无人船的协同控制策略综述

随着自动控制和人工智能技术的发展,具有较高自主化程度的无人船舶正逐渐成为学术界和工业界的研究热点。在简要介绍了多智能体系统的分类、组织结构和通讯方式之后,本文总结了无人船的控制系统结构,并着重梳理了多无人船协同控制策略领域的最新研究进展。本文将无人船的协同控制研究概括为编队控制、动态警戒控制和协同拖曳控制等三个类别,重点对各个领域近十年来主要的研究成果进行了论述,最后对无人船协同控制的未来研究和应用方向进行了展望。     

无人船国际公约问题研究

在无人化的时代里,各种无人设备层出不穷,极大的改变了行业结构,降低了人员工作强度。无人船是传统的船舶行业迈向智能时代的必经之路。本文主要回顾了无人船行业的发展及预判将会遇到的国际公约问题,并对《国际海上人命安全公约》、《网络犯罪公约》这两个公约进行了研究,指出了无人船应继续遵守哪些公约条款,并针对无人船在遭受黑客海盗攻击的情况下,各相关方应在何种公约框架下协商处理。对无人船行业相关的国际公约问题研究提供了一些新的思路。     

基于时序数据库的无人船信息管理系统设计与性能测试

[目的]近年来,无人船技术及产业发展迅速,装备应用前景广阔。解决长航时无人船海量信息管理问题的需求日益迫切。[方法]针对无人船电子信息系统中6种类型数据的特点,构建基于时序数据库的无人船信息管理系统拓扑及数据流动模型,并设计一套适用于无人船信息管理系统的性能测试方法。[结果]经测试表明,该无人船信息管理系统能够满足无人船运行对信息管理的需求,且相比于传统关系型数据库,其压缩性能提高约10%,检索及聚合分析性能更为优异,具有较高的通用性。[结论]该系统为解决长航时无人船信息存储与通信传输难题提供了良好的解决方法。     

无人船测深系统在浅水河道测量中的应用

针对传统测深方法在浅水区测量实施困难的问题,基于无人船测深系统的组成及原理,重点研究了无人船姿态对测深的影响、 测深数据粗差探测与滤波方法.分析得出:无人船姿态在浅水区对测深的影响有限,可采用中值滤波、 加权平均法、 趋势面滤波方法进行测深数据粗差处理.结合项目应用,证实无人船满足浅水河道测量需求、 测深精度满足规范要...     

基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划

路径规划是无人船自主导航的核心问题。由于无人船当前位置以及目标位置的确定受到障碍物影响,最佳航行路径的获取难度较大。为此,提出基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划方法。采用栅格法构建无人船工作环境模型,由上至下、由左至右的对栅格完成编号处理,划分安全区域与障碍物区域。构建无人船航行路径自主规划数学模型,设定地形与威胁、航程上限以及路径平滑度等约束条件。针对蚁群算法初始搜索效率差等问题,将其与粒子群算法相结合,提出混合蚁群算法。利用该算法求解无人船航行路径自主规划数学模型。实验结果显示,研究方法具有较高的路径规划准确性,路径长度、平均能耗及路径规划时间指标均较优。     

喷水推进式无人船总体设计

文章讲述了喷水推进式无人船从无到有的整体过程,着重介绍了无人船在设计过程中对船型技术、总体布局优化、推进设施配备等方面的主要关键技术研究,并简要说明了无人船的基本情况。     

内河无人船局部路径规划和循迹控制

提出了内河无人船在水流中的局部路径规划算法,并在直线Line of Sight算法基础上设计了一般曲线路径的LOS循迹控制算法。将此算法结合完成了内河无人船的航行试验,实现了在落潮、涨潮等不同水流条件下的无人自主航行,验证了所提算法的有效性和实用性,对内河无人船的应用研究具有借鉴意义。     

