頻率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)。
7、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理指的是：按照預(yù)設(shè)處理策略對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集中的各項(xiàng)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分類和融合。
8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，進(jìn)行導(dǎo)航路徑規(guī)劃時(shí)，選擇基于圖的路徑規(guī)劃算法、基于優(yōu)化的路徑規(guī)劃算法，以及基于深度學(xué)習(xí)的路徑規(guī)劃算法，其中一種規(guī)劃算法使用。
9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，計(jì)算性能指數(shù)的獲取邏輯為：
10、獲取海洋平臺計(jì)算性能并標(biāo)記為pplatform，無人艇計(jì)算性能并標(biāo)記為pdrone，海洋平臺的計(jì)算負(fù)載占用率并標(biāo)記為lplatform，無人艇的計(jì)算負(fù)載占用率并標(biāo)記為ldrone，代入以下計(jì)算公式：
11、；表示計(jì)算性能指數(shù)，表示動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)整因子，表示資源均衡因子；
12、資源均衡因子通過以下計(jì)算得到：；
13、動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)整因子通過以下計(jì)算得到：
14、；為防止分母為零而設(shè)置的常數(shù)。
15、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，任務(wù)繁瑣指數(shù)的獲取邏輯為：
16、將整個(gè)導(dǎo)航區(qū)域劃分為多個(gè)子區(qū)域，獲取每個(gè)子區(qū)域內(nèi)洋流速度的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對于每個(gè)子區(qū)域，先計(jì)算當(dāng)前洋流速度與上一個(gè)時(shí)間窗口的洋流速度值差值的絕對值，然后將該絕對值除以上一個(gè)時(shí)間窗口的洋流速度值，得到洋流速度的變化幅度值，接著將所有子區(qū)域的變化幅度值進(jìn)行加權(quán)平均，得出整個(gè)導(dǎo)航區(qū)域的環(huán)境復(fù)雜度系數(shù)，加權(quán)平均計(jì)算時(shí)，各子區(qū)域的權(quán)重系數(shù)定義為子區(qū)域中心點(diǎn)坐標(biāo)與無人艇當(dāng)前坐標(biāo)的歐幾里得距離的平方的倒數(shù)；
17、將整個(gè)導(dǎo)航區(qū)域的障礙物數(shù)量除以整個(gè)導(dǎo)航區(qū)域，得到障礙物復(fù)雜度系數(shù)；
18、獲取無人艇當(dāng)前坐標(biāo)與目的地坐標(biāo)的直線路程長度并標(biāo)記為ll，整個(gè)導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)需要經(jīng)過的途經(jīng)點(diǎn)數(shù)量并標(biāo)記為tj，預(yù)設(shè)的路徑規(guī)劃容忍更新延遲時(shí)長值并標(biāo)記為yc，然后進(jìn)行計(jì)算：
19、；表示任務(wù)容忍度系數(shù)，w1、w2均為預(yù)設(shè)的比例系數(shù)；
20、最終將任務(wù)容忍度系數(shù)、障礙物復(fù)雜度系數(shù)、環(huán)境復(fù)雜度系數(shù)一同代入預(yù)先訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出結(jié)果為任務(wù)繁瑣指數(shù)。
21、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，模糊推理的邏輯為：
22、將計(jì)算性能指數(shù)和任務(wù)繁瑣指數(shù)均作為輸入變量，將進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的位置作為輸出變量，對輸入變量模糊化處理，將輸入變量的值轉(zhuǎn)換為模糊集合，對輸出變量模糊化處理，將輸出變量轉(zhuǎn)換為模糊集合，制定模糊規(guī)則，描述不同數(shù)據(jù)種類組合下的數(shù)據(jù)處理適配程度，將模糊化后的輸入變量通過模糊規(guī)則進(jìn)行推理，得到對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的位置，對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的位置為海洋平臺、無人艇、云端中的其中一個(gè)。
23、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于計(jì)算性能指數(shù)和任務(wù)繁瑣指數(shù)，對通信路徑的通信頻率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)指的是：
24、如果對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的位置為海洋平臺或無人艇，則進(jìn)行如下調(diào)節(jié)：
25、；為任務(wù)繁瑣指數(shù)，為基礎(chǔ)通信頻率，為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)一，表示海洋平臺和無人艇之間的通信鏈路在調(diào)整后的通信頻率；
26、如果對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的位置為云端，則進(jìn)行如下調(diào)節(jié)：
