固定双桨驱动的无人水面艇自主直线路径跟踪系统

针对直流电机驱动固定双桨的无人水面艇,介绍了一种自主直线路径跟踪系统,该系统由岸基监控系统和艇载控制系统组成,具有自主航行和遥控航行两种工作模式,可在自主航行出现危险时切换到遥控模式,保证航行安全。岸基监控系统通过数传电台与艇载控制系统通信,向艇载控制系统发送控制命令,接收并显示其传回的状态信息;艇载控制系统以工控机为主控单元,进行数据采集与解算,与岸基监控系统通信,并为直线路径跟踪控制算法提供程序接口;GPS双天线高精度测向定位系统为直线路径跟踪控制算法提供位置和航向信息,直线路径跟踪控制算法根据距离偏差和航向偏差计算出左右两侧电机电压,进而控制无人水面艇航行。实验分别采用了PID、模糊控制和模糊PID三种控制方法,系统实际水上实验表明,在风力2~3级,晴到多云天气条件下,无人水面艇对目标路径的最大跟踪误差小于0.6 m。     

AIS简介及其在国际航行船舶检疫中的应用研究

简要介绍了船舶自动识别系统(AIS)和国际航行船舶检疫工作面临的挑战。利用AIS的特点和优点,将AIS应用于国际航行船舶检疫工作中,研发了国际航行AIS船舶电子监管系统,并重点介绍了系统功能。     

基于领导跟随的欠驱动船舶编队跟踪控制

针对具有三自由度欠驱动水面船舶编队控制问题,提出一种基于领导跟随 ( Leader /Follower) 结构的欠驱动水面船舶队形跟踪控制方法。当系统接收到队形控制指令, 每个欠驱动水面船舶按照自己在编队中的角色进行控制,其中Leader 根据任务中的队形指令 完成航迹跟踪控制,而Followers 则依据Leader 的信息和航行中任务中的队形指令完成航迹跟 踪控制。在航迹跟踪控制中,根据期望队形任务指令为每个船舶设计需要跟踪的参考路径和 速度指令; 基于Lyapunov 理论和重定义输出方法设计非线性速度控制器和路径跟踪控制器跟 踪设计路径和速度指令; 稳定性分析证明了队形跟踪误差是一致最终稳定的。仿真结果表明 船舶可以跟踪任意期望曲线队形,从而验证了方法的有效性。     

内河水路交通流参数视觉测量系统

内河水路交通流参数获取是当前发展内河水路交通智能的关键问题之一。提出一种基于视觉测量的水路交通流参数获取方法,采用视觉传感器获取航道全景图像,提取感兴趣对象（船舶）,建立视觉测量模型,获取多视角下船舶几何特征参数,建立CCD视觉传感器获取图像信息和基于知识库的广义传感器信息融合模型,计算和决策水路交通参数,如船舶吨位、船舶类型、船舶速度、航道占有率、通航密度、船舶安全状态评估等重要水路交通基础参数,为航运交通管理部门进行水路交通管理、规划和决策提供依据。实验结果表明,系统可实现对水路交通流参数的可靠获取,满足工程应用要求。     

基于对象Petri网的AUV水面监控系统建模

针对通常的模型不能同时描述自主式水下航行器(AUV)水面监控系统的静态结构和动态过程,而且在层次化、可扩充性等方面也不能满足建模需求的问题,采用对象Petri网建立了AUV水面监控系统模型.首先对AUV水面监控系统进行了分析,划分了系统对象;然后建立了适用于各个对象的不同工作模式的Petri网模型;最后给出了AUV水面监控系统的对象Petri网模型,并进行了仿真分析,仿真结果与实际过程相符合.仿真结果表明,基于Petri网建立的AUV水面监控系统具有实时性和可靠性,提高了AUV系统的自主能力和可视化能力,以及航行的可靠性和安全性.     

