ICS33.040.50L78團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/FSTI0016—2025無(wú)人船環(huán)境感知數(shù)據(jù)接口EnvironmentalPerceptionDataInterfaceforUnmannedSurfaceVessels2025-11-27發(fā)布 2025-12-01實(shí)施佛山市南海區(qū)九江科技創(chuàng)新協(xié)會(huì) 發(fā)布T/FSTI0016-2025T/FSTI0016-2025T/FSTI0016-2025T/FSTI0016-2025目 次前言 1引言 2范圍 3核心適用對(duì)象與技術(shù)范疇 3應(yīng)用場(chǎng)景與邊界限定 3與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的銜接 3規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 4技術(shù)要求 5傳感器類(lèi)型 5聲學(xué)傳感器 5光學(xué)與雷達(dá)傳感器 5環(huán)境傳感器 6數(shù)據(jù)格式 6導(dǎo)航定位數(shù)據(jù) 6水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 7通信協(xié)議 7數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 7接口連接方式 8時(shí)間同步 8附錄A術(shù)語(yǔ)縮寫(xiě)對(duì)照表 9附錄B傳感器數(shù)據(jù)格式示例 11平臺(tái)航行位置信息單元格式 11ROS傳感器消息格式示例 11激光雷達(dá)數(shù)據(jù)（sensor_msgs/LaserScan） 11點(diǎn)云數(shù)據(jù)（sensor_msgs/PointCloud） 12IMU數(shù)據(jù)（sensor_msgs/Imu） 12GPS數(shù)據(jù)（sensor_msgs/NavSatFix） 12Protobuf數(shù)據(jù)格式示例 13基礎(chǔ)消息定義 13傳感器數(shù)據(jù)專(zhuān)用消息 13PAGEPAGE11PAGEPAGE10前 言本文件按照GB/T1.1—2020給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。本文件由淘點(diǎn)鏈（廣州）信息科技有限公司提出。本文件由佛山市南海區(qū)九江科技創(chuàng)新協(xié)會(huì)歸口。（廣州（廣州（廣州科技有限責(zé)任公司、廣東中科臻恒信息技術(shù)有限公司。本文件主要起草人：樊立波、黃智、李然、肖金超、樊兆昌、顧壯壯、蘇泳思、李柳敏、樊少麗、胡娜、盧越秀、曹漢龍、張燁、楊敬鋒。T/FSTI0016-2025T/FSTI0016-2025T/FSTI0016-2025T/FSTI0016-2025引 言（（標(biāo)準(zhǔn)化的核心價(jià)值體現(xiàn)在三方面：一是通過(guò)統(tǒng)一傳感器數(shù)據(jù)接口規(guī)范（包括數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、元數(shù)據(jù)定義無(wú)人船環(huán)境感知數(shù)據(jù)接口團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)范圍核心適用對(duì)象與技術(shù)范疇4DGPSIMU關(guān)鍵技術(shù)覆蓋：本標(biāo)準(zhǔn)涉及的數(shù)據(jù)接口規(guī)范包含三大核心維度：數(shù)據(jù)格式：定義傳感器原始數(shù)據(jù)與處理后數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化表示方法通信協(xié)議：規(guī)范傳感器與處理單元、系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則接口要求：明確硬件接口特性與軟件接口交互邏輯，確保多傳感器協(xié)同工作的兼容性應(yīng)用場(chǎng)景與邊界限定在應(yīng)用場(chǎng)景層面，本標(biāo)準(zhǔn)適用于無(wú)人船自主航行、自主補(bǔ)給、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)（如海洋污染、赤潮、海冰監(jiān)測(cè)（如油氣與礦產(chǎn)資源探測(cè)（及智能養(yǎng)（與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的銜接T/NSSQ《無(wú)人船信息共享數(shù)據(jù)接口規(guī)范性引用文件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB3838《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB50026-2020《工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T18314-2024《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)測(cè)量規(guī)范》GB/T2312《信息交換用漢字編碼字符集基本集》GB/T9359《水文儀器基本環(huán)境試驗(yàn)條件及方法》GB/T17626.3《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：CH/T2009-2010《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