一种无人船舶稳定运行控制系统及方法与流程

本发明涉及无人船舶的自动控制，具体为一种无人船舶稳定运行控制系统及方法。

背景技术：

1、无人船舶是一种自主导航的水面船舶，随着无人船舶技术的日益成熟，其在货物运输领域的应用越来越广泛，作为一种新型的海洋运输工具，其稳定运行对于海洋运输的安全和效率至关重要；

2、然而，在复杂多变的外界环境以及长时间运行过程中，无人船舶可能会出现各种异常情况，影响其稳定运行，因此，如何实现对无人船舶稳定运行的有效控制调整，成为当前需要解决的问题；

3、传统的无人船舶控制方式主要依赖于预设的航行参数和固定的控制策略，这些参数和逻辑是在无人船舶的设计和测试阶段被设定，通常假设船舶在相对稳定和可预测的环境条件下运行，这种控制方式的核心在于维持预设的航线、速度和操作模式，以确保船舶按照既定的任务指令执行，然而，海洋环境的复杂性和不可预测性意味着无人船舶在实际运行中可能会遭遇各种突发情况，由于传统的控制策略缺乏对外界环境变化和船舶自身状态的实时监测和自适应调整能力，从而使得预设的航行参数可能不适合当前的海况导致船舶运行不稳定，甚至发生事故。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的缺点，本发明实施例提供了一种无人船舶稳定运行控制系统及方法，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种无人船舶稳定运行控制系统，包括：

4、外界环境分析模块，用于对目标无人船舶的外界环境状态信息进行实时获取，得到目标无人船舶的外界环境状态信息，由此对目标无人船舶的外界环境状态进行判定分析，得到外界环境异常信号，依据得到的外界环境异常信号则触发监测指令，依据触发的监测指令则执行关键部位监测分析模块和运输物监测分析模块；

5、关键部位监测分析模块，用于对目标无人船舶的关键部位状态信息进行监测，由此对目标无人船舶的关键部位状态进行分析，得到关键部位状态评估值，并将其发送到运行状态判定模块；

6、运输物监测分析模块，用于对目标无人船舶的运输物状态信息进行监测，由此对目标无人船舶的运输物状态进行分析，得到运输物状态评估值，并将其发送到运行状态判定模块；

7、运行状态判定模块，用于接收关键部位状态评估值和运输物状态评估值，由此对目标无人船舶的运行状态进行评估分析，得到不变航线信号和改变航线信号，并将其发送到运行调整控制模块；

8、运行调整控制模块，用于接收不变航线信号和改变航线信号，由此进行运行调整控制分析，得到应调控航行速度和应调控航行路线参数。

9、作为本发明的进一步改进，对目标无人船舶的外界环境状态进行判定分析，具体的分析过程如下：

10、通过对目标无人船舶当前监测时间段内气象参数中的风速、降雨量、气压和能见度进行提取，得到目标无人船舶当前监测时间段内的风速、降雨量、气压和能见度，提取四者的数值进行归一化计算处理，得到气象评估值；

11、通过对目标无人船舶当前监测时间段内海洋参数中的海浪拍打高度进行提取，得到目标无人船舶当前监测时间段内各监测时间点的海浪拍打高度，并将其标记为海拍高度值，设置海拍高度阈值，将海拍高度值与海拍高度阈值进行比较分析，当海拍高度值大于或等于海拍高度阈值时，则将该监测时间点判定为异常点，当海拍高度值小于海拍高度阈值时，则将该监测时间点判定为正常点，统计目标无人船舶当前监测时间段内被判定为异常点的次数，并将其与总判定次数进行占比计算，得到海拍异值；同时在对目标无人船舶当前监测时间段内海洋参数中的海水流动速度和海水温度进行提取，得到目标无人船舶当前监测时间段内各监测时间点的海水流动速度和海水温度，并将其分别标定为海流值和水温值，提取目标无人船舶当前监测时间段内各监测时间点的海流值和水温值进行均值计算，得到目标无人船舶当前监测时间段内的海流均值和水温均值，提取目标无人船舶当前监测时间段内海拍异值、海流均值和水温均值的数值并将其分别乘以对应的权重系数再相加，得到海洋评估值；

