CN105702094B - 一种智慧航标 - Google Patents

Abstract

一种智慧航标，包含：航标通信系统；航标监控系统，采集监测水文环境信息和航行船舶信息，通过航标通信系统将所述信息传输至岸台控制中心；航标智能系统，根据航标监控系统采集到的信息并结合历史信息，动态建立交通流模型，自动识别周围的违章船舶和遇险船舶，并为周围船舶提供海上信息服务，自主承担船舶航行的现场交通指挥。岸台控制中心能够对智慧航标实施远程控制，直接进行指挥，并负责智慧航标的管理维护。本发明可有效减轻VTS压力，在岸台控制中心通信不畅时，可自主承担现场交通指挥服务，对提高海上交通安全具有重要作用。

Description

一种智慧航标

技术领域

本发明涉及一种智慧航标，具体涉及大数据领域、船舶安全领域，其基于船舶安全领域数学模型、船舶碰撞风险计算模型、船舶搁浅风险计算模型和船舶倾覆风险计算模型而建立。

背景技术

近年来，随着船舶自动识别系统的发展和信息技术的不断提升，目前已建立相当数量的存储海量AIS（Automatic Identification System，船舶自动识别系统）数据的数据库。由于目前针对海量AIS数据的研究也越来越多，因此根据这些研究成果所建立的各种模型可服务于船舶管理。

近年来随着e-Navigation（电子航海）概念的提出，对海上服务提出了新的要求。而现有技术中所使用的传统航标，由于功能简单，并不能满足各种新的需求。

因此，目前亟需提出一种新型智慧航标，需要针对电子航海海上服务集（MSP）在我国的具体应用，不仅利用现有的研究成果，并且符合中国现阶段的发展实际。同时，该智慧航标提供现场信息服务，能够自动识别周围的违章遇险船舶，并及时将预警信息发送给目标船舶，使其起到一个海上智能VTS（Vessel Traffic System，船舶交通管理）的作用，辅助案台进行现场海上交通管理，同时提高案台VTS船舶碰撞风险识别成功率，降低虚警率。

发明内容

本发明的目的是提供一种智慧航标，可以有效减轻VTS的压力，在岸台控制中心通信不畅的环境下，可自主承担现场水文环境信息服务；特别在恶劣海况的情况下，能为现场船舶提示交通风险，对提高海上交通安全具有重要作用，并且可以有效提高VTS交通组织服务的效率。

为实现上述目的，本发明提供一种智慧航标，其包含：航标通信系统；航标监控系统，其通过航标通信系统与岸台控制中心通信连接，采集并监测该智慧航标周围的水文环境信息和航行船舶信息，通过航标通信系统将水文环境信息和航行船舶信息传输至岸台控制中心；航标智能系统，其与所述的航标监控系统通信连接，并通过航标通信系统与岸台控制中心通信连接，根据航标监控系统采集到的信息并结合历史信息，动态建立交通流模型，自动识别周围的违章船舶和遇险船舶，为周围船舶提供海上信息服务，承担船舶航行的现场交通指挥；岸台控制中心对当前接收到的水文环境信息、航行船舶信息进行处理、存储，通过航标通信系统对智慧航标实施远程控制，智能管理。

所述的航标通信系统包含：VHF/AIS通信接口，GSM/GPRS通信接口，北斗短报文通信接口。

所述的航标监控系统包含：传感器信息采集模块，其与所述的航标智能系统通信连接，采集该智慧航标周围的水文环境信息，并将其传输至航标智能系统；AIS信息采集模块，其通过VHF/AIS通信接口与该智慧航标周围的航行船舶通信连接，并与所述的航标智能系统通信连接，接收各航行船舶发送的AIS信息，并发送至航标智能系统，以对其进行实时监控；航标信息采集模块，其与所述的航标智能系统通信连接，监控智慧航标的航标位置，当航标信息采集模块监控发现智慧航标发生航标移位时，其向航标智能系统发出移位警告。

