CN117346792B - 一种海洋工程环境水下机器人定位方法 - Google Patents

一种海洋工程环境水下机器人定位方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种海洋工程环境水下机器人定位方法，包括：基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置；在编码合作靶标集合中，确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标，其中，所述编码合作靶标集合包括预先设置于水下构筑物的编码合作靶标；基于所述初始编码合作靶标，利用水下摄影测量技术确定所述水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态；基于由所述初始编码合作靶标组成的作业路径，确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标确定为目的编码合作靶标；根据所述瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态，结合惯性导航***进行定位导航，从而实现海洋工程环境水下长航时定位。

Description

一种海洋工程环境水下机器人定位方法
技术领域
本申请涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种海洋工程环境水下机器人定位方法。
背景技术
典型的海洋工程包括海底沉管隧道建设、港口码头施工、海上风力发电厂建设等。以目前为止定位要求最为严苛的海底沉管隧道建设为例，由于沉管几何尺度大、施工环境复杂且施工过程对周围水体影响较大，为满足高精度定位需求，需要潜水员进行持续水下作业，安全风险较高。以水下机器人替代潜水员进行水下观测和作业成为发展趋势。
精确定位是水下机器人正常工作的前提。当前，水下机器人通常搭载惯性导航***以进行定位。然而，惯性导航***的误差随导航时间成发散趋势，导航时间越长，惯性导航***的误差越大，导致水下机器人难以维持高精度定位。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种海洋工程环境水下机器人定位方法，能够使搭载惯性导航***的水下机器人延长精度保持时间，使水下机器人维持高精度定位。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种海洋工程环境水下机器人定位方法，包括：基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置；在编码合作靶标集合中，确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标，其中，所述编码合作靶标集合包括预先设置于水下构筑物的编码合作靶标；基于所述初始编码合作靶标，利用水下摄影测量技术确定所述水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态；基于由所述初始编码合作靶标组成的作业路径，确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标；根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态和所述作业路径，结合惯性导航***进行定位导航。
在本申请实施例中，通过在水下构筑物上布设编码合作靶标，采用水下摄影测量的技术，基于编码合作靶标得到水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态，结合瞬时精确位置和瞬时精确姿态和水下机器人的作业路径，能够形成基于惯性导航***的长航时、高精度的水下机器人定位方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的一种流程示意图；
图2示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的一种示意图；
图3示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的另一种流程示意图；
图4示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的另一种流程示意图；
图5示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的另一种示意图;
图6示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位装置的结构示意图。
具体实施方式
