定 價(jià)：59 元
叢書名：普通高等教育智慧海洋技術(shù)系列教材
- 作者：向先波,楊少龍,劉志林
- 出版時(shí)間：2024/12/1
- ISBN：9787030804167
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：U66-39
- 頁碼：153
- 紙張：
- 版次：1
- 開本：16
智能船舶是近年來全球船舶工業(yè)的新熱點(diǎn)，也是海洋裝備戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域的重要新質(zhì)生產(chǎn)力。在此背景下，本書以小型無人艇代表的智能船舶為對象，從智能航行的角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了無人艇的自主航行原理與設(shè)計(jì)方法。全書內(nèi)容覆蓋了基本概念、運(yùn)動(dòng)建模、動(dòng)力推進(jìn)、航行控制、視覺感知、實(shí)艇案例等，旨在將智能船舶實(shí)現(xiàn)自主航行所需的多學(xué)科知識匯聚成體系化圖譜和綜合性案例。系統(tǒng)性的理論學(xué)習(xí)與思考實(shí)踐，讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論，學(xué)會設(shè)計(jì)工具，熟悉開發(fā)流程，鍛煉學(xué)生的工程設(shè)計(jì)與分析驗(yàn)證能力。
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2008.32011.2 University of Montpellier II, France系統(tǒng)自動(dòng)化及微電子
2000.92003.7 華中科技大學(xué)輪機(jī)工程碩士學(xué)位研究生(碩士)畢業(yè)
1996.92000.7 華中科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)士學(xué)位本科(學(xué)士)2017.11至今 華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院教授
2008.22011.1 法國國家科學(xué)研究院(CNRS)LIRMM機(jī)器人研究所Marie Curie ESR Research Fellow
2006.92006.12 德國維爾茨堡大學(xué)機(jī)器人與遠(yuǎn)程信息學(xué)研究所Erasmus Mundus Visiting Scholar機(jī)器人(水下機(jī)器人/無人船/移動(dòng)機(jī)器人) 、海洋智能裝備與系統(tǒng)已授權(quán)發(fā)明專利30余件（含美國專利3件），發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇（含SCI/EI論文160余篇），2020-至今連續(xù)入選愛思唯爾中國高被引學(xué)者（船舶與海洋工程學(xué)科）、斯坦福大學(xué)全球“前2%頂尖科學(xué)家”榜單，獲評中國人工智能學(xué)會杰出會員（首批）。以第一完成人獲2023日內(nèi)瓦國際發(fā)明展特許金獎(jiǎng)、2023中國交通運(yùn)輸協(xié)會技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、2022中國國際高新技術(shù)成果交易會優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)、2021海洋工程科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，作為主要完成人獲得省部級科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)等2項(xiàng)。2021.4至今 中國海洋學(xué)會深海技術(shù)分會，理事
2019.4至今 海洋工程裝備檢測試驗(yàn)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，理事
2018.4至今 國際自動(dòng)控制聯(lián)合會 TC7.2 Marine Systems技術(shù)委員會, 委員
2017.8至今 中國機(jī)械工程學(xué)會機(jī)器人分會，委員
2013.11至今 中國人工智能學(xué)會智能機(jī)器人專業(yè)委員會, 委員
目錄
第1章 智能船舶概述 1
1.1 智能船舶概念 1
1.2 船舶智能化特點(diǎn) 2
1.2.1 智能船舶主要特點(diǎn) 2
1.2.2 智能船舶主要功能 3
1.2.3 智能船舶關(guān)鍵技術(shù) 4
1.2.4 智能船舶船級社認(rèn)證 5
1.2.5 智能船舶的分類 6
1.3 國內(nèi)外智能船舶現(xiàn)狀 7
1.3.1 無人艇發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.3.2 大型智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀 12
思考與練習(xí) 14
第2章 無人艇運(yùn)動(dòng)建模與參數(shù)辨識 15
2.1 坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)定義 15
2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 16
2.3 動(dòng)力學(xué)建模 18
2.4 操縱運(yùn)動(dòng)模型 18
2.4.1 整體型模型 18
2.4.2 分離型模型 20
2.5 模型參數(shù)辨識方法 23
