1.本发明涉及水下作业平台技术领域，特别涉及一种水下作业平台智能航行控制系统。
背景技术：
2.在物联网、大数据、人工智能等新技术和新方法的推动下，以数字化技术为基础、自主化为发展目标的渐进式船舶智能化模式已成为水面船舶发展的趋势和热点。智能功能在航运建设中的引入，将对船舶运营安全性、降本增效、降低船员疲劳程度具有重要作用和意义。智能功能主要体现在智能感知、智能决策、智能控制和智能执行方面，能够全链路实现少人或无人航行状态。
3.然而，与水面智能船舶技术发展态势相比，水下智能船舶的发展较为缓慢。与水面船舶相比，一是水下作业平台的执行机构冗余度相对较高，航行控制系统相对更为复杂；二是水下作业平台运动范围为三维空间，相比水面船舶二维平台的运动控制更为困难，尤其在深度方向，稍有不慎将发生触底事件，后果严重。随着水下感知手段和水声通信能力提升，水下平台的智能航行技术的应用显得尤为重要。目前，行业内对水下智能航行系统的认识大多停留在概念阶段，并无面向水下作业平台的完善的智能航行控制系统，不能很好的保障水下作业平台的安全航行和可靠作业。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明围绕水下作业平台的任务需求提出了一种水下作业平台航行控制系统，使用该系统有助于实现水下作业平台三维空间高精度安全航行控制，有利于保障水下作业平台安全航行和可靠作业。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.本发明提供一种水下作业平台智能航行控制系统，该系统包括：航行信息感知子系统、航行规划决策子系统、航行运动控制子系统和航行控制执行子系统，其中：
7.所述航行信息感知子系统，用于深度感知水下作业平台本体的相关航行信息，完成信息的分布式测量和融合处理，生成时间、空间基准统一关联的运动信息和环境信息，并传送至所述航行规划决策子系统和所述航行运动控制子系统；
8.所述航行规划决策子系统，用于利用航行信息感知子系统输出的信息，基于智能分析和处理算法对水下作业平台航行进行状态监控与态势分析，生成航行规划与决策信息发送至所述航行运动控制子系统；
9.所述航行运动控制子系统，用于接收航行运动控制子系统发送的航行规划与决策信息和/或输入的航行状态指令，并基于航行信息感知子系统提供的运动信息和环境信息，进行实时解算生成航行运动控制指令传送至所述航行控制执行子系统；
10.所述航行控制执行子系统，用于接收所述航行运动控制子系统传送的航行运动控制指令，控制执行机构进行动作，产生维持或改变水下作业平台航行运动状态需要的力和
力矩。
11.优选的，所述航行信息感知子系统包括：导航信息集成处理装置、惯性导航定位装置、声学导航定位装置、声学避障装置、运动参数测量装置、助航装置、辅助导航装置、海洋环境传感器以及海洋环境信息综合保障软件。
12.优选的，所述航行信息感知子系统深度感知水下作业平台本体的相关航行信息，所述相关航行信息包括：时空基准信息、目标态势信息和地理水文环境信息。
13.优选的，所述航行规划决策子系统包括：航行管理与监控软件、航行规划软件、辅助决策软件、三维电子海图数据库、航行态势显示软件和模拟训练软件。
14.优选的，所述航行运动控制子系统包括：航行控制器、数据采集控制装置和航行驾控台。
15.优选的，所述航行运动控制子系统生成的航行运动控制指令包括：推进控制指令、操舵控制指令、均衡控制指令和潜浮控制指令。
16.优选的，所述航行控制执行子系统包括：主推进器及驱动器、辅助推进器及驱动器、操舵装置、均衡水舱控制阀门及传感器、潜浮水舱通海阀、通气阀和吹除阀。
17.优选的，所述航行规划决策子系统，还用于利用航行信息感知子系统输出的信息，基于智能分析和处理算法对水下作业平台航行进行状态监控与态势分析，生成应急操纵信息指令发送至应急救生系统。
18.与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有如下有益技术效果：
19.本发明提供了一种水下作业平台智能航行控制系统，可感知获取水下作业平台的航行信息，对水下作业平台航行进行状态监控与态势分析生成航行规划与决策，精准执行动作产生维持或改变水下作业平台航行运动状态需要的力和力矩，实时控制水下作业平台的航行；使用该系统有助于实现水下作业平台三维空间高精度安全航行控制，有利于保障水下作业平台安全航行和可靠作业。
20.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
21.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
24.图1为本发明实施例提供的一种水下作业平台智能航行控制系统配置结构示意图。
25.图2为本发明实施例提供的一种水下作业平台智能航行控制系统信息流程示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.参照图1和图2所示，本发明实施例提供了一种水下作业平台智能航行控制系统，该系统主要包括：航行信息感知子系统、航行规划决策子系统、航行运动控制子系统和航行控制执行子系统。本发明提出的一种水下作业平台智能航行控制系统能够针对航行和作业保障的需求，基于大带宽通信网络，降低通讯链路和软件处理机制的复杂度，减少穿舱件的数量和节点数量，提高水下作业平台智能航行控制效率，建立了“全面感知—智能决策—实时控制—精准执行”的水下作业平台航行控制体系架构。