如前所述，受限于成本、体积和载荷等约束，水下机器人一般搭载一定性能的惯导，并通过水面卫星、水下声呐、视觉等辅助惯性进行定位，该多源组合定位方法在水下观测与作业方面得到了广泛的应用。然而，水声定位容易产生多路径效应，从而影响水声定位的精度；工程施工过程中对水体的扰动将改变局部环境的水体水质，使得水下可见度差，极大影响成像距离和成像质量，影响视觉匹配定位精度。在这种工程环境中，上述多源组合定位方法难以满足水下机器人高精度定位的要求。因此，获取更可靠、更高精度的特定定位数据，在惯导需要时提供辅助修正信息，仍然是水下机器人定位的最可能途径。基于此，本申请提出一种海洋工程环境水下机器人定位方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
图1示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的一种流程示意图。如图所示，该方法可以包括以下步骤。
步骤S110：基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置。
例如，基于全球导航卫星***GNSS以及水声***的多源组合定位，获取水下机器人的初始位置。该初始位置也作为水下机器人粗定位位置。卫星得到大地坐标系的高精度位置，特别是通过差分可以达到厘米级定位；卫星和水声联合可以得到水下机器人位置。水声定位包括长基线、短基线、超短基线等。
惯性导航***（也称惯性传感器）基于卫星和水声***得到的初始位置进行导航。具体的，其基于该初始位置，并通过测量加速度和角速度进行导航，并将加速度和角速度分别与导航时间结合，以实现导航。该初始位置可以表示为水下机器人在大地坐标系的坐标，例如g(x0, y0, z0)。通过该方法获取的初始位置，受导航时间影响。导航时间越长，初始位置的误差越大。
步骤S120：在编码合作靶标集合中，确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标。
初始编码合作靶标与初始位置满足位置对应关系。例如，初始编码合作靶标位于初始位置的预设范围内，或者初始编码合作靶标与初始位置的距离满足预定关系或满足预定阈值。
所述编码合作靶标集合包括预先设置于水下构筑物的编码合作靶标（简称合作靶标）。水下构筑物为水下位置固定的建筑物，例如已经布设完成的隧道沉管、桥墩等。合作靶标设置于水下构筑物上可供感应的位置，例如布设在沉管的表面。合作靶标在水下构筑物上的位置已知。由于水下构筑物的位置是固定的，且合作靶标在水下构筑物上的位置已知，因此可以确定合作靶标的位置，例如，可以将合作靶标在大地坐标系的坐标表示为Ci(xi,yi, zi)。
通过本步骤，能够确定用于获取水下机器人精确位置的编码合作靶标。
步骤S130：基于所述初始编码合作靶标，利用水下摄影测量技术确定所述水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态。
水下摄影测量用于以摄影方式对水下目标进行测量，以确定水下目标的形状、大小、位置和性质等。用于水下摄影测量的设备，如视觉传感器，可以位于水上也可以位于水下，在此不做限制。
在合作靶标的位置已知的情况下，通过拍摄合作靶标，可以计算得到水下机器人的位置及姿态，即瞬时精确位置和瞬时精确姿态。
可选的，根据测量需要，可以基于初始编码合作靶标，仅确定瞬时精确位置和瞬时精确姿态的其中一种。
步骤S140：基于由所述初始编码合作靶标组成的作业路径，确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标。
作业路径可以包括水下机器人经过多个编码合作靶标的次序；进而基于该次序，可以确定目的编码合作靶标。
步骤S150：根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态和所述作业路径，结合惯性导航***进行定位导航。
基于瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态可以对初始位置进行修正或替换，惯导***使用瞬时精确位置和瞬时精确姿态沿工作路径进行导航定位。在初始位置不够准确的情况下，基于精确位置和瞬时精确姿态进行定位，能够使水下机器人维持较高的定位精度。换言之，可以使水下机器人的定位精度不受导航时间的影响。
在本申请实施例中，通过基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置；在编码合作靶标集合中，确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标，其中，所述编码合作靶标集合包括预先设置于水下构筑物的编码合作靶标；基于所述初始编码合作靶标，利用水下摄影测量技术确定所述水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态；基于由所述初始编码合作靶标组成的作业路径，确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标；根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态和所述作业路径，结合惯性导航***进行定位导航，能够将基于编码合作靶标以摄影测量方式确定的瞬时精确位置和瞬时精确姿态，能够以摄影测量方式辅助惯性导航***，从而实现基于惯性导航***的长航时、高精度的水下机器人定位方法。