范》CH/T7002-2018《無(wú)人船水下地形測(cè)量技術(shù)規(guī)程》CH/T7003-2021《內(nèi)陸水域水下地形測(cè)量技術(shù)規(guī)程》HY/T0353-2023《無(wú)人船（艇）海底地形地貌調(diào)查技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)：T/NSSQ046-2022《無(wú)人船水域水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》T/NSSQ052-2023《無(wú)人船信息共享數(shù)據(jù)接口規(guī)范》其他規(guī)范性文件：ISODraftStandardroadvehicleslogicalinterfacebetweensensorsanddatafusionunitforautomateddrivingfunctions”（傳感器與數(shù)據(jù)融合單元邏輯接口規(guī)范）ASAMOSI（OpenSimulationInterface）（符合ISO23150邏輯接口的通用數(shù)據(jù)交換接口）ROSHumbleDocumentation“sensor_msgspackage”（傳感器數(shù)據(jù)消息定義）ROSMelodicDocumentation“sensor_msgspackage”（傳感器數(shù)據(jù)消息定義）GoogleProtocolBuffers(ProtobufDocumentationLanguageGuide(proto3)”（數(shù)據(jù)序列化格式規(guī)范）MAVLink通信協(xié)議規(guī)范術(shù)語(yǔ)和定義AIS（船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，AutomaticIdentificationSystem）：應(yīng)用于船和岸、船和船之間的海事安全與通信的新型助航系統(tǒng)，用于船舶身份識(shí)別、位置報(bào)告及航行狀態(tài)交換。surveillanceASAMOSI（OpenSimulationInterface）：自動(dòng)化駕駛功能與仿真框架間的兼容性接口標(biāo)準(zhǔn)，支ProtocolBuffergroundtruthinterface和sensordatainterface數(shù)據(jù)接口（DataInterface）：預(yù)先定義的為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)、處理和服務(wù)功能的程序、函數(shù)或過(guò)程，是無(wú)人船環(huán)境感知系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的核心通道。環(huán)境感知（EnvironmentalPerception）：無(wú)人船通過(guò)傳感器獲取周?chē)h(huán)境信息的過(guò)程，涵蓋地形、地貌、水質(zhì)、氣象等多維度數(shù)據(jù)采集。GPS（全球定位系統(tǒng)，GlobalPositioningSystem）：基于衛(wèi)星的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，為無(wú)人船提供實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)與時(shí)間同步服務(wù)。groundtruthinterface：ASAMOSIIMU（慣性測(cè)量單元，InertialMeasurementUnit）：測(cè)量物體三軸姿態(tài)角及加速度的傳感器，為無(wú)人船提供運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)慣性數(shù)據(jù)。LiDAR（激光雷達(dá)，LightDetectionandRanging）：通過(guò)發(fā)射激光束測(cè)量目標(biāo)距離和輪廓的傳感器，可生成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于環(huán)境建模與障礙物檢測(cè)。MAVLink（微型飛行器連接協(xié)議，MicroAirVehicleLink）：無(wú)人設(shè)備與地面站間的輕量級(jí)消息協(xié)議，支持自定義消息定義，需保證通信雙方協(xié)議版本一致性。MQTT（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議，MessageQueuingTelemetryTransport）：基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級(jí)消息傳輸協(xié)議，適用于低帶寬、高延遲的無(wú)人船環(huán)境感知數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景。（GPS）的數(shù)據(jù)輸出格式。SAEJ1939100種海事數(shù)據(jù)消息類(lèi)型，適用于多設(shè)備協(xié)同工作。NTP（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，NetworkTimeProtocol）：用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的協(xié)議，確保無(wú)人船多傳感器數(shù)據(jù)采集的時(shí)間一致性。