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。     

基于混合遗传算法的无人船自动航向控制方法

本文针对无人船航向控制提出了基于模糊及遗传算法的控制策略。考虑无人船航向控制,以及无人船航向控制具有强非线性和不确定性,本文将智能策略和常规策略作为无人船航向的舵角控制作为主要控制框架。通过导引律计算期望的角度,并根据自主船的无人船航向控制动态模型进行分析。该模型考虑了舵和船舶推进系统的物理阈值,提出了一种适用于不同无人船航向控制的自适应控制算法,借助增益调度方法(GS),利用PID控制器和遗传算法(GA)对不同的操作点进行全流程的(GS-PID-GA)混合优化。通过真实数据比例缩小进行模型实验并与传统控制方法进行比较,验证了所提出的控制方法的有效性。     

Analysis of characteristics of foreign unmanned surface vehicle swarm combat application and proposed countermeasures北大核心CSCD

无人船(USV)集群作为未来海上军事运用的重要组成力量,是各国海上无人装备的重要发展方向。首先,通过梳理总结当前国外无人船集群发展战略规划与运用现状,对无人船集群作战关键技术进行归纳分析,从集群自组网通信、战场态势感知、集群协同任务分配等3个方面剖析无人船集群相关技术的研究进展;然后,对无人船集群在军事上运用的典型样式和主要效益进行分析及研判;最后,总结分析当前应对无人船集群的难点,并对无人船集群应对的技术发展予以展望。     

基于深度学习的无人船移动路径自动规划方法

无人船移动路径规划延时较长,容易出现多船碰撞危险,为此提出基于深度学习的无人船移动路径自动规划方法研究。选取深度学习中的U-net模型构建无人船环境,以此为基础,建立无人船移动路径自动规划模型,描述无人船移动路径自动规划问题,结合风险约束条件求解模型,即可获得最佳的无人船移动路径规划结果,从而实现无人船移动路径的自动规划。实验结果显示,无人船碰撞危险度参数较小,表明无人船碰撞危险度较低,充分证实了提出方法的可行性。     

计算机远程遥控系统在无人船中的应用

以往使用的神经网络参考模型和Zigbee无线通信技术在无人船中应用时,受到无人船航行环境影响而导致无人船行驶位姿角度控制效果不佳的问题,提出计算机远程遥控系统在无人船中的应用研究。分析计算机远程遥控系统结构,在远程遥控器中设置蜂鸣器和语音播报器,根据发出的故障信号,提示异常情况。根据地面人员的操作指令,控制计算机远程遥控路由,解析指令包,由此控制计算机远程遥控命令帧。利用XOY坐标系作为基准,建立了无人船的运动学方程,通过该方程对无人船姿态进行控制,解决了无人船跟踪目标和自动避障等问题。由仿真实验结果可知,该方法在航向角度为60°和220°时,使用计算机远程遥控系统与标准值最为接近,具有良好控制效果。     

一种溢油回收无人船设计研究

本文将无人船技术应用于具有较大排水量的溢油回收船上,设计了一种基于卫星定位自动作业与实时遥控作业两种控制方式的溢油回收无人船,用于复杂海况、狭窄水道以及浅水近岸等的溢油回收。解决了回收手段单一、回收效率低等问题,提供了无人船在溢油回收作业中的一套完整方案。该无人船的设计满足实际需求,且具有较高的可行性。     

基于动态贝叶斯网络的无人船推进系统PHM技术

随着无人船系统复杂度的增加,对其进行故障预测和健康管理(prognostic and health management,PHM)的需求也随之提升。采用贝叶斯网络建立无人船的可靠性模型,并基于此开展无人船的PHM技术研究。主要探究贝叶斯网络模型在PHM方面的应用,包括利用动态贝叶斯网络进行预测故障,通过参数学习自动生成贝叶斯网络模型。以实验室开发的智能无人船为具体研究对象,针对其动力系统常见的故障点监测模式进行研究,并设计相应的在线监测方案。通过实时监测完整地表达无人船的健康程度,并开发了无人船的健康管理模型。对开发设计的健康管理模型进行实时性和准确性双方面评价,所研发的健康管理技术可以准确地还原无人船的故障分布情况,并快速响应做出故障预测,可以充分评估无人船在不同状态下的实际工作能力。     

Obstacle avoidance of unmanned ship swarm based on virtual navigator and improved Hooke's law北大核心CSCD

