CN104575106A - 一种船舶航道行驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶航道行驶方法，该方法包括提供航道交通密度和航道气象指数发布系统，所述发布系统包括船速检测设备、定位设备、无线数据通信设备和控制设备，无线数据通信设备与定位设备连接以获取船舶的多个相关航道，控制设备与无线数据通信设备连接以获得船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数，控制设备与船速检测设备连接以获得船舶的当前行驶速度，控制设备根据船舶的当前行驶速度、船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数确定是否发出切换航道信号。本发明通过无线获取船舶当前航道和多个替换航道的相关信息，决定是否进行航道切换提示，便于驾驶员灵活设计行驶路线，提高航行效率。

Description

一种船舶航道行驶方法

本发明是申请号为2014103676783、申请日为2014年7月29日、发明名称为“一种船舶航道行驶方法”的专利的分案申请

技术领域

本发明涉及船舶行驶控制领域，尤其涉及一种船舶航道行驶方法。

背景技术

航线(routes)，指的是船舶在两地间的水面航行路线，每个航次的具体航线，应根据航行任务和航行地区的地理、水文、气象等情况，以及船舶状况拟定。航线在广义上是指沟通两地的路线，一般以起讫点命名，如中国至加拿大的中加航线、上海至温州的申温航线；狭义上是指具体的航迹线，包括画在海图上的计划航线。

两地间的航线可能有很多条，在船舶的行驶过程中，驾驶员的航线的制定，对船舶行驶效率至关重要。但是，由于水面上尤其海面上的交通状况、气象状态变化万千，无法在行驶前预先获知，因此，在航行前，驾驶员也无法确定两地间哪一条航线能够作为行驶效率最高、耗时耗力最少的最佳航线，而只能在行驶过程中不断修正。

现有技术中对船舶航线的修正都是根据驾驶员在航行过程中，根据目测距离的水面观察结果，结合自己的航行经验进行制定的。这样的船舶航线修正方案存在以下弊端：(1)驾驶员观察距离有限，决策材料不足，导致航线需频繁修正；(2)每一个驾驶员的航行经验不同，修正后的航线航行效果也不同，修正后的航线往往不是最佳航线。

因此，需要一种航道交通密度和航道气象指数发布系统，克服现有航线修正方案中过于依赖人力而导致决策过程不够科学的技术问题，通过实时获取船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数，并基于船舶的当前行驶速度确定是否发出切换航道信号，为船舶航线的修正提供重要参考，从而保证了航行的效率，提高了船舶运营方的运行效益。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种船舶航道行驶方法，该方法包括提供一种航道交通密度和航道气象指数发布系统，通过引入兼容多标准的无线数据通信设备从船舶所在地的船舶管理中心和气象管理部分分别获取船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数，并只有在当前行驶效率低下的情况下，才基于航道的航道交通密度和航道气象指数确定是否发出切换航道信号，显示对应的切换航道供船舶驾驶员决策，为驾驶员提供了重要的参考数据和良好的用户使用体验。

根据本发明的一方面，提供了一种船舶航道行驶方法，该方法包括提供一种航道交通密度和航道气象指数发布系统，所述发布系统包括船速检测设备、定位设备、无线数据通信设备和控制设备，无线数据通信设备与定位设备连接以获取船舶的多个相关航道，控制设备与无线数据通信设备连接以获得船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数，控制设备与船速检测设备连接以获得船舶的当前行驶速度，控制设备根据船舶的当前行驶速度、船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数确定是否发出切换航道信号。

