【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于船舶航行，具體是一種船舶用的智能航行系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、船舶智能航行系統(tǒng)，是指通過使用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、通信、傳感器等方法，自動獲取船舶的本身、海洋環(huán)境、運(yùn)輸?shù)确矫娴臄?shù)據(jù)信息，并以計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)和自動控制技術(shù)作為基礎(chǔ)，在船舶的航行和整體管理等方面實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行，促使船舶行駛中更加安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)可靠。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，智能航行系統(tǒng)將在航運(yùn)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
2、現(xiàn)有的智能航行系統(tǒng)通常由各類傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以優(yōu)化航行路徑。這些傳感器會連續(xù)不斷產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，不同傳感器采集的數(shù)據(jù)可能存在質(zhì)量上的差別，數(shù)據(jù)類型也較為多樣化，增加了數(shù)據(jù)整合和處理的難度。
3、綜上所述，如何解決現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)種類多，數(shù)量龐大而導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理難度大的問題已經(jīng)成為目前本領(lǐng)域亟需解決的難題，因此有必要提出一種船舶用的智能航行系統(tǒng)及方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種船舶用的智能航行系統(tǒng)及方法，通過關(guān)聯(lián)不同感知單元的數(shù)據(jù)，對關(guān)聯(lián)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，能夠相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，提高目標(biāo)識別的準(zhǔn)確性和可靠性。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：一種船舶用的智能航行系統(tǒng)，包括以下模塊：
3、感知模塊，用于實(shí)時收集船舶的周圍環(huán)境信息和自身狀態(tài)信息；周圍環(huán)境信息包括障礙物位置、水深、海況和氣象信息；自身狀態(tài)信息包括船舶性能、航速、航向和位置信息；
4、數(shù)據(jù)處
5、航線優(yōu)化模塊，用于基于處理后的關(guān)鍵航行信息，結(jié)合航行規(guī)則、船舶動力學(xué)模型、專家系統(tǒng)知識和實(shí)時環(huán)境信息，制定若干航行計(jì)劃和避碰策略；并利用優(yōu)化算法對多個航行計(jì)劃和避碰策略進(jìn)行評估和選擇，確定初步航行路徑；
6、航行控制模塊，用于根據(jù)航線優(yōu)化模塊的輸出，對船舶進(jìn)行自主控制，實(shí)時調(diào)整船舶的航速、航向和位置，并按照初步航行路徑進(jìn)行航行；
7、通信監(jiān)控模塊，用于通過船舶與岸基控制中心、其他船舶以及海事管理部門的實(shí)時通信，監(jiān)控船舶的航行狀態(tài)和周圍環(huán)境變化，發(fā)現(xiàn)并報(bào)告船舶安全隱患。
8、進(jìn)一步，感知模塊包括以下感知單元：
9、雷達(dá)感知單元，用于通過發(fā)射電磁波并接收其反射信號來探測周圍船舶和障礙物；
10、激光雷達(dá)感知單元，用于通過發(fā)射激光束并測量其反射回來的時間來計(jì)算周圍障礙物的距離，并構(gòu)建出周圍環(huán)境的三維圖像；
11、風(fēng)速和風(fēng)向感知單元，用于實(shí)時檢測船舶周圍的風(fēng)速和風(fēng)向，并提供氣象信息；
12、攝像頭采集單元，用于捕捉周圍環(huán)境的圖像，并通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行處理和分析，以識別周圍環(huán)境中的物體；
13、自動識別單元，用于接收船舶之間的航行信息以及進(jìn)行船舶與岸基設(shè)施之間的信息交換；
14、電子海圖顯示與信息單元，用于提供船舶導(dǎo)航和航行的綜合信息，并提供電子海圖信息；
15、慣性導(dǎo)航單元，用于利用陀螺儀和加速度計(jì)的慣性傳感器來測量和計(jì)算船舶的位置、速度和姿態(tài)；
16、衛(wèi)星通信單元，用于利用衛(wèi)星信號來確定船舶位置的經(jīng)緯度、高程和時間信息。
17、進(jìn)一步，數(shù)據(jù)處理算法采用深度學(xué)習(xí)算法，深度學(xué)習(xí)算法通過分析歷史航行數(shù)據(jù)、周圍環(huán)境信息和自身狀態(tài)信息，自動預(yù)測并識別航行風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害預(yù)警，并由通信監(jiān)控模塊通過語音提示向船員發(fā)出警告。
