任务规划

学习如何创建和管理复杂的无人船任务。

任务类型

1. 航点任务 (Waypoint Mission)

最常用的任务类型，USV 按顺序访问指定的航点。

适用场景:

• 水质采样
• 巡逻监控
• 数据采集

示例:

mission:
  type: "waypoint"
  waypoints:
    - lat: 31.2304
      lon: 121.4737
      altitude: 0
      speed: 5

2. 区域巡航 (Area Survey)

在指定区域内按规定模式巡航。

巡航模式:

• 栅格模式 (Grid)
• 螺旋模式 (Spiral)
• 蛇形模式 (Snake)

示例:

mission:
  type: "area_survey"
  area:
    type: "polygon"
    coordinates:
      - [31.2304, 121.4737]
      - [31.2354, 121.4787]
      - [31.2404, 121.4787]
      - [31.2354, 121.4737]

  pattern: "grid"
  spacing: 50              # 米
  angle: 0                 # 度

3. 轨迹跟踪 (Path Following)

沿预定义的连续路径行驶。

适用场景:

• 河道巡查
• 管线检测
• 航道测量

示例:

mission:
  type: "path_following"
  path:
    type: "line"           # line, curve, spline
    points:
      - [31.2304, 121.4737]
      - [31.2324, 121.4757]
      - [31.2344, 121.4777]

  speed: 5
  tolerance: 2             # 米

4. 目标跟踪 (Target Tracking)

自动跟踪移动目标。

适用场景:

• 船只跟踪
• 漂浮物监测

示例:

mission:
  type: "target_tracking"
  target:
    id: "target-001"
    type: "vessel"

  tracking:
    distance: 50           # 保持距离（米）
    update_rate: 1         # Hz
    max_speed: 10          # 节

任务规划工具

Web 规划器

使用 Web 界面进行可视化规划：

1. 打开控制台：http://localhost:8080/planner
2. 选择任务类型
3. 在地图上标记航点或区域
4. 设置参数
5. 预览路径
6. 保存任务

命令行规划

使用 CLI 工具创建任务：

# 创建航点任务
jhusv mission create waypoint \
  --name "water_survey" \
  --waypoint 31.2304,121.4737 \
  --waypoint 31.2354,121.4787 \
  --speed 5

# 创建区域巡航
jhusv mission create area \
  --name "harbor_patrol" \
  --area area.geojson \
  --pattern grid \
  --spacing 50

Python API

使用 Python 编程创建任务：

from jhusv import Mission, Waypoint

# 创建任务
mission = Mission(name="water_quality_survey")

# 添加航点
wp1 = Waypoint(lat=31.2304, lon=121.4737, speed=5)
wp1.add_action("sample", duration=60)

wp2 = Waypoint(lat=31.2354, lon=121.4787, speed=5)
wp2.add_action("photo")

mission.add_waypoints([wp1, wp2])

# 设置任务参数
mission.set_auto_return(True)
mission.set_max_time(3600)

# 保存任务
mission.save("water_survey.yaml")

高级功能

条件动作

根据条件执行不同动作：

waypoints:
  - lat: 31.2304
    lon: 121.4737
    actions:
      - type: "conditional"
        condition: "water_temp > 25"
        then:
          - type: "sample"
            duration: 120
        else:
          - type: "sample"
            duration: 60

循环任务

重复执行任务：

mission:
  type: "waypoint"
  loop:
    enabled: true
    count: 3               # 重复次数（0 = 无限）
    interval: 600          # 循环间隔（秒）

动态航点

在任务执行中动态添加航点：

from jhusv import MissionController

controller = MissionController()

# 执行任务中添加航点
new_waypoint = Waypoint(lat=31.2404, lon=121.4837)
controller.insert_waypoint(new_waypoint, index=2)

任务链

串联多个任务：

mission_chain:
  - mission: "survey_area_1.yaml"
  - mission: "survey_area_2.yaml"
  - mission: "return_to_base.yaml"

  options:
    stop_on_error: true
    auto_continue: true

任务优化

路径优化

优化航点顺序以减少距离：

jhusv mission optimize \
  --input mission.yaml \
  --algorithm tsp \
  --output optimized.yaml

时间估算

估算任务完成时间：

jhusv mission estimate mission.yaml

输出：

Total Distance: 2.5 km
Average Speed: 5 knots
Estimated Time: 27 minutes
Battery Usage: 35%

