CN104267724A - 船舶航行的控制方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶航行的控制方法、装置和系统。其中，该系统包括：信息采集装置，与导航设备连接，用于采集导航设备的导航信息；航线子系统，与信息采集装置连接，用于根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合，并将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线；船舶控制子系统，与航线子系统连接，用于基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行。采用本发明，解决了现有技术中的获取的船舶的目标航线准确性差的问题，实现了自动准确地生成船舶的目标航线的效果。

Description

船舶航行的控制方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及船舶控制领域，具体而言，涉及一种船舶航行的控制方法、装置和系统。

背景技术

一般在海上航行的船舶都要有航线，并且船舶的目标航线是随时变化的，这条航线画在海图需要考虑海底的情况及水深还有其他的情况，比如，这块水域是军事专用的，一般的船舶就要绕开它航行。

船舶在航行时可能根据天气或者海域情况对航线进行调整，但是现有技术中的电子海图人工绘制航线，效率低、准确性低，且为了应对气象条件而对航线优化功能也不完善，在航行过程中操舵技术为了保持精度，也会出现操舵过多的情况，操舵过多导致能量消耗大。

针对现有技术中获取的船舶的目标航线准确性差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中获取的船舶的目标航线准确性差的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种船舶航行的控制方法、装置和系统，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种船舶航行的控制系统，该系统包括：信息采集装置，与导航设备连接，用于采集导航设备的导航信息；航线子系统，与信息采集装置连接，用于根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合，并将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线；船舶控制子系统，与航线子系统连接，用于基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行。

进一步地，航线子系统包括：第一控制器，与信息采集装置连接，用于获取船舶的属性信息确定船舶的航行参数，在数据库中查找符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的预设航线，得到航线集合；其中，数据库中保存有多条预先建立的预设航线，船舶的航行参数包括船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

进一步地，航线子系统还包括：第二控制器，与第一控制器连接，用于按照预设航行指标计算航线集合中各个预设航线的航行成本，确定航线集合中航行成本最低的预设航线为船舶的目标航线，其中，航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

进一步地，导航设备包括：GPS装置；信息采集装置与GPS装置连接，用于实时采集GPS装置获取的船舶的位置；船舶控制子系统包括：电子海图与信息子系统，分别与信息采集装置和航线子系统连接，用于使用船舶的位置和船舶的目标航线确定船舶是否偏离船舶的目标航线，在船舶偏离船舶的目标航线的情况下，获取船舶的目标航行方向；舵装置，与电子海图与信息子系统连接，用于根据船舶的目标航行方向计算航行操纵设备的舵的目标舵角，生成目标舵角的舵令，使用舵令控制航行操纵设备的舵，以使航行操纵设备的舵的实际舵角与目标舵角相同。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种船舶航行的控制方法，该方法包括：采集导航设备的导航信息；根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合；将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线；基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行。

进一步地，根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合包括：获取船舶的属性信息确定船舶的航行参数；在数据库中查找符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的预设航线，得到航线集合；其中，数据库中保存有多条预先建立的预设航线，船舶的航行参数包括船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

进一步地，将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线包括：按照预设航行指标计算航线集合中各个预设航线的航行成本；确定航线集合中航行成本最低的预设航线为船舶的目标航线，其中，航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

进一步地，基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行包括：实时采集导航设备的GPS装置获取的船舶的位置；使用船舶的位置和船舶的目标航线确定船舶是否偏离船舶的目标航线；在船舶偏离船舶的目标航线的情况下，获取船舶的目标航行方向；根据船舶的目标航行方向计算航行操纵设备的舵的目标舵角，生成目标舵角的舵令；使用舵令控制航行操纵设备的舵，以使航行操纵设备的舵的实际舵角与目标舵角相同。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种船舶航行的控制装置，该装置包括：采集模块，用于采集导航设备的导航信息；获取模块，用于根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合；确定模块，用于将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线；控制模块，用于基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行。

进一步地，获取模块包括：第一获取子模块，用于获取船舶的属性信息确定船舶的航行参数；查找模块，用于在数据库中查找符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的预设航线，得到航线集合；其中，数据库中保存有多条预先建立的预设航线，船舶的航行参数包括船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

