研究方向

从感知到决策,再到控制与验证,构建端到端的自主航行体系。

1. 智能感知与态势理解

智能感知与态势理解
  • 跨模态多传感器融合(视觉、雷达、AIS、GNSS、IMU)
  • 海面目标检测、语义分割、跟踪与再识别
  • 恶劣海况与边缘条件下的鲁棒感知

2. 规则约束的决策与航迹规划

规则约束的决策与航迹规划
  • 符合 COLREGs 的避碰策略与博弈建模
  • 基于学习/搜索/优化的混合规划框架
  • 不确定性与风险感知的安全评估

3. 定位与控制

定位与控制
  • 高精度定位与状态估计(滤波与平滑)
  • 运动控制与轨迹跟踪(MPC/鲁棒控制)
  • 闭环系统可靠性与冗余设计

4. 仿真平台与实船试验

仿真平台与实船试验
  • 高保真环境建模与数字孪生
  • 半实物在环与硬件在环测试
  • 近海与内河场景的实船验证

科研项目

三峡-葛洲坝船闸水域船舶编队协同过闸

时间:2019.06-2019.11

依托国家自然科学基金项目(52001240),研发了船舶编队过闸船岸协同控制系统,实现了领航船航速自动控制、跟随船距离保持自动控制、闸室自动停船控制等功能。

在三峡-葛洲坝船闸水域开展了多次船舶编队协同过闸测试,距离跟踪误差为2.43 m,速度跟踪误差为0.33 m/s,提高了通航枢纽多船过闸效率。

三峡库区船舶编队控制系统

时间:2023.04.16

2023年4月16日,在重庆广阳坝水域进行了3艘船舶的编队航行控制测试,实现了全航程编队自适应航速控制与距离保持,突破了编队信息交互、高精度融合定位、间距保持、辅助驾驶等关键技术。

重庆万州船舶编队控制系统

自主研发了内河船舶编队航行控制系统,具有编队感知、队形控制、距离保持、航速控制、岸基监控功能,实现船舶编队距离检测精度优于1.5 m,平均跟踪误差小于设定距离的15%,编队整体稳定所需时间为30 s;自主研发了内河船舶远程驾控系统,具有状态感知、航速控制,通过差速实现转向,通信延迟小于1.5 s,控制指令响应速度迅速,在减少船舶配员的情况下提高了船舶航行的安全性。

研究视频

以下为本学习小组研究相关演示视频:

Dynamic Domain-Based Collision Avoidance System

研究领域:自主船舶避碰

该视频是对论文《Dynamic Domain-Based Collision Avoidance System for Autonomous Ships: Real Experiments in Coastal Waters》的实证演示。视频核心内容展示了自主船(Own Ship, OS)如何应用论文提出的基于虚拟势场的局域路径规划算法,在复杂海洋环境中实现高效安全的碰撞避免。

视频中,你可以看到自主船在多种相遇场景下的表现,包括与虚拟目标船(Virtual TS)和真实渡轮(Real TS)之间的对遇(Head-on)、交叉(Crossing)和追越(Overtaking)情况。这包含了论文中描述的案例,目标船航向变化导致自主船进行第二次转向规避的动态过程。

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Model Predictive Artificial Potential Field Method

研究领域:船舶运动规划

该视频是对论文《A novel model predictive artificial potential field based ship motion planning method considering COLREGs for complex encounter scenarios》的直观演示,专注于展示其在多船复杂相遇场景下的运动规划能力。

视频内容清晰地模拟了自主船(OS)在多艘目标船(TSs)周围进行路径规划和避碰的过程。画面中可见自主船航行于一片深蓝色水域,周围散布着多个黄色圆形障碍物,代表了论文中可能提及的静态或动态目标。自主船灵活地调整航向与航速,以避免与这些障碍物发生碰撞。右下角标注的“speed x 100”和“scale x 2.5”表示视频对实际航行速度和场景比例进行了放大,以便更好地展示算法的动态响应。

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