1.目的及意义

1.1选题的目的及意义

随着我国航运业的蓬勃发展，水上交通航线越来越密集，船舶总量急剧上升，截止2017年末，国内登记船舶总数已达到14.52万艘，船舶数量及运力年年攀升，各水系航路投资建设总额也不断提高。然而,由于船舶数量及吨位的大幅度增加,船舶种类日趋多样化,通航环境复杂多变,导致船舶的操纵难度增加,给船舶带来较大的安全隐患。长期以来,船舶碰撞、搁浅、沉没等事故不仅危及了人身安全及财产安全,还对水域环境造成严重威胁,给社会经济带来严重损失。因此,如何采取有效的措施预防水上事故的发生,是当前我国内河航运发展亟需解决的问题。水上交通事故统计表明,90%以上的水上交通事故与船员个人的行为疏失有关,其中至少有60%的事故是由人为失误直接引发的。我国水上安全形势日趋复杂，如何优化水上交通、保障船舶航行安全是船舶航海领域一大重要的研究方向。

而辅助驾驶正是利用安装在船舶上的各式各样的传感器，在第一时间获取船舶内外的环境数据，进行动，静态物体的辨识，侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶员在最快的时间觉察到可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术。从船舶水上航行避碰的实际应用出发，环境感知是驾驶辅助技术的基础，环境感知是指设备通过传感器捕获等手段，对所处环境中的环境参数及周围物体的相对距离、角度及运动状态等信息进行获取。通过环境感知获得船舶航行水域环境信息，而后将信息交由处理系统分析和识别，进而做出避碰指令决策以辅助船舶驾驶员的判断。现有感知方式主要有以下五类：水声感知设备、状态感知设备、雷达、融合式传感器和机器视觉传感器。目前投入应用最多的环境感知方案是应用雷达为主要探测装置，状态传感器作为辅助，而受技术发展所限，机器视觉传感器实际应用并不多。相比于其他感知技术，由于光学图像中包含有更丰富的目标区域细节信息，基于光视觉的感知技术更易于对水面目标进行有效地辨别，有利于在执行作业过程中对大面积海岸区域,航行的船只,低矮悬空的障碍物等信息进行有效的提取，有助于其自主规避障碍物的实现，已被越来越多的研究学者设计研发，在船舶驾驶辅助领域具有重要地位。

为了克服现有船舶辅助驾驶系统的不足，根据船舶实际驾驶安全性和稳定性的需求，利用机器视觉技术对船舶航行时周围环境进行分析处理，对获得的不同环境信息进行判断决策，进而实现船舶驾驶的可靠辅助，该方面具有巨大的应用前景。在加快海洋装备开发和建设海洋强国的背景下，论文以基于机器视觉的船舶辅助驾驶为内容展开研究，致力于完善船舶的视觉感知技术，改善水面船舶的环境感知能力，提高其自主作业效率和安全性。通过项目的建设，增强了船载视频监控系统的价值，提高了船舶行驶的安全性，减少碰撞事故的发生，保障交通及财产安全。

1.2国内外的研究现状分析

1.2.1基于雷达技术及红外线技术的船舶辅助驾驶

（1）日本东京商学院在2003年的国际航海大会上提出基于计算机视觉的水上运动船只检测办法，利用基于雷达的视觉感知系统和船舶自动识别系统的协同，实现船只的主动避让。

（2）以色列航空防御系统公司与拉斐尔武器设计局共同研发的“protector”号USV，它是当今技术最成熟的USV,它以刚性充气艇为基础，采用遥控控制模式，艇上配备有先进的导航雷达，全球定位系统，红外传感器，广电指示器等先进仪器设备，能通过视距内或视距外通信进行控制，可以通过光电指示器探测到敌对目标。

（3）2015年11月，在上海举行的国际工业博览会上，我国历史上第一艘针对海洋环境测绘的“精海号”智能无人船首次对外展出。“精海号”系列智能无人船由上海大学开发研制，目前其开发研制的最新型号是“精海4号”无人测量船。该船有两种作业模式可供操作人员进行选择，一种模式为自主航行模式，而另一种为遥控操作模式。该无人船不仅配备了多种含有高科技的环境感知工具，如激光雷达，高清摄像机等电子设备，同时在数据传输时，除了可以选择通过无线数传电台对数据进行传输外，还可以选择基于4G网络通讯的传输方式