CN102818773A - 激光监视系统 - Google Patents

Abstract

一种激光监视系统，其包括大体位于吃水线处或吃水线下的壳体以及位于壳体中的激光及探测器机构。该机构包括激光源和传感器。激光源被配置为朝正被检查的舰船发射激光束。传感器被配置为接收该激光束的反射。

Description

激光监视系统

技术领域

本公开一般涉及监视系统，并且更具体地涉及用于检查海上舰船的方法和系统。

背景技术

每年进入各个口岸的诸如海上舰船、飞机和地面车辆的交通工具的数量超过数千万。例如，在任何主要港口中，数百艘通用艇、帆船以及游艇无人监管。海上舰船可用于隐藏和/或走私非法货物跨境。此外，至少一些已知的海上舰船，例如可能包括位于吃水线以下的至少一个“寄生”装置用于运输非法货物。

检查进入的交通工具的一种已知方法包括声纳检查。使用声纳能够快速检查交通工具，但是不提供辨识不引人注目的寄生装置所需的分辨率。此外，声纳也可能受环境作用的影响，诸如传导声纳扫测时发生的混响。就这点而言，通常利用一组潜水员对寄生装置进行视觉检查。然而，海上舰船以下的港口水可能是阴暗的、具有不可预知的水流，并且甚至可能存在海洋野生动物，诸如鲨鱼、梭鱼和/或鳗鱼。同样，由潜水员视觉检查交通工具可能是危险的、冗长乏味的和/或耗时的。

由于海上舰船数量大和/或潜水员数量有限，所以至少一些已知港口选择仅一小部分进入的交通工具进行检查。例如，可能以海上舰船为目标，因为其先前处于船籍国。同样，在一些港口中，安全监控可能不定时发生和/或不全面。

发明内容

在一方面，提供一种检查舰船的方法。该方法包括大体在吃水线处或吃水线以下定位激光及探测器机构。该激光及探测器机构包括激光源和传感器。激光从激光源朝正被检查的舰船发射。激光束的反射在传感器处接收。在某一方面，本方法也可包括将激光束分裂为多个子束，并且将多个子束朝正被检查的舰船发射。在另一方面，本方法也可包括确定舰船和激光及探测器机构中的至少一个附近的水的浑浊度。在另一方面，本方法可包括至少基于水的浑浊度调整与激光源关联的功率输出。在另一方面，本方法可包括至少基于水的浑浊度调整与传感器关联的灵敏度和光学装置的位置中的至少一个。在另一方面，本方法可包括产生与所接收的被反射的激光束关联的信号并将信号转化为数字图像。在另一方面，本方法可包括引导流体通过壳体，并且也可包括引导流体至少围绕壳体的外表面。

在另一方面，提供一种用于检查舰船的激光及探测器机构。该机构包括激光源和传感器。激光源被配置为朝正被检查的舰船发射激光束。激光源大体定位在吃水线处或吃水线以下。传感器被配置为接收激光束的反射。传感器大体定位在吃水线处或吃水线以下。在激光及探测器机构的另一方面，激光源还可包含光学透镜，其被配置为分裂从所述激光源发射的激光束。在激光及探测器机构的另一方面，激光源还可包含浑浊度机构，其被配置为确定舰船和所述激光及探测器机构至少其中之一附近的水的浑浊度，并且至少基于水的浑浊度调整与所述激光源关联的功率输出。在激光及探测器机构的另一方面，激光源还可包含浑浊度机构，其被配置为确定舰船和所述激光及探测器机构至少其中之一附近的水的浑浊度，并且至少基于水的浑浊度调整与所述传感器关联的灵敏度和光学装置的位置至少其中之一。在激光及探测器机构的另一方面，激光源可还包含计算装置，其被编程为从所述传感器接收信号并将该信号转换为数字图像。