在一种可能的实现方式中，步骤S130包括：通过所述水下机器人的视觉传感器对所述初始编码合作靶标进行摄影测量后方交会，确定所述视觉传感器相对于所述初始编码合作靶标的位姿关系；基于所述初始编码合作靶标的靶标位置、所述初始编码合作靶标的靶标姿态以及所述位姿关系，确定所述水下机器人的所述瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态。
视觉传感器搭载在水下机器人上，可以用于拍摄合作靶标。视觉传感器为可以适合水下使用的相机或摄像机。视觉传感器的数量可以是一个也可以为多个，在此不作限制。合作靶标可以为被动反光靶标也可以为主动发光靶标，其可以提供位置和姿态信息。由于在海洋工程施工环境中，水体浑浊，浮游生物多，水体对光学成像质量差。如果仅使用视觉传感器，其成像效果差，提供的视觉信息准确性低。通过能够反光或者发光的合作靶标配合视觉传感器进行联测，则能够在施工环境中，得到准确的水下机器人的定位信息，例如水下机器人的位置和姿态。
可选的，合作靶标的布设需要考虑水下结构特点、结构诱导场特点以及水下机器人的控制性能。此外，在水下构筑物上布设靶标后，可以通过传统工程测量手段获取每个靶标在大地坐标系的位置以及姿态。
通过摄影测量后方交会确定所述视觉传感器相对于所述合作靶标的位姿关系，例如可以包括基于相机坐标系、靶标坐标系以及大地坐标系之间的转换关系，以及水下机器人在靶标坐标系下的位置，确定视觉传感器相对于所述合作靶标的位姿关系。
可选的，合作靶标还可以为声学合作靶标，搭配声学传感器进行水下测量。
结合图2，在一种可能的实现方式中，所述编码合作靶标200包括至少三个用于所述视觉传感器的参考点201。步骤S130进一步包括：确定所述视觉传感器相对于各所述参考点201的参考位姿关系；基于各所述参考点201的参考点位置、各所述参考点201的参考点姿态以及对应的所述参考位姿关系，确定所述水下机器人的瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态。
参考点201为设置在合作靶标上的可观测实体点，例如，参考点201可以为反光点也可以为发光点。参考点201可以作为一种编码信息的图案。各编码合作靶标200上参考点201的数量以及排列形式均可以根据测量需要进行设计。可选的，不同编码合作靶标200上的参考点201的数量和/或排列形式不同，以通过参考点201可以对编码合作靶标200进行区分。
图3示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的另一种流程示意图。如图所示，该方法可以包括以下步骤。
步骤S310：基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置。
步骤S321：根据所述编码合作靶标集合中各所述合作靶标与所述初始位置之间的距离，确定多个所述编码合作靶标中的一个为所述初始编码合作靶标。
可选的，确定与初始位置距离最近的合作靶标为初始编码合作靶标。并且，初始编码合作靶标为水下机器人目前尚未经过的合作靶标。
例如，编码合作靶标A距离初始位置的距离为5米，编码合作靶标B距离初始位置的距离为3米，编码合作靶标C距离初始位置的距离为1米；水下机器人已经过合作靶标C，未经过合作靶标A及合作靶标B，则确定合作靶标B为初始编码合作靶标。
步骤S322：根据所述水下机器人的预设作业路径和所述初始编码合作靶标，确定所述水下机器人的所述作业路径。
预设作业路径为预先设定的水下机器人的作业路径。以确定的初始编码合作靶标在大地坐标系的坐标为Ci(xi, yi, zi)为例，得到以Ci(xi, yi, zi)为关键节点的水下机器人的作业路径，也称实际作业路径。实际作业路径可以记为p{Ci, Ci+1,…, Cn,…C1}，其中，i=1,2,…,n, Ci为初始编码合作靶标，初始编码合作靶标作为实际作业路径中的起始合作靶标。可选的，与实际作业要求结合，计算并规划从初始位置到初始编码合作靶标Ci(xi,yi, zi)的实际路径。
可选的，根据预设作业路径，可以用于确定经过不同合作靶标的顺序，例如Ci,Ci+1,…, Cn。因此，根据预设作业路径确定的实际作业路径也可以用于确定经过不同合作靶标的顺序。即根据初始合作靶标，可以确定水下机器人离开所述初始合作靶标后、前往的下一合作靶标，即可以确定目的合作靶标。例如根据确定的初始合作靶标Ci，可以确定目的合作靶标Ci+1。
可选的，在水下机器人到达目的合作靶标Ci+1后，将初始合作靶标Ci标记为“已经过”，重复上述步骤S321-S322，可以确定水下机器人离开目的合作靶标后、前往的下一合作靶标，例如合作靶标Ci+2。
如此，水下机器人每次遇到编码合作靶标，就可以得到准确的位置和姿态；惯导的导航时间不超过水下机器人自一个合作靶标到下一个合作靶标的时间，惯导的误差始终维持在两个编码合作靶标之间，从而能够保障长航时、高精度导航。
步骤S340：确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标。
步骤S310以及步骤S340及其之后的步骤可以采用上一实施例对应步骤的描述，并实现相同或相应的技术效果，对于可重复的部分，在此不再赘述。
