CN105425229B - 一种子母船防碰撞监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种子母船防碰撞监测装置，适用于操控子船进入母船时，包括蓝牙测距机构和控制机构，所述蓝牙测距机构包括分别设于子船一侧、母船一侧的两个蓝牙芯片，所述蓝牙测距机构检测两个蓝牙芯片之间的传输线路的距离，并将距离信息传递至控制机构。所述蓝牙测距机构包括四组蓝牙芯片。本发明的技术方案运用四组蓝牙芯片测距，并配以横纵倾补偿与基于几何原理的位置关系判别算法，有效地监测子船在进入母船时的相对位置及船体状态，帮助驾驶员更加安全、简单、有效地操控子船进入母船，整个装置结构简单，实用性强。

Description

一种子母船防碰撞监测装置

技术领域

本发明属于船舶设备领域，涉及一种船舶控制设备，特别涉及一种子母船防碰撞监测装置。

背景技术

载运货驳的运输船舶。又称子母船。载驳船的优点是不需码头和堆场、装卸效率高、停泊时间短、便于河海联运。在实际载驳过程中，当操控子船进入母船时，往往会产生视线受阻、操控要求高和易碰撞等问题，这就需要船舶驾驶员拥有丰富的经验以及出众的操控技术。但这种方式人为因素占主要部分，如驾驶员操作不当则会导致船体损耗甚至是事故的发生。

专利201410244131.4公布了一种蓝牙测距方法，专利201410718126.2公布了一种蓝牙测距方法并设计了测距系统，这两项专利提供了蓝牙测距方法的可行性。蓝牙传输采用跳频技术，能有效抵抗干扰以及少量障碍物，大功率蓝牙模块传输距离可达100m以上。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种子母船防碰撞监测装置。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一种子母船防碰撞监测装置，适用于操控子船进入母船时，包括蓝牙测距机构和控制机构，所述蓝牙测距机构包括分别设于子船一侧、母船一侧的两个蓝牙芯片，所述蓝牙测距机构检测两个蓝牙芯片之间的传输线路的距离，并将距离信息传递至控制机构，所述蓝牙测距机构包括第一蓝牙测距机构、第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构和第四蓝牙测距机构，当所述子船和母船处于正确位置时，所述子船一侧、母船一侧相互平行，所述第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构分别位于所述子船一侧、母船一侧的两端，所述第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构检测的传输线路与子船一侧、母船一侧均垂直，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构检测的传输线路与所述子船一侧、母船一侧不垂直，且相对于所述子船一侧、母船一侧的垂线呈镜面对称。

优选的，还包括分别设于母船和子船上的第一横纵传感器和第二横纵传感器，所述第一横纵传感器和第二横纵传感器分别检测母船和子船的横、纵倾位置信息，并将信息传递至控制机构，所述控制机构将距离信息通过横、纵倾位置信息进行补偿，判断出所述子船相对于母船的偏移正确位置。

优选的，所述控制机构根据所述蓝牙测距机构检测两个蓝牙芯片之间的传输线路的距离判断所述子船相对于母船的偏移正确位置。

优选的，所述控制机构根据所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构检测的传输线路的距离长短比较判断子船相对于母船的横向偏移正确位置。

优选的，所述控制机构根据所述第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构检测的传输线路的距离长短比较判断子船相对于母船的纵向偏移正确位置。

优选的，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构均位于第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构之间。

优选的，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构位于子船一侧或母船一侧的蓝牙芯片相互位置重合。

优选的，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构位于子船一侧的蓝牙芯片相互位置重合，所述第一蓝牙测距机构、第二蓝牙测距机构位于母船一侧的蓝牙芯片相互位置重合，所述第三蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构位于母船一侧的蓝牙芯片相互位置重合。

优选的，所述控制机构中还包括相连的横纵倾补偿模块和距离和位置计算模块，所述第一横纵传感器和第二横纵传感器分别与相连。

优选的，所述控制机构中还包括监测显示模块，所述检测显示模块与位置计算模块相连。

相对于现有技术，本发明的技术方案运用四组蓝牙芯片测距，并配以横纵倾补偿与基于几何原理的位置关系判别算法，有效地监测子船在进入母船时的相对位置及船体状态，帮助驾驶员更加安全、简单、有效地操控子船进入母船，整个装置结构简单，实用性强。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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为本发明的实施例的结构示意图；

图2为本发明的实施例中横向偏移的位置示意图；

图3为本发明的实施例中纵向偏移的位置示意图；

图4为本发明的实施例中偏移的位置示意图；

图5为本发明的实施例中纵倾补偿的示意图；

图6为本发明的实施例中横倾补偿的示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1中所示，本发明实施例的一种子母船防碰撞监测装置，包括蓝牙测距机构和控制机构。蓝牙测距机构包括分别设于子船11一侧、母船10一侧的两个蓝牙芯片。蓝牙测距机构检测两个蓝牙芯片之间的传输线路的距离，并将距离信息传递至控制机构。运行控制机构中包括蓝牙信号处理模块。

