一种船舶智能避碰预警系统及多传感器融合算法技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶智能避碰预警系统及多传感器融合算法，包括高清可见光摄像机、智能航行服务器柜、综合显控单元和通讯终端；所述高清可见光摄像机采集船身周围的视频信息，视频信息数据传输至交换机，并通过交换机将视频信息数据发送至智能航行服务器柜进行处理，在综合显控单元上进行实时显示；同时，感知数据通过通讯终端发送向岸基数据中心，决策数据通过控制接口箱发送向动力系统控制单元。本发明专利技术赋予无人船全方位、高精度的江面感知能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶智能避碰预警系统及多传感器融合算法


[0001]本专利技术涉及一种船舶智能避碰预警系统及多传感器融合算法。

技术介绍

[0002]上海轮渡、浦江游览船只作为浦江两岸公共交通工具，运营于繁忙的黄浦江水域，且实际运行航线均为穿越线路，给船舶自身安全和航线周边船舶的航行安全增加了管控风险；上海轮渡、浦江游览当前防碰撞行为主要依托船载电子海图和视距摄像头作为辅助监测手段，结合船长的驾驶经验，进行航行过程中的防避碰和靠离泊过程中的防避碰操作。
[0003]由于轮渡在江面运动姿态相对较为简单，毫米波雷达与激光雷达等船基式传感设备在此应用场景下也可扬长避短获得较好的应用效果。
[0004]下表1列出了现有船舶上一些常见的环境感知传感器在不同性能指标下的对比。
[0005]表1船载环境感知传感器对比
[0006][0007][0008]备注：+优势，
‑
劣势
[0009]可见光摄像头与红外摄像头尽管更适合做目标的分类与识别，所需训练样本数量大，而对于无人船来说，获取江面目标的距离与速度是首要任务，因此不适合作为近距离目标态势感知的主要传感器。毫米波雷达与激光雷达的极高的测距精度和点云成像能力显然
能够提供更强的近距离目标感知能力。另一方面，激光雷达在恶劣天气条件下运行效果不佳的缺陷导致其必须与可靠性较高的毫米波雷达互相协作。
[0010]毫米波雷达测距精度仅次于激光雷达，距离测量精度在0.05m
‑
0.4m之间，角度分辨率在0.1r/>°
至5
°
之间，但与激光、红外、可见光相比，毫米波雷达透雾、烟、尘的能力强，且具有体积小、重量轻、抗干扰、空间分辨率高等特点，可在较为恶劣的天气环境下全天候工作，这对江面船舶能否自主航行至关重要。

