CN104118542A - 分级渐进式船舶水下距离报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分级渐进式船舶水下距离报警装置，所述报警装置包括阈值设置设备、换能器和控制设备，所述阈值设置设备按从大到小顺序分别设置三个水底距离阈值，所述换能器测量并输出船底目标距离，所述控制设备分别与所述阈值设置设备和所述换能器连接，基于所述船底目标距离和所述三个水底距离阈值实现分级渐进式船舶水下距离报警。本发明通过对船舶水下距离进行分级渐进式报警，根据船舶水下距离的具体情况实现不同的报警策略，在保证船舶安全航行的同时，避免船舶驾驶员过分焦虑，有力地改善了船舶水下距离的报警效果。

Description

分级渐进式船舶水下距离报警装置

技术领域

本发明涉及水下距离报警领域，尤其涉及一种分级渐进式船舶水下距离报警装置。

背景技术

船舶用于水上运输具有不可替代的优势。首先，船舶载货量大，运输造价低，其次，船舶到达时间相对固定，航期可预测，以及货物在水上运输，避免各国之间频繁报关，也节省了货物的存放空间，不用在陆地上专门开辟仓库。因此，即使当今空运和陆运发展势头凶猛，运输速度和效率高于船运，但船运仍在运输中占据一席之地。

船舶容纳空间大和对安全的高要求，导致船舶的造价高，另外，由于水面运输的特殊环境，船舶的维修和维护困难，花费费用不菲。一旦船舶发生事故，例如碰撞事故，不但维修耗时，也给船舶运营方带来很大的经济损失，因此，船舶厂商纷纷为船舶定制不同的安全报警系统，以在出现航行危机前及时报警，方便船员快速处理，避免事故的发生。

但是，现有技术中的船舶安全报警装置集中在水面环境的检测，而水下环境由于复杂性高，难于检测，很少出现针对水下距离的船舶报警装置，即使存在，也仅仅检测船底某一处的水下目标距离，检测结果单一，同时缺乏相应的处理措施，仍然无法有效避免水下事故的发生。

在船舶事故中，水下事故造成的损失尤为突出，因此，需要一种新的船舶水下距离报警装置，采用多个装置实时对水下情况进行监测，在不同的危机情况采取不同等级的处理措施，提高船舶水下情况处理的自动化程度和智能化程度，便于驾驶员操作，全面维护运营方的经济利益。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种分级渐进式船舶水下距离报警装置，通过引入阈值设置设备方便驾驶员设置不同的水下距离阈值，以对水下危机分等级，通过引入换能器、水下测距传感器和水下摄影机多种监测设备全方位对船舶水下情况进行实时监测，以在发现不同的水下危机时采用有针对性的不同处理措施，提高水下危机处理的效率。

根据本发明的一方面，提供了一种分级渐进式船舶水下距离报警装置，所述报警装置包括阈值设置设备、换能器和控制设备，所述阈值设置设备按从大到小顺序分别设置三个水底距离阈值，所述换能器测量并输出船底目标距离，所述控制设备分别与所述阈值设置设备和所述换能器连接，基于所述船底目标距离和所述三个水底距离阈值实现分级渐进式船舶水下距离报警。

