CN104118543B - 多因素船舶航速限制控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多因素船舶航速限制控制系统，所述控制系统包括主控设备和多个检测设备，所述多个检测设备用于检测航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离，所述主控设备分别与所述多个检测设备连接，以基于航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离确定并输出安全限速。本发明全面考虑了影响船舶航速的各个要素，综合设定了当前船舶行驶的限制航速，最大可能地避免水面事故的发生。

Description

多因素船舶航速限制控制系统

技术领域

本发明涉及船舶行驶报警领域，尤其涉及一种多因素船舶航速限制控制系统。

背景技术

船舶行驶过程中，存在多个因素影响船舶的航行速度，例如，船舶当前航线的航线交通密度、船舶所在水道的水道宽窄值、船舶当前位置的能见度、船底目标距离和船侧目标距离等，为此，各国船舶安全管理部门纷纷对各个因素的不同值设定了不同的安全航行限速，针对每一个因素，如果船舶航速超过该因素对应的安全航行限速时，都会形成安全危机，甚至导致水面事故的发生。

当前，为了保证船舶的安全航行，在船舶上有针对性地安装了针对某一个因素的航行限速控制系统，例如，当船舶经常行驶在狭窄水道的航线上，为该船舶安装针对水道宽窄值的航行限速控制系统，根据检测到的水道宽窄值实时设置不同的安全航行限速，在船舶当前航速超过该安全航行限速时，进行显示或语音报警，提醒驾驶员改变驾驶策略，修正航行速度，及时避免危机出现。

但是，现有技术的船舶航速限制控制方案都是针对某一个因素而设计，虽然有一定的安全警示效果，但当船舶在复杂水域内航行时，船舶当前航线的航线交通密度、船舶所在水道的水道宽窄值、船舶当前位置的能见度、船底目标距离和船侧目标距离可能都对航速造成影响，这时，只考虑某一因素，仍避免不了事故的发生。

因此，需要一种新的多因素船舶航速限制控制系统，综合考虑影响船舶的航行速度的各个因素，根据驾驶员的控制需要，实时自动修正船舶当前位置的安全航行限速，在船舶当前航速超过该安全航行限速时进行报警，从而真正有效地保证船舶的正常行驶。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种多因素船舶航速限制控制系统，通过引入多个检测设备分别实时确定船舶当前航线的航线交通密度、船舶所在水道的水道宽窄值、船舶当前位置的能见度、船底目标距离和船侧目标距离等多个影响船舶航速的因素值，计算最安全的航行限速，同时引入优先因素设定设备以保留单因素的船舶航速限制控制系统，使得船舶的限速设计更为全面、更为灵活。

根据本发明的一方面，提供了一种多因素船舶航速限制控制系统，所述控制系统包括主控设备和多个检测设备，所述多个检测设备用于检测航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离，所述主控设备分别与所述多个检测设备连接，以基于航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离确定并输出安全限速。

更具体地，在所述多因素船舶航速限制控制系统中，进一步包括：船速检测设备，检测并输出船舶行驶速度；航线交通密度接收器，包括用户输入单元和无线通信单元，所述用户输入单元用于接收船舶驾驶员输入的船舶行驶航线和船舶当前位置，所述无线通信单元与所述用户输入单元通过RS232串口总线连接，用于将所述船舶行驶航线和所述船舶当前位置无线发送到船舶管理中心，以从船舶管理中心处无线接收所述船舶行驶航线的航线交通密度和所述船舶行驶航线所处水道的水道宽窄值；换能器，连接所述船舶检测设备，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接收到的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船底目标距离输出；散射式能见度观测仪，包括支架、发射单元、接收单元和控制单元，所述支架固定在船舶船体顶部上，所述发射单元、所述接收单元和所述控制单元固定在所述支架上，所述控制单元包括微CPU和通信接口，所述发射单元和所述接收单元相对放置，所述发射单元采用GaAs红外LED作为光源发射散射光，所述接收单元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制单元分别连接所述发射单元和所述接收单元，所述微CPU根据发射散射光的光强和接收散射光的光强计算能见度，所述通信接口连接所述微CPU以输出船舶当前位置的能见度；测距传感器，由多个分设在船舶船体侧面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体侧面附近出现的目标距离船体侧面的距离，并将船舶船体侧面附近出现的目标到船体侧面的距离中最近的距离值作为船侧目标距离输出；存储设备，预先存储航线交通密度安全限速对照表、水道宽窄值安全限速对照表、能见度安全限速对照表、船底目标距离安全限速对照表和船侧目标距离安全限速对照表；优先因素设定设备，用于接收船舶驾驶员输入，并根据船舶驾驶员的输入，设定航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离之一作为安全限速参考因素输出；主控设备，分别与所述船速检测设备、所述航线交通密度接收器、所述换能器、所述散射式能见度观测仪、所述测距传感器、所述存储设备和所述优先因素设定设备连接，基于航线交通密度安全限速对照表和接收到的航线交通密度确定第一安全限速，基于水道宽窄值安全限速对照表和接收到的水道宽窄值确定第二安全限速，基于能见度安全限速对照表和接收到的能见度确定第三安全限速，基于船底目标距离安全限速对照表和接收到的船底目标距离确定第四安全限速，基于船侧目标距离安全限速对照表和接收到的船侧目标距离确定第五安全限速，在接收到所述优先因素设定设备输入的安全限速参考因素时，输出与所述安全限速参考因素对应的安全限速，否则，默认输出第一安全限速、第二安全限速、第三安全限速、第四安全限速和第五安全限速中的最小值；显示设备，连接所述主控设备以接收并显示所述主控设备输出的安全限速和船舶行驶速度，当所述船舶行驶速度大于等于所述输出的安全限速，高亮显示所述船舶行驶速度；其中，船舶厂商在船舶出厂时将航线交通密度安全限速对照表、水道宽窄值安全限速对照表、能见度安全限速对照表、船底目标距离安全限速对照表和船侧目标距离安全限速对照表输入所述存储设备中。

