基于物联网的无人水面艇航行状态监测系统设计

针对无人水面艇(Unmanned Surface Vessel, USV)航行状态监测及试航性能评估试验中的参数获取问题,设计一套USV航行状态监测系统。以物联网(Internet of Things, IoT)3层架构为基础,设计小尺寸、低功耗的监测方案。以多源传感器和STM32微控制器作为感知层,以远距离无线电(Long Range Radio, LoRa)网关及LoRa终端作为数据远程传输途径,以传输控制协议(TCP)作为数据远程传输协议,以云平台作为系统应用层,实现数据采集、传输和应用功能。基于监测系统要求,在应用层设置阈值实现航行状态预警功能。对系统功能及性能进行测试,结果表明,系统横、纵摇精度为±0.02°RMS,风速为(0.2±0.03) m/s,风向为±2.5°,所有监测参数技术指标均符合要求,且丢包率在通信距离小于1.4 km时为1.5%,较传统方法降低约22%。该系统可为进一步完善USV航行状态监测提供技术支持。     

基于关系数据库的抽象查询

抽象查询是数据库应用系统中的一种程序设计方法。该方法为数据库应用系统查询使用者提供了一个比较良好的、全面直观的数据聚集查询调配。模糊了使用者对数据库应用系统的专业性限制，并为用户掌握和了解数据内容、数据关联顺序起到了一个得力的助手作用。使用二叉树原理是建立数据库的抽象查询的数学模型依据，二叉树算法能够使应用系统开发人员建立直观的E-R关系数据结构，并为数据库的扩展奠定了可靠的关系基本数据模型，使抽象查询有一个较完整的基础数据。     

船舶避碰系统感知层关键数据查询算法

针对当前使用的基于遍历算法、遗传算法受到感知层冗余数据影响,导致查询结果不精准。针对该问题,在船舶避碰系统下,使用感知层关键数据查询算法。构建关键数据聚类目标函数,结合模糊聚类分析技术处理感知层关键数据,缩短查询时间。利用查询树算法解析数据,并通过建立识别子标签,分配关键数据,由此设计关键数据查询流程。通过实验对比结果可知,该算法查询的对地航向信息、对地航速、航迹向和航行状态与实际信息一致,误差为0,具有精准查询结果。     

基于无人水面艇感知网的目标船航迹关联与数据融合

针对现有无人水面艇（Unmanned Surface Vehicle，USV）在航行过程中感知周围航行目标时出现的数据源单一、数据延迟、数据丢失等问题，提出一种基于USV搭载的航海雷达和全球定位系统（GPS）数据源的USV海上航行目标感知数据融合方法。基于最小误差法提出雷达原始图像数据解析算法，并采用数据剔除、时间空间统一方法完成对目标数据预处理，构建基于欧氏距离和马氏距离的航迹关联算法模型、基于层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）和专家评价法的融合数据权重分配模型。同时，开展USV试验研究，验证整体融合方法。结果表明，目标原始数据预处理方法合理可靠，融合算法稳定可信，可为USV海上航行目标感知、安全航行及快速避碰提供技术和算法支持。     

嵌入式船舶运行数据库中信息快速查询方法

针对当前嵌入式船舶运行信息数据库信息查询的开销大,查准率不好的问题,提出基于模糊聚类和相关谱特征提取的嵌入式船舶运行数据库中信息快速查询方法。首先进行嵌入式船舶运行信息资源数据的采集和存储结构分析,提取嵌入式船舶运行信息数据信息流特征,对船舶运行数据进行自相关特征分析,提取反映船舶运行状态特征的相关谱特征量,对提取的谱特征量采用模糊C均值聚类方法进行特征识别和分类处理,提高数据库查询的目标指向性,实现数据库信息快速查询。仿真结果表明,采用该方法进行嵌入式船舶运行数据库中信息查询的查准率较高,实时性较好。     

基于Web的船型查询系统的研究与开发

该文对基于网络环境的船型查询系统的流程及功能设计进行了研究,并选取ASP.NET为开发平台、SQL Server 2000做后台数据库服务器、C#为编码语言对该系统进行开发,讨论了开发中的四个关键问题,文章最后给出船型查询系统的应用实例.     

面向一体化系统的USV水面回收AUV的水动力特性分析

针对未来高效的海洋作业方式,提出一种基于AUV(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)和USV(Unmanned Surface Vehicle,USV)的一体化作业系统。基于一体化系统,设计了一种USV水面动对动回收AUV作业流程。以某便携式AUV为研究对象,仿真分析其在水面稳定航行特性,建立其相应的水动力模型,并经过外场试验验证了水动力模型和仿真结果的准确性和可靠性。以三体船型USV为仿真模型,分析USV航行尾流对其后方AUV航行在垂直面上三自由度的影响,通过仿真对比15种工况,得出USV速度、AUV速度以及舵角与回收可靠性之间的关系。     

基于云计算平台的船舶航行数据实时快速采集系统设计

为给船舶航行控制、运维等提供数据,设计基于云计算平台的船舶航行数据实时快速采集系统。该系统数据源模块利用数据采集装置采集船舶实时航行数据,通过接收机和广播信号将其传输到DDN网络模块内,该网络模块通过路由器、交换机等将船舶航行数据传输到服务模块内,该模块通过采集服务和其他服务内的单元执行数据采集、数据异常分析、告警以及采集远程控制等功能,并将数据采集、分析等结果传输到应用模块内,应用模块通过数据实时显示、数据查询等单元为用户提供数据采集与分析等结果。实验表明,该系统采集船舶航行数据较为精准,且采集数据的实时性较好。     