进一步地，确定模块包括：第一计算模块，用于按照预设航行指标计算航线集合中各个预设航线的航行成本；确定子模块，用于确定航线集合中航行成本最低的预设航线为船舶的目标航线，其中，航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

进一步地，控制模块包括：采集子模块，用于实时采集导航设备的GPS装置获取的船舶的位置；判断模块，用于使用船舶的位置和船舶的目标航线判断船舶是否偏离船舶的目标航线；第二计算模块，用于在船舶偏离船舶的目标航线的情况下，获取船舶的目标航行方向，并根据船舶的目标航行方向计算航行操纵设备的舵的目标舵角，生成目标舵角的舵令；控制子模块，用于使用舵令控制航行操纵设备的舵，以使航行操纵设备的舵的实际舵角与目标舵角相同。

采用本发明实施例，航线子系统根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息确定航线集合，并通过预设航行指标和预先获取的航行条件确定最优的船舶的目标航线，然后控制船舶航行在该航线上。在该实施例中，航线子系统可以自动生成船舶的目标航线，并且生成的船舶的目标航线参考了船舶航行时的海况信息，生成的船舶的目标航线准确，解决了现有技术中的获取的船舶的目标航线准确性差的问题，实现了自动准确地生成船舶的目标航线的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的船舶航行的控制系统的框图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的船舶航行的控制系统的框图；

图3是根据本发明实施例的船舶航行的控制方法的流程图；以及

图4是根据本发明实施例的船舶航行的控制装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例的船舶航行的控制系统的框图，如图1所示该系统可以包括：信息采集装置10、航线子系统30以及船舶控制系统50。

其中，信息采集装置，与导航设备连接，用于采集导航设备的导航信息；航线子系统，与信息采集装置连接，用于根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合，并将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线；船舶控制子系统，与航线子系统连接，用于基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行。

采用本发明实施例，航线子系统根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息确定航线集合，并通过预设航行指标和预先获取的航行条件确定最优的船舶的目标航线，然后控制船舶航行在该航线上。在该实施例中，航线子系统可以自动生成船舶的目标航线，并且生成的船舶的目标航线参考了船舶航行时的海况信息，生成的船舶的目标航线准确，解决了现有技术中的获取的船舶的目标航线准确性差的问题，实现了自动准确地生成船舶的目标航线的效果。

上述实施例中的导航设备可以包括：雷达、GPS装置、AIS装置等。其中，GPS装置，即Global Positioning System为全球定位系统；AIS装置，即(Automatic IdentificationSystem)为船舶自动识别系统。

下面结合附图2详细介绍本发明实施例，如图2所示，系统的航行决策辅助系统(即上述实施例中的航线子系统30)中还可以包括岸基支持系统31、船端航海专家系统(图中未示出)和最佳航线设计系统(图中未示出，该系统可以在电子海图上实现)。通过该航线子系统可以根据天气海况(即上述实施例中的海况信息)、运营需求(即上述实施例中的预先获取的航行条件)和船舶自身状态(即上述实施例中的船舶的属性信息)确定最佳航线，实现节能减排。其中，岸基支持系统提供气象、电子海图及经验航线等信息供船端根据所需下载使用。

上述实施例中的船舶控制子系统50可以包括罗经(图中未示出)、自动操舵仪(图中未示出)及电子海图与信息子系统51，其通过信息采集接口及处理系统(即上述实施例中的信息采集装置)采集到的导航信息确定控制信号，然后控制船舶的操纵设备。如图2示出的船舶控制子系统还可以包括船舶检测和管理设备53、船舶控制台54以及综合信息显示设备52。该实施例中的航线子系统(即航行决策辅助系统)与海图数据中心，海况预报中心等多种数据源连接，接收、存储并汇总各类航线数据，并基于这些数据得到目标航线。

在上述实施例中的航行操纵设备即自动操舵仪。该自动操舵仪上有罗经复示器。

上述的船舶控制子系统还可以包括：船舶监测显示子系统和船舶航迹航向控制子系统，该船舶监测显示子系统设置在综合信息显示设备52内，船舶航迹航向控制子系统设置在船舶控制台54内。通过这些子系统可以控制船舶按照目标航线航行，使船舶根据当时的航行态势走最少的航程，并减少打舵次数，从实际航程方面节能，同时监控显示船舶航行的各种信息，方便船员了解航行态势。

