定 價(jià)：59 元
叢書(shū)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(lèi)：U66-39
- 頁(yè)碼：153
- 紙張：
- 版次：1
- 開(kāi)本：16
智能船舶是近年來(lái)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(shū)以小型無(wú)人艇代表的智能船舶為對(duì)象，從智能航行的角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了無(wú)人艇的自主航行原理與設(shè)計(jì)方法。全書(shū)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(jué)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(shí)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(huì)設(shè)計(jì)工具，熟悉開(kāi)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(guó)國(guó)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(guó)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(wú)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(zhuān)利30余件（含美國(guó)專(zhuān)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(ài)思唯爾中國(guó)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(píng)中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)杰出會(huì)員（首批）。以第一完成人獲2023日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展特許金獎(jiǎng)、2023中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、2022中國(guó)國(guó)際高新技術(shù)成果交易會(huì)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(jí)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)等2項(xiàng)。2021.4至今 中國(guó)海洋學(xué)會(huì)深海技術(shù)分會(huì)，理事
2019.4至今 海洋工程裝備檢測(cè)試驗(yàn)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，理事
2018.4至今 國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì) TC7.2 Marine Systems技術(shù)委員會(huì), 委員
2017.8至今 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)器人分會(huì)，委員
2013.11至今 中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能機(jī)器人專(zhuān)業(yè)委員會(huì), 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(jí)社認(rèn)證 5
1.2.5 智能船舶的分類(lèi) 6
1.3 國(guó)內(nèi)外智能船舶現(xiàn)狀 7
1.3.1 無(wú)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(wú)人艇運(yùn)動(dòng)建模與參數(shù)辨識(shí) 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(shí)方法 23
2.5.1 最小二乘辨識(shí)方法原理 23
2.5.2無(wú) 人艇三自由度辨識(shí)模型 24
2.6 模型參數(shù)辨識(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證 24
2.6.1 無(wú)人艇操縱性試驗(yàn)對(duì)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(wú)人艇辨識(shí)模型驗(yàn)證 29
思考與練習(xí) 31
第3章 無(wú)人艇推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) 32
3.1 無(wú)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(lèi)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(wú)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(duì)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(jiàn)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(wú)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(shí) 53
3.5.1 無(wú)人艇典型動(dòng)力系統(tǒng)介紹 53
3.5.2 無(wú)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(wú)人艇智能航行控制原理與設(shè)計(jì) 56
4.1 無(wú)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(wèn)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(wú)人艇視覺(jué)識(shí)別與相對(duì)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(cè) 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(jué)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(jué)的水面目標(biāo)檢測(cè)方法 105
5.5.1 YOLOV4-Tiny水面對(duì)接目標(biāo)檢測(cè) 105
5.5.2 基于顏色閾值分割的水面對(duì)接目標(biāo)精細(xì)檢測(cè) 110
5.5.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析 113
5.6 基于單目視覺(jué)的水面目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量方法 114
5.7 基于基準(zhǔn)標(biāo)記的水面目標(biāo)視覺(jué)定位方法 116
5.7.1 STag標(biāo)記的特征及檢測(cè)方法 117
5.7.2 無(wú)人艇視覺(jué)導(dǎo)引系統(tǒng)中STag標(biāo)記的檢測(cè)實(shí)例 120
5.7.3 基于EPnP的目標(biāo)相對(duì)定位方法 121
思考與練習(xí) 124
第6章 無(wú)人艇智能航行控制案例設(shè)計(jì)與分析 125
6.1 無(wú)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(kāi)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(wú)人艇自主對(duì)接回收控制案例設(shè)計(jì)與分析 145
6.3.1 自主對(duì)接回收控制系統(tǒng)介紹 145
6.3.2 自主對(duì)接回收控制系統(tǒng)傳感器濾波 147
6.3.3 自主對(duì)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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