2.5.1 最小二乘辨識方法原理 23
2.5.2無 人艇三自由度辨識模型 24
2.6 模型參數(shù)辨識試驗(yàn)驗(yàn)證 24
2.6.1 無人艇操縱性試驗(yàn)對象與步驟 25
2.6.2 Z形操縱性試驗(yàn)步驟及結(jié)果分析 25
2.6.3 回轉(zhuǎn)操縱性試驗(yàn)步驟及結(jié)果分析 28
2.6.4 無人艇辨識模型驗(yàn)證 29
思考與練習(xí) 31
第3章 無人艇推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) 32
3.1 無人艇航行阻力 32
3.1.1 空氣阻力 32
3.1.2 水阻力 32
3.2 螺旋槳推進(jìn)特性 36
3.2.1 螺旋槳類型 36
3.2.2 螺旋獎(jiǎng)的水動(dòng)力特性 37
3.2.3 B系列螺旋槳圖譜及其回歸表達(dá)式 38
3.3 無人艇推進(jìn)動(dòng)力傳遞與效率分析 41
3.3.1 伴流系數(shù) 41
3.3.2 推力減額系數(shù) 42
3.3.3 船體效率 42
3.3.4 螺旋槳敞效率 42
3.3.5 相對旋轉(zhuǎn)效率 42
3.3.6 船舶后側(cè)工作的螺旋槳效率 43
3.3.7 推進(jìn)效率 43
3.3.8 軸效率 43
3.3.9 總效率 43
3.4 推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)常見設(shè)備選型 43
3.4.1 電池組 44
3.4.2 好調(diào)速器 48
3.4.3 無刷電機(jī) 49
3.4.4 螺旋槳 52
3.5 系泊試驗(yàn)與參數(shù)辨識 53
3.5.1 無人艇典型動(dòng)力系統(tǒng)介紹 53
3.5.2 無人艇動(dòng)力系統(tǒng)系泊試驗(yàn) 54
思考與練習(xí) 55
第4章 無人艇智能航行控制原理與設(shè)計(jì) 56
4.1 無人艇智能航行控制基本原理 56
4.2 制導(dǎo)算法原理與設(shè)計(jì) 58
4.2.1 航路跟蹤問題描述 58
4.2.2 LOS制導(dǎo)原理 58
4.3 PID路徑跟蹤控制算法設(shè)計(jì) 59
4.4 自抗擾路徑跟蹤控制算法設(shè)計(jì) 62
4.4.1 自抗擾控制技術(shù)基本理論 62
4.4.2 廣義漂角補(bǔ)償路徑跟蹤控制算法 65
4.4.3 路徑跟蹤仿真驗(yàn)證 71
4.5 避障控制算法設(shè)計(jì) 75
4.5.1 靜態(tài)避障 75
4.5.2 動(dòng)態(tài)避障 76
思考與練習(xí) 82
第5章 無人艇視覺識別與相對定位 83
5.1 單目相機(jī)模型 83
5.1.1 線性模型 83
5.1.2 非線性模型 85
5.2 光學(xué)圖像預(yù)處理 87
5.2.1 灰度轉(zhuǎn)換 87
5.2.2 醜濾波 87
5.2.3 圖像邊緣檢測 89
5.3 水面圖像去霧處理 91
5.3.1 暗通道先驗(yàn)理論 91
5.3.2 基于暗通道先驗(yàn)的圖像去霧 92
5.3.3 暗通道先驗(yàn)去霧算法改進(jìn) 93
5.3.4 試驗(yàn)仿真及結(jié)果分析 96
5.4 視覺相機(jī)標(biāo)定和圖像校正 98
5.4.1 張氏標(biāo)定法 99
5.4.2 標(biāo)定實(shí)現(xiàn)與圖像校正 102
5.5 基于視覺的水面目標(biāo)檢測方法 105
5.5.1 YOLOV4-Tiny水面對接目標(biāo)檢測 105
5.5.2 基于顏色閾值分割的水面對接目標(biāo)精細(xì)檢測 110
5.5.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析 113
5.6 基于單目視覺的水面目標(biāo)相對位姿測量方法 114
5.7 基于基準(zhǔn)標(biāo)記的水面目標(biāo)視覺定位方法 116
5.7.1 STag標(biāo)記的特征及檢測方法 117
5.7.2 無人艇視覺導(dǎo)引系統(tǒng)中STag標(biāo)記的檢測實(shí)例 120
5.7.3 基于EPnP的目標(biāo)相對定位方法 121
思考與練習(xí) 124
第6章 無人艇智能航行控制案例設(shè)計(jì)與分析 125
6.1 無人艇智能航行控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 125
6.1.1 智能航行控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì) 125
6.1.2 艇載嵌入式軟件架構(gòu)設(shè)計(jì) 129
6.1.3 岸基端上位機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) 131
6.1.4 開源通用上位機(jī)軟件案例 133
6.2 通信協(xié)議原理與設(shè)計(jì) 135
6.2.1 NMEA0183協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)格式 136
6.2.2 MavLink輕量化通信協(xié)議 139
6.2.3 自定義軟件通信協(xié)議 144
6.3 無人艇自主對接回收控制案例設(shè)計(jì)與分析 145
6.3.1 自主對接回收控制系統(tǒng)介紹 145
6.3.2 自主對接回收控制系統(tǒng)傳感器濾波 147
6.3.3 自主對接回收驗(yàn)證試驗(yàn) 147
6.3.4 避障控制下的靜態(tài)靠泊驗(yàn)證試驗(yàn) 150
思考與練習(xí) 153
參考文獻(xiàn) 154
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