【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶航行控制，尤其涉及一种船舶的辅助驾驶增强系统方法。
技术介绍
1、目前海上船舶航行存在的较大风险就是船舶与船舶、或船舶与海上平台或海面异物的碰撞问题。由于海面航线众多，航行路线上可能会遇到暗礁、其他船舶或平台的阻挡，但是船长驾驶室中可供观控的视野有限，且船长无法有效的获取碰撞预警以及船舶与其他物体的准确距离，导致发生碰撞事故。
2、近年来，数字孪生作为一个结合多学科、多物理量、多维度的仿真过程受到了广泛研究和应用。数字孪生落地应用的首要任务是创建应用对象的数字孪生模型。在船舶工业中，数字孪生体可以用于设计、模拟、优化和管理船舶的各个阶段和环节。
3、船舶辅助驾驶的数字孪生系统要求在虚拟空间中实时映射现实空间的物理信息，为了最大程度还原现实场景，必须提高对复杂海上环境和船舶自身状态的数据测量精度。然而，当前的船舶驾驶中的信息感知技术，主要是通过传感设备、传感网络和信息处理设备，智能化感知获取船舶自身状态和周边环境信息，实现船岸信息交互获取，获取数据量较大、信号种类繁多，信息精度不够，还有待进一步改进和完善。
技术实现思路
1、本专利技术重点针对上述现有技术中存在的问题，提供一种船舶的辅助驾驶增强方法。
2、本专利技术提供了船舶的辅助驾驶增强方法，包括：
3、步骤s100：利用船舶的cad图纸对船舶进行3d建模并导入数字孪生系统；
4、步骤s200：在所述船舶上安装gps接收器和rtk接收器，接收基站发送的信
5、步骤s300：通过罗经获取船舶的实时欧拉角以及位姿信息，在数字孪生系统中调整所述船舶航向和姿态；
6、步骤s400：在所述船舶罗经甲板上安装激光雷达和相机，获取所述激光雷达和相机采集到的其他船舶或海上平台的点云及图像数据，将所述点云及图像数据的传感器坐标系转换为世界坐标系，在数字孪生系统中进行建模；
7、步骤s500：在船舶远航时，基于所述激光雷达和相机采集到的点云和图像数据检测其他运动目标，在数据孪生系统中建模；在船舶靠泊时，基于所述点云和图像数据检测静止目标，在数字孪生系统中建模；在数字孪生系统中对船舶以及可能发生碰撞的物体建立轴向包围盒，计算船舶所在包围盒与其他包围盒的最近距离，当距离小于安全距离时，发出报告预警并记录当前航行的所有数据；
8、步骤s600：获取船舶当前位置的海洋水文信息，添加到数字孪生系统中，数字孪生系统根据当前船舶位姿信息、航驶速度、加速度以及船舶周围干扰物的位置信息，结合获取到的海洋水文信息对船舶的下一步行驶做出路径规划。
9、优选地，所述步骤s100中的根据船舶设计的cad图纸，对船舶形状进行建模包括：
10、步骤s110：获取船舶的cad图纸，将autocad图形转换并导入solidworks，获取所述cad图纸的正视图、俯视图和左视图，并定义辅助视图；将所述视图进行对齐，使用solidwork生成3d模型；
11、步骤s120：使用solidwork导出格式为.obj或.stl的模型文件，所述模型文件包含集合体对象的顶点相关数据，使用webgl加载模型文件，使用three.js引擎自定义材质对象，在网页上展示海上船舶的三维模型。
12、优选地，所述步骤s200进一步包括：
13、步骤s210：gps使用三星定位原理确定地面物体的坐标位置，通过三颗卫星所在位置和信号到达卫星所用时间，联立三元三次方程组，计算出海面船舶坐标；
14、；
15、其中x、y、z为需求解的地面物体坐标，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)分别为三颗卫星的坐标信息，t1,t2,t3分别为gps信号抵达三颗卫星的时间，v为信号传播的速度；
16、步骤s220：gps使用三星定位原理确定地面物体的坐标位置，由于三个卫星初始时间存在时钟误差，加入第四颗卫星并设置标准时间差，假设地面物体标准时间差为t，建立4个方程组计算海面船舶坐标，以减小时钟误差；
17、；
18、其中x、y、z为需求解的地面物体坐标，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),(x4,y4,z4)分别为四颗卫星的坐标信息，t1,t2,t3, t4分别为gps信号抵达四颗卫星的时间，δt1,δt2,δt3,δt4分别为四颗卫星的标准时间差，v为信号传播的速度；
19、步骤s230：信号在电离层、对流层存在传输误差，基于确定位置的rtk信号塔计算卫星和信号塔之间的传输误差，根据所述传输误差修正卫星到船舶之间的误差，得到船舶精准的坐标信息；
20、步骤s240：在数字孪生系统中，以海平面为xoy平面，以垂直于xoy平面所在轴为z轴建立坐标系，将船舶坐标标记为使用gps和rtk测量的精准的坐标信息。
21、优选地，所述步骤s300进一步包括：
22、步骤s310：根据罗经确定船舶的航向以及观测物标方位，基于罗经传感器获取三轴角速度数据，计算船舶的欧拉角；
