应用于内河船舶的智慧桥梁避碰系统转让专利
申请号 : CN202110405716.X
文献号 : CN113077660B
文献日 : 2022-01-28
发明人 : 晁艺荧 , 徐祯恩 , 王学锋 , 朱思成 , 曹刚
申请人 : 上海海事大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种应用于内河船舶的智慧桥梁避碰系统,其特征在于,包括:协同数据采集模块(10),用于获取船舶的自身状态信息和航行河道内桥梁的状态信息;
自发分析处理模块(20),与所述协同数据采集模块(10)连接,所述自发分析处理模块(20)用于对接收到的所述船舶的自身状态信息和所述航行河道内桥梁的状态信息进行分析处理得到所述船舶的操作控制指令,以使避碰系统根据所述操作控制指令对所述船舶的航行状态进行智能控制;
智能操作控制模块(30),与所述自发分析处理模块(20)连接,所述智能操作控制模块(30)用于根据所述操作控制指令对所述船舶的航行状态进行智能控制;
所述船舶的所述自身状态信息包括所述船舶的位置信息、最大高度信息、航行速度信息、航行阻力信息、实际排水信息和所述船舶与其前方桥梁的距离信息中的一种或多种;航行河道内所述桥梁的状态信息包括所述桥梁的位置信息和高度信息;
所述船舶的位置信息、所述航行速度信息、所述航行阻力信息、所述实际排水信息和所述桥梁的所述位置信息及其所述高度信息通过所述船舶设置的实时河况导航仪发送得到;
所述船舶的最大高度信息通过所述船舶设置的多个激光测高仪采集得到;无线避碰雷达设置于船舶的上层建筑顶部的一侧面,用于发射超声波信号,并根据超声波信号的回波信号判断船舶能否通过前方的桥梁,以及根据飞行时间法测量出船舶与其前方桥梁之间的距离,以进行测距预警;
当所述自发分析处理模块(20)对所述船舶的最大高度信息和所述船舶与其前方桥梁的高度信息进行分析处理得到所述船舶与所述桥梁不会发生碰撞时,所述自发分析处理模块(20)不输出任何操作控制指令;否则,所述自发分析处理模块(20)输出高度预警指令;
所述智能操作控制模块(30)包括:高度预警子模块(31),与所述自发分析处理模块(20)连接,所述高度预警子模块(31)用于根据所述高度预警指令调整所述船舶的航行方向,以使所述船舶的位置位于所述桥梁的中分线上,并发出第一预警提示信息;
所述自发分析处理模块(20)还用于:根据所述船舶的所述航行速度信息、所述航行阻力信息和所述实际排水信息计算得到所述船舶的最短停船距离;
当所述船舶的航行方向调整为所述船舶的位置位于所述桥梁的中分线上后,所述自发分析处理模块(20)未获取到所述无线避碰雷达采集的回波信息时,所述自发分析处理模块(20)不输出任何操作控制指令;否则,所述自发分析处理模块(20)在所述船舶与其前方桥梁的距离小于所述船舶的最短停船距离时,输出应急控制指令。
2.如权利要求1所述的应用于内河船舶的智慧桥梁避碰系统,其特征在于,所述智能操作控制模块(30)还包括:
应急控制子模块(32),与所述自发分析处理模块(20)连接,所述应急控制子模块(32)用于接收所述应急控制指令,并发出第二预警提示信息,以及控制所述船舶的航行速度降低至零。
3.如权利要求2所述的应用于内河船舶的智慧桥梁避碰系统,其特征在于,所述智能操作控制模块(30)还包括:
恢复控制子模块(33),与所述自发分析处理模块(20)连接,所述恢复控制子模块(33)用于在所述船舶通过所述桥梁时,恢复所述避碰系统的各个模块进入工作状态,以进行下一桥梁避碰控制,并对当前避碰处理操作事项进行自动保存;
所述恢复控制子模块(33)还用于在所述船舶未通过所述桥梁时,恢复所述避碰系统的各个模块进入工作状态,以使所述避碰系统重新规划航行路线,并对所述船舶与途经的桥梁预撞风险进行评估。
说明书 :
应用于内河船舶的智慧桥梁避碰系统
技术领域
背景技术
沿海运输,忽略了内河基础设施的同步发展,内河范围内的老旧桥梁在高度、坚固性等方面
都有待于改善;当前,由于内河航运需求的推动,内河船舶逐渐向大型化、高度化等方面发
展,由此很容易出现船舶撞击桥梁的事故,造成不可逆转的人身安全和财产损失。即当前内
河航道体系难以适应运输发展的现实需求,在实际航行中,利用桥梁避碰系统让船舶安全、
智能地通过途径的桥梁显得尤为重要。
统,但是这类系统主要问题是无法使正在前进的船舶及时发现前方无法通过的桥梁,也无
法自动采取紧急避险措施,即紧急避险功能不够完善。目前的技术只能单纯地依靠人工测