[目的]针对无人船集群规避障碍物的问题,提出一种基于虚拟领航者和改进胡克定律的弹性集群编队控制方法。[方法]首先,根据障碍物的长和宽得到其外接椭圆,按照长宽比向外扩展出虚拟碰障区、避障反应区、自由航行区,实现水面避障物模型的简化;其次,基于虚拟领航者和改进胡克定律,对编队各成员之间、各成员虚拟领航者之间的相对距离和速度予以约束,采用坐标形式设置编队队形,构建弹性编队模型,并基于障碍物的环形斥力场来实现单无人船的避障,以及在弹性集群编队的组织下实现无人船集群的避障;然后,通过优化处理无人船的航行过程,消除编队及避障过程中的“徘徊”和“振荡”等现象,使各无人船的运动更加平滑;最后,运用Matlab软件对由4艘无人船组成的集群编队进行仿真实验。[结果]实验结果表明,编队可成功绕过设置的所有障碍物,验证了所提方法的有效性和可行性。[结论]该方法可实现无人船集群对水面障碍物的规避,具备在一定复杂环境下的通过能力,可为无人船集群避障的应用及研究提供参考。     

无人船硬核助力长江航道整治工程

正近日,长江航道整治工程武安段Ⅰ标项目部无人船测试工作正式拉开序幕。该无人船最大载重50kg,续航150km,具有自主感知避障、自动测线测量、数据实时采集展示等特点,支持多种航行模式,与传统测量方式相比具有智能化、无人化、网络化的优势。武安段Ⅰ标项目部利用无人船搭载水质监测及测绘仪器,通过4G网络卫星等对施工区水深、水质进行监测,自动采集水质与水下地形数据,实现对水域水质、水深的动态监测和趋势预估。     

随浪状态下圆弧形太阳能板双体无人船破舱稳性研究

以一圆弧形太阳能板双体无人船为例,研究该类双体船在规则波中随浪状态下的破舱稳性。建立带水密箱式连接桥结构的双体无人船模型,对不同影响因素变化下双体无人船的破舱稳性进行分析,得出破舱稳性与影响因素之间的关系。研究结果表明:波陡增加,极限静倾角增大,无人船稳性恶化;波峰位于船舯附近时,无人船稳性较差;片体间距越大,破舱稳性越好,极限静倾角越小;艏部舱室破损后,无人船稳性恶化较严重。     

无人机/无人船协同系统研究现状及关键技术

无人船在水上救援、水文监测、航道管理等领域有重要的应用。无人船与无人机相比,其载荷大、续航长但观察能力差、移动速度慢、工作效率低。由续航和载荷能力强的无人船,搭载无人机到指定任务海域,续航能力有限的无人机联合无人船协同执行海事任务,完成任务后着船返航或者补充能源,可充分结合二者优势,拓展系统执行水上作业的能力。本文首先回顾了无人机/无人船协同系统的发展现状,然后介绍了无人机/无人船协同系统的组成,分析了无人机/无人船协同系统的关键技术,展望了无人机/无人船协同系统在海事救援、环境监测和无人作战等领域的应用前景。     

无人船发展现状及其海事监管影响分析

科技发展推动无人船从概念逐渐变成现实。航运界及世界主要造船国家的高度重视使无人船的发展进入快车道。目前,无人船技术发展势头迅猛,已成为航运界、海事界关注的热点。随着无人船技术的逐渐成熟,其将成为未来船舶的发展趋势。无人船的出现将给航运业带来重大变革,给海事监管提出新的挑战。     

无人船在港口水域海事监管中的应用探讨

近年来,随着与船舶自主航行相关的信息技术、人工智能技术水平的提高,无人船舶行业取得了长足的发展,其在海上安保、环境监测等领域应用也越来越成熟。为推动无人船在海事管理方面的应用研究,破解港口水域海事监管手段不足的瓶颈问题,文中在分析港口水域海事监管特点和无人船系统建设条件的基础上,定量研究了无人船在港口水域海事监管应用面临的性能指标确定、船型平台选择、载荷设备搭配、运行管理体系建设等方面的具体问题,提出了一种港口水域海事监管无人船系统的应用解决方案。