在另一方面，提供一种用于检查舰船的系统。该系统包括：壳体；定位在壳体内的激光源；以及定位在壳体内的探测器。壳体大体定位在吃水线处或吃水线以下。激光源被配置为朝正被检查的舰船发射激光束。传感器被配置为接收向正被检查的舰船发射的激光束的反射。在另一方面，该系统可进一步包括连接至所述壳体的浮标，所述浮标大体定位在吃水线处。在另一方面，该系统可进一步包括流体移动机构，其被定向为引导流体通过所述壳体。在另一方面，该系统可进一步包括流体移动机构，其被定向为引导流体至少围绕所述壳体的外表面。在该系统的另一方面，激光源可进一步包含光学透镜，其配置为分裂从所述激光源发射的激光束。在另一方面，该系统可进一步包括浑浊度机构，其被配置为确定舰船和所述激光及探测器机构至少其中之一附近的水的浑浊度，并且至少基于水的浑浊度调整与所述激光源关联的功率输出。在另一方面，该系统可还包含浑浊度机构，其被配置以确定舰船和所述激光及探测器机构至少其中之一附近的水的浑浊度，并且至少基于水的浑浊度调整与所述传感器关联的灵敏度和光学装置的位置至少其中之一。在另一方面，该系统可还包括计算机构，其被编程以从所述传感器接收信号并将该信号转换为数字图像。

可在本公开的各个实施例中单独实现本文中描述的特征、功能和优点，或者可以在其他实施例中组合实现本文中描述的特征、功能和优点，其进一步的细节可以参考以下说明和附图获得。

附图说明

图1是可由激光及探测器机构（LDM）检查的示例性舰船的示意图；

图2是可使用LDM检查海底的另一示例性舰船的示意图；

图3是图1中所示LDM的透视图；

图4是图1中所示LDM的示意图；

图5是可与图1所示LDM一起使用的激光源的示意图；

图6是可与图1所示LDM一起使用的示例性计算装置的方框图；

图7是图解说明利用图1所示的LDM检查舰船中使用的示例性方法的流程图。

虽然各实施例的具体特征可能在一些图中显示而在其他图中不显示，但是这种图解说明仅为方便起见。附图的任何特征可结合任何其他附图的任何特征得到参考和/或要求保护。

具体实施方式

本文所述的主题一般涉及监视系统，并且更具体地涉及用于检查海上舰船的方法和系统。在一个实施例中，提供一种先进的海港激光监视系统，其包括：通常位于吃水线处或吃水线以下的壳体；以及位于壳体内的激光及探测器机构。在这样一个实施例中，激光及探测器机构包括激光源和传感器。激光源向正被检查的舰船发射激光束，并且传感器接收该激光束的反射。激光监视系统能够检查大量舰船是否有“寄生”装置，包括拖曳“寄生”装置。

虽然以下说明参考海上舰船，但是应当理解本文描述的主题可适用于能够用于运输货物的任何交通工具。因此，整个说明书中对“舰船”的任何参考都仅仅是为了说明本文所述主题的技术的一种可能的应用。

本文使用的术语“吃水线/水位线（water line）”可指代标记水位所达到的水平面的线。例如，吃水线可指示水上涨所达到的海上舰船船体上的位置。此外，在此使用的术语“寄生”装置可指代连接至海上舰船船体的外表面的物体。例如，寄生装置可连接至吃水线以下船体的外表面，以隐藏和/或走私违禁品。其他例子可包括拖曳装置。

本文使用的以单数形式叙述并且冠以单词“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除复数个元件或步骤，除非明确叙述这种排除。此外，不应将对本发明的“一个实施例”或“示例性实施例”的引用理解为排除也包含所叙述特征的其他实施例的存在。

图1是示例性舰船100的示意图，其可使用示例性激光及探测器机构（LDM）110来检查。图3是示例性LDM 110的透视图，而图4是LDM 110的示意图。更具体地，在示例性实施例中，舰船100包括船体120。在此示例性实施例中，船体120包括：第一部分140，其大体在吃水线150以上延伸；以及第二部分160，其大体在吃水线150以下延伸。

在该示例性实施例中，LDM 110位于壳体170内，其大体位于吃水线150以下。同样，在该示例性实施例中，壳体170（如图3所示）由非腐蚀材料和/或耐腐蚀材料制成，例如但不限于铝、不锈钢、钛和/或硅。例如，在该示例性实施例中，壳体170位于船只航道底面180上。在一个实施例中，壳体170位于支柱和/或护岸（revetment）中，其便于防护LDM 110受到船体120和/或任何其他物体撞击。此外，为了便于识别LDM 110在吃水线150处的位置或在吃水线150以上的位置，浮标190通常位于吃水线150处且在壳体170以上。另外或可替换地，如图2中所示，LDM 110通常可位于吃水线150处。在这样一个实施例中，壳体170可选择性地被另一舰船100移动，以检查例如船只航道、水下管道、堤坝基（base of a dyke）和/或海底。同样，LDM110可被选择性地定向为从吃水线150以下向上检查和/或从吃水线150向下检查。