27、；為預(yù)設(shè)的任務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值，為預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)二，表示海洋平臺和云端之間的通信鏈路，以及無人艇和云端之間的通信鏈路在調(diào)整后的通信頻率。
28、本專利技術(shù)的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：
29、本專利技術(shù)通過綜合分析海洋平臺與無人艇的計(jì)算性能和任務(wù)繁瑣指數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理任務(wù)的動(dòng)態(tài)分配，充分發(fā)揮海洋平臺的計(jì)算能力與無人艇的實(shí)時(shí)性優(yōu)勢，避免了資源浪費(fèi)，提升了整體協(xié)同的效率和可靠性。通過模糊推理方法動(dòng)態(tài)確定數(shù)據(jù)處理的位置（海洋平臺、無人艇或云端），能夠根據(jù)實(shí)時(shí)任務(wù)需求和設(shè)備狀態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)處理策略，從而適應(yīng)復(fù)雜多變的海洋環(huán)境，滿足高實(shí)時(shí)性任務(wù)的需求。本專利技術(shù)提出基于任務(wù)繁瑣指數(shù)和計(jì)算性能指數(shù)的通信頻率動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。該機(jī)制根據(jù)任務(wù)復(fù)雜性和設(shè)備計(jì)算能力，智能調(diào)整海洋平臺與無人艇之間的通信頻率，以及與云端的通信頻率，既保障了任務(wù)需求，又節(jié)約了通信資源。
30、通過實(shí)現(xiàn)海洋平臺與無人艇之間的高效協(xié)同，本專利技術(shù)解決了傳統(tǒng)單一設(shè)備處理模式的不足。多設(shè)備間的任務(wù)分工明確，資源互補(bǔ)，協(xié)同工作顯著提高了任務(wù)執(zhí)行的效率與靈活性。在數(shù)據(jù)處理完成后，本專利技術(shù)能夠根據(jù)融合后的數(shù)據(jù)集選擇最優(yōu)路徑規(guī)劃算法（基于圖的算法、優(yōu)化算法或深度學(xué)習(xí)算法），生成高效、可靠的導(dǎo)航路徑，路徑規(guī)劃的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力增強(qiáng)了無人艇在復(fù)雜海洋環(huán)境中的適應(yīng)性和導(dǎo)航精度。
31、本專利技術(shù)通過任務(wù)繁瑣指數(shù)的綜合評估，結(jié)合環(huán)境復(fù)雜度、障礙物復(fù)雜度和任務(wù)容忍度，構(gòu)建了多維度任務(wù)難度的量化模型，并引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化，顯著提升在復(fù)雜任務(wù)場景下的決策能力。動(dòng)態(tài)優(yōu)化任務(wù)分配和通信頻率，不僅降低了總能耗，還減少了通信資源的浪費(fèi)，符合現(xiàn)代海洋監(jiān)測對低能耗、高效率的需求。本專利技術(shù)通過動(dòng)態(tài)調(diào)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理指的是：按照預(yù)設(shè)處理策略對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集中的各項(xiàng)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分類和融合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，進(jìn)行導(dǎo)航路徑規(guī)劃時(shí)，選擇基于圖的路徑規(guī)劃算法、基于優(yōu)化的路徑規(guī)劃算法，以及基于深度學(xué)習(xí)的路徑規(guī)劃算法，其中一種規(guī)劃算法使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，計(jì)算性能指數(shù)的獲取邏輯為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，任務(wù)繁瑣指數(shù)的獲取邏輯為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，模糊推理的邏輯為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，基于計(jì)算性能指數(shù)和任務(wù)繁瑣指數(shù)，對通信路徑的通信頻率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)指的
...【技術(shù)特征摘要】
1.海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理指的是：按照預(yù)設(shè)處理策略對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)集中的各項(xiàng)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分類和融合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋平臺與無人艇間的協(xié)同導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理方法，其特征在于，進(jìn)行導(dǎo)航路徑規(guī)劃時(shí)，選擇基于圖的路徑規(guī)劃算法、基于優(yōu)化的路徑規(guī)劃算法，以及基于深度學(xué)習(xí)的路徑規(guī)劃算法，其中一種規(guī)劃算法使用。
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郝建云，顏舒琳，賈春濤，焦志偉，許志強(qiáng)，李金寶，孫洪偉，趙英涵，金永山，
申請(專利權(quán))人：青島杰瑞自動(dòng)化有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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