一种无人艇的航行数据分析控制方法及系统与流程

本发明涉及数据分析数据处理技术领域，特别是一种无人艇的航行数据分析控制方法及系统。

背景技术：

水面无人艇在海洋生产活动中的作用越来越重要，而航行控制能力是水面无人艇执行作业任务并保证航行安全的关键之一。无人艇在航行过程中会产生大量的航行数据，但是，由于海洋环境干扰、通信质量等的影响，无人艇的航行数据采集系统直接获取到的数据会存在异常及错误信息。因此，如何对水面无人艇的航行数据进行处理、分析，并根据数据分析结果调整水面无人艇的航行控制程序从而优化航行控制性能，对于提高无人艇的作业效率至关重要。

专利公布号为cn104678920a的中国专利公开了一种数据采集分析方法，能够实时监控船舶的航行状态信息、航行环境信息以及天气状况信息，对各类信息进行分类管理，监控重点数据和预警，并将船舶航行数据进行实时分享。该方法首先进行船舶航行数据、航行环境数据以及天气数据信息的实时采集，然后通过数据存储单元将采集到的数据进行存储，最后将获取的船舶航行数据与内置的数据库安全信息对比，以进行异常信息预警，此外还可以将采集到的数据信息分享给其它数据监控系统，以便于内网中其他用户进行浏览。但是，该方法在数据采集完成后将数据直接发送至数据存储模块，没有对数据进行二次处理，例如数据审查、数据清理、数据转换、数据验证等操作，在数据存储后没有提供用户对数据进行查询的接口以及对相关数据进行统计分析例如最大值、平均值、平均差等。此外，所提出的数据采集分析方法主要适用于普通水面船舶，而水面无人艇的航行由航行控制程序自动控制，因此将该数据采集分析方法应用于水面无人艇的航行控制还有一定的局限性。

专利公布号为cn102360195a的中国专利公开了一种船舶主机状态监控和故障监测预警系统及方法，该系统由传感器、主机信号降噪处理设备、主机数据采集器以及中央处理器等部分组成，首先利用信号降噪处理设备对主机数据进行降噪处理，然后通过数据采集设备将主机数据传递给中央处理器，中央处理器对主机故障进行检测并将异常信息反馈给声光报警系统，能够对故障隐患进行预警以预防重大事故的发生。该专利提出的监控船舶主机的状态和对主机故障进行监测预警的系统与方法具有的功能包括主机信号降噪处理、主机数据采集、主机故障检测、故障声光报警等。该方法使用的数据主要为船舶的主机数据并具有主机数据信号降噪处理能力，但没有对船舶的航行状态信息例如航速、艏向等信息进行采集利用，而且在数据处理的基础之上缺少对数据的进一步统计分析。此外，所提出的主机状态监控和故障监测预警系统主要适用于普通水面船舶，而水面无人艇的航行由航行控制程序自动控制，因此，该发明方法在水面无人艇中实现根据数据信息自动监管航行控制程序执行还有一定的不足。

技术实现要素：

有鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供一种能够对无人艇的航行控制效果进行优化的无人艇的航行数据分析控制方法及系统。

本发明实施例提供一种无人艇的航行数据分析控制方法，包括：

收集无人艇的实时航行数据，其中，所述实时航行数据为能够对所述无人艇的航行产生影响的数据；

对所述实时航行数据进行数据分析处理，得到用以进行统计分析的待统计数据；

对所述待统计数据进行统计分析，得到统计结果数据；

若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，

基于所述异常航行数据或所述异常结果数据，生成用以对所述无人艇的航行状态进行调整的调整策略。

在本发明的一些实施例中，所述实时航行数据包括：

航行速度，航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，水面障碍物距离，水面障碍物方位，水下障碍物距离以及水下障碍物方位。