江西：船舶2．0实现动态监管

2011年8月，江西省地方海事部门正式启用了船舶2．0动态管理系统。今后船方办理船舶进出港签证、船舶安全检查等相关业务均通过该系统完成。海事管理人员可实时监控所辖船舶的动态情况，并随时对全省船舶动态情况进行网上查询，以便全面、及时、准确地掌握船舶签证动态管理情况，确保对辖区船舶实行动态全方位监管。     

遗传优化的欠驱动船舶镇定控制

针对带有加速度非完整约束的三自由度欠驱动水面船舶镇定问题,提出了一种基于微分同胚等效变换和Lyapunov直接法的后推镇定控制算法,同时为了解决因系统输入固有饱和特性而导致控制不稳定问题,提出了基于遗传优化的欠驱动水面船舶镇定控制改进算法。并对风浪干扰进行了Lyapunov补偿,保证了控制器对外界干扰的鲁棒性。仿真实验表明了该算法的有效性,并且优化后的控制器有效地防止了因控制能量过大导致的系统不稳问题。     

基于Openlayers3和Cassandra的船舶碰撞风险识别系统

为提高船舶交通管理服务系统(VTS)智能化水平,保障航运安全,利用上海港水域内海量AIS数据,建立船舶领域模型,应用改进的聚类算法,识别船舶碰撞风险。利用开源地图框架Openlayers,实现碰撞风险可视化,利用Cassandra数据库,实现海量AIS数据存储和高效检索。设计实时船舶可视化显示,单船、区域船舶历史轨迹回放,模拟船舶航行等功能。最后使用上海港2015年全年AIS历史数据进行碰撞风险识别实验,结果和历史高危区域较为吻合,可作为辅助分析系统供海事人员决策参考。     

基于Mapinfo电子海图和AIS的船舶导航系统的研究与实现

本文从技术实现角度出发，探讨了基于Mapinfo格式的电子海图以及AIS（Automatic Identification System，船舶自动识别系统）技术和性能指标。在此基础上，设计了基于Mapinfo电子海图和AIS通信的船舶导航系统，并在辅助船舶航行中得以应用。     

基于LSTM的船舶航迹预测模型

针对海上日趋复杂的情形,提高船舶交通服务系统(Vessel Traffic Service,VTS)的决策水平迫在眉睫。针对船舶航行轨迹多维度的特点以及对船舶轨迹预测的精确度和实时性的需求,提出了结合船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据和深度学习的船舶航行轨迹预测方法。构造基于AIS数据的航行轨迹特征,提出了循环神经网络-长短期记忆(Recurrent Neural Networks-Long Short-Term Memory,RNN-LSTM)模型,利用广州港内的船舶AIS数据对模型进行训练,并对未来船舶航行轨迹进行预测。实验结果表明,利用RNN-LSTM模型的预测方法具有精确度高、易实现的特点,并且与传统处理方法相比,其在处理序列数据方面更具优越性。     

自治水下机器人的研发现状与展望

本文介绍了自治水下机器人的研究意义和分类定义.对水下机器人的研究现状和国内外有代表性的自治水下机器人型号进行了综述.讨论分析了水下机器人研究的的关键技术,包括智能水平,能源问题,导航系统,传感器系统,水下通讯技术和多水下机器人协作研究,并指出了水下机器人的未来发展方向.     

基于ROS的无人配送车导航系统的设计与实现

针对无人配送车在自主导航过程中存在的寻路效率低、避障能力弱、转折幅度过大等问题,该文采用搭载机器人操作系统(ROS)的Turtlebot3机器人作为无人配送车,设计并实现了高效稳定的无人配送车自主导航系统。ROS是专门用于编写机器人软件的灵活框架,对其集成的SLAM算法进行改进,以完成无人配送车在封闭园区环境中的即时定位与地图构建,同时对ROS导航功能包集成的路径规划算法进行改进,使无人配送车在已知环境地图中规划生成出适合无人配送车工作的路径和有效避开障碍物。最后在Gazebo仿真环境中对无人配送车自主导航系统进行测试与验证。仿真试验结果表明,设计实现的无人配送车导航系统能够很好地满足无人配送车在封闭园区中的自主导航功能。     

