【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能船舶，尤其是涉及一种基于交互式指点控制的智能游船导航系统及其方法。
技术介绍
1、随着水上旅游与休闲活动的日益普及，智能导航技术在游船管理与运营中的重要性愈发凸显。传统的游船导航系统大多依赖人工操作与简单的gps定位，不仅效率低下，且在复杂水域环境下难以有效应对突发状况，如水道拥堵、航行障碍、环境变化等。此外，随着游客对个性化与便捷性需求的提升，传统导航方式已不能满足高效、安全、灵活的现代游船导航要求。
2、近年来，人工智能、物联网、大数据分析以及先进的路径规划算法的迅速发展，为智能导航系统提供了强大的技术支持。特别是交互式技术的应用，使得用户能够更直观、简便地参与到航行规划过程中，提高了用户体验和航行安全性。然而，现有的智能导航系统往往缺乏对动态环境的即时反应能力，尤其是在处理多船协同航行、动态障碍规避以及复杂水域规则限制方面存在不足。
3、因此，研发一种能够实时响应水域动态变化、支持交互式指点控制、并具备多点智能规划能力的游船导航系统显得尤为迫切。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种基于交互式指点控制的智能游船导航系统及其方法，解决传统导航系统在安全性、效率、用户体验和多船管理方面的不足问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于交互式指点控制的智能游船导航系统，系统包括：
3、监控显示模块，用于在游船启动后显示航行界面，界面包含水域地图和游船状态，其中，水域地图包括可航
4、单点指航指令接收模块，响应于游船状态及监控界面中的用户操作，点击“指点航行”按钮，游船处于可航行状态时，允许用户通过鼠标或其他输入设备对游船图标进行拖动或点击操作，以指定起始点ps和目标点pm，关闭“指点航行”之后，恢复手动驾驶。
5、航线规划模块，根据用户指定的目标点pm和当前游船位置点pd，结合水域地图信息，利用动态邻域势场路径规划算法自动规划航线，并考虑水域限制，包括警告航行区域、禁止航行区域的限制，并设置避障机制；航行规划模块还包括动态邻域势场路径规划算法，能够实时监测航道上的动态障碍，并在规划航线时自动绕行并更新路径。
6、多点指航处理模块，支持用户一次性或分步指定多个目标点，并自动生成最优的多点航行序列，允许用户调整点序，系统根据调整提供符合航行约束条件的航线建议；多点指航处理模块还包括智能排序算法，负责向用户推荐符合用户偏好的多点行径路线。
7、实时协调与广播模块，负责监测多艘游船的航线，通过无线通信技术广播航行信息，采用加密通信协议，确保航行数据的安全传输，并具备冲突预警功能确保多船之间无冲突，实现有序航行。
8、用户交互界面模块，用于提供清晰的指引和反馈，使用户能够直观地在监控界面上切换至指点模式，执行指点操作，以及实时查看航线规划结果与修正建议。
9、优选方案中，监控显示模块中水域地图信息，包括可航线区域、船坞、停泊位、警告航行区域以及禁止航行区域，告警线圈起来的水域为可航线区域，可航线区域包括景点、充电点、静态障碍物，告警线外围设有禁行线，告警线与禁行线之间的水域为警告航行区域，禁行线外为禁止航行区域，告警线和禁行线靠近船坞的位置设有入口pr，船坞处设有多个停泊位。
10、游船状态，其中，绿色表示可预定，蓝色表示被预定或正在航行中，红色表示故障船。
11、优选方案中，监控显示模块进一步包括电子围栏集成显示，用于视觉上明确水域内的可航行区域、警告航行区域和禁止航行区域。
12、优选方案中，航线规划模块，当前游船位置点pd为可航行区域任意一点，包括起始点ps，当船只位于可航行区域之外，需将游船位置调整至可航行区域或调整至起始点，然后完成指点航行。
13、优选方案中，各游船与交互式指点控制的智能游船导航系统之间数据传输采用modbus或tcp/ip协议，通讯接口采用rs485、4-20ma或rs232型式。
14、本专利技术还提供一种智能游船导航方法，包括以下步骤：
15、s1、启动监控界面并显示航行相关信息；
16、s2、接收用户通过指点操作指定目标点，可进行单点指航或多点指航；
17、s3、利用动态邻域势场路径规划算法，自动规划航线，包括航线优化、避障处理及电子围栏限制下的航线修正；
18、s4、支持多点指航的规划与调整，利用智能排序算法，提供最优航线建议；
19、s5、实施多船间的航行协调，确保无冲突航行；
20、s6、提供实时的航行状态反馈与用户交互指导。
21、优选方案中，动态邻域势场路径规划算法，能够实时监测航道上的动态障碍，并在规划航线时自动绕行并更新路径，以避免碰撞，算法具体步骤包括：
22、s11、地图信息建模与预处理：构建水域图，使用来表示水域，其中节点包含游玩区域的入口pr、景点、充电点、船坞及停泊位，边代表连通关系及航行成本，航行成本包括距离、时间、能量消耗，并将可航线区域、警告航行区域和禁止航行区域分别用不同属性的多边形、、标记。
23、s12、静态路径规划：应用a*算法在图中搜索当前游船位置点pd和目标点pm的最短路径，同时考虑静态障碍物导致的航道限制，设置静态障碍物节点，通过极大化权重增加其通行成本，极大化权重增加船只经过静态障碍物节点通行成本。