壳体170有利于防护不期望的水接触LDM 110。在该示例性实施例中，壳体170是充分防水的。此外，如图4中所示，空气瓶200位于壳体170内，以能够在壳体170内保持正压力，从而不期望的水不会进入壳体170。例如，在一个实施例中，空气瓶200被连接至气压计以调整壳体170内的空气压力。可替换地，壳体170可包括使壳体170能够起到本文所述作用的任何其他适当机构。

在该示例性实施例中，壳体170包括连接机构210，其使壳体170能够被选择性地从船只航道底面180移动。例如，在该示例性实施例中，连接机构210为吊环，其大小适于容纳穿过其中的金属环或钩（未示出）。同样，壳体170可从支柱和/或护岸移开，用于在吃水线以上进行维护和/或维修。可替换地，连接机构210可以是使连接机构210起到本文所述作用的任何其他适当机构。

在该示例性实施例中，LDM 110被定向为朝舰船100或更具体地朝船体第二部分160传送或发射至少一个激光束220。更具体地，如图4中所示，LDM 110包括：激光源230，其通过密封窗240朝着舰船100发射激光束220；以及传感器250，其接收激光束220的反射（未示出）。在该示例性实施例中，激光源230和传感器250位于共同的壳体中。可替换地，激光源230可远离传感器250定位。在该示例性实施例中，LDM 110位于轨道260上，其使LDM 110能够以期望的角度被选择性地定向。更具体地，LDM 110包括沿轨道260移动的耳轴270，从而可选择性地提高和/或降低LDM 110的方位。

在一个实施例中，激光源230发射的激光具有大约308纳米（nm）至1350nm之间的频率。更具体地，激光可具有约512纳米（nm）至1024nm之间的频率。在这样的一个实施例中，激光是肉眼可见的。可替换地，激光源230可发射具有能够使LDM 110起到本文所述作用的任何适当频率的激光。

在该示例性实施例中，壳体170包括至少一个流体移动机构280，其被定向为引导流体通过壳体170和/或围绕壳体170的外部表面。例如，在该示例性实施例中，第一流体移动机构282为热交换器，其促进冷却LDM 110。更具体地，在该示例性实施例中，第一流体移动机构282引导流体流经延伸通过壳体170的管线284。此外，在该示例性实施例中，第二流体移动机构286是泵和/或喷水口（water jet），其利于保持密封窗240基本无垃圾和/或在其上无成长物。在该示例性实施例中，第二流体移动机构286引导流体穿过壳体170的外表面，或更具体地，穿过密封窗240。

在该示例性实施例中，将下文更详细描述的控制箱290定位在壳体170中。在该示例性实施例中，控制箱290可通信地连接至LDM 110和/或远程计算装置（未示出）以使两者之间能够传送通信信号。

图5是激光源230的示意图。在该示例性实施例中，激光源230包括激光泵300，其发出或发射第一激光束310通过至少一个光学透镜，诸如透镜320、棱镜330和/或散射体340。在该示例性实施例中，定位一组透镜320以传送和/或折射第一激光束310从而产生第二激光束350。在该示例性实施例中，定位棱镜阵列330以传送、折射、反射和/或分裂第二激光束350从而产生第三激光束360。此外，在该示例性实施例中，定位散射体340以传送、散射和/或分散第三激光束为多个子束370。换句话说，可通过关联的马达或齿轮减速机构调整和/或旋转光学装置（即透镜320、棱镜330和/或散射体340）中至少一个的位置和/或方向以利于基于期望范围和/或探测到的LDM 110附近的水环境调整激光束的频率和/或波长。

在该示例性实施例中，棱镜控制马达380和棱镜控制传动箱390被连接至棱镜阵列330以使得能够选择性调整第三激光束360。例如，在一个实施例中，可至少基于密封窗240上的垃圾和/或生长物、LDM110和舰船100之间的水浑浊度、本地天气条件和/或船体第二部分160的表面来调整棱镜330以传送和/或发射具有期望波长和/或偏振的激光束。水的浑浊度可使用适当的浑浊度机构（未示出）确定。另外或可替换地，可选择性地调整与激光源230关联的功率输出，或者更特别地，可选择性地调整激光源230和/或与传感器250关联的灵敏度。可考虑使LDM 110能够起到本文所述作用的任何适当的因素来调整任何适当的机构。