OPCUA（開(kāi)放平臺(tái)通信統(tǒng)一架構(gòu)，OLEforProcessControlUnifiedArchitecture）：工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的設(shè)備間通信協(xié)議，支持跨廠(chǎng)商設(shè)備的協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)交互。ProtocolBuffer（PB，協(xié)議緩沖區(qū)）：GoogleprotoProtobuf。Protobuf（ProtocolBuffers）：ProtocolBufferROS（機(jī)器人操作系統(tǒng)，RobotOperatingSystem）：提供統(tǒng)一編程框架和開(kāi)發(fā)工具的機(jī)器人軟件平臺(tái)，支持多傳感器數(shù)據(jù)融合與處理，用于無(wú)人船自主導(dǎo)航、避障等功能開(kāi)發(fā)。Sapient合。sensordataOSIsensor_msgs：ROS中的傳感器消息軟件包，定義攝像頭、激光雷達(dá)等設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式（如PointCloud2）。UDP（用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，UserDatagramProtocol）：無(wú)連接的傳輸層協(xié)議，允許應(yīng)用程序直接發(fā)送封裝的IPUSBL（超短基線(xiàn)定位系統(tǒng)，Ultra-ShortBaseline）：水下聲學(xué)定位技術(shù)，通過(guò)聲波信號(hào)實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)的追蹤與定位。無(wú)人船，UnmannedSurface利用無(wú)線(xiàn)電遙控或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)控制的非載人船只，可搭載傳感器執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、勘測(cè)等任務(wù)。(g)PTP（通用精確時(shí)間協(xié)議，generalizedPrecisionTimeProtocol）：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備亞微秒級(jí)時(shí)間同步的協(xié)議，保障無(wú)人船多傳感器數(shù)據(jù)采集的時(shí)間戳一致性。技術(shù)要求傳感器類(lèi)型聲學(xué)傳感器表1聲學(xué)傳感器傳感器類(lèi)型核心功能技術(shù)參數(shù)典型應(yīng)用場(chǎng)景單波束測(cè)深儀高精度水深測(cè)量200kHz0.15-300m，精度±1cm+0.1%h（h1cm30Hz，集成水溫傳感器（-55℃~+100℃）航道測(cè)繪、水深監(jiān)測(cè)多波束成像聲吶二維前視高分辨率成像型號(hào)SV1203D，最大工作深度4公里，體積小、功耗低[18]水下障礙物檢模側(cè)掃聲吶海底地貌高分辨率成像生成連續(xù)海底圖像，適用于地質(zhì)結(jié)構(gòu)識(shí)別沉船探測(cè)、海底管線(xiàn)巡檢被動(dòng)聲吶水下噪聲源監(jiān)測(cè)監(jiān)聽(tīng)環(huán)境聲波，識(shí)別船舶、海洋生物等聲源水下生態(tài)監(jiān)測(cè)、船舶追蹤聲速剖面儀聲速校正實(shí)時(shí)測(cè)量水體聲速分布，用于修正聲波傳播誤差提升測(cè)深、成像精度水聲網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)水下聲學(xué)通信工作頻段21~27kHz，支持OFDM/MFSK調(diào)制，最大通信深度300米無(wú)人船集群協(xié)同、數(shù)據(jù)中繼光學(xué)與雷達(dá)傳感器表2光學(xué)與雷達(dá)傳感器傳感器類(lèi)型核心功能技術(shù)參數(shù)典型應(yīng)用場(chǎng)景（LiDAR）三維環(huán)境建模與地形掃描采樣頻率10Hz，提供距離、強(qiáng)度數(shù)據(jù)，適用于淺海測(cè)繪河床地形掃描、水下障礙物檢測(cè)毫米波雷達(dá)全天候近距離目標(biāo)跟蹤0.2-40m14112°，64避障、船舶近距離碰撞預(yù)警4D毫米波雷達(dá)目標(biāo)多維運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量雨霧雪復(fù)雜天氣條件下的環(huán)境感知導(dǎo)航雷達(dá)遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)Halo2489（4818開(kāi)闊水域?qū)Ш?、遠(yuǎn)距離船舶監(jiān)測(cè)可見(jiàn)光/紅外攝像頭水面目標(biāo)視覺(jué)識(shí)別360°全向視頻，分辨率1920×1080，視場(chǎng)角104°，采樣頻率30FPS浮標(biāo)識(shí)別、油污/垃圾檢測(cè)、夜間輔助觀測(cè)GNSS-RTK高精度定位平面精度±1cm+1ppm，高程精度±2cm無(wú)人船航線(xiàn)規(guī)劃、位置校準(zhǔn)慣性測(cè)量單元（IMU）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與姿態(tài)感知提供角速度、加速度數(shù)據(jù)，補(bǔ)償橫搖/縱搖誤差船體姿態(tài)穩(wěn)定、運(yùn)動(dòng)軌跡推算環(huán)境傳感器環(huán)境傳感器用于監(jiān)測(cè)水體、氣象及空氣質(zhì)量參數(shù)，支撐無(wú)人船的環(huán)境適應(yīng)性與任務(wù)針對(duì)性：3傳感器類(lèi)型監(jiān)測(cè)參數(shù)技術(shù)特性典型應(yīng)用場(chǎng)景多參數(shù)水質(zhì)傳感器pH值、溶解氧、濁度、溫度、COD/BOD、葉綠素a、氨氮等集成光學(xué)/離子選擇傳感器，支持參數(shù)擴(kuò)展水質(zhì)污染監(jiān)測(cè)、水生生態(tài)評(píng)估氣象傳感器風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、水溫、水面溫度實(shí)時(shí)采集環(huán)境氣象數(shù)據(jù)，支撐航線(xiàn)安全評(píng)估航行氣象預(yù)警、任務(wù)可行性分析空氣質(zhì)量傳感器PM2.5、SO?