具体地，电子海图与信息子系统51使用电子海图技术集成多种海图数据引擎，使得在一个平台下同时读取和处理我国航保部的VCF格式海图、国际标准IHO S-57格式海图、英国海道测量局(UKHO)的光栅海图以及挪威C-MAP的海图数据，平台用户可根据船舶航行区域和业务特点灵活选择某一种或多种海图数据。

图2所示的实施例中，导航设备90包括GPS 91、AIS 92和导航雷达93。信息采集装置10通过网络交换机20与船舶控制子系统50的航行操纵设备70连接。网络交换机通过海事卫星40与航线子系统30连接；网络交换机还通过导航雷达93接收雷达信息。图2中的导航雷达包括X波段导航雷达931和S波段导航雷达933。

在本发明的上述实施例中，航线子系统可以包括：第一控制器，与信息采集装置连接，用于获取船舶的属性信息确定船舶的航行参数，在数据库中查找符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的预设航线，得到航线集合；其中，数据库中保存有多条预先建立的预设航线，船舶的航行参数包括船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

根据上述实施例，GPS、AIS、罗经等各类导航设备产生的信息由信息采集装置进行采集处理后，通过网络系统提供的航线子系统(即航行辅助决策系统)，航行辅助决策系统从数据库中读取符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的航线集合。

上述实施例中的海况信息可以包括：船舶航行时的海况、气象数据和地理地形数据。

在本发明的上述实施例中，第一控制器在获取航线集合的过程中，还可以将选定的目的地、到港时间、海图信息和当前船舶状态信息作为获取航线集合的过滤条件。也即，在获取航线集合之后，可以使用上述的各个条件对航线集合中的预设航线进行过滤处理，得到过滤后的航线集合。还可以将满足上述条件的预设航线提取出来，并使用采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数对提取得到的预设航线进行过滤处理，得到航线集合。

其中的，当前船舶状态信息可以通过图2所示的计程仪81、测深仪82、电罗经83、风速风向仪84、舵装置85和机舱传感器86获取。

在本发明一个可选的实施例中，可以根据船舶自身特性(即上述实施中的船舶的属性信息)和规避恶劣气象(即上述实施例中的海况信息)对数据库所有满足出发港和目的港的预设航线做过滤，初步航行建议即初步可行的航线集合。

具体地，根据本船的特性(即上述实施例中的船舶的属性信息)得到航行参数，该参数包括航线航道宽度、转弯半径及船舶速度损耗系数等。

进一步地，在经验航线库(即上述实施例中的数据库)中查找符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的预设航线，其中的经验航线库的是参考《世界大洋航路》和《中国航路指南》及一些实际航行过的航线而预先建立的数据库。

通过上述实施例，可以自动生成航线，而根据气象条件(该气象条件包括在上述的海况信息中)对航线优化功能进行完善，操舵技术为了保持精度而操舵过多导致能量消耗。

进一步地，航线子系统还可以包括：第二控制器，与第一控制器连接，用于按照预设航行指标计算航线集合中各个预设航线的航行成本，确定航线集合中航行成本最低的预设航线为船舶的目标航线，其中，航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

在通过上述实施例获取目标航线之后，还可以获取目标航线的航行总时间、航行速度、及航行过程等目标航线的属性信息，并将该目标航线的属性信息反馈至工作人员。

在本发明的上述实施例中，在获取航线集合之后，可以根据航行需求(即预先获取的航行条件)得到目标航线。具体地，根据海况信息，避开气象恶劣的海域以及根据最短距离和最低油耗等预设航行指标从航线集合中选择目标航线。然后目标航线的信息提供给船舶控制子系统，船舶控制子系统的各个终端实现船舶导航、综合信息显示和船舶操控，从而形成一套信息集中显示、操控管理功能完备、人机环境良好的船舶航迹控制环境，使驾驶员在各种复杂航行态势条件下能方便地获得船舶智能航行所需各种信息(如航向、航速、位置、舵角等船舶航行信息等)，从而提高船舶航行的安全性和经济性。

上述的预先获取的航行条件可以为下述条件中的任意一种：一种是该船舶航行的固定的总航行时间，生成航线是以调整船舶航行速度来保障总的航行时间；第二种，该船舶航行的固定的总航行时间，只是增加船舶航行过程中装卸货等待的时间考虑；第三种是固定的航行速度，生成航线是以固定的航行速度航行的最短航线。