在该示例性实施例中，控制箱290包括计算装置400，其被编程以控制LDM 110、空气罐200和/或流体移动机构280的运行。此外，在该示例性实施例中，控制箱290或更具体地计算装置400从LDM 110或更具体地从传感器250接收信号（未示出），并且将该信号转换为舰船100的数字图像（未示出）。

图6是计算装置400的方框图。在该示例性实施例中，计算装置400包括存储器装置410和处理器420，处理器420被连接至存储器装置410以便执行编程指令。处理器420可包括一个或更多个处理单元（例如，在多核构造中）。在一个实施例中，可执行指令和/或结构健康数据被存储在存储器装置410中。例如，在该示例性实施例中，存储器装置410存储用于控制LDM 110、空气罐200和/或流体移动机构280的运行和/或用于将信号转换为数字图像的软件。计算装置400可被编程为通过编程存储器装置410和/或处理器420执行本文所述的一种或更多操作。例如，处理器420可通过将操作编码为一种或更多可执行指令并在存储器装置410中提供该可执行指令而被编程。

处理器420可包括但不限于通用中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、微控制器、精简指令集计算机（RISC）处理器、专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑电路（PLC）和/或能够执行本文所述功能的任何其他电路或处理器。本文所述的方法可被编码为包含在计算机可读介质中的可执行指令，计算机可读介质包括但不限于贮存装置和/或存储器装置。当这种指令由处理器执行时会促使处理器执行本文所述方法的至少一部分。以上例子仅为示例性的，并且因此无意以任何形式限制术语处理器的定义和/或含义。

本文所述的存储器装置410为使诸如可执行指令和/或其他数据的信息能够被存储和取回的一个或更多个装置。存储器装置410可包括一个或更多个计算机可读介质，例如但不限于动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存储器（SRAM）、固态磁盘和/或硬盘。存储器装置410可配置为存储（但不限于）适于与本文所述的方法和系统一起使用的可执行指令、结构健康数据和/或任何其他类型的数据。

在该示例性实施例中，计算装置400包括连接至处理器420的演示界面430。演示界面430向用户（未示出）输出和/或显示信息，诸如但不限于构造数据、管理数据和/或任何其他类型的数据。例如，演示界面430可包括被连接至显示装置（未示出）的显示适配器（未示出），该显示装置例如为阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、发光二极管（LED）显示器、有机LED（OLED）显示器和/或“电子墨水”显示器。

在该示例性实施例中，计算装置400包括输入界面440，其从用户接收输入。例如，输入界面440可被配置为接收用于控制LDM 110、空气罐200和/或流体移动机构280的操作的指令和/或用于和本文所述的方法和系统一起使用的任何其他类型的数据。在该示例性实施例中，输入界面440连接至处理器420，并且可包括例如键盘、定点装置、鼠标、手写笔、触摸敏感面板（例如触摸板或触摸屏）、陀螺仪、加速计、位置探测器和/或音频输入界面。单个组件诸如触摸屏可以作为演示界面430的显示装置和输入界面440两者起作用。

在该示例性实施例中，计算装置400包括连接至存储器装置410和/或处理器420的通信界面450。通信界面450与远程装置通信连接，远程装置诸如为LDM 110、空气罐200、流体移动机构280和/或另一计算装置400。例如，通信界面450可包括但不限于有线网络适配器、无线网络适配器和/或移动通信适配器。

图7是示例性方法500的流程图，该方法可用于使用LDM 110检查舰船100。操作期间，在该示例性实施例中，LDM朝舰船100传送或发射510激光束220。在该示例性实施例中，至少基于水的浑浊度调整与LDM 110或更具体地激光源230关联的功率输出。另外或可替换地，激光束220可传送通过透镜320、棱镜330和/或散射体340，从而第一激光束310、第二激光束350、第三激光束360和/或多个子束370可以被发射510到船体120上。

在该示例性实施例中，激光束220沿船体120的纵向长度发射510，从而船体120的第二部分160可以被检查是否有寄生装置。例如，在此示例性实施例中，当舰船100经过LDM 110时，激光源230将激光束220发射510到船体120上。更具体地，在该示例性实施例中，LDM110通常是静止的，从而当舰船100移动通过激光束视场时，激光束220相对舰船100大体静止。另外或可替换地，LDM 110是可致动的和/或可绕垂直轴旋转，从而当舰船100相对LDM 110大体静止时激光束220被发射510到船体120上。