更具体地，在所述航道交通密度和航道气象指数发布系统中，进一步包括：用户输入设备，接收用户的输入，并根据用户的输入设置航道交通密度阈值、航道气象指数阈值和启动航路切换速度；船速检测设备，检测并输出船舶的当前行驶速度；定位设备，提供船舶当前行驶航道和所述当前行驶航道的多个替换航道；无线数据通信设备，连接所述定位设备以接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道，通过无线数据通信网络，将所述当前行驶航道和所述多个替换航道发送给船舶当前所在位置的船舶管理中心和气象管理部门，以从船舶管理中心处接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，从气象管理部门处接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数；控制设备，连接所述无线数据通信设备以获得所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，获得所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数，连接用户输入设备以接收航道交通密度阈值、航道气象指数阈值和启动航路切换速度，连接船速检测设备以获得所述当前行驶速度，在所述当前行驶速度小于或等于启动航路切换速度时，启动航路切换模式；显示设备，连接所述控制设备，以显示所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，显示所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数，显示所述当前行驶速度，并高亮显示与第一切换航道信号对应的替换航道或高亮显示与第二切换航道信号对应的替换航道；存储设备，连接所述控制设备，以存储所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，存储所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数；语音播放设备，连接所述控制设备，接收第一切换航道信号或第二切换航道信号，并播放与第一切换航道信号或第二切换航道信号对应的语音提示文件；其中，在控制设备的航路切换模式中，在存在某一替换航道，使得当前行驶航道的航道交通密度减去该替换航道的差值大于等于所述航道交通密度阈值时，发出第一切换航道信号，在存在某一替换航道，使得该替换航道的航道气象指数减去当前行驶航道的航道气象指数的差值大于等于所述航道气象指数阈值时，发出第二切换航道信号；其中，所述无线数据通信设备通过FPGA芯片集成了LTE标准的移动通信收发接口、WiMax标准的移动通信收发接口和HSPA+标准的移动通信收发接口，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex-7型号芯片；其中，所述航道交通密度为航道上每海里的船舶数量，所述航道气象指数为航道气象环境适合船舶航行的等级，所述航道气象指数包括1至10，所述航道气象指数越高，对应的航道越适合船舶航行。

更具体地，在所述航道交通密度和航道气象指数发布系统中，所述无线数据通信模块接收第一切换航道信号或第二切换航道信号，并通过无线数据通信网络，将与第一切换航道信号或第二切换航道信号对应的替换航道发送给舰船管理人员的移动终端。

更具体地，在所述航道交通密度和航道气象指数发布系统中，所述无线数据通信设备的FPGA芯片采用ALTERA公司的EP2C5Q208C8N芯片，以替换Xilinx公司的Virtex-7型号芯片。

更具体地，在所述航道交通密度和航道气象指数发布系统中，将所述定位设备、所述显示设备、所述存储设备和所述控制设备集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述航道交通密度和航道气象指数发布系统中，所述用户输入设备为键盘或与所述显示设备集成的触摸屏。

更具体地，在所述航道交通密度和航道气象指数发布系统中，所述集成电路板、所述用户输入设备、所述无线数据通信设备、所述船速检测设备和所述语音播放设备都位于舰船控制室的前端仪表盘内。

更具体地，在所述航道交通密度和航道气象指数发布系统中，所述控制设备通过RS232串行总线与所述无线数据通信设备连接。

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航道交通密度和航道气象指数发布系统的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的航道交通密度和航道气象指数发布系统的实施方案进行详细说明。

船舶行驶过程中，航线的规划影响航行效率，而航道的交通情况和气象条件是关系航线选择的重要依据。

船舶交通是指个别船舶运动的集合或所有船舶行为的总体。随着国际贸易的不断扩大，交通日趋繁忙，促使船舶交通流量增加，航线增多，航道拓宽，改变了船舶交通流场的分布，分道通航制和交通管理的实施，使得交通方式也发生了变化。这些变化往往造成船舶交通密度增加，航道拥塞，交通事故频发。这些问题也引起了海事界的高度关注。为了保证船舶航行安全，及早发现潜在隐患，人们需要在船舶行驶中及时获知出发点和目的地两地之间各个航道的交通情况，以做出航道选择，规避交通量偏大的航道。

为了对航道的交通情况进行数值化的描述，人们引用了船舶交通密度这一参数。所谓船舶交通密度，指的是在一定的航行水域内的船只数量，一般以每海里船只数量作为衡量标准。例如，在某些国家的主管机关规定，前后两船间距1海里(或间隔6分钟)，即船舶交通密度最佳为2至3艘船(每海里)。