在上述实施例中，可以在获取航线集合之后，根据船员的输入预设航行指标(如时间成本指标、燃油成本指标等)建立航线分析模型，航线子系统依据该航线分析模型从航线集合中选定目标航线。

其中，上述的航线分析模型即对航线集合建立指标体系，并对预设航行指标进行指标分析，得到航线集合中的各个预设航线的航行成本。

具体地，指标分析的方法可以包括多元统计分析方法、层次分析法、模糊综合评判法和灰色综合评判法。通过上述的指标分析方法得到各个航线集合中的各个预设航线的航行成本，进一步地，可以计算得到各个预设航线的时间成本、燃油成本和安全成本，然后对各个预设航线的时间成本、燃油成本和安全成本进行加权计算得到航行成本，确定其中航行成本最低的航线为目标航线。

通过上述实施例，充分考虑海况洋流、天气，地理地形，海上交通状况，根据船舶油耗的数据统计，比如船舶速度和油耗的关系，比如等航向航路和大圆航路的航行模式选择，计算出节省油料和缩短航行时间的航行线路；然后通过比较不同的航线以及不同航线的模拟航行，计算出不同航线船舶的经济性能，根据航海专家系统生成的航线分析模型，计算出最节省船舶运营成本(时间成本、燃油成本、安全成本等)的航行线路，最后得出安全的最经济航线(即上述实施例中的目标航线)。

在本发明的上述实施例中，导航设备可以包括：GPS装置；信息采集装置与GPS装置连接，用于实时采集GPS装置获取的船舶的位置；船舶控制子系统可以包括：电子海图与信息子系统，分别与信息采集装置和航线子系统连接，用于使用船舶的位置和船舶的目标航线确定船舶是否偏离船舶的目标航线，在船舶偏离船舶的目标航线的情况下，获取船舶的目标航行方向；舵装置，与电子海图与信息子系统连接，用于根据船舶的目标航行方向计算航行操纵设备的舵的目标舵角，生成目标舵角的舵令，使用舵令控制航行操纵设备的舵，以使航行操纵设备的舵的实际舵角与目标舵角相同。

具体地，在对船舶航行的航迹进行控制时，可以按照ECDIS(即电子海图与信息子系统)提供的目标航线及按照该目标航线指定的航行数据(该航行数据中包括目标航线的属性信息)，控制船舶沿预先设定的航线(即上述实施例中的目标航向)航行。在该实施例中，通过GPS实时获取船舶当前位置，ECDIS对船舶当前位置与航行数据中的船舶目标位置进行比较，如果船舶当前位置与航行数据中的船舶目标位置不同，则确定船舶航行偏离航线，ECDIS获取船舶的目标航行方向发送至自动舵装置(即上述实施例中的舵装置)，自动舵装置比较船舶的目标航行方向与从电罗经获取的当前航行方向，计算目标舵角，生成目标舵角的舵令，并使用舵令控制舵的运动，直到目标舵角与实际舵角相同。

通过上述实施例，可以根据船舶的不同的工作状况自动整定控制参数，实现以较少的操舵次数达到较高的控制精度，进而到达节能的目的。上述的舵令还可以通过自适应自动舵控制模型和控制规律和航迹控制算法等计算得到。

需要进一步说明的是，可以获取船舶的KT参数，并获取船舶的KT参数和控制参数之间的关系，使得控制参数根据船舶参数的改变而改变，做到自动适应装载、海况、速度等条件变化，通过较少的操舵来保持较高的控制精度，再已优化的航线基础上，进一步达到节能的效果。

具体地，可以通过离线和在线辨识相结合的方式相对准确的辨识出船舶KT参数。

其中，KT参数为船舶性能参数，K表示船舶旋回性的优劣，也称旋回性指数，是定常旋回中的船舶每单位舵角所能给出的角速度值，故又称增益常数，该增益越大，则舵效越好。T值表示船舶追随性的优劣，也成追随性指数，T表示转向角加速度向零衰减，转向角速速向定常旋回角速度趋近的周期，又称时间常数，该时间越短，则舵效越好。