在本发明的一些实施例中，所述对所述实时航行数据进行数据分析处理，得到用以进行统计分析的待统计数据，包括：

对所述实时航行数据进行数据审查，以预先审查所述实时航行数据所包含的不同种类数据的可统计性以及检测所述实时航行数据中是否存在异常航行数据；

若存在所述异常航行数据，则清理所述异常航行数据；

对完成清理异常航行数据后剩余的实时航行数据中所包含的不同种类数据进行可统计转换；

若评估完成可统计转换后的不同种类数据满足进行所述统计分析的预设条件，则，将完成可统计转换后的不同种类数据作为所述待统计数据。

在本发明的一些实施例中，所述的无人艇的航行数据分析控制方法，还包括：

若评估完成可统计转换后的不同种类数据满足进行所述统计分析的预设条件，则，

将所述完成可统计转换后的不同种类数据以及不同种类所对应的种类类别进行分别存储，并分别标注存储信息时间及种类类别信息。

在本发明的一些实施例中，所述对所述待统计数据进行统计分析，得到统计结果数据，包括：

基于所述航行速度、所述航行方向，所述舰艏方向，所述纵倾角度，所述横倾角度，所述油门信息，所述舰舵角度以及所述经纬度信息，分别计算所述航行速度、所述航行方向，所述舰艏方向，所述纵倾角度，所述横倾角度，所述油门信息以及所述舰舵角度的平均值和平均差值，以及所述无人艇航行的路径跟踪误差信息；

基于所述水面障碍物距离，所述水面障碍物方位，所述水下障碍物距离以及所述水下障碍物方位，分别计算避开所述水面障碍物以及所述水下障碍物的时间。

在本发明的一些实施例中，所述的无人艇的航行数据分析控制方法，还包括：

若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，

对所述异常航行数据或所述异常结果数据进行预警标注，并建立所述异常航行数据或所述异常结果数据与时间及任务类型相关联的数据异常表。

在本发明的一些实施例中，所述基于所述异常航行数据或所述异常结果数据，生成用以对所述无人艇的航行状态进行调整的调整策略，包括：

将所述异常航行数据与所述完成清理异常航行数据后剩余的实时航行数据中同种类的实时航行数据进行比对分析，或，

将所述异常结果数据与所述统计结果数据中同种类的统计结果数据进行比对分析，生成用以对所述无人艇的控制模式和/或控制参数进行调整的调整策略。

本发明还提供了一种无人艇的航行数据分析控制系统，包括：

数据收集模块，其用于收集无人艇的实时航行数据，其中，所述实时航行数据为能够对所述无人艇的航行产生影响的数据；

数据处理模块，其用于对所述实时航行数据进行数据分析处理，得到用以进行统计分析的待统计数据；

统计分析模块，其用于对所述待统计数据进行统计分析，得到统计结果数据；

监管控制模块，其用于若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，基于所述异常航行数据或所述异常结果数据，生成用以对所述无人艇的航行状态进行调整的调整策略。

在本发明的一些实施例中，所述数据处理模块具体用于：

对所述实时航行数据进行数据审查，以预先审查所述实时航行数据所包含的不同种类数据的可统计性以及检测所述实时航行数据中是否存在异常航行数据；

若存在所述异常航行数据，则清理所述异常航行数据；

对完成清理异常航行数据后剩余的实时航行数据中所包含的不同种类数据进行可统计转换；

若评估完成可统计转换后的不同种类数据满足进行所述统计分析的预设条件，则，将完成可统计转换后的不同种类数据作为所述待统计数据。

在本发明的一些实施例中，所述的无人艇的航行数据分析控制系统，还包括：

信息预警模块，其用于若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，对所述异常航行数据或所述异常结果数据进行预警标注，并建立所述异常航行数据或所述异常结果数据与时间及任务类型相关联的数据异常表。

与现有技术相比，本发明实施例提供的无人艇的航行数据分析控制方法及系统的有益效果在于：其能够对无人艇的实时航行数据进行收集，并进行相应的统计分析，并得到统计结果数据，同时，在检测到有异常航行或是异常结果数据时，生成相应的调整策略，并最终能够通过调整策略实现对无人艇的自动调整优化，提高对无人艇的控制效果，从而提升无人艇的作业效率。