更具体地，在所述分级渐进式船舶水下距离报警装置中，进一步包括：阈值设置设备，根据用户的输入，设定第一水底距离阈值、第二水底距离阈值和第三水底距离阈值，所述第一水底距离阈值大于所述第二水底距离阈值，所述第二水底距离阈值大于所述第三水底距离阈值；换能器，由多个分设在船舶船底不同位置的换能单元组成，每一个换能单元向水底发射声波，通过测量声波从发射声波到接收水底回波之间时间间隔获得船舶船底到水底的距离值，每一个换能单元基于船舶行驶速度确定测量精度等级，所述测量精度等级包括特等、1a等、1b等和二等，将多个换能单元测量到的船舶船底不同位置距离水底最近的距离值作为第一船底目标距离输出；水下测距传感器，由多个分设在船舶船底不同位置的红外测距传感单元组成，每一个红外测距传感单元用于检测船舶船底不同位置下出现的目标距离船舶船底的距离，并将船舶船底不同位置下出现的目标到船体船底的距离中最近的距离值作为第二船底目标距离输出；水下摄影机，设置在船舶船底，采用45倍变焦的潜望式镜头，所述潜望式镜头配置12片镜片结构，拍摄并输出船底地貌图像；船舶驱动设备，安装在船舶船体后端底舱内，包括可逆转内燃发动机、由可逆转内燃发动机所驱动的分级减速齿轮系、控制可逆转内燃发动机与分级减速齿轮系接触或脱离的摩擦式离合器、驱动带有固定桨叶的螺旋桨轴和使得螺旋桨轴减速并保持不动的摩擦式制动器，其中船舶的加速和减速是通过可逆转内燃发动机对螺旋桨的旋转的速度和方向进行作用而控制的，控制时需要离合器与制动器的组合或相继的操作；控制设备，分别与所述阈值设置设备、所述换能器、所述水下测距传感器、所述水下摄影机和所述船舶驱动设备连接，设置所述换能器默认为打开、所述水下测距传感器默认为关闭、所述水下摄影机默认为关闭，当所述第一船底目标距离小于等于所述第一水底距离阈值时，打开所述水下测距传感器，检测所述第一船底目标距离与所述第二船底目标距离是否匹配，如果匹配，发出水底目标接近信号，当所述第一船底目标距离小于等于所述第二水底距离阈值，打开所述水下测距传感器和所述水下摄影机，检测所述第一船底目标距离与所述第二船底目标距离是否匹配，如果匹配，发出水底目标报警信号，当所述第一船底目标距离小于等于所述第三水底距离阈值，直接发出水底目标紧急报警信号，并控制所述船舶驱动设备驱动船舶撤离当前位置；显示设备，连接所述控制设备和所述换能器，实时显示所述第一船底目标距离、所述第二船底目标距离、所述第一水底距离阈值、所述第二水底距离阈值和所述第三水底距离阈值，当接收到所述水底目标接近信号时，根据所述多个换能单元测量到的船舶船底不同位置距离水底的多个距离值，动态模拟显示船舶下方地貌，当接收到所述水底目标报警信号时，显示水下摄影机拍摄的船底地貌图像，当接收到所述水底目标紧急报警信号，显示与所述水底目标紧急报警信号对应的警示文字；语音报警设备，连接所述控制设备，播放与所述水底目标接近信号、所述水底目标报警信号或所述水底目标紧急报警信号对应的语音文件；无线收发设备，设置在船舶船体前端，连接所述控制设备并内置有GPS定位器和微控制器，所述GPS定位器输出船舶的当前位置，所述微控制器连接所述GPS定位器，在接收到所述水底目标报警信号或所述水底目标紧急报警信号时，将所述当前位置和所述第一船底目标距离无线发送到当地海事局的船舶管理中心或船舶负责人的无线通信终端；其中，所述阈值设置设备、所述控制设备、所述显示设备和所述语音报警设备位于船舶控制舱前端仪表盘内。

更具体地，在所述分级渐进式船舶水下距离报警装置中，所述控制设备在所述第一船底目标距离大于所述第二水底距离阈值时，关闭所述水下摄影机，在所述第一船底目标距离大于所述第一水底距离阈值时，关闭所述水下测距传感器。

更具体地，在所述分级渐进式船舶水下距离报警装置中，所述阈值设置设备、所述控制设备、所述显示设备和所述语音报警设备被集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述分级渐进式船舶水下距离报警装置中，所述阈值设置设备为键盘，所述显示设备为液晶显示器LCD，所述语音报警设备为麦克风。