在本申请实施例中，在通过编码合作靶标为关键点生成水下机器人的实际作业路径、水下机器人沿该作业路径进行水下作业的过程中，可以通过各预设编码合作靶标，得到水下机器人当前的精确位置，以不断向惯导提供准确的水下机器人的准确位置，进一步保持水下机器人在长导航时间下的定位准确性。
图4示出本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的另一种流程示意图。如图所示，该方法可以包括以下步骤。
步骤S410：基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置。
步骤S420：确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标。
步骤S410和S420可以采用前述实施例对应步骤的描述，并实现相同或相应的技术效果，对于可重复的部分，在此不再赘述。
步骤S431：获取所述水下构筑物的结构化信息。
在所述水下机器人前往所述初始编码合作靶标和/或所述目的编码合作靶标的过程中，通过水下机器人，获取所述水下构筑物的结构化信息。
可选的，利用卫星和水声定位引导水下机器人到达相应合作靶标位置附近。由于水下摄影测量受到水体情况影响较大，因此，水下机器人到达距离合作靶标较近的位置，可以进一步提升通过合作靶标确定的水下机器人的位姿的准确性。例如，控制水下机器人从初始位置前往初始编码合作靶标，以及控制水下机器人从初始编码合作靶标前往目的编码合作靶标。
通过水下机器人搭载的不同种类的传感器，获取水下构筑物的结构化信息。该结构化信息可用于表征水下构筑物的形貌，例如包括水下构筑物的轮廓、水下构筑物的形状等。标准结构化信息例如为预先存储的水下构筑物的标准结构模型。由于水下构筑物为人造构筑物，具有标准几何模型，在水下可以得到其在大地坐标系的绝对坐标。初始位置与水下构筑物的位置位于同一坐标系。标准结构化信息可以包括水下构筑物上各合作靶标的位姿信息。
步骤S432：确定所述水下机器人的实时位置。
在所述结构化信息与预先存储的所述水下构筑物的标准结构化信息匹配成功的情况下，例如在结构化信息表征的轮廓与标准结构化信息表征的轮廓能够匹配的情况下，或在结构化信息表征的形貌与标准结构化信息表征的形貌能够匹配的情况下，根据所述标准结构化信息，确定所述水下机器人的实时位置。
根据该方式确定的实时位置，能在瞬时精确位置和瞬时精确姿态的基础上，进一步提高位置的准确性，进而提高长时导航的准确性。
在一种可能的实现方式中，在所述结构化信息与所述标准结构化信息匹配失败的情况下，控制所述水下机器人返回已经经过的上一合作靶标或结束作业。
可选的，在水下机器人从初始编码合作靶标前往目的编码合作靶标的过程中，如结构化信息表征的水下构筑物的形貌与标准结构化信息中的水下构筑物的形貌不同，控制水下机器人返回初始编码合作靶标。
或者，在水下机器人从初始位置前往初始编码合作靶标的过程中，如结构化信息表征的水下构筑物的形貌与标准结构化信息中的水下构筑物的形貌不同，由于作业路径中没有上一合作靶标位置，指示水下机器人结束水下作业。
步骤S440：根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态、所述作业路径和所述实时位置，控制所述惯性导航***进行定位导航。
在瞬时精确位置、瞬时精确姿态和作业路径的基础上，结合根据结构化信息获取的实时位置，能够进一步提高位置的准确性，进而提高长时导航的准确性。
在本申请实施例中，在水下机器人前往初始/目的编码合作靶标的过程中，通过匹配水下构筑物的标准化结构信息，得到实时位置，能够进一步维持水下机器人导航定位的精准性。
在一种可能的实现方式中，步骤S431包括以下至少之一：通过所述水下机器人的视觉传感器，获取用于表示所述水下构筑物的结构的视觉图像信息；通过所述水下机器人的声学传感器，获取用于表示所述水下构筑物的结构的声呐图像信息。
声呐适用于大范围获取水下地形、构筑物等三维结构，通过特征匹配进行定位；视觉可以获取图像或者点云，通过提取被测物特征进行特征匹配定位。获取的视觉图像和声呐图像，可以进行结构化信息匹配，也可以通过其他图像匹配方法进行匹配。
由于水体散射、悬浮等问题，水下进行光学成像存在光学质量差，不清晰，常用的点匹配往往难以适用；而声呐图像由于集合结构引起的多路径效应，也存在分辨率低，精度低，也难以进行点匹配。然而，水下构筑物部分特征是已知的，特征所在的位置也是已知的，通过机器人在运动过程中获取图像，采用结构化匹配的方式，例如轮廓匹配的方式，能够降低对图像质量的要求，从而进行有效匹配。
结合图5示出的本申请实施例提供的一种海洋工程环境水下机器人定位方法的一种示意图。所述方法包括以下步骤：
（1）获取水下构筑物上预先设置的所有编码合作靶标的靶标信息，靶标信息包括但不限于靶标位置、靶标姿态、靶标编号等。
（2）GNSS和水声技术联合得到水下机器人在大地坐标系的初始位置坐标g(x0, y0,z0)，初始位置与水声定位的精度相关。
（3）根据初始位置坐标g(x0, y0, z0)计算距离水下机器人最近但未被水下机器人经过的初始编码合作靶标Ci(xi, yi, zi)501。