、NO?集成氣體檢測(cè)模塊，適用于近岸大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)沿岸污染溯源、大氣-水體交互研究生物傳感器葉綠素、浮游生物光學(xué)檢測(cè)原理，快速響應(yīng)水體生物指標(biāo)變化藻類(lèi)爆發(fā)預(yù)警、漁業(yè)資源調(diào)查數(shù)據(jù)格式導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀格式下位機(jī)數(shù)據(jù)幀：以“A55A”為包頭，依次包含數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（1位）、地址、緯度（4位，32位帶符（4180°+180°，東經(jīng)為正（3位（2位IMU（4位（1位上位機(jī)數(shù)據(jù)幀：同樣以“A55A”為包頭，包含數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（len）、無(wú)人船標(biāo)識(shí)（ID_ship）、命令內(nèi)容（order）及校驗(yàn)碼（AA），用于指令傳輸與狀態(tài)反饋。傳感器數(shù)據(jù)格式基于ROS（RobotOperatingSystem）的傳感器消息格式為環(huán)境感知數(shù)據(jù)提供標(biāo)準(zhǔn)化接口，核心類(lèi)型包括：導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)據(jù)：采用sensor_msgs::NavSatFix類(lèi)型，包含緯度（latitude，float64）、經(jīng)度（longitude，float64）、海拔（altitude，float64）及位置協(xié)方差矩陣（position_covariance），配合NavSatStatus（如STATUS_FIX(0sensor_msgs::Imu（orientation）視覺(jué)與點(diǎn)云數(shù)據(jù)：sensor_msgs::CameraInfo存儲(chǔ)攝像頭內(nèi)參（焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)）與畸變系數(shù)；sensor_msgs::PointCloud2用于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包含X、Y、Z坐標(biāo)及顏色信息，支持激光雷達(dá)與深度相機(jī)的環(huán)境建模數(shù)據(jù)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換規(guī)范多傳感器數(shù)據(jù)融合需通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)空間一致性，關(guān)鍵轉(zhuǎn)換流程包括：Q(X,Y,Z)轉(zhuǎn)換為攝像頭坐標(biāo)系下Q′(X′,Y′,Z′)。Q′(X′,Y′,Z′)投影至圖像坐標(biāo)系水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)GB383GB897，明確參數(shù)類(lèi)型、單位及精度要求，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)范性與可比性。參數(shù)分類(lèi)與要求0.5℃）pH（0.1）（mg/L，精度±0.2mg/L）、化學(xué)需氧量（COD，mg/L，精度±5%）、氨氮（mg/L，精度±0.05mg/L）等，需滿(mǎn)足GB3838中基本項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)要求。選測(cè)參數(shù)：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景可選總磷（mg/L）、總氮（mg/L）、重金屬（如銅、鋅，μg/L）等，其精度應(yīng)符合GB8978中對(duì)應(yīng)污染物的測(cè)定方法標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化格式水質(zhì)數(shù)據(jù)宜采用PtomessageWaterQualityData{uint64timestamp1; //時(shí)間戳（毫秒級(jí)）floattemperature2; //水溫（℃）floatph3; //pH值floatdo4; //溶解氧（mg/L）repeatedfloatoptional_params5; //選測(cè)參數(shù)數(shù)組}Protobuf的二進(jìn)制編碼特性可減少數(shù)據(jù)體積20%-100%，解析速度較JSON提升5-100倍，適用于無(wú)人船有限帶寬下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。