同时，航道的气象条件也是船舶驾驶员选择航道的重要参考数据。一般地，航海者根据各航区不同季节的风、流、浪、雾、冰等情况，通过长期航行实践形成习惯航线，在习惯航线基础上，经过总结并由航路指南等航海图书推荐给航海者的航线，称为推荐航线。气候航线是推荐航线的一种，是根据多年水文、气象特征总结出来按季度或按月推荐的航线。多年水文、气象特征同某一具体航次所遇到的天气、海况可能有较大的差异，因此气候航线有很大局限性，只能作为参考。随着中短期天气和海况预报的发展以及通信手段的进步，针对某一具体航次而制订的气象航线(见气象导航)已逐渐取代气候航线。这样的气象导航一般由当地的气象管理部门做出，他们针对每一条具体航道，给出了航道气象指数以衡量当前的航道是否适合船舶航行。

本发明提出的航道交通密度和航道气象指数发布系统，能够在船舶当前航行不畅，航行速度偏低的情况下，启动航路切换模式，基于实时获取的两地之间各条航道的航道交通密度和航道气象指数，发布航道是否需要切换、切换到哪一条的指示，便于船舶及时切换到航行效率高的航道，提高船舶的航行效率。

图1为根据本发明实施方案示出的航道交通密度和航道气象指数发布系统的结构方框图。

如图1所示，所述发布系统包括用户输入设备1，接收用户的输入，并根据用户的输入设置航道交通密度阈值、航道气象指数阈值和启动航路切换速度；船速检测设备2，检测并输出船舶的当前行驶速度；定位设备3，提供船舶当前行驶航道和所述当前行驶航道的多个替换航道；无线数据通信设备4，连接所述定位设备3以接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道，通过无线数据通信网络，将所述当前行驶航道和所述多个替换航道发送给船舶当前所在位置的船舶管理中心和气象管理部门，以从船舶管理中心处接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，从气象管理部门处接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数；控制设备5，连接所述无线数据通信设备4以获得所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，获得所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数，连接用户输入设备1以接收航道交通密度阈值、航道气象指数阈值和启动航路切换速度，连接船速检测设备2以获得所述当前行驶速度，在所述当前行驶速度小于或等于启动航路切换速度时，启动航路切换模式；显示设备6，连接所述控制设备5，以显示所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，显示所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数，显示所述当前行驶速度，并高亮显示与第一切换航道信号对应的替换航道或高亮显示与第二切换航道信号对应的替换航道；存储设备7，连接所述控制设备5，以存储所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，存储所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数；语音播放设备8，连接所述控制设备5，接收第一切换航道信号或第二切换航道信号，并播放与第一切换航道信号或第二切换航道信号对应的语音提示文件。

其中，在控制设备5的航路切换模式中，在存在某一替换航道，使得当前行驶航道的航道交通密度减去该替换航道的差值大于等于所述航道交通密度阈值时，发出第一切换航道信号，在存在某一替换航道，使得该替换航道的航道气象指数减去当前行驶航道的航道气象指数的差值大于等于所述航道气象指数阈值时，发出第二切换航道信号；所述无线数据通信设备4通过FPGA芯片集成了LTE标准的移动通信收发接口、WiMax标准的移动通信收发接口和HSPA+标准的移动通信收发接口，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex-7型号芯片；以及，所述航道交通密度为航道上每海里的船舶数量，所述航道气象指数为航道气象环境适合船舶航行的等级，所述航道气象指数包括1至10，所述航道气象指数越高，对应的航道越适合船舶航行，同时，所述发布系统还包括电力供应设备9，以为所述发布系统中的各个设备提供电力供应。

其中，所述无线数据通信模块4接收第一切换航道信号或第二切换航道信号，并通过无线数据通信网络，将与第一切换航道信号或第二切换航道信号对应的替换航道发送给舰船管理人员的移动终端；所述无线数据通信设备4的FPGA芯片可选择采用ALTERA公司的EP2C5Q208C8N芯片，以替换Xilinx公司的Virtex-7型号芯片；以及，可以将所述定位设备3、所述显示设备6、所述存储设备7和所述控制设备5集成在一块集成电路板上；所述用户输入设备1为选为键盘或与所述显示设备6集成的触摸屏；集成所述定位设备3、所述显示设备6、所述存储设备7和所述控制设备5的集成电路板、所述用户输入设备1、所述无线数据通信设备4、所述船速检测设备2和所述语音播放设备8都位于舰船控制室的前端仪表盘内；所述控制设备5通过RS232串行总线与所述无线数据通信设备4连接。