更具体地，在所述多因素船舶航速限制控制系统中，所述显示设备为液晶显示屏LCD，所述优先因素设定设备为键盘或与所述显示设备集成的触摸屏。

更具体地，在所述多因素船舶航速限制控制系统中，每一个红外测距传感单元分别对各自预定的检测范围检测船舶船体侧面附近出现的目标。

更具体地，在所述多因素船舶航速限制控制系统中，将所述显示设备、所述优先因素设定设备、所述主控设备和所述存储设备集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述多因素船舶航速限制控制系统中，所述显示设备还连接所述换能器，以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。

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多因素船舶航速限制控制系统的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的多因素船舶航速限制控制系统的航线交通密度接收器的结构方框图。

图3为根据本发明实施方案示出的多因素船舶航速限制控制系统的散射式能见度观测仪的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的多因素船舶航速限制控制系统的实施方案进行详细说明。

与20世纪初相比，当今的水上交通运输发生了显著的变化：船舶日趋大型化、高速化，交通日益繁忙，许多水域尤其是港口的交通密度越来越大，水面情况变化更为多样化。这种变化使得水域的船舶限速变得非常重要，深入研究船舶限速问题势在必行。例如在浅水区，当船舶驶入后，由于船底水下间隙变小，在三维空间中运动的水变得只能在二维平面内流动，同时流速增大，这就造成了水压变化更为剧烈，而且水压波动范围进一步扩至船尾，使得船体下沉改变的程度随航速而变得更加激烈，对船速控制影响较大，控制不当，会导致船底擦碰海底，甚至可能造成船舶搁浅的事故发生。因此，在实际操作中，当船舶进入浅水区域时，一定要及时限制航速，根据测量的船底目标距离灵活设置航速，从而保证船舶的航行安全。

影响船舶的航行速度的主要因素不仅仅包括船底目标距离，还包括船舶当前航线的航线交通密度、船舶所在水道的水道宽窄值、船舶当前位置的能见度和船侧目标距离等。由于以上因素都是独立因素，需分别考虑他们与船舶限速的关系，然后结合各个要素，为克服各种危险制定出合理的限速规定。而当前存在的船舶限速控制方案都仅仅关注某一突出因素，根据该突出因素的不同值制定不同的航行限速值，虽然在保证安全行驶方面起到一定的积极效果，但由于因素考虑不全，航行限速的制定不够精确，因速度导致的危机仍然存在。

本发明提出的多因素船舶航速限制控制系统，一方面，根据驾驶员的需求，保留了单因素船舶航速限制控制方案，这个单因素是驾驶员根据经验或历史数据确定的、影响航速的最为关键因素，另一方面，通过实时获取船舶当前航线的航线交通密度、船舶所在水道的水道宽窄值、船舶当前位置的能见度、船底目标距离和船侧目标距离，给出多因素船舶航速限制控制方案，给出最准确的安全航行限速，从而帮助船舶及时脱离各种水面危机。

图1为根据本发明实施方案示出的多因素船舶航速限制控制系统的结构方框图。如图1所示，所述控制系统包括主控设备1和n个检测设备2，n为预设的自然数，n个检测设备2分别与主控设备1连接，所述n个检测设备用于检测航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离等多个影响航速的因素值，主控设备1接收这些因素值并基于他们确定安全限速并输出安全限速，所述安全限速为警示船舶驾驶员在当前位置处的能够保证安全航行的最大允许航速。下面对多因素船舶航速限制控制系统的各个组成部件进行进一步的描述。