更具体地，在所述分级渐进式船舶水下距离报警装置中，所述无线收发设备还包括无线收发器，连接所述微控制器，并在所述微控制器的控制下，将所述当前位置和所述第一船底目标距离无线发送到当地海事局的船舶管理中心或船舶负责人的无线通信终端；其中，所述当地海事局的船舶管理中心的无线通信终端为PC机，所述船舶负责人的无线通信终端为移动终端。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的分级渐进式船舶水下距离报警装置的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的分级渐进式船舶水下距离报警装置的无线收发设备的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的分级渐进式船舶水下距离报警装置的实施方案进行详细说明。

在船舶的航行过程中，对于船舶驾驶员来说，水面目标易于发现，容易避让，相反的是，水下目标由于远离视线，隐蔽性高，而且水下情况复杂，可能出现的目标多种多样，例如潜艇、水雷、鱼群、海底沉物、地貌底质等等，因此发生碰撞的机率更大，危险程度更高。

为了充分了解船舶下方的水底情况，人们使用了多种检测设备进行目标的探测和地貌的复原，这些检测设备包括换能器、水下测距传感器和水下摄影机。

所谓换能器，是向水底发射声波，通过测量声波从发射声波到接收水底回波之间时间间隔获得船舶船底到水底的距离值，换能器基于船舶行驶速度确定测量精度等级，所述测量精度等级包括特等、1a等、1b等和二等或其他等级。换能器的测量精度较高，数据较为可靠。

所谓水下测距传感器，采用红外测距传感器的方式，检测船舶船底位置下出现的目标距离船舶船底的距离，红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，利用的红外测距传感器发射出一束红外光，在照射到目标后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用CCD图像处理接收发射与接收的时间差的数据，经信号处理器处理后计算出物体的距离。这不仅可以使用于自然表面，也可用于加反射板。测量距离远，很高的频率响应，适合于各种恶劣的环境中。

所谓水下摄影机，一般设置在船舶船底，采用水下成像技术捕获船底水下图像。水下成像技术为，光在水中传播，摄像机接收的光信息主要由3部分组成：从目标反射回来并经水介质吸收、散射损耗后的成像光束，光源与目标之间水介质散射的影响图像对比度的后向散射光，目标与接收器之间水介质散射较小角度并直接影响目标细节分辨率的前向散射光。与大气成像技术相比，水下成像技术的研究重点就是减小水介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对水下通信、成像、目标探测所造成的影响。

现有技术中的船舶距离报警装置，针对水面目标报警的较多，针对水下目标报警的较少，即使有，也是使用单一设备，如换能器、水下测距传感器和水下摄影机中的一种进行水下目标报警，导致的结果是，在离水面目标尚有一段距离时，就使用例如水下摄影机这种能耗高、造价不菲的设备进行成像，或者，在马上要接近水面目标时，使用的是检测设备只是进行目标提示，没有立即采取补救措施。因此，需要一种能够根据水下具体情况使用多种设备进行有效报警的装置。

本发明提出的分级渐进式船舶水下距离报警装置，能够全面获取水下情况，并且能够根据水下情况的危机程度，适度制定适宜的报警措施或避让措施，提高水下目标的报警效率。

图1为根据本发明实施方案示出的分级渐进式船舶水下距离报警装置的结构方框图。如图1所示，所述报警装置包括阈值设置设备1、换能器2和控制设备3，所述阈值设置设备1按从大到小顺序分别设置三个水底距离阈值，所述换能器2测量并输出船底目标距离，所述控制设备3分别与所述阈值设置设备1和所述换能器2连接，基于所述船底目标距离和所述三个水底距离阈值实现分级渐进式船舶水下距离报警。接着，继续对本发明的船舶水下距离报警装置的各个部件进行进一步说明。

阈值设置设备1，用于根据用户的输入，设定第一水底距离阈值、第二水底距离阈值和第三水底距离阈值，所述第一水底距离阈值大于所述第二水底距离阈值，所述第二水底距离阈值大于所述第三水底距离阈值。