In‐water visual ship hull inspection using a hover‐capable underwater vehicle with stereo vision

Underwater visual inspection is an important task for checking the structural integrity and biofouling of the ship hull surface to improve the operational safety and efficiency of ships and floating vessels. This paper describes the development of an autonomous in‐water visual inspection system and its application to visual hull inspection of a full‐scale ship. The developed system includes a hardware vehicle platform and software algorithms for autonomous operation of the vehicle. The algorithms for vehicle autonomy consist of the guidance, navigation, and control algorithms for real‐time and onboard operation of the vehicle around the hull surface. The environmental perception of the developed system is mainly based on optical camera images, and various computer vision and optimization algorithms are used for vision‐based navigation and visual mapping. In particular, a stereo camera is installed on the underwater vehicle to estimate instantaneous surface normal vectors, which enables high‐precision navigation and robust visual mapping, not only on flat areas but also over moderately curved hull surface areas. The development process of the vehicle platform and the implemented algorithms are described. The results of the field experiment with a full‐scale ship in a real sea environment are presented to demonstrate the feasibility and practical performance of the developed system.     

多AUV协同导航问题的研究现状与进展

自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle, AUV)协同导航是未来50年解决水下中间层区域AUV导航定位的重要方法. 本文针对多AUV协同导航, 对该领域相关问题的研究进展进行了综述, 包括: 1)论述多AUV协同导航领域的研究现状, 包括协同导航问题界定、特点综述与讨论; 2)分析多AUV协同导航系统模型及相关算法的研究进展, 包括基于优化的、 基于参数估计的和基于贝叶斯估计的滤波算法; 3)对协同导航网络下的误差建模与补偿方法的研究进展进行了综述, 包括未知洋流的影响、水声通信延迟补偿等; 4)从影响协同导航定位精度的角度出发, 对AUV协同导航的可观测性与编队最优构型设计的研究进展进行了一系列的分析; 5)陈述目前多AUV协同导航中存在的关键问题, 并讨论其发展趋势.     

飞行器控制面临的机遇与挑战

当前,飞行器控制的发展面临前所未有的机遇与挑战.基于对飞行器的发展趋势、新需求和新技术特征的分析,本文从飞行器新技术特征、信息化环境、无人系统自主性、高可靠可重构容错系统、飞控系统评估与确认五个方面研究和分析了飞行器控制面临的机遇与挑战.为了达到利用机遇和赢得挑战的目标,作者建议加强如下五个方面的研究: 加强面向飞行器新技术特征的飞行器控制概念、理论与方法研究; 加强面向信息化环境的控制、计算与通讯一体化,以及控制、决策与管理一体化的研究; 加强面向不确定性的无人系统高级别自主性的研究; 加强面向高可靠、高安全性的可重构容错飞控系统的研究; 加强面向高效、高可信度的飞控系统评估与确认方法的研究.     

Autonomous collision detection and avoidance for ARAGON USV: Development and field tests

This study addresses the development of algorithms for multiple target detection and tracking in the framework of sensor fusion and its application to autonomous navigation and collision avoidance systems for the unmanned surface vehicle (USV) Aragon. To provide autonomous navigation capabilities, various perception sensors such as radar, lidar, and cameras have been mounted on the USV platform and automatic ship detection algorithms are applied to the sensor measurements. The relative position information between the USV and nearby objects is obtained to estimate the motion of the target objects in a sensor‐level tracking filter. The estimated motion information from the individual tracking filters is then combined in a central‐level fusion tracker to achieve persistent and reliable target tracking performance. For automatic ship collision avoidance, the combined track data are used as obstacle information, and appropriate collision avoidance maneuvers are designed and executed in accordance with the international regulations for preventing collisions at sea (COLREGs). In this paper, the development processes of the vehicle platform and the autonomous navigation algorithms are described, and the results of field experiments are presented and discussed.     