技术实现思路

[0011]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种船舶智能避碰预警系统及多传感器融合算法，以解决
技术介绍
中所存在的问题。
[0012]本专利技术船舶智能避碰预警系统及多传感器融合算法是通过以下技术方案来实现的：包括高清可见光摄像机、智能航行服务器柜、综合显控单元和通讯终端；
[0013]高清可见光摄像机采集船身周围的视频信息，视频信息数据传输至交换机，并通过交换机将视频信息数据发送至智能航行服务器柜进行处理，在综合显控单元上进行实时显示；同时，感知数据通过通讯终端发送向岸基数据中心，决策数据通过控制接口箱发送向动力系统控制单元。
[0014]作为优选的技术方案，综合显控单元由监控显示终端和视觉增强显示终端组成，监控显示终端和视觉增强显示终端相互连接；所述智能航行服务器柜由航行决策服务器和综合显控服务器组成，且综合显控服务器连接综合显控单元，交换机连接综合显控服务器，航行决策服务器连接控制箱接口；所述航行决策服务器与综合显控服务器相互连接。
[0015]一种多传感器融合算法，其特征在于，具体步骤如下：
[0016]S1、畸变矫正；相机镜头畸变矫正
‑‑
>得到相机的内外参数、畸变参数矩阵；
[0017]S2、测距；
[0018]S3、根据相似三角比例计算出对应像素点的实际坐标。
[0019]作为优选的技术方案，畸变矫正具体包括以下步骤：
[0020]S11、外参数矩阵，世界坐标经过旋转和平移，然后落到另一个现实世界点上；
[0021]S12、内参数矩阵，现实世界点在1的基础上，继续经过摄像机的镜头、并通过针孔成像和电子转化而成为像素点。
[0022]S13、畸变矩阵，像素点并没有落在理论计算该落在的位置上，产生一定的偏移和变形。
[0023]5.根据权利要求3所述的多传感器融合算法，其特征在于，测距具体包括以下步骤：
[0024]S21、使用摄像机采集道路前方的图像；
[0025]S22、在道路区域对物体进行检测，通过矩形框将物体形状框出来；
[0026]S23、结合矩形框信息，找到该矩形框底边的两个像平面坐标，分别记为(u1，v1)和(u2，v2)；
[0027]S24、使用几何关系推导法，由像平面坐标点(u1,v1)、(u2,v2)推导出道路平面坐标(x1,y1)、(x2,y2)；
[0028]S25、通过欧氏距离公式计算出d。
[0029]作为优选的技术方案，根据相似三角比例计算出对应像素点的实际坐标，其对摄像机标定要求较高，同时要求镜头本身造成的畸变就比较小，其主要原理为小孔成像；其推导步骤如下：
[0030]已知量：
[0031]摄像机高度H
[0032]图像坐标中心对应的世界坐标点与摄像头在y轴上的距离O3MO3M
[0033]镜头中心点的图像坐标O1(ucenter，vcenter)O1(ucenter，vcenter)
[0034]测量像素点的图像坐标P1(u，0)、Q1(u，v)P1(u，0)、Q1(u，v)
[0035]实际像素的长度xpix
[0036]实际像素的宽度ypix
[0037]摄像头焦距f
[0038][0039][0040]β＝α
‑
γ
[0041][0042]这样就可以得到垂直方向的坐标。
[0043]Y＝O3P
[0044][0045][0046]由
[0047]得到PQ＝(O2*P1Q1)/O2P1
[0048]这样就可以得到垂直方向的坐标；
[0049]X＝PQ。
[0050]本专利技术的有益效果是：本专利技术将激光雷达的高精度与毫米波雷达的高可靠性特征相结合，将激光雷达的目标三维形状感知与毫米波雷达的多目标实时探测与跟踪相结合，共同实现船舶近距离目标的精确感知，方案兼具了可行性及可靠性，为无人船自动靠离泊与近距离避障提供技术支撑，同时赋予无人船全方位、高精度的江面感知能力。
附图说明
[0051]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
[0052]图1为本专利技术的系统方框图图；
[0053]图2为本专利技术的轮渡感知系统能力图；
[0054]图3为本专利技术的小孔成像原理图；
[0055]图4为本专利技术的YOLOv5目标检测算法整体框图。
具体实施方式
[0056]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0057]如图1所示，本专利技术的一种船舶智能避碰预警系统，包括高清可见光摄像机、智能航行服务器柜、综合显控单元和通讯终端；
[0058]所述高清可见光摄像机采集船身周围的视频信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶智能避碰预警系统，其特征在于：包括高清可见光摄像机、智能航行服务器柜、综合显控单元和通讯终端；所述高清可见光摄像机采集船身周围的视频信息，视频信息数据传输至交换机，并通过交换机将视频信息数据发送至智能航行服务器柜进行处理，在综合显控单元上进行实时显示；同时，感知数据通过通讯终端发送向岸基数据中心，决策数据通过控制接口箱发送向动力系统控制单元。2.根据权利要求1所述的船舶智能避碰预警系统及多传感器融合算法，其特征在于：所述综合显控单元由监控显示终端和视觉增强显示终端组成，监控显示终端和视觉增强显示终端相互连接；所述智能航行服务器柜由航行决策服务器和综合显控服务器组成，且综合显控服务器连接综合显控单元，交换机连接综合显控服务器，航行决策服务器连接控制箱接口；所述航行决策服务器与综合显控服务器相互连接。3.一种多传感器融合算法，其特征在于，具体步骤如下：S1、畸变矫正；相机镜头畸变矫正
‑‑
>得到相机的内外参数、畸变参数矩阵；S2、测距；S3、根据相似三角比例计算出对应像素点的实际坐标。4.根据权利要求3所述的多传感器融合算法，其特征在于，畸变矫正具体包括以下步骤：S11、外参数矩阵，世界坐标经过旋转和平移，然后落到另一个现实世界点上；S12、内参数矩阵，现实世界点在1的基础上，继续经过摄像机的镜头、并通过针孔成像和电子转化而成为像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊栋，殷剑，
申请(专利权)人：上海澳马车辆物资采购有限公司，
类型：发明
国别省市：