换能器2，由多个分设在船舶船底不同位置的换能单元组成，每一个换能单元向水底发射声波，通过测量声波从发射声波到接收水底回波之间时间间隔获得船舶船底到水底的距离值，每一个换能单元基于船舶行驶速度确定测量精度等级，所述测量精度等级包括特等、1a等、1b等和二等，将多个换能单元测量到的船舶船底不同位置距离水底最近的距离值作为第一船底目标距离输出。

还包括水下测距传感器，由多个分设在船舶船底不同位置的红外测距传感单元组成，每一个红外测距传感单元用于检测船舶船底不同位置下出现的目标距离船舶船底的距离，并将船舶船底不同位置下出现的目标到船体船底的距离中最近的距离值作为第二船底目标距离输出。

还包括水下摄影机，设置在船舶船底，采用45倍变焦的潜望式镜头，所述潜望式镜头配置12片镜片结构，拍摄并输出船底地貌图像。

还包括船舶驱动设备，安装在船舶船体后端底舱内，包括可逆转内燃发动机、由可逆转内燃发动机所驱动的分级减速齿轮系、控制可逆转内燃发动机与分级减速齿轮系接触或脱离的摩擦式离合器、驱动带有固定桨叶的螺旋桨轴和使得螺旋桨轴减速并保持不动的摩擦式制动器，其中船舶的加速和减速是通过可逆转内燃发动机对螺旋桨的旋转的速度和方向进行作用而控制的，控制时需要离合器与制动器的组合或相继的操作。

控制设备3，分别与所述阈值设置设备1、所述换能器2、所述水下测距传感器、所述水下摄影机和所述船舶驱动设备连接，设置所述换能器2默认为打开、所述水下测距传感器默认为关闭、所述水下摄影机默认为关闭，当所述第一船底目标距离小于等于所述第一水底距离阈值时，打开所述水下测距传感器，检测所述第一船底目标距离与所述第二船底目标距离是否匹配，如果匹配，发出水底目标接近信号，当所述第一船底目标距离小于等于所述第二水底距离阈值，打开所述水下测距传感器和所述水下摄影机，检测所述第一船底目标距离与所述第二船底目标距离是否匹配，如果匹配，发出水底目标报警信号，当所述第一船底目标距离小于等于所述第三水底距离阈值，直接发出水底目标紧急报警信号，并控制所述船舶驱动设备驱动船舶撤离当前位置。

还包括显示设备，连接所述控制设备3和所述换能器2，实时显示所述第一船底目标距离、所述第二船底目标距离、所述第一水底距离阈值、所述第二水底距离阈值和所述第三水底距离阈值，当接收到所述水底目标接近信号时，根据所述多个换能单元测量到的船舶船底不同位置距离水底的多个距离值，动态模拟显示船舶下方地貌，当接收到所述水底目标报警信号时，显示水下摄影机拍摄的船底地貌图像，当接收到所述水底目标紧急报警信号，显示与所述水底目标紧急报警信号对应的警示文字。

还包括语音报警设备，连接所述控制设备3，播放与所述水底目标接近信号、所述水底目标报警信号或所述水底目标紧急报警信号对应的语音文件。

如图2所示，还包括无线收发设备，设置在船舶船体前端，连接所述控制设备3并内置有GPS定位器4、微控制器5和无线收发器6，所述GPS定位器4输出船舶的当前位置，所述微控制器5连接所述GPS定位器4和所述无线收发器6，在接收到所述水底目标报警信号或所述水底目标紧急报警信号时，将所述当前位置和所述第一船底目标距离通过所述无线收发器6无线发送到当地海事局的船舶管理中心或船舶负责人的无线通信终端；所述当地海事局的船舶管理中心的无线通信终端可选为PC机，所述船舶负责人的无线通信终端可选为移动终端。

其中，所述阈值设置设备1、所述控制设备3、所述显示设备和所述语音报警设备位于船舶控制舱前端仪表盘内，所述控制设备3在所述第一船底目标距离大于所述第二水底距离阈值时，关闭所述水下摄影机，在所述第一船底目标距离大于所述第一水底距离阈值时，关闭所述水下测距传感器；所述阈值设置设备1、所述控制设备3、所述显示设备和所述语音报警设备可以被集成在一块集成电路板上；所述阈值设置设备1可选为键盘，所述显示设备可选为液晶显示器LCD，所述语音报警设备可选为麦克风。