18、進(jìn)一步，優(yōu)化算法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對處理后的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和優(yōu)化分析；航行控制模塊根據(jù)河流、海洋和湖泊的不同水域特征，自動調(diào)整航行策略和參數(shù)；并根據(jù)海況、船舶負(fù)載和航行任務(wù)實(shí)時調(diào)整船舶的速度；并考慮航行中交通規(guī)則和限制進(jìn)行自動規(guī)劃。
19、進(jìn)一步，航線優(yōu)化模塊還用于建立航行效果反饋機(jī)制，將實(shí)際航行效果與預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行對比，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)不斷優(yōu)化航行策略；航行控制模塊還用于監(jiān)測風(fēng)速、浪高、浪向和水流因素，實(shí)時監(jiān)測航行區(qū)域的海況變化，自動調(diào)整航行路徑；并根據(jù)實(shí)時海況變化數(shù)據(jù)，預(yù)測未來海況數(shù)據(jù)，提前規(guī)劃應(yīng)對策略。
20、進(jìn)一步，一種船舶用的智能航行方法，包括以下步驟：
21、步驟一，數(shù)據(jù)收集與處理：通過感知模塊收集實(shí)時數(shù)據(jù)，對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、校準(zhǔn)和融合，并對處理后的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；
22、步驟二，航行規(guī)劃與決策：利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法根據(jù)船舶參數(shù)、航行環(huán)境、氣象預(yù)報(bào)和海況信息，規(guī)劃從起點(diǎn)至終點(diǎn)的初步航行路徑；
23、步驟三，智能感知與決策：根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前航行環(huán)境，并根據(jù)船舶能耗優(yōu)化目標(biāo)動態(tài)調(diào)整航速；若檢測到航行風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害預(yù)警，則采取避碰措施，優(yōu)化航行路徑；
24、步驟四，航行結(jié)束與記錄：船舶到達(dá)終點(diǎn)后，記錄本次各項(xiàng)航行數(shù)據(jù)；航行數(shù)據(jù)包括航行時間、航行能耗、航行路徑和航行風(fēng)險(xiǎn)。
25、進(jìn)一步，步驟一中，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括以下步驟：
26、s1、去噪與濾波：對感知模塊采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，消除原始數(shù)據(jù)的噪聲和干擾；并采用濾波算法對信號進(jìn)行平滑處理；
27、s2、數(shù)據(jù)壓縮：對大型感知單元數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理；保留關(guān)鍵特征信息，去除冗余數(shù)據(jù)；
28、s3、時間同步：對來自不同感知單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行時間同步處理；并保持各類感知單元數(shù)據(jù)時間和空間一致。
29、進(jìn)一步，步驟一中，數(shù)據(jù)校準(zhǔn)包括以下步驟：
30、s1、單獨(dú)校準(zhǔn)：對每個感知單元進(jìn)行單獨(dú)的校準(zhǔn)；通過已知的標(biāo)準(zhǔn)物體和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；
31、s2、融合校準(zhǔn)：將各類感知單元設(shè)置若干個目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行融合校準(zhǔn)；在目標(biāo)點(diǎn)中配置相應(yīng)的矯正參數(shù)，計(jì)算各類感知單元數(shù)據(jù)之間的偏差和誤差；并保持各類感知單元在融合時互相匹配。
32、進(jìn)一步，步驟一中，數(shù)據(jù)融合包括以下步驟：
33、s1、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：將來自不同感知單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，識別出同一目標(biāo)事件在不同感知單元中的表現(xiàn)；
34、s2、數(shù)據(jù)融合：采用融合算法對關(guān)聯(lián)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；根據(jù)不同的應(yīng)用場景和需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化；
35、s3、融合評估：對融合后的結(jié)果進(jìn)行評估和驗(yàn)證；通過與實(shí)際環(huán)境對比和與其他感知單元數(shù)據(jù)對比的方式進(jìn)行評估。
36、進(jìn)一步，步驟三中，智能感知與決策包括以下步驟：
37、s1、實(shí)時感知航行環(huán)境：根據(jù)感知模塊實(shí)時感知船舶周圍的航行風(fēng)險(xiǎn)；