本发明的实施例运用四组蓝牙芯片测距。与红外测距及激光测距相比，蓝牙测距实时性与环境适应性更强，更适用于两艘运动船舶之间的距离测量；与GPS测距相比，蓝牙测距可实现立体面测距，其结果能更真实的反应运动船舶之间的位置与姿态关系，可以更有效地实现横、纵倾补偿，增加系统的准确性与可靠性。

蓝牙测距机构包括第一蓝牙测距机构、第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构和第四蓝牙测距机构，分别包括蓝牙芯片1、5；2、6；3、7；4、8，其中，位于子船11上的为蓝牙芯片主片，位于母船10上的为蓝牙芯片从片。

蓝牙测距机构通过蓝牙主从芯片1～8进行无线通信与相对位置测量。其中，主从芯片一一对应并在有效范围内开启后自动连接。第一蓝牙测距机构、第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构和第四蓝牙测距机构通过蓝牙芯片之间传输的线路检测之间的距离，即线路a、b、c、d的距离。

如图1所示，子母船安全相对位置时，子船一侧、母船一侧相互平行，每两组蓝牙芯片安装时保持对称关系，即使等式a＝d、b＝c成立。

如图1所示，在本发明的实施例中，位于母船10上的装置包括：第一横纵传感器、蓝牙芯片从片1～4。并优选蓝牙芯片1和2位于同一位置，蓝牙芯片3和4位于同一位置。第一横纵传感器可以放于船上任意位置或直接使用船上已有的横纵倾检测设备。横纵传感器将横、纵倾信号发送给蓝牙芯片3(可任意指定一组或几组蓝牙芯片发送该信息)。

位于子船上的装置包括：蓝牙芯片主片5～8、蓝牙信号处理模块、第二横纵传感器、横纵倾补偿模块、距离与位置计算模块和监测显示模块。

蓝牙芯片主片5～8将接收到的4路距离信息和1路母船横纵倾信息发送给蓝牙信号处理模块。蓝牙信号处理模块以轮询方式控制5路信息的接收并将这些信息进行滤波、降噪等处理并将处理后的数据发送给横纵倾补偿模块。第二横纵传感器将子船的横纵倾信息发送给横纵倾补偿模块。

横纵倾补偿模块对从蓝牙信号处理模块发送来的距离信息进行横纵倾补偿，通过母船和子船的横纵倾测量值对蓝牙测得的距离数值进行校正并发送到距离与位置计算模块。距离与位置计算模块接收横纵倾补偿模块发送的4个距离信号并运用比较算法判别子船与母船相对位置。监测显示模块显示位置信息。

本发明的实施例根据线路a、b、c、d的距离这4个值之间的比较就可以确定母船与子船之间的相对水平位置，从而确定在子船进入母船时是否会发生摩擦或碰撞，帮助驾驶员及时调整船舶艏向位置。

如图2所示，在本发明的实施例中，子船与母船在横向上发生了位置偏差，这会导致子船进仓时会与母船发生正面对撞。由图1可知，在正确操作状态下，可以得到关系式b＝c。产生偏差后，b≠c，且根据三角定理当c＞b时，子船在母船左侧；当c＜b时，子船在母船右侧。在该状况下，根据定理：两平行线之间的平行线段处处相等。可知，a≡d。

如图3所示，在本发明的实施例中，子船艏部与母船发生了一定的偏角，由于船体可以看作是刚体，偏角的存在会使子船进入母船时子船船身与母船发生摩擦或碰撞。在正确操作状态下a＝d。当偏角发生时，a≠d，且当a＜d时，子船相对母船向右倾斜；当a＞d时，子船相对母船向左倾斜。在该状况下，子船可看成围绕船艏中点转动，则中心点相对母船位置并不发生改变，由于母船相对位置也不发生变化，则可以认为在该情况下，b≡c。

如图4所示，在本发明的实施例中，子船与母船既产生了水平位置的偏离，又产生了一定的偏角。在正确状态下，a＝d且b＝c，当发生第三种偏离情况时，a≠d且b≠c。由前述分析可知，a和d之间的大小关系与b和c之间的大小关系相对独立，则可以将该情况分解成第一种与第二种偏离情况，运用第一与第二种偏离情况的判别方法就可以对船舶相对位置进行判断与监测，具体判别方法可以表述为：