通过上述实施例可以实现自适应操舵，传统的PID(即自动控制)操舵仪其设计准则并不以节能为设计准则，而是单纯追求精度，而且在环境变化时其不能自动适应，用其进行操舵不能实现经济航行。而自适应操舵仪的设计准可以以节能为目的“自动根据环境选择最佳参数进行工作，在保持一定航向精度的基础上，尽可能减小操舵引起的能量消耗”，从而实现经济航行的目的。

图3是根据本发明实施例的船舶航行的控制方法的流程图。如图3所示，该方法可以通过如下步骤实现：

步骤S302，采集导航设备的导航信息。

步骤S304，根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合。

步骤S306，将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线。

步骤S308，基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行。

采用本发明实施例，航线子系统根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息确定航线集合，并通过预设航行指标和预先获取的航行条件确定最优的船舶的目标航线，然后控制船舶航行在该航线上。在该实施例中，航线子系统可以自动生成船舶的目标航线，并且生成的船舶的目标航线参考了船舶航行时的海况信息，生成的船舶的目标航线准确，解决了现有技术中的获取的船舶的目标航线准确性差的问题，实现了自动准确地生成船舶的目标航线的效果。

上述实施例中的导航设备可以包括：雷达、GPS装置、AIS装置等。其中，GPS装置，即Global Positioning System为全球定位系统；AIS装置，即(Automatic IdentificationSystem)为船舶自动识别系统。

在本发明的上述实施例中，根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合可以包括：获取船舶的属性信息确定船舶的航行参数；在数据库中查找符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的预设航线，得到航线集合；其中，数据库中保存有多条预先建立的预设航线，船舶的航行参数包括船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

根据上述实施例，GPS、AIS、罗经等各类导航设备产生的信息由信息采集装置进行采集处理后，通过网络系统提供的航线子系统(即航行辅助决策系统)，航行辅助决策系统从数据库中读取符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的航线集合。

上述实施例中的海况信息可以包括：船舶航行时的海况、气象数据和地理地形数据。

在本发明的上述实施例中，第一控制器在获取航线集合的过程中，还可以将选定的目的地、到港时间、海图信息和当前船舶状态信息作为获取航线集合的过滤条件。也即，在获取航线集合之后，可以使用上述的各个条件对航线集合中的预设航线进行过滤处理，得到过滤后的航线集合。还可以将满足上述条件的预设航线提取出来，并使用采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数对提取得到的预设航线进行过滤处理，得到航线集合。

进一步地，将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线可以包括：按照预设航行指标计算航线集合中各个预设航线的航行成本；确定航线集合中航行成本最低的预设航线为船舶的目标航线，其中，航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

在通过上述实施例获取目标航线之后，还可以获取目标航线的航行总时间、航行速度、及航行过程等目标航线的属性信息，并将该目标航线的属性信息反馈至工作人员。

在本发明的上述实施例中，在获取航线集合之后，可以根据航行需求(即预先获取的航行条件)得到目标航线。具体地，根据海况信息，避开气象恶劣的海域以及根据最短距离和最低油耗等预设航行指标从航线集合中选择目标航线。然后目标航线的信息提供给船舶控制子系统，船舶控制子系统的各个终端实现船舶导航、综合信息显示和船舶操控，从而形成一套信息集中显示、操控管理功能完备、人机环境良好的船舶航迹控制环境，使驾驶员在各种复杂航行态势条件下能方便地获得船舶智能航行所需各种信息(如航向、航速、位置、舵角等船舶航行信息等)，从而提高船舶航行的安全性和经济性。

上述的预先获取的航行条件可以为下述条件中的任意一种：一种是该船舶航行的固定的总航行时间，生成航线是以调整船舶航行速度来保障总的航行时间；第二种，该船舶航行的固定的总航行时间，只是增加船舶航行过程中装卸货等待的时间考虑；第三种是固定的航行速度，生成航线是以固定的航行速度航行的最短航线。

根据本发明的上述实施例，基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶的目标航线航行可以包括：实时采集导航设备的GPS装置获取的船舶的位置；使用船舶的位置和船舶的目标航线确定船舶是否偏离船舶的目标航线；在船舶偏离船舶的目标航线的情况下，获取船舶的目标航行方向，根据船舶的目标航行方向计算航行操纵设备的舵的目标舵角，生成目标舵角的舵令；使用舵令控制航行操纵设备的舵，以使航行操纵设备的舵的实际舵角与目标舵角相同。