（4）根据水下机器人的预设作业路径，确定以初始编码合作靶标501为关键节点的水下机器人实际作业路径，记为p{Ci, Ci+1,…, Cn,…C1}，其中，i=1,2,…,n, Ci为初始编码合作靶标501。
（5）结合实际作业要求，计算并规划自g(x0, y0, z0)至Ci(xi, yi, zi)的实际作业路径，并通过卫星和水声定位***引导水下机器人到达Ci(xi, yi, zi)。
（6）水下机器人以摄影测量的方式与初始编码合作靶标501进行联测，得到水下机器人瞬时精确位置和瞬时精确姿态，用以向惯导***提供更准确的位姿信息。
（7）水下机器人从路径集合p中得到初始编码合作靶标501和目的编码合作靶标502，计算得到运动路径、运动方向等，并开始导航作业。
（8）可选的，在从初始编码合作靶标501前往目的编码合作靶标502的过程中，再次通过多源定位方法，获取水下机器人实时位置，从水下构筑物的标准结构模型中提取水下构筑物在该实时位置附近的局部结构信息；同时，通过水下机器人搭载的视觉传感器和声传感器，获取水下构筑物在该实时位置的视觉图像和声呐图像；将视觉图像和声呐图像与局部结构信息进行对比，如果匹配成功，则根据标准模型确定该实时位置，进一步修正惯导误差。
（9）水下机器人到达目的编码合作靶标502后，将初始编码合作靶标501标记为已经过，并重复步骤（6）至（9）。
（10）根据需要，重复步骤（1）至（9），以实现水下机器人在海洋工程环境中长航时、高精度定位。
在本申请实施例中，通过在构筑物上布设编码合作靶标，利用编码合作靶标提供的精确位置和姿态信息辅助惯导，同时，与水下卫星、水声定位定位、声学和光学图像匹配定位等方法协同，能够构建海洋工程环境水下机器人高精度定位技术框架，充分利用海洋工程建设中人造环境的优势，形成以惯导为核心的水下机器人长航时、高精度定位方法。
图6示出本申请实施例提供的海洋工程环境水下机器人定位装置的结构示意图，该装置600包括：获取模块610、第一确定模块620、第二确定模块630、第三确定模块640和定位模块650。
获取模块610用于基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置；第一确定模块620用于在编码合作靶标集合中，确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标，其中，所述编码合作靶标集合包括预先设置于水下构筑物的编码合作靶标；第二确定模块630用于基于所述初始编码合作靶标，利用水下摄影测量技术确定所述水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态；第三确定模块640用于基于由所述初始编码合作靶标组成的作业路径，确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标；定位模块650用于根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态和所述作业路径，结合惯性导航***进行定位导航。
在一种可能的实现方式中，第二确定模块630用于通过所述水下机器人的视觉传感器对所述初始编码合作靶标进行摄影测量后方交会，确定所述视觉传感器相对于所述初始编码合作靶标的位姿关系；基于所述初始编码合作靶标的靶标位置、所述初始编码合作靶标的靶标姿态以及所述位姿关系，确定所述水下机器人的所述瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态。
在一种可能的实现方式中，所述编码合作靶标包括至少3个用于所述视觉传感器的参考点，第二确定模块630用于确定所述视觉传感器相对于各所述参考点的参考位姿关系；基于各所述参考点的参考点位置、各所述参考点的参考点姿态以及对应的所述参考位姿关系，确定所述水下机器人的所述瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态。
在一种可能的实现方式中，所述编码合作靶标的数量不小于2，第一确定模块620用于根据所述编码合作靶标集合中各所述合作靶标与所述初始位置之间的距离，确定多个所述编码合作靶标中的一个为所述初始编码合作靶标，其中，所述初始编码合作靶标为所述水下机器人未经过的编码合作靶标。
在一种可能的实现方式中，第三确定模块640用于根据所述水下机器人的预设作业路径和所述初始编码合作靶标，确定所述水下机器人的所述作业路径。
在一种可能的实现方式中，装置600还用于在所述水下机器人前往所述初始编码合作靶标和/或所述目的编码合作靶标的过程中，通过所述水下机器人，获取所述水下构筑物的结构化信息；将所述结构化信息与预先存储的所述水下构筑物的标准结构化信息进行匹配；在所述结构化信息与所述标准结构化信息匹配成功的情况下，根据所述标准结构化信息，确定所述水下机器人的实时位置。
在一种可能的实现方式中，装置600用于通过所述水下机器人的视觉传感器，获取用于表示所述水下构筑物的结构的视觉图像；通过所述水下机器人的声学传感器，获取用于表示所述水下构筑物的结构的声呐图像。
在一种可能的实现方式中，装置600用于在所述结构化信息与所述标准结构化信息匹配失败的情况下，控制所述水下机器人返回已经经过的上一编码合作靶标或结束作业。