当a＝d且b＝c时，子船与母船相对位置正确，子船可安全进入母船；

当a＝d且b＞c时，子船相对母船不发生倾斜，子船相对母船向右偏移；

当a＝d且b＜c时，子船相对母船不发生倾斜，子船相对母船向左偏移；

当a＞d且b＝c时，子船相对母船向左倾斜，子船相对母船不发生偏移；

当a＞d且b＞c时，子船相对母船向左倾斜，子船相对母船向右偏移；

当a＞d且b＜c时，子船相对母船向左倾斜，子船相对母船向左偏移；

当a＜d且b＝c时，子船相对母船向右倾斜，子船相对母船不发生偏移；

当a＜d且b＞c时，子船相对母船向右倾斜，子船相对母船向右偏移；

当a＜d且b＜c时，子船相对母船向右倾斜，子船相对母船向左偏移。

在本发明的实施例中，在子船与母船处于同一水平面的情况下，四组蓝牙芯片对距离的测量能够很好的判别子船与母船的相对位置，但是在风浪流等因素的影响下，船舶会产生横倾和纵倾。由于蓝牙空间测距的特点，如果不考虑横纵倾产生的影响，会使蓝牙测距结果产生较大误差，因此需要运用横纵传感器等测得的横倾角和纵倾角数据对实际蓝牙测得的距离进行补偿与校正。并优选横纵传感器包括横倾传感器和纵倾传感器。

如图5所示，在本发明的实施例中，已知子船纵倾传感器到船艏的距离为a₁，测得的纵倾角为0₁，则实际蓝牙芯片位置到船舶水平位置时的高度距离d₁为：

d₁＝a₁sinθ₁

其中d₁∈(-∞，+∞)，a₁∈(0，+∞)，θ₁∈(-π/2，π/2)；

同理，母船上实际蓝牙芯片位置到船舶水平位置时的距离d₂：

d₂＝a₂sinθ₂

其中d₂∈(-∞，+∞)，母船纵倾传感器到船艏的距离a₂∈(0，+∞)，母船测得的纵倾角θ₂∈(-π/2，π/2)；

则，校正后的距离D为：

其中D_m为蓝牙实际测得距离。

如图6所示，在本发明的实施例中，已知子船横倾传感器到各蓝牙设备所在垂面的距离为a’₁，测得的横倾角为θ’₁，则实际蓝牙芯片到船舶水平位置时的高度距离d’₁为：

d₁′＝a₁′sinθ₁′

其中d₁’∈(-∞，+∞)，a₁’∈(0，+∞)，θ₁’∈(-π/2，π/2)；

同理，母船上实际蓝牙芯片位置到船舶水平位置时的距离d₂’：

d₂′＝a₂′sinθ₂′

其中d₂’∈(-∞，+∞)，母船纵倾传感器到船舷的距离a₂’∈(0，+∞)，母船测得的纵倾角θ₂’∈(-π/2，π/2)；

则，校正后的距离D’为：

其中D_m’为蓝牙实际测得距离。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种子母船防碰撞监测装置，适用于操控子船进入母船时，其特征在于，包括蓝牙测距机构和控制机构，所述蓝牙测距机构包括分别设于子船一侧、母船一侧的两组蓝牙芯片，所述蓝牙测距机构检测两个蓝牙芯片之间的传输线路的距离，并将距离信息传递至控制机构，所述蓝牙测距机构包括第一蓝牙测距机构、第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构和第四蓝牙测距机构，当所述子船和母船处于正确位置时，所述子船一侧、母船一侧相互平行，所述第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构分别位于所述子船一侧、母船一侧的两端，所述第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构检测的传输线路与子船一侧、母船一侧均垂直，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构检测的传输线路与所述子船一侧、母船一侧不垂直，且相对于所述子船一侧、母船一侧的垂线呈镜面对称。

2.根据权利要求1所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，还包括分别设于母船和子船上的第一横纵传感器和第二横纵传感器，所述第一横纵传感器和第二横纵传感器分别检测母船和子船的横、纵倾位置信息，并将信息传递至控制机构，所述控制机构将距离信息通过横、纵倾位置信息进行补偿，判断出所述子船相对于母船的偏移正确位置。

3.根据权利要求1所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述控制机构根据所述蓝牙测距机构检测两个蓝牙芯片之间的传输线路的距离判断所述子船相对于母船的偏移正确位置。

4.根据权利要求3所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述控制机构根据所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构检测的传输线路的距离长短比较判断子船相对于母船的横向偏移正确位置。

5.根据权利要求3所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述控制机构根据所述第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构检测的传输线路的距离长短比较判断子船相对于母船的纵向偏移正确位置。

6.根据权利要求1所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构均位于第一蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构之间。

7.根据权利要求6所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构位于子船一侧或母船一侧的蓝牙芯片相互位置重合。

8.根据权利要求7所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述第二蓝牙测距机构、第三蓝牙测距机构位于子船一侧的蓝牙芯片相互位置重合，所述第一蓝牙测距机构、第二蓝牙测距机构位于母船一侧的蓝牙芯片相互位置重合，所述第三蓝牙测距机构、第四蓝牙测距机构位于母船一侧的蓝牙芯片相互位置重合。

9.根据权利要求2所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述控制机构中还包括相连的横纵倾补偿模块和距离和位置计算模块，所述第一横纵传感器和第二横纵传感器分别与相连。

10.根据权利要求9所述的子母船防碰撞监测装置，其特征在于，所述控制机构中还包括监测显示模块，所述检测显示模块与位置计算模块相连。