另外，红外测距传感器是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类：(1)辐射计，用于辐射和光谱测量；(2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；(3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；(4)红外测距和通信系统；(5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。红外测距传感器按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。

另外，换能器是一种能量转换器件，其性能描述和评价需要许多参数。换能器的特性参数包括共振频率、频带宽度、机电耦合系数、电声效率、机械品质因数、阻抗特性、频率特性、指向性、发射及接收灵敏度等等.不同用途的换能器对性能参数的要求不同，例如，对于发射型换能器，要求换能器有大的输出功率和高的能量转换效率；而对于接收型换能器，则要求宽的频带和高的灵敏度及分辨率等。因此，在换能器的具体设计过程中，必须根据具体的应用，对换能器的有关参数进行合理的设计。

为了确定换能器的工作状态，必须求出他的机械振动系统的状态方程式和电路系统状态方程式。换能器机械系统的状态方程式(简称为机械振动方程)是换能器处于工作状态时，描写他的机械振动系统的力和振速的关系式，而电路系统的状态方程式(简称电路状态方程式)是描写电路系统的振动特性的。由于换能器的机械系统和电路系统是互相耦合的，所以机械系统的振动会影响到电路的平衡，而电路的变化也会影响到机械系统的振动，因此我们总是利用这些方程组分析、讨论换能器的工作特性。

由上述换能器的三组基本关系式，可以对应地做出换能器三种形式的等效图。第一种是等效机械图，将换能器等效为一个纯机械系统的等效图；第二种是把机械一边的元件和参量，通过机电转换化为电路一边的元件和参量，即把一个换能器等效为一个纯电路系统，称此为等效电路图；第三种称为等效机电图，同时包含电路一边和机械一边的等效图。利用这些等效图可以简便地求出换能器的若干重要的性能指标。

本发明的分级渐进式船舶水下距离报警装置，根据水下不同情况，灵活设定不同的检测设备进行工作，同时做出相应的报警响应或采取相应的紧急措施，在保证水下目标距离监控效果的同时，提高了水下目标检测设备的工作效率，便于船舶驾驶员从容面对水下各种情况，保障船上人员和财产的安全。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种分级渐进式船舶水下距离报警装置，其特征在于，所述报警装置包括阈值设置设备、换能器和控制设备，所述阈值设置设备按从大到小顺序分别设置三个水底距离阈值，所述换能器测量并输出船底目标距离，所述控制设备分别与所述阈值设置设备和所述换能器连接，基于所述船底目标距离和所述三个水底距离阈值实现分级渐进式船舶水下距离报警。

2.如权利要求1所述的分级渐进式船舶水下距离报警装置，其特征在于，所述报警装置还包括：

阈值设置设备，根据用户的输入，设定第一水底距离阈值、第二水底距离阈值和第三水底距离阈值，所述第一水底距离阈值大于所述第二水底距离阈值，所述第二水底距离阈值大于所述第三水底距离阈值；

换能器，由多个分设在船舶船底不同位置的换能单元组成，每一个换能单元向水底发射声波，通过测量声波从发射声波到接收水底回波之间时间间隔获得船舶船底到水底的距离值，每一个换能单元基于船舶行驶速度确定测量精度等级，所述测量精度等级包括特等、1a等、1b等和二等，将多个换能单元测量到的船舶船底不同位置距离水底最近的距离值作为第一船底目标距离输出；

水下测距传感器，由多个分设在船舶船底不同位置的红外测距传感单元组成，每一个红外测距传感单元用于检测船舶船底不同位置下出现的目标距离船舶船底的距离，并将船舶船底不同位置下出现的目标到船体船底的距离中最近的距离值作为第二船底目标距离输出；