自主飞行机器人导航系统设计

自主飞行机器人系统是以微型直升机模型为载体的复杂系统。在该系统中导航系统采集各传感器数据得到机器人当前飞行姿态、空间位置以及相应的监控信息,控制模块依此监控信息按照给定策略计算并发出控制信号,实现飞行机器人的自主控制。本文对自主飞行机器人导航系统设计及功能实现做出了详细阐述。首先,给出了本自主飞行机器人的系统构造;其次,给出了导航系统的硬件组成部分以及各部分所完成的功能任务;最后阐述了导航系统的功能实现,包括飞行姿态和空间位置的获取。     

A review of path following control strategies for autonomous robotic vehicles: Theory,simulations, and experiments

This article presents an in-depth review of path following control strategies that are applicable to a wide range class of marine, ground, and aerial autonomous robotic vehicles. From a control system standpoint, path following can be formulated as the problem of stabilizing a path following error system that describes the dynamics of position and possibly orientation errors of a vehicle with respect to a path, with the errors defined in an appropriate reference frame. In spite of the large variety of path following methods described in the literature we show that, in principle, most of them can be categorized in two groups: stabilization of the path following error system expressed either in the vehicle's body frame or in a frame attached to a “reference point” moving along the path, such as a Frenet-Serret (F-S) frame or a Parallel Transport (P-T) frame. With this observation, we provide a unified formulation that is simple but general enough to cover many methods available in the literature. We then discuss the advantages and disadvantages of each method, comparing them from the design and implementation standpoint. We further show experimental results of the path following methods obtained from field trials testing with under-actuated and over-actuated autonomous marine vehicles. In addition, we introduce open-source Matlab and Gazebo/ROS simulation toolboxes that are helpful in testing path following methods before their integration in the combined guidance, navigation, and control systems of autonomous vehicles.     

结合状态机和动态目标路径的无人驾驶决策仿真

目的 决策系统是无人驾驶技术的核心研究之一。已有决策系统存在逻辑不合理、计算效率低、应用场景局限等问题,因此提出一种动态环境下无人驾驶路径决策仿真。方法 首先,基于规则模型构建适于无人驾驶决策系统的交通有限状态机;其次,针对交通动态特征,提出基于统计模型的动态目标路径算法计算状态迁移风险;最后,将交通状态机和动态目标路径算法有机结合,设计出一种基于有限状态机的无人驾驶动态目标路径模型,适用于交叉口冲突避免和三车道换道行为。将全速度差连续跟驰模型运用到换道规则中,并基于冲突时间提出动态临界跟车距离。结果 为验证模型的有效性和高效性,对交通环境进行虚拟现实建模,模拟交叉口通行和三车道换道行为,分析文中模型对车流量和换道率的影响。实验结果显示,在交叉口通行时,自主车辆不仅可以检测冲突还可以根据风险评估结果执行安全合理的决策。三车道换道时,自主车辆既可以实现紧急让道,也可以通过执行换道达成自身驾驶期望。通过将实测数据和其他两种方法对比,当车流密度在0.20.5时,本文模型的平均速度最高分别提高32 km/h和22 km/h。当车流密度不超过0.65时,本文模型的换道成功率最高分别提升37%和25%。结论 实验结果说明本文方法不仅可以在动态城区环境下提高决策安全性和正确性,还可以提高车流量饱和度,缓解交通堵塞。     

物联网关键技术在内河航道的应用探讨

阐述了物联网的概念,并在对物联网关键技术进行归纳和分析的基础上,探讨了应用RFID技术进行通航船舶流量统计、应用z培Bee无线传感器网络技术开展航道数据采集以及应用位置服务技术实现航道维护船舶的动态监控等物联网关键技术在内河航道方面的应用,以便为构建智能航道提供信息技术支持。