附图说明

图1为本发明实施例的无人艇的航行数据分析控制方法的流程图；

图2为本发明实施例的无人艇的航行数据分析控制系统的框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其它方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以根据用户的历史的操作，判明真实的意图，避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其它实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。

本发明实施例提供一种无人艇的航行数据分析控制方法，可应用于水面无人航行设备，如无人艇等，其具体执行控制方法的处理器或是处理设备等可以设置在无人艇(即执行端)也可以是设置在如岸基监控台等的监控端，在此不做明确限定，如图1所示，所述航行控制方法包括如下步骤：

步骤101：收集无人艇的实时航行数据，其中，所述实时航行数据为能够对所述无人艇的航行产生影响的数据，具体地，可以是通过能够进行数据传输的串口或是网络等对无人艇的实时航行数据进行收集。当然，在实现对无人艇的航行数据分析控制时，还可以通过历史航行数据对无人艇的航行进行优化，此时，可以通过读取已保存的历史航行数据库(例如mysql、sqlserver、oracle)、文件(excel、txt、csv)等实现对历史航行数据的收集，进而通过对实时航行数据同样的处理方式对收集的历史航行数据进行数据处理、统计分析以及生成最终的调整策略。在本发明的一些实施例中，所述实时航行数据以及所述历史航行数据均可以包括：航行速度，航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，水面障碍物距离，水面障碍物方位，水下障碍物距离以及水下障碍物方位等能够对无人艇的正常航行产生影响的信息。

步骤102：对所述实时航行数据进行数据分析处理，得到用以进行统计分析的待统计数据，以便于对无人艇的航行状态进行统计分析；

在本发明的一些实施例中，所述对所述实时航行数据进行数据分析处理，得到用以进行统计分析的待统计数据，包括：对所述实时航行数据进行数据审查，以预先审查所述实时航行数据所包含的不同种类数据的可统计性以及检测所述实时航行数据中是否存在异常航行数据；具体地，可以是对所述实时航行数据中所包含的不同种类数据的平均值、最大值、最小值以及数据个数等信息进行审查，确保收集到的实时航行数据能够满足进行数据分析的最低要求。当然，检测到实时航行数据中存在异常航行数据时，则清理所述异常航行数据，其中，所述异常航行数据包括错误值、空缺值、重复值等，进而确保后续进行统计分析时能够得出可靠统计结果数据，作为事例，如在收集无人艇的航行速度时，发现有航行速度为负值或是航行速度超过100千米/小时的数据，则可以认为航行速度为负值或是航行速度超过100千米/小时的数据为异常航行数据，可对这些数据进行清理。在完成对异常航行数据的清理后，对完成清理异常航行数据后剩余的实时航行数据中所包含的不同种类数据进行可统计转换，具体地，可以包括对实时航行数据中相同种类数据进行指标性质、计量单位的转化，如进行线型变换、规范化、无量纲化等等，以保证实时航行数据中相同种类数据的可比较性，作为事例，如可以将航行速度，航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，水面障碍物距离，水面障碍物方位，水下障碍物距离以及水下障碍物方位等分别设为一个种类，进而分别对同种类中的实时航行数据进行可统计转换。进而若评估完成可统计转换后的不同种类数据满足进行所述统计分析的预设条件，则，将完成可统计转换后的不同种类数据作为所述待统计数据，以确定减少或增加实时航行数据的数据量，并检验实时航行数据的准确性，减少统计分析的误差。之后。执行步骤103.

步骤103：对所述待统计数据进行统计分析，得到统计结果数据，具体地，可以是对一段时间内所收集的待统计数据进行统计分析，如对5分钟内收集的待统计数据进行统计分析，进而便每隔5分钟进行一次统计分析，当然，也可以将时间设为3分钟、10分钟或是20分钟等，在此不做明确限定。

