【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶避碰的，更具体地，涉及一种基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法及系统。
技术介绍
1、激光雷达(light detection and ranging，lidar)又称光学雷达，通过对物体发射红外光束并接收反射光束，分析目标物体表面的反射能量大小、反射波谱的幅度、频率和相位等信息，输出点云数据，从而呈现出目标物体的精确信息。如今，激光雷达已经广泛应用于各个领域。激光雷达系统不仅可以主动、实时地感知环境和物体动态空间位置关系，也可在一致绝对测量点位的情况下，生成精确的三维空间模型，在地表遥感、自动驾驶、3d打印等
发挥作用，在船舶避碰的相关领域也有涉及。
2、现有技术公开了一种基于激光雷达的跨江输电线防船舶碰撞方法，通过激光雷达获取检测区域内船舶的点云数据，采用快速全局对齐机制和改进icp配准算法相结合的方法对获取到的点云数据进行配准，通过改进点云物体检测器对配准后的点云数据进行目标检测生成3-d目标框，并得到3-d目标框的参数；根据生成的3-d目标框的参数计算检测区域中目标船舶的航向和实际高度，若船舶高度大于高度阈值则发出预警指令。然而该技术方案虽然能够有效避免船舶因超高而与跨江输电线发生碰撞，却并不适用于船舶航行过程中的近距离障碍物避碰预警。如何在船舶航行中利用激光雷达技术，对点云数据深度分析和计算，滤除飞鸟、海浪及悬浮物干扰，实现一定范围内的避碰精确预警，仍是亟待研究的课题。
技术实现思路
1、为解决当前船舶航行过程中无法实现一定范围内的近距离
2、为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，包括：
4、s1.利用激光雷达采集点云数据，将采集得到的点云数据封装为数据包；
5、s2.对封装的数据包进行预处理，得到处理好的若干个数据帧；
6、s3.设置角度刷新机制，根据角度刷新机制将数据帧组合成一帧扫描帧，作为待识别的障碍物数据集；
7、s4.基于障碍物数据集中的点云数据，计算障碍物与船舶之间的最终距离，当所述最终距离小于预设的安全距离时，生成预警指令。
8、本技术方案通过设置角度刷新机制，实现对点云数据的深度筛除和分析，能够有效滤除干扰物，实现近距离障碍物避碰精确预警。
9、优选地，所述点云数据包括激光雷达探测到的物体与激光雷达之间的距离、水平角度、反射率；所述数据包中的数据排列方式为水平角度-距离-反射率。
10、优选地，在步骤s1中，采用线性插值的防止水平角度的数据丢失；
11、在进行封装时，若未接收到点云数据，令数据包的数据列表为空；若接收到的数据列表中点云数据存在负数，则将负数转化为正数。
12、优选地，步骤s2包括对数据包中的反射率进行预处理，将水面过滤，即将反射率为1对应的距离数值变为0。
13、优选地，步骤s3包括以下过程：
14、s31.判断数据帧中的点云数据是否符合预设的水平角度范围要求，剔除不符合范围要求的点云数据，保留符合范围要求的点云数据；
15、s32.设置角度刷新机制，将每一个数据帧中符合范围要求的点云数据的最大水平角度值和最小水平角度值进行角度对比，将符合角度对比要求的数据帧合成为一帧扫描帧，作为障碍物数据集。
16、优选地，在步骤s32中，进行所述角度刷新机制时，包括以下角度比对步骤：
17、设置水平扫描角度的最大值和最小值；
18、遍历所有数据帧，依次将点云数据的最大水平角度值和最小水平角度值与水平扫描角度的最大值和最小值进行比对：
19、若最大水平角度值小于等于水平扫描角度最小值，将该段点云数据插入障碍物数据集前端；
20、若最小水平角度值小于等于水平扫描角度最小值，最大水平角度值大于水平扫描角度最小值且小于水平扫描角度最大值，将大于等于水平扫描角度最小值的点云数据段插入障碍物数据集前端，若存在重复的水平角度值数据段，则将旧的点云数据更新覆盖；
21、若最小水平角度值大于水平扫描角度最小值，最大水平角度值小于水平扫描角度最大值，将该段点云数据插入障碍物数据集中，若存在重复的水平角度值数据段，则将旧的点云数据更新覆盖；
22、若最小水平角度值小于水平扫描角度最小值，最大水平角度值大于水平扫描角度最大值，将大于等于水平扫描角度最小值至小于等于水平扫描角度最大值的点云数据段插入障碍物数据集中，若存在重复的水平角度值数据段，则将旧的点云数据更新覆盖；
23、若最小水平角度值大于水平扫描角度最小值且小于水平扫描角度最大值，最大水平角度值大于水平扫描角度最大值，将小于等于水平扫描角度最大值的点云数据段插入障碍物数据集后端，若存在重复的水平角度值数据段，则将旧的点云数据更新覆盖；
24、若最小水平角度值大于等于水平扫描角度最大值，则舍弃该段点云数据；
25、最终得到的障碍物数据集内点云数据按水平角度值的大小正序排序。
26、优选地，在步骤s4中，基于激光雷达坐标系，将障碍物数据集中的点云数据转换为三维坐标值，根据三维坐标值计算障碍物与船舶之间的最终距离；三维坐标值换算公式如下：