12、提取气象评估值和海洋评估值的数值进行归一化计算处理，得到外界环境状态评估值，将外界环境状态评估值与预设的外界环境状态评估阈值进行比较分析，当外界环境状态评估值大于或等于预设的外界环境状态评估阈值时，则生成外界环境异常信号。

13、作为本发明的进一步改进，对目标无人船舶的关键部位状态进行分析，具体的分析过程如下：

14、通过对目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振动信号进行监测获取，得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振动信号，并基于此通过指定软件生成目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振动波形图，得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振动波形图，其中指定软件具体为振动分析软件，同时从系统存储库中提取关键部位的参考振动波形图，将目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振动波形图与关键部位的参考振动波形图进行重合对比，得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振动重合波形长度，并对其进行归一化处理，取其数值，记为zdf，f表示为关键部位的编号；f＝1，2，3…m1，m1表示为关键部位编号的总数；

15、获取关键部位的参考振动波形图波形长度的数值，并记为zdf；

16、从目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振动波形图中提取波峰值和波谷值，分别记为bff和bgf，并从关键部位的参考振动波形图中提取参考波峰值和参考波谷值，分别记为bff和bgf；

17、依据公式：得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振况值zbdf，其中，e表示自然常数，η1、η2、η3分别表示为设定的权重系数；

18、通过对目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的声音信号进行监测获取，得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的声音信号，并基于此通过指定软件生成目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的声音频谱图，得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的声音频谱图，其中指定软件具体为频谱分析软件，同时从系统存储库中提取关键部位的参考声音频谱图，将目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的声音频谱图与关键部位的参考声音频谱图进行对比分析，得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的各声音频谱重合段，从目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的声音频谱图中提取其对应的各声音频谱重合段，作为目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的各异常声响，统计目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的异常声响次数，并取其数值记为sxf；

19、从目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的声音频谱图中提取目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的各次异常声响的持续时长，得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的各次异常声响的持续时长，并取其数值，记为scfk，k表示为各次异常声响的编号，k＝1，2，3…m2，m2表示为异常声响次数的总数；

20、依据公式：得到目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的音况值ykzf，其中，η4、η5分别表示为设定的权重系数；

21、提取目标无人船舶当前监测时间段内关键部位的振况值和音况值的数值进行归一化计算处理，得到关键部位状态评估值。

22、作为本发明的进一步改进，对目标无人船舶的运输物状态进行分析，具体的分析过程如下：

23、通过对目标无人船舶当前监测时间段内的运输物对应的中心点进行获取，同时对目标无人船舶当前监测时间段内的运输物区域图像进行获取，并从中提取运输物区域的中心线，并将其记为参考线，进而对运输物对应的中心点与参考线之间的距离进行获取，得到目标无人船舶当前监测时间段内的移距值；

24、通过对目标无人船舶当前监测时间段内的运输物形状图像进行获取，同时从目标无人船舶当前监测时间段内的运输物形状图像中提取运输物体积，由此得到目标无人船舶当前监测时间段内运输物的体积值，同时再从目标无人船舶当前监测时间段内的运输物形状图像中提取运输物超出参考线的面积，由此得到目标无人船舶当前监测时间段内运输物的移面值；

25、通过对目标无人船舶当前监测时间段内的运输物对应的温度进行获取，得到目标无人船舶当前监测时间段内的运输物对应的温度值；

26、提取目标无人船舶当前监测时间段内的移距值、体积值、移面值和温度值的数值，依据公式计算，得到运输物状态评估值。

27、作为本发明的进一步改进，对目标无人船舶的运行状态进行评估分析，具体的分析过程如下：

28、调取目标无人船舶当前监测时间段内的外界环境状态评估值，设置目标无人船舶当前监测时间段内的外界环境状态评估值的转化因子，依据公式计算得到转化外界影响值；

29、提取目标无人船舶当前监测时间段内的关键部位状态评估值、运输物状态评估值和转化外界影响值的数值进行归一化计算处理，得到稳定运行评估值；

30、设置稳定运行评估值的阈值，将稳定运行评估值与稳定运行评估阈值进行比较分析，当稳定运行评估值大于或等于稳定运行评估阈值时，则生成不变航线信号，当稳定运行评估值小于稳定运行评估阈值时，则生成改变航线信号。