在本发明的一些实施例中，所述对所述待统计数据进行统计分析，得到统计结果数据，包括：基于所述航行速度、所述航行方向，所述舰艏方向，所述纵倾角度，所述横倾角度，所述油门信息，所述舰舵角度以及所述经纬度信息，分别计算所述航行速度、所述航行方向，所述舰艏方向，所述纵倾角度，所述横倾角度，所述油门信息以及所述舰舵角度的平均值和平均差值，以及所述无人艇航行的路径跟踪误差信息；基于所述水面障碍物距离，所述水面障碍物方位，所述水下障碍物距离以及所述水下障碍物方位，分别计算避开所述水面障碍物以及所述水下障碍物的时间。其中，平均值用于描述无人艇的实时航行数据中的种类类别信息所对应的数据的集中趋势，计算方法选择应用广泛的算数平均数法则，公式如下：

式中，xi为数据列中的各数据位。

平均差用于描述无人艇的实时航行数据中的种类类别信息所对应的数据向相应种类类别信息中的中心值分散的程度，计算方法采用各实时航行数据的数据值与其算术平均数离差绝对值的算术平均数，常用符号“m.d”表示，公式如下：

步骤104：若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，基于所述异常航行数据或所述异常结果数据，生成用以对所述无人艇的航行状态进行调整的调整策略。

在本发明的一些实施例中，若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，所述的无人艇的航行数据分析控制方法还包括：对所述异常航行数据或所述异常结果数据进行预警标注，并建立所述异常航行数据或所述异常结果数据与时间及任务类型相关联的数据异常表。

进一步地，，所述基于所述异常航行数据或所述异常结果数据，生成用以对所述无人艇的航行状态进行调整的调整策略，包括：将所述异常航行数据与所述完成清理异常航行数据后剩余的实时航行数据中同种类的实时航行数据进行比对分析，或，将所述异常结果数据与所述统计结果数据中同种类的统计结果数据进行比对分析，生成用以对所述无人艇的控制模式和/或控制参数进行调整的调整策略。具体地，用以对所述无人艇的控制模式进行调整的调整策略可以包括有对航行速度，航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，障碍物规避方式等进行的调整，用以对无人艇的控制参数进行调整的调整策略包括有分别对用以控制航行速度，航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，障碍物规避方式等的控制器的参数以及控制频率进行的调整。

此外，在执行步骤103之前，之中或之后，在本发明的一些实施例中，所述无人艇的航行数据分析控制方法还可以包括：若评估完成可统计转换后的不同种类数据满足进行所述统计分析的预设条件，则，将所述完成可统计转换后的不同种类数据以及不同种类所对应的种类类别进行分别存储，并分别标注存储信息时间及种类类别信息，作为事例，如可以将无人艇的航行速度，航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，水面障碍物距离，水面障碍物方位，水下障碍物距离以及水下障碍物方位等分别作为一种类类别信息，进而分别对与上述种类类别信息相对应的实时航行数据标注存储信息时间以及相应的种类类别信息。

在上述的步骤101-步骤104中，其也均可以是针对无人艇存储的历史航行数据进行分析管理，具体地，可以为无人艇在完成航行返航后，可通过串口或是网络等读取无人艇航行时的历史航行数据，进而通过对历史航行数据执行上述的步骤101至步骤104的步骤，实现通过历史航行数据对对无人艇的航行数据进行分析管理，进而优化无人艇的航行数据分析控制效果。

为了便于对上述技术方案的理解，作为事例，如以无人艇的航行速度为例进行说明，具体地，如在收集无人艇的航行速度时，若出现航行速度为负值、或是大于100千米/小时的数值则可以将这些数值作为异常航行数据，之后，可以将处于正常范围内的航行速度进行统计分析，最终得到统计结果数据。在上述过程中，会对出现的为负值或是航行速度大于100千米/小时的航行速度做出标注，并进行分析，在出现航行速度为负值(即出现异常航行数据)时，实时航行数据中与该出现异常航行数据的其它种类类别信息的实时航行数据的在该异常航行数据所对应的时间以及之前的一预设时长范围内(如5秒、10秒等)的记录航行数据，此时，可以为航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，水面障碍物距离，水面障碍物方位，水下障碍物距离以及水下障碍物方位等，进而便于分析为何会出现该异常航行数据，如可能是由于之前航行速度慢，在此时遇见复杂的水面环境，被水流带动的后移(进而产生了航行速度为负值的情况)，亦或是，在航行速度过大时，如出现突然的速度增大，超出统计结果数据中的平均值多大，则可能是遇见急流进而带动无人艇的航行速度突然增加等，此时，可通过实时航行数据中的航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，水面障碍物距离，水面障碍物方位，水下障碍物距离以及水下障碍物方位等进行确认分析，当然，在实时航行速度偏离期望速度(如偏离平均值较大时)，也可以通过调整策略对用以控制无人艇的航行速度的速度控制器进行相应的参数调整，以能够对航行速度时间更精确的控制，优化控制效果。在上述实施例中，仅以无人艇的航行速度进行了说明，其同样适用于如无人艇的航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息以及对障碍物规避的方式等进行相应的调整，在此便不再一一列举。