在一种可能的实现方式中，定位模块650用于根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态、所述作业路径和所述实时位置，控制所述惯性导航***进行定位导航。
本申请实施例提供的该装置600，可执行前文方法实施例中所述的各方法，并实现前文方法实施例中所述的各方法的功能和有益效果，在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (6)

1.一种海洋工程环境水下机器人定位方法，其特征在于，包括：
基于卫星和水声定位***，获取水下机器人所在的初始位置；
在编码合作靶标集合中，确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标，其中，所述编码合作靶标集合包括预先设置于水下构筑物的编码合作靶标；
基于所述初始编码合作靶标，利用水下摄影测量技术确定所述水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态；
基于由所述初始编码合作靶标组成的作业路径，确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标；
根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态和所述作业路径，结合惯性导航***进行定位导航；
其中，所述确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标或确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标之后，还包括：
在所述水下机器人前往所述初始编码合作靶标或所述目的编码合作靶标的过程中，通过所述水下机器人，获取所述水下构筑物的结构化信息，所述结构化信息用于表征所述水下构筑物的轮廓和/或所述水下构筑物的形状；
将所述结构化信息与预先存储的所述水下构筑物的标准结构化信息进行匹配；
在所述结构化信息与所述标准结构化信息匹配成功的情况下，根据所述标准结构化信息，确定所述水下机器人的实时位置；
在所述结构化信息与所述标准结构化信息匹配失败的情况下，控制所述水下机器人返回已经经过的上一编码合作靶标或结束作业；
所述通过所述水下机器人，获取所述水下构筑物的结构化信息，包括以下至少之一：
通过所述水下机器人的视觉传感器，获取用于表示所述水下构筑物的结构的视觉图像信息；
通过所述水下机器人的声学传感器，获取用于表示所述水下构筑物的结构的声呐图像信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述初始编码合作靶标，利用水下摄影测量技术确定所述水下机器人的瞬时精确位置和瞬时精确姿态，包括：
通过所述水下机器人的视觉传感器对所述初始编码合作靶标进行摄影测量后方交会，确定所述视觉传感器相对于所述初始编码合作靶标的位姿关系；
基于所述初始编码合作靶标的靶标位置、所述初始编码合作靶标的靶标姿态以及所述位姿关系，确定所述水下机器人的所述瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述编码合作靶标包括至少3个用于所述视觉传感器的参考点，
所述确定所述视觉传感器相对于所述初始编码合作靶标的位姿关系，包括：
确定所述视觉传感器相对于各所述参考点的参考位姿关系；
所述基于所述初始编码合作靶标的靶标位置、所述初始编码合作靶标的靶标姿态以及所述位姿关系，确定所述水下机器人的所述瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态，包括：
基于各所述参考点的参考点位置、各所述参考点的参考点姿态以及对应的所述参考位姿关系，确定所述水下机器人的所述瞬时精确位置和所述瞬时精确姿态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编码合作靶标的数量不小于2，所述在编码合作靶标集合中，确定与所述初始位置对应的初始编码合作靶标，包括：
根据所述编码合作靶标集合中各所述编码合作靶标与所述初始位置之间的距离，确定多个所述编码合作靶标中的一个为所述初始编码合作靶标，其中，所述初始编码合作靶标为所述水下机器人未经过的编码合作靶标。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于由所述初始编码合作靶标组成的作业路径，确定所述水下机器人离开所述初始编码合作靶标、前往的下一编码合作靶标为目的编码合作靶标之前，还包括：
根据所述水下机器人的预设作业路径和所述初始编码合作靶标，确定所述水下机器人的所述作业路径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态和所述作业路径，结合惯性导航***进行定位导航，包括：
根据所述瞬时精确位置、所述瞬时精确姿态、所述作业路径和所述实时位置，控制所述惯性导航***进行定位导航。
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