另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。

在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。FPGA有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。

本发明的航道交通密度和航道气象指数发布系统，在船舶在当前航道航线效率低下的情况下，基于其他替换航道和当前航道的航道交通密度和航道气象指数的比较，确定是否进行航道切换，并及时显示各个航道的航道交通密度和航道气象指数，为船舶的驾驶员提供航道选择的重要依据，节约了航道选择的时间成本，提高了船舶航行控制的自动化程度。

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 (4)

1.一种船舶航道行驶方法，该方法包括提供航道交通密度和航道气象指数发布系统，安装在船舶上，所述发布系统包括船速检测设备、定位设备、无线数据通信设备和控制设备，无线数据通信设备与定位设备连接以获取船舶的多个相关航道，控制设备与无线数据通信设备连接以获得船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数，控制设备与船速检测设备连接以获得船舶的当前行驶速度，控制设备根据船舶的当前行驶速度、船舶的多个相关航道的航道交通密度和航道气象指数确定是否发出切换航道信号。

2.如权利要求1所述的船舶航道行驶方法，其特征在于，所述发布系统还包括：

用户输入设备，接收用户的输入，并根据用户的输入设置航道交通密度阈值、航道气象指数阈值和启动航路切换速度；

船速检测设备，检测并输出船舶的当前行驶速度；

定位设备，提供船舶当前行驶航道和所述当前行驶航道的多个替换航道；

无线数据通信设备，连接所述定位设备以接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道，通过无线数据通信网络，将所述当前行驶航道和所述多个替换航道发送给船舶当前所在位置的船舶管理中心和气象管理部门，以从船舶管理中心处接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，从气象管理部门处接收所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数；

控制设备，连接所述无线数据通信设备以获得所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，获得所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数，连接用户输入设备以接收航道交通密度阈值、航道气象指数阈值和启动航路切换速度，连接船速检测设备以获得所述当前行驶速度，在所述当前行驶速度小于或等于启动航路切换速度时，启动航路切换模式；

显示设备，连接所述控制设备，以显示所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，显示所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数，显示所述当前行驶速度，并高亮显示与第一切换航道信号对应的替换航道或高亮显示与第二切换航道信号对应的替换航道；

存储设备，连接所述控制设备，以存储所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道交通密度，存储所述当前行驶航道和所述多个替换航道的航道气象指数；

语音播放设备，连接所述控制设备，接收第一切换航道信号或第二切换航道信号，并播放与第一切换航道信号或第二切换航道信号对应的语音提示文件；

其中，在控制设备的航路切换模式中，在存在某一替换航道，使得当前行驶航道的航道交通密度减去该替换航道的差值大于等于所述航道交通密度阈值时，发出第一切换航道信号，在存在某一替换航道，使得该替换航道的航道气象指数减去当前行驶航道的航道气象指数的差值大于等于所述航道气象指数阈值时，发出第二切换航道信号；

其中，所述无线数据通信设备通过FPGA芯片集成了LTE标准的移动通信收发接口、WiMax标准的移动通信收发接口和HSPA+标准的移动通信收发接口，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex-7型号芯片；

其中，所述航道交通密度为航道上每海里的船舶数量，所述航道气象指数为航道气象环境适合船舶航行的等级，所述航道气象指数包括1至10，所述航道气象指数越高，对应的航道越适合船舶航行；

所述用户输入设备为键盘或与所述显示设备集成的触摸屏。

3.如权利要求2所述的船舶航道行驶方法，其特征在于：

所述集成电路板、所述用户输入设备、所述无线数据通信设备、所述船速检测设备和所述语音播放设备都位于舰船控制室的前端仪表盘内。

4.如权利要求2所述的船舶航道行驶方法，其特征在于：

所述控制设备通过RS232串行总线与所述无线数据通信设备连接。