本发明实施例还提供了一种无人艇的航行数据分析控制系统，如图2所示，包括：

数据收集模块1，其用于收集无人艇的实时航行数据，其中，所述实时航行数据为能够对所述无人艇的航行产生影响的数据；

数据处理模块2，其用于对所述实时航行数据进行数据分析处理，得到用以进行统计分析的待统计数据；

统计分析模块3，其用于对所述待统计数据进行统计分析，得到统计结果数据；

监管控制模块4，其用于若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，基于所述异常航行数据或所述异常结果数据，生成用以对所述无人艇的航行状态进行调整的调整策略。

在本发明的一些实施例中，所述实时航行数据包括：航行速度，航行方向，舰艏方向，纵倾角度，横倾角度，油门信息，舰舵角度，经纬度信息，水面障碍物距离，水面障碍物方位，水下障碍物距离以及水下障碍物方位。

在本发明的一些实施例中，所述数据处理模块2具体用于：对所述实时航行数据进行数据审查，以预先审查所述实时航行数据所包含的不同种类数据的可统计性以及检测所述实时航行数据中是否存在异常航行数据；若存在所述异常航行数据，则清理所述异常航行数据；对完成清理异常航行数据后剩余的实时航行数据中所包含的不同种类数据进行可统计转换；若评估完成可统计转换后的不同种类数据满足进行所述统计分析的预设条件，则，将完成可统计转换后的不同种类数据作为所述待统计数据。

在本发明的一些实施例中，所述的无人艇的航行数据分析控制系统，还包括：

存储模块，其用于若评估完成可统计转换后的不同种类数据满足进行所述统计分析的预设条件，则，将所述完成可统计转换后的不同种类数据以及不同种类所对应的种类类别进行分别存储，并分别标注存储信息时间及种类类别信息。

在本发明的一些实施例中，所述统计分析模块3具体用于：基于所述航行速度、所述航行方向，所述舰艏方向，所述纵倾角度，所述横倾角度，所述油门信息，所述舰舵角度以及所述经纬度信息，分别计算所述航行速度、所述航行方向，所述舰艏方向，所述纵倾角度，所述横倾角度，所述油门信息以及所述舰舵角度的平均值和平均差值，以及所述无人艇航行的路径跟踪误差信息；基于所述水面障碍物距离，所述水面障碍物方位，所述水下障碍物距离以及所述水下障碍物方位，分别计算避开所述水面障碍物以及所述水下障碍物的时间。

在本发明的一些实施例中，所述的无人艇的航行数据分析控制系统，还包括：

信息预警模块，其用于若在进行数据分析处理时检测到所述实时航行数据中的存在异常航行数据，或在进行统计分析后检测到所述统计结果数据中存在异常结果数据，则，

对所述异常航行数据或所述异常结果数据进行预警标注，并建立所述异常航行数据或所述异常结果数据与时间及任务类型相关联的数据异常表。

在本发明的一些实施例中，所述监管控制模块4具体用于：将所述异常航行数据与所述完成清理异常航行数据后剩余的实时航行数据中同种类的实时航行数据进行比对分析，或，将所述异常结果数据与所述统计结果数据中同种类的统计结果数据进行比对分析，生成用以对所述无人艇的控制模式和/或控制参数进行调整的调整策略。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。