在人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的科技背景下,無人船舶逐漸成為行業(yè)焦點(diǎn)和發(fā)展的趨勢。無人船舶技術(shù)綜合性強(qiáng),覆蓋面廣,涉及多門學(xué)科、多個領(lǐng)域,而船舶自主靠離泊技術(shù)則是研究無人船舶技術(shù)的一個重點(diǎn)。考慮到船舶在自主靠離泊過程中存在慣性大,操縱性、航向穩(wěn)定性弱等缺點(diǎn),目前難以在運(yùn)營船舶上進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。本文設(shè)計了一套融合SLAM技術(shù)的“雙槳雙舵電力推進(jìn)”實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng),用于對自主靠離泊技術(shù)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究內(nèi)容如下:（1）闡述了船舶自主靠離泊技術(shù)的研究背景和意義。從需求、操縱性進(jìn)行分析,給出“雙槳雙舵電力推進(jìn)”的靠離泊實(shí)驗(yàn)平臺的具體設(shè)計方案。然后對實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)建模,設(shè)計了基于PID算法和模糊PID算法的航向控制器,并進(jìn)行了 45°和90°的航向控制仿真實(shí)驗(yàn)。（2）結(jié)合SLAM,技術(shù),以激光雷達(dá)為輔助設(shè)備,對靠離泊環(huán)境進(jìn)行掃描和地圖構(gòu)建。為消除自主靠離泊過程中出現(xiàn)的船舶大角度變化帶來地圖匹配混亂的問題,本文在原LOAM算法的基礎(chǔ)上,加入了特征點(diǎn)處理環(huán)節(jié),提高地圖的匹配精度,得到實(shí)時高精度的地圖構(gòu)建結(jié)果。同時又加入了“重定位”功能,來應(yīng)對自主靠離泊過程中反復(fù)掃描同一區(qū)域的情況,進(jìn)一步... 

【文章來源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．?４?ＳＬＡＭ系統(tǒng)框架??Ｆｉｇ．?１．４?ＳＬＡＭ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ??ＳＬＡＭ的研宄算法眾多，目前主流的ＳＬＡＭ算法有以下幾種：??ｌ一

?自主靠離泊實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)???②實(shí)驗(yàn)平臺空間布置應(yīng)考慮完整穩(wěn)性、對稱性等因素。設(shè)備分布要保證平臺的浮態(tài)??和穩(wěn)性，船舶運(yùn)動時，設(shè)備保持平穩(wěn)且運(yùn)行穩(wěn)定，不存在安全隱患。??③實(shí)驗(yàn)平臺采用電力推進(jìn)，推進(jìn)裝置為兩只全回轉(zhuǎn)吊艙推進(jìn)器，布置在船尾，根據(jù)??框架結(jié)構(gòu)對吊艙推進(jìn)器進(jìn)行合理優(yōu)化�！�??１??（８）電磁兼容設(shè)計??影響系統(tǒng)正常工作的電磁環(huán)境包括外部強(qiáng)Ｍ號千擾和系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互干擾。系??統(tǒng)所處的工作環(huán)境，從總體布局到分系統(tǒng)設(shè)計都有必要采取一系列抗干擾措施，以減小??干擾對設(shè)備的影響，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。在電磁兼容性設(shè)計時，主要考慮采取屏蔽、濾??波、接地、布線、電路設(shè)計和設(shè)備合理布局等多種措施。??．Ｉ?ｉ??綜上所述，最終靠離泊實(shí)驗(yàn)平臺整體設(shè)計如下：??…．一??／＾１??圖２．?１實(shí)驗(yàn)平臺整體設(shè)計??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??２．５本章小結(jié)??為了方便對基于ＳＬＡＭ技術(shù)的自主靠離泊技術(shù)進(jìn)行實(shí)船驗(yàn)證，本章對實(shí)驗(yàn)平臺的需??求進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺的操縱性能分析，給出一套“雙槳雙舵電力推進(jìn)”的靠離??泊實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計方案，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)平臺控制系統(tǒng)的搭建提供依據(jù)。??－１６?－??