29.结合图1和图2所示，下面以某种场景下的本实施例的水下作业平台智能航行控制系统配置方案举例(具体配置见表1)，对本发明系统进行详细的介绍：
30.表1水下作业平台智能航行控制系统配置表
31.[0032][0033]
在一个具体的实施例中，水下作业平台航行信息感知子系统基于多传感器测量信息，通过多源导航信息融合和海洋环境信息融合处理技术，实现基于全方位、多维度信息深度融合的智能感知，获取水下作业平台本体的时空基准信息、目标态势信息和地理水文环境信息，是航行决策和控制的输入信息来源。主要由导航信息集成处理装置、惯性导航定位装置、声学导航定位装置、声学避障装置、运动参数测量装置、助航装置、辅助导航装置、海
洋环境传感器以及海洋环境信息综合保障软件组成。该子系统配置主要用于水下作业平台航行过程中的航路规划、航行态势评估、静/动态障碍物避碰、应急状态安全控制等功能。
[0034]
在一个具体的实施例中，水下作业平台航行规划决策子系统基于精确信息感知，通过深度学习和强化学习等人工智能分析和处理算法，提供智能化的系统管理、航行任务规划和航行决策建议，主要包括航行管理与监控软件、航行规划软件、辅助决策软件和三维电子海图数据库，以软件形式部署于全船一体化信息管理系统中。此外，根据对操作人员进行模拟训练的需求，优选配置一套模拟训练软件，实现水下作业平台在系泊条件下的航行和作业模拟训练。同时还优选的与信息管理系统和应急救生系统建立通信连接，将系统信息与状态信息发送至信息管理系统进行存储管理、将应急操纵信息发送至应急救生系统进行相应的应急动作。
[0035]
在一个具体的实施例中，水下作业平台航行运动控制子系统接收航行规划决策子系统或人工输入的航行指令，基于航行信息感知子系统提供的本船运动状态信息和环境信息，通过实时控制解算，实现水下作业平台的航行运动控制，主要由航行驾控台、航行控制器和数据采集控制装置组成。航行运动控制子系统通过以太网与全船一体化信息管理系统进行数据双向数据通讯，通过实时总线网络与均衡系统、推进系统、操舵系统、高压气潜浮系统和应急救生系统等系统进行双向数据通讯，能够实现水下作业平台三维空间高精度安全航行控制能力。
[0036]
在一个具体的实施例中，水下作业平台航行控制执行子系统通过实时总线接收航行运动控制子系统输出的各执行机构控制指令，如各推进器的转速(或回转角)指令、操舵系统的舵角指令、均衡移水和排注水需要的阀门开关指令、潜浮系统通海通气阀和吹除阀指令等，精准控制各执行机构实现要求的状态，产生维持或改变水下作业平台航行运动状态需要的力和力矩，保障水下作业平台安全航行和可靠作业。
[0037]
参见图2所示，本发明的一种水下作业平台智能航行控制系统的信息流程主要涉及以下部分：
[0038]
1)水下作业平台航行信息感知子系统完成基础信息分布式测量和融合处理，实现水下作业平台本体时空基准信息、目标态势信息和地理水文环境信息的深度感知，生成时间、空间基准统一且紧密关联的运动信息和环境信息，为用户提供协调、一致、实时、可靠的全面信息保障。
[0039]
2)水下作业平台航行规划决策子系统利用信息感知系统输出的最优融合运动状态信息和外部环境信息、作业系统信息等共享资源，基于智能分析和处理算法，实现水下作业平台航行状态监控、态势分析管理和应急决策，提供智能化系统管理、航行规划和决策支持的能力，以及危险情况下的应急处置。
[0040]
3)水下作业平台航行运动控制子系统基于航行规划决策子系统生成的或人工通过交互装置输入的航行状态指令，包括航迹、航向、深度、纵倾、横倾、速度、横移等，通过实时优化解算，生成不同航行和作业任务场景下的推进、操舵、均衡、潜浮等执行机构控制指令。
[0041]
4)水下作业平台航行运动执行子系统基于运动控制子系统的控制输出，包括主推进器和辅助推进器转速指令、操舵系统舵角指令、均衡系统排注水和移水指令、潜浮系统阀门指令，通过控制执行机构指令的精准执行，产生维持或改变水下作业平台运动状态需要
的力和力矩，保障水下作业平台最终任务目标的实现。
[0042]
通过上述实施的描述，本领域技术人员可获知，本发明实施例提供了一种水下作业平台智能航行控制系统，该系统包括：航行信息感知子系统、航行规划决策子系统、航行运动控制子系统和航行控制执行子系统；可感知获取水下作业平台的航行信息，对水下作业平台航行进行状态监控与态势分析生成航行规划与决策，精准执行动作产生维持或改变水下作业平台航行运动状态需要的力和力矩，实时控制水下作业平台的航行；使用该系统有助于实现水下作业平台三维空间高精度安全航行控制，有利于保障水下作业平台安全航行和可靠作业。
[0043]
本说明书中采用递进的方式描述，各个实施之间相同相似部分互相参见即可。本发明实施方式的未阐述部分可从相应的产品说明书或本领域现有技术中获取，属于本领域公知内容，不再作过多赘述。
[0044]
以上对本发明的各实施例进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。
[0045]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。