量数据判断船舶是否能够通过桥梁,即智能化、自动化水平在内河航运的应用较为落后。
(即此时出现高度差),而这增加的高度差在船舶高度与桥梁高度接近的情况下,若还采用
船舶在平稳中航行的船舶高度数据,将极易出现船舶碰撞桥梁的事故出现。
发明内容
航行安全问题,通过将自动化与人工操作进行结合,降低船舶碰撞桥梁导致的生命和财产
损失风险,具有较高的系统安全性和可靠性。
同数据采集模块10连接,所述自发分析处理模块20用于对接收到的所述船舶的自身状态信
息和所述航行河道内桥梁的状态信息进行分析处理得到所述船舶的操作控制指令,以使所
述系统根据所述操作控制指令对所述船舶的航行状态进行智能控制。
种或多种;航行河道内所述桥梁的状态信息包括所述桥梁的位置信息和高度信息。
航仪发送得到;所述船舶的最大高度信息通过所述船舶设置的多个激光测高仪采集得到;
所述船舶与其前方桥梁的距离信息通过所述船舶设置的无线避碰雷达测量得到。
析处理模块20不输出任何操作控制指令;否则,所述自发分析处理模块20输出高度预警指
令。
控制。
向,以使所述船舶的位置位于所述桥梁的中分线上,并发出第一预警提示信息。
析处理模块20不输出任何操作控制指令;否则,所述自发分析处理模块20在所述船舶与其
前方桥梁的距离小于所述船舶的最短停船距离时,输出应急控制指令。
信息,以及控制所述船舶的航行速度降低至零。
各个模块进入工作状态,以进行下一桥梁避碰控制,并对当前避碰处理操作事项进行自动
保存;所述恢复控制子模块33还用于在所述船舶未通过所述桥梁时,恢复所述系统的各个
模块进入工作状态,以使所述系统重新规划航行路线,并对所述船舶与途经的桥梁预撞风
险进行评估。
适价值的技术,以打造安全保障系统,降低事故风险,减少生命和财产损失,具有较高的系
统安全性和可靠性。
附图说明
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
信息和航行河道内桥梁的状态信息。自发分析处理模块20与协同数据采集模块10连接,自
发分析处理模块20用于根据船舶的自身状态信息和航行河道内桥梁的状态信息分析处理
得到船舶的操作控制指令,以使系统根据该操作控制指令对船舶的航行状态进行智能控
制。
括上述的协同数据采集模块10和自发分析处理模块20。自发分析处理模块20输出船舶的操
作控制指令后,该系统通过该操作控制指令对船舶进行航行控制,从而实现船桥的避碰控
制。
碰装置可通过多个激光测高仪300和无线避碰雷达400检测得到的多组数据对航行是否安
全进行自发评估,并赋予预警、应急和记忆功能,或者将检测得到的多组数据通过无线通讯
方式,发送至智慧控制驾驶台100中的协同数据采集模块10,以进行信息汇总,从而实现多
维度的风险控制,并提高智慧化程度。
行河道内桥梁的状态信息包括桥梁的位置信息和高度信息。
船舶设置的多个激光测高仪300采集得到;船舶与其前方桥梁的距离信息通过船舶设置的
无线避碰雷达400测量得到。
(Geographic Information System,地理信息系统)等地理位置信息,并且在该数据基础
上,实时河况导航仪还可增设预计航行内河航道图以及相关数据信息,主要为涉及的预通
过桥梁高度数据。
晃动等情况,从而使船舶的最大高度会比在船舶处于水平平稳情况下的高度稍大,两者有
一个高度差,此时船舶的最大高度等于船舶处于水平平稳情况下的高度加上所述高度差。
实际中船舶的上层建筑200在船舶中最高,其高度亦即为船舶最大高度。
侧、首部右侧、尾部左侧及尾部右侧四个位置,分别如图2中A、B、C、D四点所示,其中位于首
部左侧和首部右侧的激光测高仪300与位于尾部左侧及尾部右侧的激光测高仪300中间隔
有装载货物500。在船舶整体处于水平状态下,四个激光测高仪300的高度一致,若船舶有倾
斜,则四个激光测高仪300的高度会不同。四个激光测高仪300先分别测量自身所处位置距
离水面的高度数据,再根据所测得的高度数据计算船舶的最高点与水面的垂直距离,即为
船舶的最大高度。
上层建筑200的后部边缘到CD所在直线的距离,船舶上层建筑200最高处到甲板的距离为l,
船舶上层建筑200底面中心点距离此上层建筑200底面最边缘的距离为r(r可作如下理解,
即从上层建筑200俯视图的角度看,假如最高上层建筑200的横切面为圆形,r为圆的半径,
假如为矩形,r为中心点到对角点的距离)。
的夹角),分两种情况:
改为至船首距离;d最小,a最大的情况适用于c最小,b最大的情况。