具体地，在对船舶航行的航迹进行控制时，可以按照ECDIS(即电子海图与信息子系统)提供的目标航线及按照该目标航线指定的航行数据(该航行数据中包括目标航线的属性信息)，控制船舶沿预先设定的航线(即上述实施例中的目标航向)航行。在该实施例中，通过GPS实时获取船舶当前位置，ECDIS对船舶当前位置与航行数据中的船舶目标位置进行比较，如果船舶当前位置与航行数据中的船舶目标位置不同，则确定船舶航行偏离航线，ECDIS获取船舶的目标航行方向发送至自动舵装置(即上述实施例中的舵装置)，自动舵装置比较船舶的目标航行方向与从电罗经获取的当前航行方向，计算目标舵角，生成目标舵角的舵令，并使用舵令控制舵的运动，直到目标舵角与实际舵角相同。

通过上述实施例，可以根据船舶的不同的工作状况自动整定控制参数，实现以较少的操舵次数达到较高的控制精度，进而到达节能的目的。上述的舵令还可以通过自适应自动舵控制模型和控制规律和航迹控制算法等计算得到。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图4是根据本发明实施例的船舶航行的控制装置的示意图。如图4所示，该装置可以包括：采集模块401、获取模块403、确定模块405以及控制模块407。

其中，采集模块，用于采集导航设备的导航信息；获取模块，用于根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息获取航线集合；确定模块，用于将航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为船舶的目标航线；控制模块，用于基于船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使船舶按照船舶的目标航线航行。

采用本发明实施例，航线子系统根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息确定航线集合，并通过预设航行指标和预先获取的航行条件确定最优的船舶的目标航线，然后控制船舶航行在该航线上。在该实施例中，航线子系统可以自动生成船舶的目标航线，并且生成的船舶的目标航线参考了船舶航行时的海况信息，生成的船舶的目标航线准确，解决了现有技术中的获取的船舶的目标航线准确性差的问题，实现了自动准确地生成船舶的目标航线的效果。

上述实施例中的导航设备可以包括：雷达、GPS装置、AIS装置等。其中，GPS装置，即Global Positioning System为全球定位系统；AIS装置，即(Automatic IdentificationSystem)为船舶自动识别系统。

根据本发明的上述实施例，获取模块可以包括：第一获取子模块，用于获取船舶的属性信息确定船舶的航行参数；查找模块，用于在数据库中查找符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的预设航线，得到航线集合；其中，数据库中保存有多条预先建立的预设航线，船舶的航行参数包括船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

根据上述实施例，GPS、AIS、罗经等各类导航设备产生的信息由信息采集装置进行采集处理后，通过网络系统提供的航线子系统(即航行辅助决策系统)，航行辅助决策系统从数据库中读取符合采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数的航线集合。

上述实施例中的海况信息可以包括：船舶航行时的海况、气象数据和地理地形数据。

在本发明的上述实施例中，第一控制器在获取航线集合的过程中，还可以将选定的目的地、到港时间、海图信息和当前船舶状态信息作为获取航线集合的过滤条件。也即，在获取航线集合之后，可以使用上述的各个条件对航线集合中的预设航线进行过滤处理，得到过滤后的航线集合。还可以将满足上述条件的预设航线提取出来，并使用采集到的导航信息、船舶航行时的海况信息和航行参数对提取得到的预设航线进行过滤处理，得到航线集合。

具体地，确定模块可以包括：第一计算模块，用于按照预设航行指标计算航线集合中各个预设航线的航行成本；确定子模块，用于确定航线集合中航行成本最低的预设航线为船舶的目标航线，其中，航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

在通过上述实施例获取目标航线之后，还可以获取目标航线的航行总时间、航行速度、及航行过程等目标航线的属性信息，并将该目标航线的属性信息反馈至工作人员。

在本发明的上述实施例中，在获取航线集合之后，可以根据航行需求(即预先获取的航行条件)得到目标航线。具体地，根据海况信息，避开气象恶劣的海域以及根据最短距离和最低油耗等预设航行指标从航线集合中选择目标航线。然后目标航线的信息提供给船舶控制子系统，船舶控制子系统的各个终端实现船舶导航、综合信息显示和船舶操控，从而形成一套信息集中显示、操控管理功能完备、人机环境良好的船舶航迹控制环境，使驾驶员在各种复杂航行态势条件下能方便地获得船舶智能航行所需各种信息(如航向、航速、位置、舵角等船舶航行信息等)，从而提高船舶航行的安全性和经济性。