基于动态非线性滑动模态的USV直线航迹控制的研究

随着战争方式的不断创新,无人作战系统逐渐成为发展的趋势,水面无人艇(USV)是其重要分支,得到越来越多的重视,其中,航迹控制是USV的核心。USV是一个具有不确定性的运行系统,由于海上环境的复杂性,使得USV控制非常困难。本文研究动态非线性滑动模态算法,提出了相应的USV直线航迹控制算法,该算法能够确保USV按照预定航线航行。     

海洋分布式GIS用户访问优化算法研究

随着海上GIS数据系统的持续发展,对于海洋地理数据存储提出了新的需求,传统中心化的存储方式逐渐被分布式GIS数据库所替代,这些数据库分别处于不同的海上平台,能够实现大规模的数据交互和集约化的数据处理,显著提高了当前GIS系统的应用能力。然而,海洋分布式GIS数据在查询过程中,需要完成多个数据库之间的数据和消息传递,存在较大的时延,严重降低了海洋GIS系统的运行效率和用户体验。针对以上问题,本文提出了一种基于用户查询行为的海洋分布式GIS动态优化策略,引入数据库查询的效用概念,对GIS数据查询请求进行动态优化,从而能够明显提高分布式GIS系统的运行效率。     

基于深度学习的水面无人船前方船只图像识别方法

建立基于图像识别系统的水面无人船感知平台,采集内河船舶图片数据库建立船只检测单层多尺度深度学习（Single Shot Multibox Detector,SSD）框架,通过使用预训练模型参数调优并微调分类框架实现较高的内河船舶检测准确度。试验结果表明,不同天气状况下的识别算法的查全率和查准率均能保持在70%以上     

远洋船舶在线监控系统的研究

由于船舶与公司岸基在地域上的分离,目前公司岸基尚不能对远洋船舶的安全营运进行实时、有效的监控。应用先进的计算机信息技术、通信技术和网络技术等,将船-岸安全监控管理有机地结合在一起,船-岸随时交互数据,协作管理业务,确保远洋船舶运输的安全高效。形成一个开放的集船舶监控、管理、决策于一体的远洋船舶在线监控系统,从而实现和提高远洋船舶的安全管理水平。以中远集团所辖船舶为实施对象开发成功了远洋船舶在线监控系统。     

USV复杂水域环境综合感知技术

从无人水面艇（Unmanned Surface Vessel,USV）所处的工作环境,分析单目摄像头、双目摄像头、海事雷达、激光雷达等传感器的组成原理、优缺点、性能测试。介绍多传感器数据在USV上的融合原理、融合流程及其应用情况。经过实船海上试验,多传感器数据融合指标良好,较好地解决USV在复杂水域安全航行的感知技术问题。所描述的感知技术,对设计和研发搭载不同任务的USV,识别不同工作场景环境,具有积极的参考价值。     

复合动力超长续航无人艇系统的设计与实现

为实现无人艇在海上追踪、搜救、巡逻、反潜等任务中的超长续航,避免因油料限制而被迫任务中断,设计了一套以风能、太阳能为动力的无人艇系统,利用风帆为无人艇推进,太阳能为船上电控设备提供电能。该系统由无人艇和岸基监控平台组成,无人艇可通过python开发的数据采集模块和算法模块实时采集环境数据、计算、生成并下达控制指令,在风区内可超长续航自主航行,实现全风向利用;岸基监控平台可实时监控无人艇状态,并进行自主/遥控模式切换。对系统进行了测试,通讯连接试验的可靠性高;无人艇航行试验验证了全风向自主航行的可行性,运行轨迹与仿真结果基本重合;太阳能供电分析理论上验证了风区超长续航的可实现性。     

基于无人船装置的大水域环境监测系统设计

针对当前资源过度开发导致大水域环境污染日益严重的问题,设计一种由自动巡航无人船、环境检测装置和远程操作平台组成的大水域环境监测系统。将嵌入式系统、信息通信、路径规划等技术相结合,进行数据处理与分析,实现对无人船的精准控制、大水域环境的精确实时在线监测和水样样本的采集。试验结果表明,该无人船监控系统不仅能满足对大水域水质环境检测的需求,而且能提高大水域环境监控效率和降低成本,对推广应用农业技术与装置和进行水质环境检测有促进作用,同时能使人们的生活质量得到保障和提升。     

一种面向科研实验的无人艇

为对无人艇的相关技术进行实船验证研究,在分析科研试验对无人艇系统需求的基础上,设计和实现一种基于以太网的分布式无人艇系统。该系统利用微控制器实现对传感器数据和设备数据的分布式处理,并通过以太网交换机组建数据交换局域网;利用开源通信协议和开源库对系统软件进行开发;详细介绍无人艇系统的具体设计和实现过程。系统测试和实船试验结果表明,所设计和实现的无人艇系统工作稳定,能较好地完成指定任务。     

无人表面船在港口信息化建设中的应用与思考

无人表面船（USV）是实现港口信息化的新型技术装备。阐述用于港口的无人表面船的技术要点,分析无人表面船船型和总体设计技术路线、动力系统和推进装置的开发、导航与测量传感器集成技术及智能控制技术。对无人表面船相关法律法规的制定与完善提出了一些建议,对未来发展进行了展望。