及根据飞行时间法测量出船舶与其前方桥梁之间的距离,以进行测距预警。
梁碰撞风险主要由两方面导致,第一,船舶的航行路线并非桥梁中线处的最大通过高度对
应的路线;第二,船舶本身高度限制无法通过。
出任何操作控制指令即不作出任何响应动作;否则,自发分析处理模块20输出高度预警指
令。
梁的高度信息时,自发分析处理模块20认定为船舶与桥梁不会发生碰撞,自发分析处理模
块20不输出任何操作控制指令。当自发分析处理模块20对比分析得出船舶的最大高度信息
大于或等于船舶前方桥梁的高度信息时,自发分析处理模块20认定为船舶与桥梁会发生碰
撞,自发分析处理模块20输出高度预警指令。
块30用于根据自发分析处理模块20输出的操作控制指令对船舶的航行状态进行智能控制。
指令,并根据该高度预警指令调整船舶的航行方向,以使船舶的位置位于桥梁的中分线上,
并发出第一预警提示信息。
同时通过蜂鸣器发出“滴滴”的急促预警声音。本实施例中的智能操作控制模块30还包括遥
控控制设备。如图5所示,高度预警子模块31还可根据高度预警指令对应输出变向操作控制
指令,以使遥控控制设备执行对应的变向操作控制指令,从而调整船舶的航行方向至桥梁
中心位置对应的方向。
在危机情况下,可根据Lovett式估算法,估算出货船紧急停船时间为:
否则,自发分析处理模块20在船舶与其前方桥梁的距离小于船舶的最短停船距离时,输出
应急控制指令。
指令。当无线避碰雷达400接收到其发出的超声波信号对应的回波信号时,表明船舶不能够
通过桥梁的中心位置即最大可通过高度。此时,当自发分析处理模块20根据从无线避碰雷
达400处采集的船舶与桥梁的距离信息,进一步判断当该距离小于船舶的最短停船距离时,
自发分析处理模块20输出应急控制指令。
示信息,以及控制船舶的航行速度降低至零。
急控制指令通过船舶无线电通信技术传递给周围船舶以警示,并如图5所示输出船速急速
下降至零的控制指令至遥控控制设备,以使遥控控制设备执行该指令并控制船舶的航行速
度降低至零。
块进入工作状态,以进行下一桥梁避碰控制,并对当前避碰处理操作事项进行自动保存;恢
复控制子模块33还用于在船舶未通过桥梁时,恢复系统的各个模块进入工作状态,以使系
统重新规划航行路线,并对船舶与途经的桥梁预撞风险进行评估。
的各个模块进入工作状态,以便进行下次桥梁避碰控制,并自动保存异常情况下的操作过
程对应的操作事件,以用于日后责任划分的依据。
新规划航线,并对船舶与途经的桥梁预撞风险进行评估。具体而言,在在重新规划航行路线
时,需要调整原有船舶方向,并增加船速,需要合理评估周围船舶环境是否安全,此时,评估
安全距离方法为:到达速度V1所需的时间为:
导致的难以实现的问题,旨在发明具有普适价值的技术,以打造安全保障系统,降低事故风
险,减少生命和财产损失,具有较高的系统安全性和可靠性。
在任何这种实际的关系或者顺序。而且,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、物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、物品或者设备
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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和
操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分,所
述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令,
所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指
令。也应当注意,在有些作为替换的实现方式中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图
中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以
按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方
框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于
硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。