31、作为本发明的进一步改进，进行运行调整控制分析，具体的分析过程如下：

32、若捕捉到不变航线信号，则触发航行速度调控指令，依据触发的航行速度调控指令则对目标无人船舶当前监测时间段内的航行速度进行调控分析，具体的调控分析过程为：调取目标无人船舶当前监测时间段内的稳定运行评估值，并将其与存储在云数据库中的航行状态表进行匹配分析，得到目标无人船舶当前监测时间段内的航行状态等级，且得到的每个稳定运行评估值均对应一个航行状态等级，同时再与航行状态等级对应的航行速度进行匹配，得到应调控航行速度，并在显示终端进行显示通知；

33、若捕捉到改变航线信号，则触发航行线路调控指令，依据触发的航行线路调控指令则对目标无人船舶当前监测时间段内的航行线路进行调控分析，具体的调控分析过程为：通过对开放港口的位置信息进行定位扫描获取，由此得到每个开放港口的位置坐标，同时对目标无人船舶与每个开放港口之间的距离进行获取，记为航行距值，将航行距值与预设的航行距阈值进行比较分析，将航行距值小于预设的航行距阈值的开放港口判定为可调航行地，同时对目标无人船舶与可调航行地之间的航行路线参数进行获取，得到应调控航行路线参数，并在显示终端进行显示通知。

34、作为本发明的进一步改进，一种无人船舶稳定运行控制方法，该方法包括以下步骤：

35、步骤一：对目标无人船舶的外界环境状态信息进行实时获取，得到目标无人船舶的外界环境状态信息，由此对目标无人船舶的外界环境状态进行判定分析，得到外界环境异常信号，依据得到的外界环境异常信号则触发监测指令，依据触发的监测指令则执行步骤二和步骤三；

36、步骤二：对目标无人船舶的关键部位状态信息进行监测分析，得到目标无人船舶关键部位的振况值和音况值，并取其数值进行计算处理，得到关键部位状态评估值，并执行步骤四；

37、步骤三：对目标无人船舶的运输物状态信息进行监测，得到目标无人船舶的移距值、体积值、移面值和温度值，并取其数值进行计算处理，得到运输物状态评估值，并执行步骤四；

38、步骤四：调取外界环境状态评估值，设置外界环境状态评估值的转化因子，依据计算处理，得到转化外界影响值，提取关键部位状态评估值、运输物状态评估值和转化外界影响值的数值进行归一化计算处理，得到稳定运行评估值，设置稳定运行评估值的阈值，将稳定运行评估值与稳定运行评估阈值进行比较分析，当稳定运行评估值大于或等于稳定运行评估阈值时，则生成不变航线信号，当稳定运行评估值小于稳定运行评估阈值时，则生成改变航线信号，并执行步骤五；

39、步骤五：依据接收的不变航线信号和改变航线信号，由此进行运行调整控制分析，得到应调控航行速度和应调控航行路线参数。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

41、本发明，通过实时获取气象参数和海洋参数等外界环境状态信息，并进行分析处理得到外界环境状态评估值，能够准确评估当前环境对无人船舶稳定运行的影响，当外界环境状态评估值超过预设阈值时，系统能够自动生成外界环境异常信号，并触发后续的监测指令，从而实现了对外界环境的全面监测与分析，不仅能够实时感知当前环境状态，还能够准确评估环境对稳定运行的影响，并在必要时触发相应的监测指令，确保了无人船舶在复杂多变的海洋环境中能够保持稳定的运行状态，提高了航行的安全性和可靠性；

42、通过基于外界环境异常信号，由此对目标无人船舶的关键部位状态信息和运输物状态信息进行监测分析，得到关键部位状态评估值和运输物状态评估值，同时在调取外界环境状态评估值，并设置外界环境状态评估值的转化因子，将外界环境对无人船舶稳定运行的影响进行量化处理，并与关键部位状态评估值和运输物状态评估值进行综合分析处理，得到稳定运行评估值，从而实现了能够准确判断无人船舶当前的运行状态，为接下来的运行调控提供了强有力的数据支撑，进一步提升了无人船舶的稳定运行性能；

43、通过对无人船舶当前的运行状态判定的结果，由此对无人船舶的航行速度和航行线路进行精准调控，若被判定为航线不变时，会对航行速度进行调控分析，得到应调控的航行速度，若被判定为航线改变时，会对航行线路进行调控分析，得到应调控的航行路线参数，从而实现了确保无人船舶能够根据实际情况进行灵活调整，为无人船舶的稳定运行提供了有力保障。