设置在船舶控制舱前端仪表盘内的船速检测设备，用于检测并输出船舶行驶速度。

如图2所示，设置在船舶船体前端上的航线交通密度接收器，包括用户输入单元3和无线通信单元4，所述用户输入单元3用于接收船舶驾驶员输入的船舶行驶航线和船舶当前位置，所述无线通信单元4与所述用户输入单元3通过RS232串口总线连接，用于将所述船舶行驶航线和所述船舶当前位置通过无线通信链路无线发送到船舶管理中心5，以从船舶管理中心5处通过无线通信链路无线接收所述船舶行驶航线的航线交通密度和所述船舶行驶航线所处水道的水道宽窄值。

设置在船舶船体底部的换能器，连接所述船舶检测设备，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接收到的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船底目标距离输出。

如图3所示，设置在船舶船体顶部上的散射式能见度观测仪，包括支架、发射单元6、接收单元7和控制单元8，所述支架固定在船舶船体顶部上，所述发射单元6、所述接收单元7和所述控制单元8固定在所述支架上，所述控制单元8包括微CPU和通信接口，所述发射单元6和所述接收单元7相对放置，所述发射单元6采用GaAs红外LED作为光源发射散射光，所述接收单元7采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制单元8分别连接所述发射单元6和所述接收单元7，所述微CPU根据发射散射光的光强和接收散射光的光强计算能见度，所述通信接口连接所述微CPU以输出船舶当前位置的能见度。

设置在船舶船体侧面的测距传感器，由多个分设在船舶船体侧面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体侧面附近出现的目标距离船体侧面的距离，并将船舶船体侧面附近出现的目标到船体侧面的距离中最近的距离值作为船侧目标距离输出。

设置在船舶控制舱前端仪表盘内的存储设备，预先存储航线交通密度安全限速对照表、水道宽窄值安全限速对照表、能见度安全限速对照表、船底目标距离安全限速对照表和船侧目标距离安全限速对照表。

设置在船舶控制舱前端仪表盘内的优先因素设定设备，用于接收船舶驾驶员输入，并根据船舶驾驶员的输入，设定航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离之一作为安全限速参考因素输出。

设置在船舶控制舱前端仪表盘内的主控设备1，分别与所述船速检测设备、所述航线交通密度接收器、所述换能器、所述散射式能见度观测仪、所述测距传感器、所述存储设备和所述优先因素设定设备连接，基于航线交通密度安全限速对照表和接收到的航线交通密度确定第一安全限速，基于水道宽窄值安全限速对照表和接收到的水道宽窄值确定第二安全限速，基于能见度安全限速对照表和接收到的能见度确定第三安全限速，基于船底目标距离安全限速对照表和接收到的船底目标距离确定第四安全限速，基于船侧目标距离安全限速对照表和接收到的船侧目标距离确定第五安全限速，在接收到所述优先因素设定设备输入的安全限速参考因素时，输出与所述安全限速参考因素对应的安全限速，否则，默认输出第一安全限速、第二安全限速、第三安全限速、第四安全限速和第五安全限速中的最小值。

设置在船舶控制舱前端仪表盘内的显示设备，连接所述主控设备1以接收并显示所述主控设备1输出的安全限速和船舶行驶速度，当所述船舶行驶速度大于等于所述输出的安全限速，高亮显示所述船舶行驶速度。

其中，船舶厂商在船舶出厂时将航线交通密度安全限速对照表、水道宽窄值安全限速对照表、能见度安全限速对照表、船底目标距离安全限速对照表和船侧目标距离安全限速对照表输入所述存储设备中，由于存储设备为可读写的存储器，船舶运营方可根据各国船舶管理中心的规定重新修改上述各个表格；所述显示设备可选为液晶显示屏LCD，所述优先因素设定设备可选为键盘或与所述显示设备集成的触摸屏；每一个红外测距传感单元被设置为分别对各自预定的检测范围检测船舶船体侧面附近出现的目标；以及在所述多因素船舶航速限制控制系统中，可以将所述显示设备、所述优先因素设定设备、所述主控设备和所述存储设备集成在一块集成电路板上；同时所述显示设备还可以连接所述换能器，以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，供船舶驾驶员参考。

所述液晶显示屏，英文通称为LCD(Liquid Crystal Display)，是属于平面显示器的一种。用于电视机及计算机的屏幕显示。液晶显示屏LCD用于数字型钟表和许多便携式计算机的一种显示器类型。LCD显示使用了两片极化材料，在他们之间是液体水晶溶液。电流通过该液体时会使水晶重新排列，以使光线无法透过他们。因此，每个水晶就像百叶窗，既能允许光线穿过又能挡住光线。液晶显示器LCD目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展，在计算机周边中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前提之下，传统的显示方式如CRT映像管显示器及LED显示板等等，皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。