27、x＝r*sin(hor)cos(ver)
28、y＝r*cos(ver)cos(hor)
29、z＝r*sin(ver)
30、其中，hor表示水平角度值，ver表示距离值。
31、优选地，在步骤s4中，还包括对点云数据进行均值滤波处理，包括：滤除水线以下的障碍物点、水面反射点和噪声点。
32、本技术方案还提出一种计算机存储介质，用于计算机可读存储，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有基于激光雷达的船舶近距避碰预警的程序，所述基于激光雷达的船舶近距避碰预警的程序被处理器执行时，用于实现上述基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法的步骤。
33、本技术方案还提出一种基于激光雷达的船舶近距避碰预警系统，包括：
34、点云采集模块，用于基于激光雷达采集点云数据，将采集得到的点云数据封装为数据包；
35、数据处理模块，用于对封装的数据包进行预处理，得到处理好的若干个数据帧；
36、扫描帧合成模块，通过设置角度刷新机制，将数据帧组合成一帧扫描帧，作为待识别的障碍物数据集；
37、距离生成模块，用于基于障碍物数据集中的点云数据，计算障碍物与船舶之间的最终距离；
38、预警模块，用于在障碍物与船舶之间的最终距离小于预设的安全距离时，生成预警指令。
39、与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，所述点云数据包括激光雷达探测到的物体与激光雷达之间的距离、水平角度、反射率；所述数据包中的数据排列方式为水平角度-距离-反射率。
3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，在步骤S1中，采用线性插值的防止水平角度的数据丢失；
4.根据权利要求2所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，步骤S2包括对数据包中的反射率进行预处理，将水面过滤，即将反射率为1对应的距离数值变为0。
5.根据权利要求4所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，步骤S3包括以下过程：
6.跟据权利要求5所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，在步骤S32中，进行所述角度刷新机制时，包括以下角度比对步骤：
7.跟据权利要求5所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，在步骤S4中，基于激光雷达坐标系，将障碍物数据集中的点云数据转
8.跟据权利要求7所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括对点云数据进行均值滤波处理，包括：滤除水线以下的障碍物点、水面反射点和噪声点。
9.一种计算机存储介质，用于计算机可读存储，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有基于激光雷达的船舶近距避碰预警的程序，所述基于激光雷达的船舶近距避碰预警的程序被处理器执行时，用于实现权利要求1～8任意一项所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法的步骤。
10.一种基于激光雷达的船舶近距避碰预警系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，所述点云数据包括激光雷达探测到的物体与激光雷达之间的距离、水平角度、反射率；所述数据包中的数据排列方式为水平角度-距离-反射率。
3.根据权利要求2所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，在步骤s1中，采用线性插值的防止水平角度的数据丢失；
4.根据权利要求2所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，步骤s2包括对数据包中的反射率进行预处理，将水面过滤，即将反射率为1对应的距离数值变为0。
5.根据权利要求4所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，步骤s3包括以下过程：
6.跟据权利要求5所述的基于激光雷达的船舶近距避碰预警方法，其特征在于，在步骤s32中，进行所...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪斌，陈瑞彬，陈焕，简兴旺，郑龙飞，黄斌华，吕东辉，张友志，许冠彪，
申请(专利权)人：湛江港集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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