#與通信協(xié)議的銜接為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾耘c效率，數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)需與通信協(xié)議緊密配合：幀結(jié)構(gòu)一致性：下位機(jī)與上位機(jī)數(shù)據(jù)幀的包頭（“A55A”）、校驗(yàn)碼（如AA）設(shè)計(jì)需與通信鏈路中的差錯(cuò)控制機(jī)制對(duì)應(yīng)，避免傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)丟失或誤碼。（如雷達(dá)原始回波可采用CSV（如SEG-YUDP/RS232關(guān)鍵格式要求導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度采用32位帶符號(hào)整數(shù)編碼，確?！?.0001°的定位精度；傳感器消息格式需兼容ROS2sensor_msgs標(biāo)準(zhǔn)，支持多廠(chǎng)商設(shè)備的即插即用；水質(zhì)參數(shù)單位與精度需嚴(yán)格遵循GB3838/GB8978，數(shù)值保留位數(shù)不低于標(biāo)準(zhǔn)方法的檢出限要求。通信協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議UDP協(xié)議作為無(wú)人船與外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的核心協(xié)議，具有無(wú)連接、不可靠傳輸、面向數(shù)據(jù)報(bào)的特點(diǎn)，適用于實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)景。其報(bào)文結(jié)構(gòu)由8字節(jié)報(bào)頭（含源端口、目的端口等4個(gè)2字節(jié)字段）與最大64KB-8字節(jié)載荷組成，端口號(hào)范圍為[0,65535]。實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)人船通過(guò)UDP定期發(fā)送軌跡報(bào)告、GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)及雷達(dá)模擬數(shù)據(jù)，發(fā)送頻率需滿(mǎn)足每100ms定期發(fā)送的實(shí)時(shí)性要求，例如HPX-346接口單元將雷達(dá)數(shù)據(jù)數(shù)字化后通過(guò)UDPpackets分發(fā)，USVX系統(tǒng)通過(guò)UDP接收GPS及羅盤(pán)導(dǎo)航數(shù)據(jù)。NMEA2000協(xié)議基于SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)CAN2.0B總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)船載設(shè)備間數(shù)據(jù)交互，定義超過(guò)100種消息類(lèi)型，可傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、舵角狀態(tài)等關(guān)鍵航行數(shù)據(jù)。相比NMEA0183，其支持多設(shè)備同時(shí)接入，通信速率更高，SmartBoat?等設(shè)備已實(shí)現(xiàn)對(duì)該協(xié)議的集成支持。ROS通信機(jī)制通過(guò)消息傳遞實(shí)現(xiàn)無(wú)人船感知層（傳感器）、決策層（控制算法）與執(zhí)行層（推進(jìn)系統(tǒng)）的模塊化通信，支持相機(jī)、激光雷達(dá)、慣性測(cè)量單元（IMU）等多傳感器數(shù)據(jù)融合，其發(fā)布-訂閱模型可靈活適配動(dòng)態(tài)感知需求。此外，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）作為UMAA架構(gòu)的核心協(xié)議，采用數(shù)據(jù)中心架構(gòu)與發(fā)布-訂閱模型，支持傳感器標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)共享；Protobuf協(xié)議則以序列化效率高（數(shù)據(jù)量小、速度快）的優(yōu)勢(shì)，廣泛用于跨平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與RPC調(diào)用。接口連接方式UDP/TCP/IP協(xié)議，需配置設(shè)備IP地址與連接超時(shí)時(shí)間，支持遠(yuǎn)程操作（InnomarCompact-USV的線(xiàn)啟動(dòng)/停止功能）（1/2位（7/8位（無(wú)/奇/偶）及超時(shí)時(shí)長(zhǎng)，例如RS232用于傳輸GNSS位置、深度數(shù)據(jù)，Modbus協(xié)議用于串口設(shè)備通信。