24、若当前游船位置点pd位于停泊位或禁止航行区域，规划路径需经过入口pr，若当前游船位置点pd位于可航线区域，可直接规划当前游船位置点pd和目标点pm的路径。
25、s13、基于势能函数的路径规划；对于每艘游船，利用邻域半径判断游船周围是否有动态障碍物，并利用每艘船的势能函数，获得邻域内每艘游船的势能，使游船优先在势能低的区域航行，利用a*算法更新最优路径。
26、s14、多目标优化：考虑路径长度、能耗和时间作为优化目标，使用遗传算法或粒子群优化算法求解多条可行路径，选择综合评分最高的一条路径作为默认路径，或基于用户偏好推荐最优路径。
27、优选方案中，步骤s13中，利用邻域半径判断游船周围是否有动态障碍物，邻域半径计算公式为；
28、；
29、其中，表示第艘船在时间时的动态邻域半径；是第艘船在时间的速度，是与速度相关的系数；为常数，用于调整电量权重因子对邻域半径的影响程度，，根据游船当前电量调整系数，是电量阈值。
30、优选方案中，步骤s13中，第艘船的一个势能函数为，具体公式为：
31、；
32、其中，表示游船的吸引势能，表示游船的排斥势能；
33、；
34、其中，为一个常数，表示游船位置到目标的欧几里得距离。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，监控显示模块中水域地图信息，包括可航线区域（2）、船坞（8）、停泊位（7）、警告航行区域（4）以及禁止航行区域（6），告警线（3）圈起来的水域为可航线区域（2），可航线区域（2）包括景点，充电点、静态障碍物，告警线（3）外围设有禁行线（5），告警线（3）与禁行线（5）之间的水域为警告航行区域（4），禁行线（5）外为禁止航行区域（6），告警线（3）和禁行线（5）靠近船坞（8）的位置设有入口Pr（9），船坞处设有多个停泊位（7）；
3.根据权利要求2所述的基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，监控显示模块进一步包括电子围栏集成显示，用于视觉上明确水域内的可航行区域（2）、警告航行区域（4）和禁止航行区域（6）。
4.根据权利要求1所述的基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，航线规划模块，当前游船（1）位置点Pd为可航行区域（2）任意一点，包括起始点Ps，当船只位于可航行区域（2）之外
5.根据权利要求1所述的基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，各游船与交互式指点控制的智能游船导航系统之间数据传输采用Modbus或TCP/IP协议，通讯接口采用RS485、4-20mA或RS232型式。
6.一种智能游船导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种智能游船导航方法，其特征在于，动态邻域势场路径规划算法，能够实时监测航道上的动态障碍，并在规划航线时自动绕行并更新路径，以避免碰撞，算法具体步骤包括：
8.根据权利要求7所述的一种智能游船导航方法，其特征在于，步骤S13中，利用邻域半径判断游船（1）周围是否有动态障碍物，邻域半径计算公式为；
9.根据权利要求8所述的一种智能游船导航方法，其特征在于，步骤S13中，第艘船的一个势能函数为，具体公式为：
10.根据权利要求9所述的一种智能游船导航方法，其特征在于，步骤S14中，多目标优化函数具体为：
11.根据权利要求6所述的一种智能游船导航方法，其特征在于，智能排序算法，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，监控显示模块中水域地图信息，包括可航线区域（2）、船坞（8）、停泊位（7）、警告航行区域（4）以及禁止航行区域（6），告警线（3）圈起来的水域为可航线区域（2），可航线区域（2）包括景点，充电点、静态障碍物，告警线（3）外围设有禁行线（5），告警线（3）与禁行线（5）之间的水域为警告航行区域（4），禁行线（5）外为禁止航行区域（6），告警线（3）和禁行线（5）靠近船坞（8）的位置设有入口pr（9），船坞处设有多个停泊位（7）；
3.根据权利要求2所述的基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，监控显示模块进一步包括电子围栏集成显示，用于视觉上明确水域内的可航行区域（2）、警告航行区域（4）和禁止航行区域（6）。
4.根据权利要求1所述的基于交互式指点控制的智能游船导航系统，其特征在于，航线规划模块，当前游船（1）位置点pd为可航行区域（2）任意一点，包括起始点ps，当船只位于可航行区域（2）之外，需将游船（1）位置调整至可...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：青岛无疆技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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