另外，所述航线交通密度接收器的用户输入单元3所接收的船舶驾驶员输入的船舶行驶航线和船舶当前位置可以为，船舶驾驶员根据船上定位设备实时给出的船舶行驶航线和船舶当前位置，所述定位设备可选为GPS定位设备、格洛纳斯定位设备、伽利略定位设备或北斗卫星定位设备。

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用，北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座己布设完成。伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，也是继美国现有的GPS系统及俄罗斯的格洛纳斯导航系统外，第三个可供民用的定位系统，伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时；特殊服务有搜索与救援；扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业，2010年1月7日，欧盟委员会称，欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投入运营。俄罗斯格洛纳斯导航系统是由24颗卫星组成，精度在10米左右，军民两用，设计2009年底服务范围拓展到全球。

本发明的多因素船舶航速限制控制系统，在建立更全面、更精确的多因素航速限制控制平台的同时，保留了单因素船舶航速限制控制平台，一方面，在复杂环境下，能够实时灵活设置最可靠的安全限速，另一方面，在简单环境下，根据驾驶员的经验或历史数据，能够实时设置可靠并运算简单的安全限速，从而全力避免航行事故的发生。

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 (1)

1.一种多因素船舶航速限制控制系统，其特征在于，所述控制系统包括主控设备和多个检测设备，所述多个检测设备用于检测航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离，所述主控设备分别与所述多个检测设备连接，以基于航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离确定并输出安全限速；

所述控制系统还包括：

船速检测设备，检测并输出船舶行驶速度；

航线交通密度接收器，包括用户输入单元和无线通信单元，所述用户输入单元用于接收船舶驾驶员输入的船舶行驶航线和船舶当前位置，所述无线通信单元与所述用户输入单元通过RS232串口总线连接，用于将所述船舶行驶航线和所述船舶当前位置无线发送到船舶管理中心，以从船舶管理中心处无线接收所述船舶行驶航线的航线交通密度和所述船舶行驶航线所处水道的水道宽窄值；

换能器，连接所述船舶检测设备，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接收到的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船底目标距离输出；

散射式能见度观测仪，包括支架、发射单元、接收单元和控制单元，所述支架固定在船舶船体顶部上，所述发射单元、所述接收单元和所述控制单元固定在所述支架上，所述控制单元包括微CPU和通信接口，所述发射单元和所述接收单元相对放置，所述发射单元采用GaAs红外LED作为光源发射散射光，所述接收单元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制单元分别连接所述发射单元和所述接收单元，所述微CPU根据发射散射光的光强和接收散射光的光强计算能见度，所述通信接口连接所述微CPU以输出船舶当前位置的能见度；

测距传感器，由多个分设在船舶船体侧面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体侧面附近出现的目标距离船体侧面的距离，并将船舶船体侧面附近出现的目标到船体侧面的距离中最近的距离值作为船侧目标距离输出；

存储设备，预先存储航线交通密度安全限速对照表、水道宽窄值安全限速对照表、能见度安全限速对照表、船底目标距离安全限速对照表和船侧目标距离安全限速对照表；

优先因素设定设备，用于接收船舶驾驶员输入，并根据船舶驾驶员的输入，设定航线交通密度、水道宽窄值、能见度、船底目标距离和船侧目标距离之一作为安全限速参考因素输出；

主控设备，分别与所述船速检测设备、所述航线交通密度接收器、所述换能器、所述散射式能见度观测仪、所述测距传感器、所述存储设备和所述优先因素设定设备连接，基于航线交通密度安全限速对照表和接收到的航线交通密度确定第一安全限速，基于水道宽窄值安全限速对照表和接收到的水道宽窄值确定第二安全限速，基于能见度安全限速对照表和接收到的能见度确定第三安全限速，基于船底目标距离安全限速对照表和接收到的船底目标距离确定第四安全限速，基于船侧目标距离安全限速对照表和接收到的船侧目标距离确定第五安全限速，在接收到所述优先因素设定设备输入的安全限速参考因素时，输出与所述安全限速参考因素对应的安全限速，否则，默认输出第一安全限速、第二安全限速、第三安全限速、第四安全限速和第五安全限速中的最小值；

显示设备，连接所述主控设备以接收并显示所述主控设备输出的安全限速和船舶行驶速度，当所述船舶行驶速度大于等于所述输出的安全限速，高亮显示所述船舶行驶速度；

其中，船舶厂商在船舶出厂时将航线交通密度安全限速对照表、水道宽窄值安全限速对照表、能见度安全限速对照表、船底目标距离安全限速对照表和船侧目标距离安全限速对照表输入所述存储设备中。