無(wú)線(xiàn)連接需根據(jù)作業(yè)范圍與數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如下表：表4關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)頻率/協(xié)議通信距離核心應(yīng)用場(chǎng)景技術(shù)特點(diǎn)數(shù)傳電臺(tái)2.4GHz通視環(huán)境2km短距離船岸指令傳輸抗干擾能力強(qiáng)，適合視距內(nèi)操作4G網(wǎng)絡(luò)LTE無(wú)限制近岸高帶寬數(shù)據(jù)傳輸eSIM+NanoSIM10G×36量5G網(wǎng)絡(luò)5GNR近岸覆蓋范圍實(shí)時(shí)視頻、高清圖像傳輸5G+衛(wèi)星組合實(shí)現(xiàn)延遲<300ms衛(wèi)星通信VSAT/Starlink遠(yuǎn)洋全球覆蓋遠(yuǎn)洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回傳帶寬有限（通常<10Mbps），延遲較高5.8G高速通信5.8GHz視距3-5km水體環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)上傳支持Mbps級(jí)速率，適合高密度數(shù)據(jù)LoRa自組網(wǎng)LoRaWAN視距1-2km近距離傳感器組網(wǎng)低功耗，適合電池供電設(shè)備此外，雙鏈路通信（4G+無(wú)線(xiàn)電）可實(shí)現(xiàn)斷聯(lián)自動(dòng)切換，保障船岸通信連續(xù)性；超短波數(shù)據(jù)鏈與岸基遠(yuǎn)程測(cè)控鏈路則分別用于船岸組網(wǎng)及光電圖像、數(shù)字地圖傳輸。時(shí)間同步為確保多傳感器數(shù)據(jù)時(shí)空一致性，需采用分層對(duì)時(shí)策略：NTP協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)時(shí)，各軟件啟用NTP客戶(hù)進(jìn)程，以1次/10分鐘的速率同步時(shí)間，精度達(dá)毫秒級(jí)；PTP（(g)PTP）協(xié)議由GPS模塊支持，通過(guò)硬件時(shí)間戳實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)精度同步，滿(mǎn)足激光雷達(dá)、相機(jī)等高精度傳感器的時(shí)間對(duì)齊需求。關(guān)鍵協(xié)議選型原則：實(shí)時(shí)控制指令優(yōu)先采用UDP/MQTT，傳感器數(shù)據(jù)傳輸推薦Protobuf/DDS，船載設(shè)備互聯(lián)選用NMEA2000/CAN總線(xiàn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控則結(jié)合4G/5G與衛(wèi)星通信，形成多層次、高可靠的通信架構(gòu)。附錄A術(shù)語(yǔ)縮寫(xiě)對(duì)照表表5術(shù)語(yǔ)縮寫(xiě)對(duì)照表縮寫(xiě)全稱(chēng)說(shuō)明AESAdvancedEncryptionStandard高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AISAutomaticIdentificationSystem船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，雷達(dá)數(shù)據(jù)輔助數(shù)據(jù)源AMSAutonomousMotionSubsystem無(wú)人船自主運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)ARQAutomaticRepeatreQuest自動(dòng)重傳請(qǐng)求（文中提及stop-and-waitARQ）ASAMAssociationforStandardizationofAutomationandMeasuringSystems自動(dòng)化與測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)AsterixAllPurposeStructuredEurocontrolSurveillanceInformationExchange航空和海事surveillance信息交換標(biāo)準(zhǔn)BEDBasicEnvironmentDescriptors數(shù)字化表示CAV遍歷環(huán)境的數(shù)據(jù)CANControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)，用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信、一種數(shù)據(jù)總線(xiàn)CTDConductivity,Temperature,Depth電導(dǎo)率、溫度、深度傳感器DDSDataDistributionService數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)DVLDopplerVelocityLog多普勒測(cè)速儀DODissolvedOxygen溶解氧FHSSFrequencyHoppingSpreadSpectrum跳頻擴(kuò)頻FPSFramesPerSecond攝像頭每秒幀率GPSGlobalPositioningSystem全球定位系統(tǒng)，用于定位和時(shí)間同步，提供絕對(duì)位置信息(g)PTPgeneralizedPrecisionTimeProtocol用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)間同步的協(xié)議HzHertz激光雷達(dá)采樣頻率單位IMUInertialMeasurementUnit慣性測(cè)量單元，無(wú)人船環(huán)境感知傳感器，用于測(cè)量姿態(tài)、加速度、速度和角速度等信息INSInertialNavigationSystem慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，自主式導(dǎo)航系統(tǒng)ISOInternationalOrganizationforStandardization國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織K-lineK-lineCommunication