38、s2、障礙物探測與判斷：對感知到的障礙物進(jìn)行識別和判斷，評估其對航行安全的影響；
39、s3、災(zāi)害預(yù)警信息處理：實(shí)時獲取并處理船舶災(zāi)害預(yù)警信息，評估其對航行路徑的影響；
40、s4、航行策略判斷：根據(jù)感知到的航行風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害預(yù)警信息，判斷采取航行策略，優(yōu)化航行路徑。
41、采用上述方案后實(shí)現(xiàn)了以本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：包括以下模塊：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：感知模塊包括以下感知單元：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：數(shù)據(jù)處理算法采用深度學(xué)習(xí)算法，深度學(xué)習(xí)算法通過分析歷史航行數(shù)據(jù)、周圍環(huán)境信息和自身狀態(tài)信息，自動預(yù)測并識別航行風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害預(yù)警，并由通信監(jiān)控模塊通過語音提示向船員發(fā)出警告。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：優(yōu)化算法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對處理后的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和優(yōu)化分析；航行控制模塊根據(jù)河流、海洋和湖泊的不同水域特征，自動調(diào)整航行策略和參數(shù)；并根據(jù)海況、船舶負(fù)載和航行任務(wù)實(shí)時調(diào)整船舶的速度；并考慮航行中交通規(guī)則和限制進(jìn)行自動規(guī)劃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：航線優(yōu)化模塊還用于建立航行效果反饋機(jī)制，將實(shí)際航行效果與預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行對比，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)不斷優(yōu)化航行策略；航行控制模塊還用于監(jiān)測風(fēng)速、浪高、浪向和水流因素，實(shí)時監(jiān)測航行區(qū)域的海況變化，自動調(diào)整航行路徑；并根據(jù)實(shí)時海
6.一種船舶用的智能航行方法，其特征在于：包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的船舶用的智能航行方法，其特征在于：步驟一中，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的船舶用的智能航行方法，其特征在于：步驟一中，數(shù)據(jù)校準(zhǔn)包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的船舶用的智能航行方法，其特征在于：步驟一中，數(shù)據(jù)融合包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的船舶用的智能航行方法，其特征在于：步驟三中，智能感知與決策包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：包括以下模塊：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：感知模塊包括以下感知單元：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：數(shù)據(jù)處理算法采用深度學(xué)習(xí)算法，深度學(xué)習(xí)算法通過分析歷史航行數(shù)據(jù)、周圍環(huán)境信息和自身狀態(tài)信息，自動預(yù)測并識別航行風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害預(yù)警，并由通信監(jiān)控模塊通過語音提示向船員發(fā)出警告。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特征在于：優(yōu)化算法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對處理后的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和優(yōu)化分析；航行控制模塊根據(jù)河流、海洋和湖泊的不同水域特征，自動調(diào)整航行策略和參數(shù)；并根據(jù)海況、船舶負(fù)載和航行任務(wù)實(shí)時調(diào)整船舶的速度；并考慮航行中交通規(guī)則和限制進(jìn)行自動規(guī)劃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶用的智能航行系統(tǒng)，其特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：牟小光，楊玉強(qiáng)，尹輝，王宏波，
申請(專利權(quán))人：廣東海洋大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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