基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法及系统与流程

本发明涉及数字孪生航道构建，特别是一种基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法及系统。

背景技术：

1、过去航道水深数据采集依靠人工+设备的方式开展，将单波束或者多波束水深测量设备固定在船舶上，依靠人工控制航线来采集数据，采集后内业开展数据处理形成水深点数据，用于构建数字孪生航道。其具有需要人工参与，成本高、效率低、耗时间等缺点。

2、近年来，随着算力、物联网和显示技术的革命性升级推进着数字世界和物理世界的相互融通并不断进阶，促进了新一代信息技术与可视化技术的深度融合，数字孪生技术也应运而生并迅速得到广泛关注，现已被列为十大战略科技发展趋势之一。数字孪生技术作为在信息数字世界仿真、优化及可视化物理世界的全新技术，依托大数据和人工智能等技术，为人们带来了全新的感知和体验方式。在历经概念培育和技术方案架构，现已正式步入建设实施落地阶段，目前被广泛应用于航空航天、电力、船舶、城市管理以及建筑等各个领域，并展现出巨大的应用潜力。如何将数字孪生更好的应用于航道构建上，提高数字航道的准确性，及时性、有效性和降低人为参与。

3、针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法及系统，通过无人艇自动巡航，从巡航数据中提取所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据，再根据提取的数据构建数字孪生航道，建立动态感知、自主巡航、场景自动构建的孪生航道快速构建体系。有效提高数字航道的准确性。

2、本申请提供了一种基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，包括以下步骤：

3、无人艇依据巡航路线航行，并在航行过程中采集巡航数据；

4、对所述巡航数据进行分析，提取出其中的实时航道数据、动态航迹数据和水文气象数据；

5、根据所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据建立数字孪生航道。

6、进一步地，还包括，根据预设巡航范围与ais轨迹数据，建立所述巡航路线。

7、进一步地，所述根据预设巡航范围与ais轨迹数据，建立所述巡航路线，包括：

8、将所述预设巡航范围与所述ais轨迹数据结合，从所述ais轨迹数据中提取能够反映船舶航行规律和表征轨迹特点的轨迹关键特征点；以数据密度搜索基础图为搜索的基础，以不同等级的轨迹交汇点为起点，进行搜索扩展，得到所述巡航路线。

9、进一步地，还包括：根据所述动态航迹数据对所述巡航路线进行更新。

10、进一步地，还包括，

11、用所述无人艇上的视觉相机采集航行过程中的图像；

12、用所述无人艇上的水深传感器采集航行过程中的水深数据；

13、用所述无人艇上的船舶ais采集器采集航行过程中的船舶数据；

14、用所述无人艇上的雷达感知器采集航行过程中的避障数据；

15、用数据获取器采集航行过程中的水文气象信息；

16、所述巡航数据包括所述航行过程中的图像、所述航行过程中的水深数据、所述航行过程中的船舶数据、所述水文气象信息和所述航行过程中的避障数据；

17、所述航行过程中的图像与所述航行过程中的水深数据用于得到所述实时航道数据；

18、所述航行过程中的图像、所述航行过程中的船舶数据和所述航行过程中的避障数据用于得到所述动态航迹数据；

19、所述水文气象数据用于解析出所述水文气象数据。

20、进一步地，所述根据所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据建立数字孪生航道，包括：

21、将航道基础设施模型与所述实时航道数据中的基础设置数据相结合，建立航道基础设施场景；

22、根据所述实时航道数据中的水深数据建立航道水深地形场景；

23、根据所述水文气象数据建立水文气象动态演变场景。

24、进一步地，还包括：对提出的所述实时航道数据、动态航迹数据和水文气象数据进行存储的格式为xml分布式空间数据组织存储方法。

25、本发明的另一方面，提供了一种基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建系统，包括：

26、无人艇，用于依据巡航路线航行，并在航行过程中采集巡航数据；

27、数据分析存储模块，用于对所述巡航数据进行分析，提取出其中的实时航道数据、动态航迹数据和水文气象数据；

28、孪生数字构建模块，用于根据所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据建立数字孪生航道。

29、进一步地，还包括自主感知巡航模块，用于根据预设航道航路图与ais轨迹数据，建立所述巡航路线，以及根据所述动态航迹数据对所述巡航路线进行更新。

30、进一步地，所述自主感知巡航模块包括所述无人艇，还包括：

31、设置于所述无人艇上的视觉相机，用于采集航行过程中的图像；

32、设置于所述无人艇上的水深传感器，用于采集航行过程中的水深数据；

33、设置于所述无人艇上的船舶ais采集器，用于采集航行过程中的船舶数据；

34、设置于所述无人艇上的雷达感知器，用于采集航行过程中的避障数据；

35、设置于所述无人艇上的数据获取器，用于采集航行过程中的水文气象信息。

36、本发明提供的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法及系统与现有技术相比，具有以下有益效果：

37、本申请采用包括以下步骤：无人艇依据巡航路线航行，并在航行过程中采集巡航数据；对所述巡航数据进行分析，提取出其中的实时航道数据、动态航迹数据和水文气象数据；根据所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据建立数字孪生航道的设计；通过所述无人艇依据所述巡航路线进行自动巡航，并在巡航过程中自动采集所述航道数据，经过对所述航道数据进行分析，提取出其中的所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据，再将提取的各数据分别进行对应处理，构建出信息全面的数据孪生航道。本申请通过自主感知巡航、数据自动融合等构建数字孪生航道，建立动态感知、自主巡航、场景自动构建的孪生航道快速构建体系。有效提高数字航道的准确性，及时性、有效性和降低人为参与。

技术特征：

1.一种基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，其特征在于，还包括，根据预设巡航范围与ais轨迹数据，建立所述巡航路线。

3.根据权利要求2所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，其特征在于，所述根据预设巡航范围与ais轨迹数据，建立所述巡航路线，包括：

4.根据权利要求3所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，其特征在于，还包括：根据所述动态航迹数据对所述巡航路线进行更新。

5.根据权利要求3所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，其特征在于，还包括，

6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，其特征在于，所述根据所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据建立数字孪生航道，包括：

7.根据权利要求6所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法，其特征在于，还包括，对提出的所述实时航道数据、动态航迹数据和水文气象数据进行存储的格式为xml分布式空间数据组织存储方法。

8.一种基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建系统，其特征在于，还包括自主感知巡航模块，用于根据预设航道航路图与ais轨迹数据，建立所述巡航路线，以及根据所述动态航迹数据对所述巡航路线进行更新。

10.根据权利要求9所述的基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建系统，其特征在于，所述自主感知巡航模块包括所述无人艇，还包括：

技术总结本发明涉及数字孪生航道构建技术领域，特别是一种基于自主巡航无人艇的数字孪生航道快速构建方法及系统；所述方法包括以下步骤：无人艇依据巡航路线航行，并在航行过程中采集巡航数据；对所述巡航数据进行分析，提取出其中的实时航道数据、动态航迹数据和水文气象数据；根据所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据建立数字孪生航道。通过无人艇自动巡航，从巡航数据中提取所述实时航道数据、所述动态航迹数据和所述水文气象数据，再根据提取的数据构建数字孪生航道，建立动态感知、自主巡航、场景自动构建的孪生航道快速构建体系。有效提高数字航道的准确性。技术研发人员：毕金强,高邈,鲍可馨,张文嘉,王培人,秦柳受保护的技术使用者：交通运输部天津水运工程科学研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29