23、步骤s320：将所述欧拉角数据发送至数字孪生系统；
24、步骤s330：结合步骤s240中数字孪生系统的所述船舶坐标信息与建模，确定船舶的旋转中心，利用步骤s320中获取的欧拉角计算出船舶当前位姿相对于上一个位姿的旋转矩阵，对船舶进行旋转变化。
25、优选地，所述步骤s400进一步包括：
26、步骤s410：在船舶罗经甲板上同时安装多台相机和激光雷达，记录相机和激光雷达安装的位置信息；
27、步骤s420：将相机获取到的图像信息与激光雷达获取的点云信息对齐融合，对点云使用对应像素点进行赋色；
28、步骤s430：根据相机和激光雷达安装的位置信息、所述船舶坐标以及获取到的点云坐标信息，对点云坐标信息进行坐标转换到世界坐标系；
29、步骤s440：根据点云与船舶的相对位置信息，将点云添加到数字孪生系统的相应位置上。
30、优选地，步骤s500进一步包括：
31、步骤s510：在船舶远航时，根据激光雷达和相机镜头采集到的点云和图像信息，使用帧间差分运算检测出其他运动目标；
32、步骤s520:在船舶靠泊时，将进行坐标转换后的图像和点云使用mmdetetion3d框架进行模型训练，检测出数据中的干扰物；
33、步骤s530：根据训练出的模型进行推理，得到干扰物的坐标信息，将所述干扰物的坐标信息传输至数字孪生系统；
34、步骤s540：画出船舶和干扰物的轴向外包盒，计算船舶所在外包盒与其他外包盒的最近距离，当距离小于安全距离时，发出报告预警并记录当前航行的所有数据。
35、优选地，步骤s510进一步包括：
36、步骤s511:对图像进行灰度化处理，取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S100中的根据船舶设计的CAD图纸，对船舶形状进行建模包括：
3.根据权利要求1所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S200中的在船舶上安装GPS接收器和RTK接收器，接收建站发送的信号并计算出精准位置坐标并发送给数字孪生系统包括：
4.根据权利要求3所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S200中的在船舶上安装GPS接收器和RTK接收器，接收建站发送的信号并计算出精准位置坐标并发送给数字孪生系统包括：
5.根据权利要求4所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S200中的在船舶上安装GPS接收器和RTK接收器，接收建站发送的信号并计算出精准位置坐标并发送给数字孪生系统还包括：
6.根据权利要求5所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S300：通过罗经获取船舶的实时欧拉角以及位姿信息，在数字孪生系统中调整所述船舶航向和姿态包括
7.根据权利要求1所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S400还包括：
8.根据权利要求7所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S500还包括：
9.根据权利要求8所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S510中的帧间差分运算包括：
10.根据权利要求9所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤S600还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤s100中的根据船舶设计的cad图纸，对船舶形状进行建模包括：
3.根据权利要求1所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤s200中的在船舶上安装gps接收器和rtk接收器，接收建站发送的信号并计算出精准位置坐标并发送给数字孪生系统包括：
4.根据权利要求3所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤s200中的在船舶上安装gps接收器和rtk接收器，接收建站发送的信号并计算出精准位置坐标并发送给数字孪生系统包括：
5.根据权利要求4所述的一种船舶的辅助驾驶增强方法，其特征在于，所述步骤s200中的在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李康军，张嘉莉，周良，周博文，龚权华，
申请(专利权)人：湖南睿图智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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