上述的预先获取的航行条件可以为下述条件中的任意一种：一种是该船舶航行的固定的总航行时间，生成航线是以调整船舶航行速度来保障总的航行时间；第二种，该船舶航行的固定的总航行时间，只是增加船舶航行过程中装卸货等待的时间考虑；第三种是固定的航行速度，生成航线是以固定的航行速度航行的最短航线。

根据本发明的上述实施例，控制模块可以包括：采集子模块，用于实时采集导航设备的GPS装置获取的船舶的位置；判断模块，用于使用船舶的位置和船舶的目标航线判断船舶是否偏离船舶的目标航线；第二计算模块，用于在船舶偏离船舶的目标航线的情况下，获取船舶的目标航行方向，并根据船舶的目标航行方向计算航行操纵设备的舵的目标舵角，生成目标舵角的舵令；控制子模块，用于使用舵令控制航行操纵设备的舵，以使航行操纵设备的舵的实际舵角与目标舵角相同。

具体地，在对船舶航行的航迹进行控制时，可以按照ECDIS(即电子海图与信息子系统)提供的目标航线及按照该目标航线指定的航行数据(该航行数据中包括目标航线的属性信息)，控制船舶沿预先设定的航线(即上述实施例中的目标航向)航行。在该实施例中，通过GPS实时获取船舶当前位置，ECDIS对船舶当前位置与航行数据中的船舶目标位置进行比较，如果船舶当前位置与航行数据中的船舶目标位置不同，则确定船舶航行偏离航线，ECDIS获取船舶的目标航行方向发送至自动舵装置(即上述实施例中的舵装置)，自动舵装置比较船舶的目标航行方向与从电罗经获取的当前航行方向，计算目标舵角，生成目标舵角的舵令，并使用舵令控制舵的运动，直到目标舵角与实际舵角相同。

通过上述实施例，可以根据船舶的不同的工作状况自动整定控制参数，实现以较少的操舵次数达到较高的控制精度，进而到达节能的目的。上述的舵令还可以通过自适应自动舵控制模型和控制规律和航迹控制算法等计算得到。

本实施例中所提供的各个模块与方法实施例对应步骤所提供的使用方法相同、应用场景也可以相同。当然，需要注意的是，上述模块涉及的方案可以不限于上述实施例中的内容和场景，且上述模块可以运行在计算机终端或移动终端，可以通过软件或硬件实现。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

采用本发明实施例，航线子系统根据船舶的属性信息、采集到的导航信息和船舶航行时的海况信息确定航线集合，并通过预设航行指标和预先获取的航行条件确定最优的船舶的目标航线，然后控制船舶航行在该航线上。在该实施例中，航线子系统可以自动生成船舶的目标航线，并且生成的船舶的目标航线参考了船舶航行时的海况信息，生成的船舶的目标航线准确，解决了现有技术中的获取的船舶的目标航线准确性差的问题，实现了自动准确地生成船舶的目标航线的效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种船舶航行的控制系统，其特征在于，包括：

信息采集装置，与导航设备连接，用于采集所述导航设备的导航信息；

航线子系统，与所述信息采集装置连接，用于根据船舶的属性信息、采集到的所述导航信息和所述船舶航行时的海况信息获取航线集合，并将所述航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为所述船舶的目标航线；

船舶控制子系统，与所述航线子系统连接，用于基于所述船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使所述船舶按照所述船舶的目标航线航行。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述航线子系统包括：

第一控制器，与所述信息采集装置连接，用于获取所述船舶的属性信息确定所述船舶的航行参数，在数据库中查找符合采集到的所述导航信息、所述船舶航行时的海况信息和所述航行参数的预设航线，得到所述航线集合；

其中，所述数据库中保存有多条预先建立的所述预设航线，所述船舶的航行参数包括所述船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述航线子系统还包括：

第二控制器，与所述第一控制器连接，用于按照所述预设航行指标计算所述航线集合中各个所述预设航线的航行成本，确定所述航线集合中航行成本最低的所述预设航线为所述船舶的目标航线，