一種通信線(xiàn)路LiDARLightDetectionandRanging激光雷達(dá)，用于三維環(huán)境掃描，生成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)MACMediumAccessControl介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制MAVLinkMicroAirVehicleLink微型飛行器連接通信協(xié)議，無(wú)人機(jī)通信消息協(xié)議MQTTMessageQueuingTelemetryTransport輕量級(jí)消息傳輸協(xié)議，用于發(fā)布/訂閱通信NMEANationalMarineElectronicsAssociation（NMEA0183NMEA2000其制定的標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議）NMEA-0183NationalMarineElectronicsAssociation0183海事電子設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)NMEA2000NationalMarineElectronicsAssociation2000美國(guó)航海電子聯(lián)合會(huì)制定的航海通信協(xié)議NTPNetworkTimeProtocol網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議OPCUAOLEforProcessControlUnifiedArchitecture用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備間通信的協(xié)議PCIePeripheralComponentInterconnectExpressHPX-450雷達(dá)接口卡采用的高速接口ProtobufProtocolBuffersGoogle開(kāi)發(fā)的高效數(shù)據(jù)序列化協(xié)議，二進(jìn)制編碼格式QKDQuantumKeyDistribution量子密鑰分發(fā)RS232RecommendedStandard232串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)ROSRobotOperatingSystem開(kāi)放源代碼機(jī)器人操作系統(tǒng)，提供傳感器驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)航等工具，包含sensor_msgs包SEG-YSocietyofExplorationGeophysicists-Yformat地球物理勘探數(shù)據(jù)格式SLAMSimultaneousLocalizationandMapping同時(shí)定位與地圖構(gòu)建，ROS導(dǎo)航堆棧核心算法TDMATimeDivisionMultipleAccess時(shí)分多址TLVTag-Length-ValueProtobuf序列化結(jié)構(gòu)UDPUserDatagramProtocol用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，用于雷達(dá)數(shù)據(jù)分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議URCSUnderwaterReal-timeCommunicationSystem水下實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)USBLUltra-ShortBaseline超短基線(xiàn)定位系統(tǒng)USVUnmannedSurfaceVehicle無(wú)人水面艇VSATVerySmallApertureTerminal甚小孔徑終端WPANWirelessPersonalAreaNetwork無(wú)線(xiàn)個(gè)人區(qū)域網(wǎng)附錄B傳感器數(shù)據(jù)格式示例平臺(tái)航行位置信息單元格式表6位置信息編碼序號(hào)字段名稱(chēng)字段長(zhǎng)度（字節(jié)）說(shuō)明1信息單元序號(hào)1該字段數(shù)值由打包時(shí)設(shè)置2信息單元標(biāo)識(shí)1用于區(qū)分不同類(lèi)型的信息單元3信息單元長(zhǎng)度2標(biāo)識(shí)后續(xù)數(shù)據(jù)字段的總字節(jié)數(shù)4時(shí)戳4信息產(chǎn)生時(shí)刻（24h制），精度0.1ms5發(fā)送無(wú)人系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)編碼2發(fā)送此信息的無(wú)人平臺(tái)編碼標(biāo)識(shí)6二級(jí)信息單元標(biāo)識(shí)2細(xì)分信息單元類(lèi)型7接收無(wú)人系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)編碼2指定限制接收的平臺(tái)編碼，F(xiàn)FFFH表示無(wú)限制8信息單元數(shù)據(jù)來(lái)源標(biāo)識(shí)10-無(wú)人系統(tǒng)平臺(tái)，1-遠(yuǎn)程監(jiān)控臺(tái)，2-其它平臺(tái)9信息單元參數(shù)擴(kuò)展標(biāo)識(shí)10表示僅包含航行基本參數(shù)10經(jīng)度432東經(jīng)為正）11緯度432緯為正）12深度216位無(wú)符號(hào)整數(shù)，精度0.1m，全1表示數(shù)據(jù)無(wú)效13絕對(duì)航速2有符號(hào)16位短整型，單位：節(