所述的航标智能系统包含：海上信息服务模块，其分别与所述的传感器信息采集模块、航标信息采集模块通信连接，并通过VHF/AIS通信接口与该智慧航标周围的航行船舶通信连接，通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口与岸台控制中心通信连接；该海上信息服务模块接收智慧航标周围的水文环境信息和航标移位警告，并通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口传输至岸台控制中心；并且，该海上信息服务模块通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口接收由岸台控制中心发送的天气预报信息，航标智能系统分析该智慧航标周围船舶的航行动态和航行风险，并通过VHF/AIS通信接口传输至智慧航标周围的航行船舶，进行船舶航行的交通指挥，并对遇险船舶进行预警提醒。

所述的航标智能系统还包含：船舶违章识别模块，其与所述的AIS信息采集模块通信连接，通过VHF/AIS通信接口与该智慧航标周围的航行船舶通信连接，并且通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口与岸台控制中心通信连接，航标智能系统通过船舶违章识别模块识别该智慧航标周围的航行船舶中的违章船舶，并通过VHF/AIS通信接口向违章船舶发出违章警告，同时通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口将违章船舶信息发送至岸台控制中心；船舶遇险识别模块，其与所述的AIS信息采集模块通信连接，通过VHF/AIS通信接口与该智慧航标周围的航行船舶通信连接，并且通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口与岸台控制中心通信连接，航标智能系统通过船舶遇险识别模块识别该智慧航标周围的航行船舶中的遇险船舶，并通过VHF/AIS通信接口向遇险船舶发出风险提醒，同时通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口将遇险船舶信息发送至岸台控制中心。

所述的航标智能系统还包含：信息存储模块，其分别与所述的海上信息服务模块、AIS信息采集模块通信连接，用于存储该智慧航标周围的水文环境信息以及各航行船舶发送的AIS信息；航标远程维护模块，其通过GSM/GPRS通信接口或北斗短报文通信接口与岸台控制中心通信连接，实现远程对智慧航标的在线升级、参数更新设置。

所述的智慧航标还包含人机交互模块，其与所述的海上信息服务模块通信连接，通过该海上信息服务模块供工作人员查询该智慧航标的信息存储模块中所存储的信息，设置或修改该智慧航标的参数，完成现场对该智慧航标的升级，并供该智慧航标周围的航行船舶查询当前坐标以及水文环境和气象信息。

所述的智慧航标由蓄电池组和太阳能板供电。

综上所述，本发明所提供的智慧航标，可以有效减轻VTS的压力，在岸台控制中心通信不畅的环境下，可自主承担现场水文环境信息服务；特别在恶劣海况的情况下，能为现场船舶提示交通风险，对提高海上交通安全具有重要作用；并且可以有效提高VTS交通组织服务的效率。

附图说明

图1为本发明中的智慧航标的工作原理图；

图2为本发明中的智慧航标的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1～图2，详细说明本发明的一个优选实施例。

如图1和图2所示，为本发明提供的智慧航标10，其包含：航标通信系统3；航标监控系统2，其通过航标通信系统3与岸台控制中心20通信连接，采集并监测该智慧航标10周围的水文环境信息和航行船舶信息，并通过航标通信系统3将航行船舶信息传输至岸台控制中心20；航标智能系统1，其与所述的航标监控系统2通信连接，并通过航标通信系统3与岸台控制中心20通信连接，根据航标监控系统2采集到的信息并结合历史信息，动态建立交通流模型，自动识别周围的违章船舶和遇险船舶，为周围船舶提供海上信息服务，承担船舶航行的现场交通指挥；岸台控制中心20对当前接收到的水文环境信息、航行船舶信息进行处理、存储，通过航标通信系统对智慧航标实施远程控制，智能管理。

所述的航标通信系统3包含：VHF/AIS（Very High Frequency/ AutomaticIdentification System，甚高频/船舶自动识别）通信接口/31，GSM/GPRS（Global Systemfor Mobile Communications/General Packet Radio Service，全球移动通信系统/通用分组无线服务）通信接口32，北斗短报文通信接口33。

所述的航标监控系统2包含：传感器信息采集模块21，其与所述的航标智能系统1通信连接，采集该智慧航标10周围的水文环境信息，包括风、流、浪、水深、水温等信息，并将其传输至航标智能系统1；AIS信息采集模块22，其通过VHF/AIS通信接口31与该智慧航标10周围的航行船舶通信连接，并与所述的航标智能系统1通信连接，接收各航行船舶发送的AIS信息，并发送至航标智能系统1，以对其进行实时监控；航标信息采集模块23，其与所述的航标智能系统1通信连接，监控智慧航标10的航标位置，当航标信息采集模块23监控发现智慧航标10发生航标移位时，其向航标智能系统1发出移位警告。