在该示例性实施例中，船体120朝传感器250反射至少一部分激光束220。在该示例性实施例中，传感器250探测或接收530信号或更具体地激光束220的反射。更具体地，在该示例性实施例中，传感器250从船体120的第二部分160接收530激光束220的反射。在该示例性实施例中，至少基于水的浑浊度调整与传感器250关联的灵敏度。另外或可替换地，可使用掩蔽物和/或阻塞机构（未示出）以过滤来自船体120的第二部分160的激光束220的反射的至少一部分。

在该示例性实施例中，产生540与接收的反射关联的信号，并且该信号被转换为用于检查舰船100的数字图像。在该示例性实施例中，该信号和/或数字图像被传送至计算装置400，并且计算装置400识别寄生装置是否连接至船体120。同样，在该示例性实施例中，计算装置400至少基于激光束220的反射促进检查舰船100。在一个实施例中，计算装置400可确定视觉检查是否必要以更全面地确定寄生装置是否连接到船体120。在这样一个实施例中，计算装置400向至少一位潜水员提供指示以便指导潜水员进行视觉检查。

在该示例性实施例中，计算装置400被编程以识别和/或比较识别标志（即，可用于识别舰船100的舰船110的物理特征）与预定的识别标志（signature）和/或之前识别的舰船100的识别标志。在至少一些实施例中，该识别标志可被自动更新和/或存储在存储器装置410中以供在后续检查中使用。

上述系统和方法使得海上舰船能够被检查以确定例如其是否正被用于走私货物。更具体地，本文所述的各实施例能够产生具有通常高分辨率质量的水下物体的可靠和/或精确图像。同样，本文所述的各实施例有利于自动筛选海上舰船以确定是否应选择该舰船进行视觉检查。本文所述的各实施例使得用于检查海上舰船的人员和/或其他资源能够被战略性地和/或有效地分配。因此，本文所述的各实施例有利于提高安全性和/或降低与检查海上舰船关联的成本。

示例性系统和方法不限于本文所述的具体实施例，相反，可独立于本文所述的其他组件和/或方法步骤和与本文所述的其他组件和/或方法步骤分开地利用每个系统的组件和/或每种方法的步骤。也可结合其他组件和/或方法步骤使用每种组件和每个方法步骤。

所写说明使用示例公开本发明的特定实施例，包括最佳模式，以及使本领域技术人员实践这些特定实施例，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所包含的方法。本发明的专利保护范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员可想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件或包括与权利要求文字语言无本质差别的等效结构元件，则它们将处于权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种检查舰船的方法，所述方法包括：

将激光及探测器机构（110）定位在基本位于吃水线（150）处和吃水线（150）以下中的至少一个，其中，所述激光及探测器机构包括激光源（230）和传感器（250）；

从所述激光源（230）向正被检查的所述舰船（100）发射激光束（220）；以及

在所述传感器（250）处接收被发射的所述激光束的反射。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，发射激光还包含：

将所述激光束分裂为多个子束；以及

向正被检查的所述舰船发射所述多个子束。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，还包含：

确定所述舰船和所述激光及探测器机构中的至少一个附近的水的浑浊度；以及执行以下调整中的至少一种：至少基于所述水的浑浊度调整与所述激光源关联的功率输出，或至少基于所述水的浑浊度调整与所述传感器关联的灵敏度和光学装置的位置中的至少一个。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包含：

产生与所接收的被反射的激光束关联的信号；以及

将所述信号转换为数字图像。

5.一种用于检查舰船的系统，所述系统包含：

壳体（170），其定位在基本位于吃水线（150）处和吃水线（150）以下中的至少一个；

位于所述壳体（170）内的激光源（230），所述激光源被配置为向正被检查的所述舰船（100）发射激光束（220）；以及

位于所述壳体（170）内的传感器（250），所述传感器被配置为接收向被检查的所述舰船（100）发射的所述激光束的反射。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述激光源包含光学透镜，所述光学透镜被配置为分裂从所述激光源发射的所述激光束。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的系统，还包含浑浊度机构，其配置为确定所述舰船和所述激光及探测器机构中的至少一个附近的水的浑浊度，并且基于至少所述水的浑浊度调整与所述激光源关联的功率输出。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的系统，还包含浑浊度机构，其配置为确定所述舰船和所述激光及探测器机构中的至少一个附近的水的浑浊度，并且至少基于所述水的浑浊度调整与所述传感器关联的灵敏度和光学装置的位置中的至少一个。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的系统，还包含计算机构，其被编程为从所述传感器接收信号并将所述信号转换为数字图像。

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