研究方向
深入探索船艇智能航行的核心技术领域。
智能感知（Intelligent Perception）
Intelligent Perception
基于单目视觉的水面目标检测与跟踪
利用深度学习技术，对内河环境下的各类船舶、航标等水面目标进行高精度检测。通过改进的检测算法（如YOLO系列改进版），实现复杂光照、遮挡条件下的鲁棒识别。结合视觉跟踪算法，对动态目标进行持续跟踪，为后续的避碰决策提供可靠的感知输入。
激光雷达/视觉/AIS多源融合感知
研究异构传感器数据的时空同步与融合算法。将激光雷达的精确距离信息、摄像头的丰富纹理信息以及AIS的身份信息有机结合，构建船舶周围环境的全景态势感知模型，显著提升在恶劣天气（如雾霾、雨雪）下的环境感知能力。
决策与规划（Decision Making & Planning）
Decision Making & Planning
基于COLREGs的智能避碰决策
深入解析《国际海上避碰规则》（COLREGs），将其转化为计算机可执行的数学约束模型。研究基于深度强化学习（DRL）与规则库相结合的混合决策机制，使无人船在面对多船会遇、交叉相遇等复杂场景时，能够自主生成符合规则且安全高效的避碰策略。
路径规划与航迹优化
针对内河受限水域，研究基于A*、RRT*及其改进算法的全局路径规划，以及考虑船舶动力学约束的局部动态避障算法。重点解决动态环境下的实时路径重规划问题，确保航行路径的平滑性与可执行性。
定位与控制（Localization & Control）
Localization & Control
高精度组合导航定位
研究GNSS/INS/视觉SLAM/激光SLAM等多源融合定位技术。在GNSS信号受限区域（如桥梁下、港口密集区），利用SLAM技术实现厘米级的高精度自身定位与定姿，保障船舶航行安全。
船舶运动控制与轨迹跟踪
建立精确的船舶运动数学模型（如MMG模型），研究模型预测控制（MPC）、滑模控制等先进控制算法。实现对设定航迹的精确跟踪控制，有效克服风、浪、流等外界环境干扰，提升航行控制的稳定性与鲁棒性。
仿真与试验（Simulation & Experiment）
Simulation & Experiment
数字孪生与虚实交互
利用Unity3D、UE5等引擎构建高保真的内河航道虚拟环境与船舶数字孪生体。通过实时数据通信，实现虚拟船舶与物理船舶的虚实同步与交互，为智能航行算法提供低成本、高效率的测试验证平台。
实船试验验证平台
自主设计并搭建多艘无人测试船艇，配备完善的感知、计算与通信设备。在真实水域开展大量实船试验，验证感知、决策、控制等关键算法的实际性能，形成“算法设计-仿真测试-实船验证”的闭环研发体系。
实验装备平台（Experimental Equipment Platform）
Experimental Equipment Platform
云帆一号（Cloudsailing Ⅰ）—— 大尺度智能航行实验船
云帆一号为一艘大尺度智能航行实验船，船长 180cm、型宽 27.6cm，排水体积 33898cm³，是船舶智能航行基础研究与全工况算法验证的核心大尺度实验载体。
该船搭载2cm 级 RTK 差分 GNSS与北微传感 BW-AH200 姿态传感器，可精准采集船速、航向、艏向及横滚、俯仰数据；配备 PWM 控制的驱动电机与 ±45° 转角舵机，搭配高精度角度传感器、编码器实现动力与转向的闭环反馈；以 12 代 i5 工控机 + 树莓派 4B 为双计算核心，结合 4G 无线 + 有线的混合通信架构，支撑复杂智能航行算法的实时运算、指令下发与船间数据交互，为大尺度船舶轨迹跟踪、运动控制等研究提供高精准、高稳定的实船实验支撑。
云帆二号（Cloudsailing Ⅱ）—— 欠驱动双桨双舵智能航行实验船
云帆二号为一艘欠驱动双桨双舵缩比模型船，船长 0.965m、船宽 0.300m，整船质量 11.00kg，是船舶靠泊轨迹跟踪控制等方向的核心实验载体。
该船搭建状态感知 - 交互控制 - 终端显示一体化实验平台，搭载差分 GNSS、SCM345 电子罗经、高精度舵角反馈传感器等设备，实现船舶位置、艏向、姿态等数据的高精度采集；依托工控机 + 树莓派的双计算核心，结合 5G 通信与 FOC 直流无刷电机驱动系统，完成算法实现、指令转发与动力控制，为智能航行闭环控制研究提供稳定、精准的实船实验支撑。
云帆三号（Cloudsailing Ⅲ）—— 双桨无舵推进智能航行实验船
云帆三号是一艘双桨无舵推进缩比模型船，船长 93.0cm、质量 15.5kg，专为船舶轨迹跟踪、欠驱动控制等研究方向提供实船验证平台。
它搭载差分 GNSS + 姿态传感器，可输出厘米级定位与高精度艏向、姿态数据；采用双桨无舵推进结构，配合 PWM 控制驱动电机与舵机系统，实现灵活转向与动力输出；以 12 代 i5 工控机 + 嵌入式设备为双计算核心，支撑智能航行算法的实时决策与数据交互，是欠驱动船舶控制、轨迹预测等研究的关键实验载体。
云帆四号（Cloudsailing Ⅳ）—— 通用智能航行测试船
云帆四号是课题组面向船舶智能航行研究装备的通用智能航行测试船，核心支撑轨迹预测、智能避障、多船协同等方向的算法验证与数据采集。
云帆四号搭载速腾聚创 RS-bpearl 激光雷达与双天线 RTK 定位系统，可实现厘米级定位与三维环境感知；以天虹 R7-6800H 工控机为算力核心，搭配树莓派 Pi 5 拓展控制能力，具备高稳定性与可扩展性，能快速适配不同算法与传感器，是连接实验室仿真与真实水域测试的关键装备。