T/FSTI 012-2025 无人机无人船海上作业协同控制方法总体要求

《无人机无人船海上作业协同控制方法总体要求》主要内容总结

​​1. 范围与适用性​​

• ​​适用范围​​：规范无人机（UAV）与无人船（USV）在海上协同作业的控制方法，涵盖海洋测绘、环境监测、救援等场景。
• ​​核心目标​​：确保高效、安全、可靠的协同作业，推动智能化海洋作业发展。

​​2. 总体要求​​

​​4.1 协同控制框架​​

• ​​架构​​：主控系统（全局决策）+ 子系统控制器（局部执行）+ 高带宽通信网络。
• ​​任务分配​​：基于智能算法（如遗传算法）动态分配任务，考虑电量、载荷等资源限制。
• ​​数据融合​​：标准化数据格式（JSON/XML），采用卡尔曼滤波等技术提升精度。
• ​​冗余设计​​：关键系统（导航、通信）需冗余配置，故障时无缝切换。

​​4.2 数据采集​​

• ​​精度​​：北斗定位误差≤10cm，环境数据误差<5%。
• ​​频率​​：静态任务每分钟1次，动态任务每秒1次。
• ​​数据类型​​：位置、气象（温湿度、风速）、水下地形（声纳/激光测深）等。

​​4.3-4.6 其他要求​​

• ​​兼容性​​：支持多协议（TCP/IP、MQTT）、标准化接口。
• ​​可靠性​​：实时故障检测、定期备份与恢复。
• ​​安全性​​：数据加密（AES-256）、访问控制（RBAC）、物理防护（IP67）。
• ​​环境适应性​​：工作温度-10°C~50°C，抗风速≤30m/s，能见度≥200m。

​​3. 协同控制方法​​

​​5.1 协同策略​​

• ​​任务分配​​：优先级评分（1-10分），动态调整（如电量低于30%时减负）。
• ​​作业模式​​：
  • 主动协同：无人机（航拍）与无人船（水下探测）自主协作。
  • 被动协同：主控系统集中指令，适用于高精度任务。
• ​​控制机制​​：层次化（全局-局部）与分布式（模糊控制自主决策）结合。

​​5.2 北斗定位应用​​

• ​​共享机制​​：每秒1次高频传输，差分定位技术（误差≤10cm）。
• ​​多源融合​​：结合GPS等其他传感器数据提升可靠性。

​​5.3-5.6 数据与系统管理​​

• ​​实时共享​​：通信延迟≤100ms，边缘计算预处理降低带宽压力。
• ​​智能决策​​：AI模型（深度学习）优化多目标（时间、成本、资源）。
• ​​监控反馈​​：可视化界面展示状态，异常时自动调整路径或任务。

​​4. 算力调度​​

​​6.1 边缘计算​​

• ​​性能​​：计算能力≥10GFLOPS，延迟≤20ms，存储≥1TB。
• ​​功能​​：本地数据清洗、快速避障决策、加密（AES-256）传输。

​​6.2 中间件​​

• ​​核心功能​​：
  • 动态任务调度（基于资源状态）。
  • 数据聚合与ETL转换（标准化格式）。
  • 多协议支持（MQTT/UDP）和API集成。

​​5. 协同方式与技术​​

​​7.1 协同方式​​

• ​​信息共享​​：无人机（气象）与无人船（水下数据）融合生成环境模型。
• ​​路径规划​​：A*/Dijkstra算法优化航行路径，避免冲突。

​​7.2 控制器交互​​

• ​​通信​​：无线协议（5G/Wi-Fi 6），延迟≤50ms，指令优先级管理。
• ​​人机界面​​：实时显示电量、任务状态等关键指标。

​​6. 效果评估与安全​​

​​8.1 评估指标​​

• ​​数据精度​​：定位误差≤5cm，任务完成率≥95%。
• ​​效率​​：作业效率≥80%，用户满意度≥4分（5分制）。

​​9.1-9.2 安全与法规​​

• ​​合规性​​：遵循航空/航海法规，操作员持证上岗。
• ​​风险管理​​：识别环境/设备风险，设定风速阈值（如>30m/s暂停作业）。

​​10-11 质量与应急​​

• ​​质量控制​​：数据完整性校验（Checksum）、第三方复核。
• ​​应急响应​​：预案制定（故障/天气）、年度演练、事后改进。

​​7. 其他​​

• ​​起草单位​​：广东省科学院广州地理研究所牵头，联合30余家科研院所与企业。
• ​​创新点​​：强调北斗高精度定位、边缘计算实时处理、多源数据融合。

​​核心价值​​

通过标准化协同框架、智能算法与冗余设计，提升海洋作业的自动化水平与安全性，为海洋资源开发、环境保护等提供技术支撑。