水下摄影机，设置在船舶船底，采用45倍变焦的潜望式镜头，所述潜望式镜头配置12片镜片结构，拍摄并输出船底地貌图像；

船舶驱动设备，安装在船舶船体后端底舱内，包括可逆转内燃发动机、由可逆转内燃发动机所驱动的分级减速齿轮系、控制可逆转内燃发动机与分级减速齿轮系接触或脱离的摩擦式离合器、驱动带有固定桨叶的螺旋桨轴和使得螺旋桨轴减速并保持不动的摩擦式制动器，其中船舶的加速和减速是通过可逆转内燃发动机对螺旋桨的旋转的速度和方向进行作用而控制的，控制时需要离合器与制动器的组合或相继的操作；

控制设备，分别与所述阈值设置设备、所述换能器、所述水下测距传感器、所述水下摄影机和所述船舶驱动设备连接，设置所述换能器默认为打开、所述水下测距传感器默认为关闭、所述水下摄影机默认为关闭，当所述第一船底目标距离小于等于所述第一水底距离阈值时，打开所述水下测距传感器，检测所述第一船底目标距离与所述第二船底目标距离是否匹配，如果匹配，发出水底目标接近信号，当所述第一船底目标距离小于等于所述第二水底距离阈值，打开所述水下测距传感器和所述水下摄影机，检测所述第一船底目标距离与所述第二船底目标距离是否匹配，如果匹配，发出水底目标报警信号，当所述第一船底目标距离小于等于所述第三水底距离阈值，直接发出水底目标紧急报警信号，并控制所述船舶驱动设备驱动船舶撤离当前位置；

显示设备，连接所述控制设备和所述换能器，实时显示所述第一船底目标距离、所述第二船底目标距离、所述第一水底距离阈值、所述第二水底距离阈值和所述第三水底距离阈值，当接收到所述水底目标接近信号时，根据所述多个换能单元测量到的船舶船底不同位置距离水底的多个距离值，动态模拟显示船舶下方地貌，当接收到所述水底目标报警信号时，显示水下摄影机拍摄的船底地貌图像，当接收到所述水底目标紧急报警信号，显示与所述水底目标紧急报警信号对应的警示文字；

语音报警设备，连接所述控制设备，播放与所述水底目标接近信号、所述水底目标报警信号或所述水底目标紧急报警信号对应的语音文件；

无线收发设备，设置在船舶船体前端，连接所述控制设备并内置有GPS定位器和微控制器，所述GPS定位器输出船舶的当前位置，所述微控制器连接所述GPS定位器，在接收到所述水底目标报警信号或所述水底目标紧急报警信号时，将所述当前位置和所述第一船底目标距离无线发送到当地海事局的船舶管理中心或船舶负责人的无线通信终端；

其中，所述阈值设置设备、所述控制设备、所述显示设备和所述语音报警设备位于船舶控制舱前端仪表盘内。

3.如权利要求2所述的分级渐进式船舶水下距离报警装置，其特征在于：

所述控制设备在所述第一船底目标距离大于所述第二水底距离阈值时，关闭所述水下摄影机，在所述第一船底目标距离大于所述第一水底距离阈值时，关闭所述水下测距传感器。

4.如权利要求2所述的分级渐进式船舶水下距离报警装置，其特征在于：

所述阈值设置设备、所述控制设备、所述显示设备和所述语音报警设备被集成在一块集成电路板上。

5.如权利要求2所述的分级渐进式船舶水下距离报警装置，其特征在于：

所述阈值设置设备为键盘，所述显示设备为液晶显示器LCD，所述语音报警设备为麦克风。

6.如权利要求2所述的分级渐进式船舶水下距离报警装置，其特征在于，所述无线收发设备还包括：

无线收发器，连接所述微控制器，并在所述微控制器的控制下，将所述当前位置和所述第一船底目标距离无线发送到当地海事局的船舶管理中心或船舶负责人的无线通信终端；

其中，所述当地海事局的船舶管理中心的无线通信终端为PC机，所述船舶负责人的无线通信终端为移动终端。