其中，所述航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，

所述导航设备包括：GPS装置；

所述信息采集装置与所述GPS装置连接，用于实时采集所述GPS装置获取的所述船舶的位置；

所述船舶控制子系统包括：

电子海图与信息子系统，分别与所述信息采集装置和所述航线子系统连接，用于使用所述船舶的位置和所述船舶的目标航线确定所述船舶是否偏离所述船舶的目标航线，在所述船舶偏离所述船舶的目标航线的情况下，获取所述船舶的目标航行方向；

舵装置，与所述电子海图与信息子系统连接，用于根据所述船舶的目标航行方向计算所述航行操纵设备的舵的目标舵角，生成所述目标舵角的舵令，使用所述舵令控制所述航行操纵设备的舵，以使所述航行操纵设备的舵的实际舵角与所述目标舵角相同。

5.一种船舶航行的控制方法，其特征在于，包括：

采集导航设备的导航信息；

根据船舶的属性信息、采集到的所述导航信息和所述船舶航行时的海况信息获取航线集合；

将所述航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为所述船舶的目标航线；

基于所述船舶的目标航线控制所述航行操纵设备，以使所述船舶按照所述船舶的目标航线航行。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据船舶的属性信息、采集到的所述导航信息和所述船舶航行时的海况信息获取航线集合包括：

获取所述船舶的属性信息确定所述船舶的航行参数；

在数据库中查找符合采集到的所述导航信息、所述船舶航行时的海况信息和所述航行参数的预设航线，得到所述航线集合；

其中，所述数据库中保存有多条预先建立的所述预设航线，所述船舶的航行参数包括所述船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述将所述航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为所述船舶的目标航线包括：

按照所述预设航行指标计算所述航线集合中各个所述预设航线的航行成本；

确定所述航线集合中航行成本最低的所述预设航线为所述船舶的目标航线，

其中，所述航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述船舶的目标航线控制所述航行操纵设备，以使所述船舶按照所述船舶的目标航线航行包括：

实时采集所述导航设备的GPS装置获取的所述船舶的位置；

使用所述船舶的位置和所述船舶的目标航线确定所述船舶是否偏离所述船舶的目标航线；

在所述船舶偏离所述船舶的目标航线的情况下，获取所述船舶的目标航行方向；

根据所述船舶的目标航行方向计算所述航行操纵设备的舵的目标舵角，生成所述目标舵角的舵令；

使用所述舵令控制所述航行操纵设备的舵，以使所述航行操纵设备的舵的实际舵角与所述目标舵角相同。

9.一种船舶航行的控制装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集导航设备的导航信息；

获取模块，用于根据船舶的属性信息、采集到的所述导航信息和所述船舶航行时的海况信息获取航线集合；

确定模块，用于将所述航线集合中符合预设航行指标和预先获取的航行条件的航线确定为所述船舶的目标航线；

控制模块，用于基于所述船舶的目标航线控制航行操纵设备，以使所述船舶按照所述船舶的目标航线航行。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述获取模块包括：

第一获取子模块，用于获取所述船舶的属性信息确定所述船舶的航行参数；

查找模块，用于在数据库中查找符合采集到的所述导航信息、所述船舶航行时的海况信息和所述航行参数的预设航线，得到所述航线集合；

其中，所述数据库中保存有多条预先建立的所述预设航线，所述船舶的航行参数包括所述船舶航行时的航线航道宽度、转弯半径以及船舶速度损耗系数。

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第一计算模块，用于按照所述预设航行指标计算所述航线集合中各个所述预设航线的航行成本；

确定子模块，用于确定所述航线集合中航行成本最低的所述预设航线为所述船舶的目标航线，

其中，所述航行成本包括时间成本、燃油成本以及安全成本。

12.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：

采集子模块，用于实时采集所述导航设备的GPS装置获取的所述船舶的位置；

判断模块，用于使用所述船舶的位置和所述船舶的目标航线判断所述船舶是否偏离所述船舶的目标航线；

第二计算模块，用于在所述船舶偏离所述船舶的目标航线的情况下，获取所述船舶的目标航行方向，并根据所述船舶的目标航行方向计算所述航行操纵设备的舵的目标舵角，生成所述目标舵角的舵令；

控制子模块，用于使用所述舵令控制所述航行操纵设备的舵，以使所述航行操纵设备的舵的实际舵角与所述目标舵角相同。