jié)，精度0.1，負(fù)數(shù)表示反向航行14絕對(duì)航向2無(wú)符號(hào)16位短整型，單位：度，范圍0°~360°（正北為0°順時(shí)針遞增）15艏向角2無(wú)符號(hào)16位短整型，單位：度，范圍0°~360°（正北為0°順時(shí)針遞增）16艏向角加速度2有符號(hào)16位短整型，單位：度/s，分辨率0.0117平臺(tái)巡航模式10-停止，1-自主巡航，2-遠(yuǎn)程遙控，255-狀態(tài)不明18模擬標(biāo)志10-真實(shí)數(shù)據(jù)，1-模擬數(shù)據(jù)ROS傳感器消息格式示例sensor_msgs激光雷達(dá)數(shù)據(jù)（sensor_msgs/LaserScan）激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采用極坐標(biāo)格式存儲(chǔ)，包含掃描角度范圍、距離數(shù)組等核心字段，具體定義如下表：表7激光雷達(dá)數(shù)據(jù)字段名稱(chēng)數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明headerstd_msgs/Header包含消息時(shí)間戳與坐標(biāo)系ID（如“l(fā)aser_link”）angle_minfloat32掃描起始角度（弧度），通常為-π/2angle_maxfloat32掃描結(jié)束角度（弧度），通常為π/2angle_incrementfloat32相鄰掃描點(diǎn)角度增量（弧度）time_incrementfloat32相鄰掃描點(diǎn)時(shí)間間隔（秒）scan_timefloat32完整掃描周期（秒）range_minfloat32最小可測(cè)距離（米）range_maxfloat32最大可測(cè)距離（米）rangesfloat32[]距離數(shù)組，長(zhǎng)度為(angle_max-angle_min)/angle_increment+1intensitiesfloat32[]反射強(qiáng)度數(shù)組，與ranges長(zhǎng)度一致點(diǎn)云數(shù)據(jù)（sensor_msgs/PointCloud）點(diǎn)云數(shù)據(jù)用于表示三維空間中的特征點(diǎn)集合，包含坐標(biāo)與附加屬性通道，示例代碼如下：//創(chuàng)建點(diǎn)云消息指針并初始化頭信息sensor_msgs::PointCloudPtrfeature_points(newsensor_msgs::PointCloud);feature_points->header=img_msg->header; //繼承圖像消息的時(shí)間戳feature_points->header.frame_id="world"; //坐標(biāo)系設(shè)為世界坐標(biāo)系//添加三維坐標(biāo)點(diǎn)geometry_msgs::Point32p;p.xun_pts[j].x; //X坐標(biāo)p.yun_pts[j].y; //Y坐標(biāo)p.z=1.0; //Z坐標(biāo)（feature_points->points.push_back(p);//添加屬性通道（點(diǎn)ID、圖像坐標(biāo)u/v）sensor_msgs::ChannelFloat32id_of_point,u_of_point,v_of_point;id_of_point.values.push_back(pts_id[j]); //點(diǎn)唯一標(biāo)識(shí)u_of_point.values.push_back(pts_uv[j].u);//圖像u坐標(biāo)v_of_point.values.push_back(pts_uv[j].v);//圖像v坐標(biāo)feature_points->channels.push_back(id_of_point);feature_points->channels.push_back(u_of_point);feature_points->channels.push_back(v_of_point);pointsIMU數(shù)據(jù)（sensor_msgs/Imu）IMU數(shù)據(jù)包含姿態(tài)、角速度與線(xiàn)性加速度信息，典型結(jié)構(gòu)示例如下：sensor_msgs::Imu{orientation:{x:0.0,y:0.0,z:0.0w1.0}, //四元數(shù)姿態(tài)（w為實(shí)部）orientation_covariance:[0.01,0,0,0,0.01,0,000.01], //姿態(tài)協(xié)方差矩陣angular_velocity:{x:0.1,y:0.05z0.03}, //角速度（rad/s）angular_velocity_covariance:[0.001,0,0,0,0.001,0,000.001], //角速度協(xié)方差linear_acceleration:{x:0.5,y:0.2z9.8}, //線(xiàn)性加速度（m/s2）linear_acceleration_covariance:[0.01,0,0,0,0.01,0,000.01] //加速度協(xié)方差}GPS數(shù)據(jù)（sensor_msgs/NavSatFix）GPS數(shù)據(jù)包含經(jīng)緯度、海拔及定位狀態(tài)，示例如下：sensor_msgs::NavSatFix{status:sensor_msgs::msg::NavSatStatus::STATUS_FIX, //定位狀態(tài)：有效固定service:sensor_msgs::msg::NavSatStatus::SERVICE_GPS, //服務(wù)類(lèi)型：GPSlatitude:39.9042, //緯度（度）longitude116.4