电池管理

根据电池电量规划任务：

mission:
  battery_management:
    enabled: true
    reserve_percent: 25    # 保留电量百分比
    return_threshold: 30   # 返航阈值

    # 自动分段
    auto_split: true
    segment_distance: 2000 # 米

安全规划

地理围栏

限制 USV 活动范围：

geofence:
  enabled: true
  mode: "hard"             # hard（硬限制），soft（警告）

  # 方式 1：多边形围栏
  polygon:
    - [31.2304, 121.4737]
    - [31.2354, 121.4787]
    - [31.2404, 121.4837]
    - [31.2354, 121.4887]

  # 方式 2：圆形围栏
  # circle:
  #   center: [31.2354, 121.4787]
  #   radius: 1000         # 米

  action: "return_home"    # 超出围栏后的动作

障碍物回避

自动避障配置：

obstacle_avoidance:
  enabled: true
  detection_range: 30      # 米
  safety_distance: 15      # 米

  sensors:
    - type: "sonar"
      enabled: true
    - type: "camera"
      enabled: true

  strategy: "potential_field"  # potential_field, rrt, apf

应急计划

定义紧急情况的处理：

emergency:
  # 低电量
  low_battery:
    threshold: 20          # %
    action: "return_home"

  # 失去连接
  lost_connection:
    timeout: 60            # 秒
    action: "hold_position"

    # 如果长时间失联
    extended_timeout: 300
    extended_action: "return_home"

  # 恶劣天气
  bad_weather:
    wind_threshold: 12     # m/s
    wave_threshold: 1.5    # 米
    action: "seek_shelter"

协同任务

多艘 USV 协同作业：

formation_mission:
  usvs:
    - id: "USV-001"
      role: "leader"
    - id: "USV-002"
      role: "follower"
      offset: [20, 0]      # 相对位置（米）
    - id: "USV-003"
      role: "follower"
      offset: [-20, 0]

  formation:
    type: "line"           # line, triangle, diamond
    spacing: 50

  mission:
    type: "area_survey"
    area: "area.geojson"

任务模板

创建模板

保存常用任务为模板：

jhusv template create \
  --from mission.yaml \
  --name "water_quality_template"

使用模板

从模板创建新任务：

jhusv mission new \
  --template "water_quality_template" \
  --param area="area2.geojson" \
  --output new_mission.yaml

模板库

内置模板：

• water_quality_survey - 水质监测
• harbor_patrol - 港口巡逻
• coastline_mapping - 海岸线测绘
• emergency_search - 应急搜索

最佳实践

规划前检查

✅ 必做事项:

• 检查天气预报
• 确认电池电量充足
• 验证地理围栏设置
• 测试通信连接
• 检查传感器状态

任务设计原则

1. 航点间距: 建议 > 50m
2. 速度设置: 根据海况调整（3-8节）
3. 任务时间: 预留 30% 余量
4. 数据采样: 避免过高频率（建议 ≤ 10Hz）

测试流程

# 1. 验证任务文件
jhusv mission validate mission.yaml

# 2. 预览任务路径
jhusv mission preview mission.yaml

# 3. 模拟执行
jhusv mission simulate mission.yaml --duration 60

# 4. 实际执行
jhusv mission start mission.yaml

下一步

• 📊 了解 数据管理
• 🔌 探索 Control API
• 🛠️ 查看 故障排除

实际案例

案例 1: 湖泊水质监测

mission:
  name: "lake_water_quality"
  type: "area_survey"

  area:
    type: "polygon"
    coordinates: [[...]]

  pattern: "grid"
  spacing: 100

  sensors:
    water_quality:
      enabled: true
      sample_rate: 0.5
      parameters: ["ph", "do", "temp"]

  duration: 7200

案例 2: 港口安全巡逻

mission:
  name: "harbor_patrol"
  type: "waypoint"
  loop:
    enabled: true
    count: 0

  waypoints: [[...]]

  sensors:
    camera:
      enabled: true
      recording: true
    radar:
      enabled: true
      alert_on_target: true

案例 3: 应急搜救

mission:
  name: "emergency_search"
  type: "spiral"

  center: [31.2354, 121.4787]
  max_radius: 1000
  spacing: 20

  sensors:
    camera:
      enabled: true
      ai_detection: true
      targets: ["person", "debris"]

  priority: "high"