?大連海事大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文???３靠離泊實(shí)驗(yàn)平臺建模與航向控制仿真??３．１引言??根據(jù)目前國內(nèi)外對于雙推進(jìn)器結(jié)構(gòu)船舶建模的研宄，本章對實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了數(shù)學(xué)建??模和航向控制器的設(shè)計。首先對實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，選取合適的建模方法對其建立??運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，采用不同的控制算法進(jìn)行航向、航速、軌跡等一系列控制器的設(shè)計和仿??真，通過所得仿真結(jié)果總結(jié)該結(jié)構(gòu)無人艇的運(yùn)動特性。本文采用的雙體結(jié)構(gòu)無人艇［６８］??如圖３．１所示：??ｉ？■丨?１?氫■轉(zhuǎn)．＾??無線網(wǎng)咖??ＧＰＳ天線－數(shù)據(jù)傳輸１??臟電池、控觸＾??圖３．＇１雙槳雙舵無人艇??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｗｉｎ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?Ｔｗｉｎ－ｒｕｄｄｅｒ?ＵＳＶ??Ｉ?＼??３．２船舶運(yùn)動數(shù)學(xué)模型??ｌ?卜?■?？，??３．２．１運(yùn)動坐標(biāo)系的建立??船舶在航行過程中，不僅會受到風(fēng)浪等環(huán)境因素的干擾，還會受到螺旋槳等船舶自??身的各種力和力矩的作用，所以船舶的運(yùn)動過程十分復(fù)雜。船舶運(yùn)動不是簡單的二維??空間運(yùn)動，而是復(fù)雜的三維空間運(yùn)動，通常被稱為船舶的六自由度運(yùn)動。其中有圍??繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動，當(dāng)船舶在運(yùn)動時，我們可以將運(yùn)動的船舶視??為一個剛體［６９】。其中船舶沿著坐標(biāo)軸各個方向上力和力矩的關(guān)系如表３．１所示：??－１７?－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超大型船舶靠泊安全因素分析[J]. 龐璽斌.  天津航海. 2019(04)
[2]航運(yùn)，向智能邁進(jìn)[J]. 張寶晨.  中國海事. 2019(12)
[3]無人駕駛技術(shù)在未來智慧港口的應(yīng)用[J]. 孫羽,汪沛.  珠江水運(yùn). 2019(23)
[4]集裝箱碼頭智能化發(fā)展建議[J]. 李鑫,杜尊峰,趙羿羽,金偉晨.  港口科技. 2019(11)
[5]無人船發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 陳映彬.  科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新. 2019(02)
[6]基于卡爾曼濾波與粒子濾波的SLAM研究綜述[J]. 孫海波,童紫原,唐守鋒,童敏明,紀(jì)玉明.  軟件導(dǎo)刊. 2018(12)
[7]智能車輛自動泊車路徑跟蹤的非光滑控制策略[J]. 江浩斌,李臣旭,馬世典,丁世宏,張超.  江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(05)
[8]Study on Ship Automatic Berthing System with Mooring Lines[J]. K.U.Yang,J.G.Hur,M.S.Choi,D.J.Yeo,J.H.Byun.  China Ocean Engineering. 2017(01)
[9]基于激光三維視覺的船舶靠泊動態(tài)監(jiān)測技術(shù)[J]. 閆曉飛,劉澤西,李穎,劉瑀,周穎.  激光與紅外. 2016(12)
[10]拖輪在船舶靠離泊操縱中的應(yīng)用[J]. 楊建山.  港口經(jīng)濟(jì). 2016(04)

博士論文
[1]基于船舶操縱性試驗(yàn)分析的辨識建模研究[D]. 張心光.上海交通大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于激光雷達(dá)的大范圍環(huán)境地圖構(gòu)建與重定位[D]. 丁超.大連理工大學(xué) 2019
[2]基于激光雷達(dá)的分布式SLAM研究[D]. 朱浩.浙江大學(xué) 2019
[3]欠驅(qū)動無人艇自主靠泊方法研究[D]. 張偉斌.哈爾濱工程大學(xué) 2017
[4]欠驅(qū)動船舶運(yùn)動的自適應(yīng)迭代滑模控制研究[D]. 代昌盛.大連海事大學(xué) 2017
[5]基于三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的船舶靠泊監(jiān)測技術(shù)[D]. 閆曉飛.大連海事大學(xué) 2017
[6]基于水動力性能的高速三體船船型與構(gòu)型優(yōu)化[D]. 吳銘浩.武漢理工大學(xué) 2013
[7]大型船舶自主靠泊方法的研究[D]. 李日嶺.大連海事大學(xué) 2012
[8]大型集裝箱船舶操縱控制建模與仿真的研究[D]. 劉挺.大連海事大學(xué) 2010



本文編號：3013393