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水环境监测无人船远程控制系统与导航算法研究
| 论文题名： | 水环境监测无人船远程控制系统与导航算法研究 |
| 关键词： | 无人船;远程控制;导航算法;水域边界分割算法 |
| 摘要： | 我国“十四五”规划提出要进一步加强对水生态环境的保护，建立完善现代化生态环境监测体系，积极利用无人船等科技手段。无人船在水环境监测应用的关键技术难点是如何实现低延时的远程控制和快速的现场部署。本文面向水环境监测无人船系统，提出了一种基于5G和物联网技术的无人船远程控制通讯链路架构；提出了一种无人船可以在陌生水域快速部署的方法，即一种获取水域边界的水域边界分割算法。本文的主要研究内容如下： （1）面向水环境监测无人船的应用需求，提出了一种基于物联网技术的无人船软硬件整体架构方案，可支持多条无人船同时作业。 （2）设计了一种基于5G通信的无人船远程控制系统。通过对远程控制系统中的前端、后端、水域边界分割算法、全区域路径规划算法模组之间进行合理的逻辑关系及数据交互架构设计，提高了无人船的通讯距离、通讯带宽，实现了多条无人船的高并发功能，降低了无人船的远程控制延时率。 （3）提出了一种无人船实现无人驾驶所需要的全局地图的获取方法，一种水域边界分割算法。即在无人船第一次作业的陌生目标水域，一种获取水域边界岸线的算法，可以在较大程度上降低无人船在陌生水域的部署时间。 （4）搭建了一套水环境监测无人船实验平台。并对本文主要研究内容进行了仿真分析和实验，验证了无人船的远程控制延时率小于10ms；水域边界分割算法的计算时间小于10s；导航控制路径相对误差为3.89%，路径点到达率为100%。 本文主要面向水环境监测无人船系统，对无人船控制系统硬件系统设计、远程控制系统、导航控制算法系统进行了研究、设计和具体实现。并搭建了水环境无人船实验环境，对本文的主要研究内容进行了仿真分析和实验验证。提高了无人船的通信能力，降低了无人船的部署难度，使无人船达到现代化水环境监测的应用要求。 |
| 作者： | 龚雷锋 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 陈建魁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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