所述的航标智能系统1包含：海上信息服务模块11，其分别与所述的传感器信息采集模块21、航标信息采集模块23通信连接，并通过VHF/AIS通信接口31与该智慧航标10周围的航行船舶通信连接，通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33与岸台控制中心20通信连接；该海上信息服务模块11接收智慧航标10周围的水文环境信息和航标移位警告，并通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33传输至岸台控制中心20，其中岸台控制中心20定时收到的水文环境信息可作为航运大数据收集，应用于数据挖掘，而岸台控制中心20一旦收到航标移位警告，则会通知相关工作人员前去处理智慧航标10的移位情况；并且，该海上信息服务模块11通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33接收由岸台控制中心20发送的控制信息和天气预报信息，航标智能系统通过接收到的各种信息动态分析该智慧航标10周围的船舶的航行动态和航行风险，并通过VHF/AIS通信接口31传输至智慧航标10周围的航行船舶，辅助进行船舶航行的交通指挥，并对处于危险边缘或危险中的船舶进行预警提醒。

所述的航标智能系统1还包含：船舶违章识别模块14，其与所述的AIS信息采集模块22通信连接，通过VHF/AIS通信接口31与该智慧航标10周围的航行船舶通信连接，并且通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33与岸台控制中心20通信连接，航标智能系统通过船舶违章识别模块识别该智慧航标10周围的航行船舶中的违章船舶，并通过VHF/AIS通信接口31向违章船舶发出违章警告，同时通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33将违章船舶信息发送至岸台控制中心20；船舶遇险识别模块15，其与所述的AIS信息采集模块22通信连接，通过VHF/AIS通信接口31与该智慧航标10周围的航行船舶通信连接，并且通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33与岸台控制中心20通信连接，航标智能系统通过船舶遇险识别模块识别该智慧航标10周围的航行船舶中的遇险（包括船舶碰撞、搁浅或倾覆等各种险情）船舶，并通过VHF/AIS通信接口31向遇险船舶发出风险提醒，同时通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33将遇险船舶信息发送至岸台控制中心20。

所述的航标智能系统1还包含：信息存储模块12，其分别与所述的海上信息服务模块11、AIS信息采集模块22通信连接，用于存储该智慧航标10周围的水文环境信息（包括风、流、浪、水深、水温等信息）以及各航行船舶发送的AIS信息，能够保证在极端环境下，所采集到的各种数据信息不会丢失；航标远程维护模块13，其通过GSM/GPRS通信接口32或北斗短报文通信接口33与岸台控制中心20通信连接，从而实现远程对智慧航标10的在线升级、参数更新设置等功能完善，免除现场作业的不便。

所述的智慧航标10还包含人机交互模块4，其与所述的海上信息服务模块11通信连接，通过该海上信息服务模块11可供工作人员查询该智慧航标10的信息存储模块12中所存储的信息，设置或修改该智慧航标10的参数，完成现场对该智慧航标10的升级，并可供该智慧航标周围的航行船舶查询当前坐标以及水文环境和气象信息。

所述的智慧航标10由蓄电池组和太阳能板供电。

综上所述，本发明所提供的智慧航标，其结构采用双处理器实现，其中负责航标运行和通信的为主处理器，搭载的为航标智能系统；而负责监控实时水文环境信息和航行船舶信息的为辅处理器，搭载的为航标监控系统。

本发明所提供的智慧航标，是一种以现有实体航标为基础，具有一定智能水平可用于现场水文环境信息采集、导航辅助、风险提醒的新型智慧航标。以现有实体航标为基础，通过添置更多的传感器、人工智能和人机交互模块，使其转变为具有一定智能水平的海上交通现场信息采集员和指挥员，丰富了航标的功能。具体的，本发明所提供的智慧航标，针对实时水文和环境信息服务（MSP16），提升传统实体航标的功能，将其改造成船舶通航环境的传感终端，提供本地现场水文环境信息服务；针对海上辅助系统MAS（MSP11），提升传统实体航标的功能，将其改造成具有一定智能的、能够提供本地现场导航辅助服务的智慧航标；针对VTS交通组织服务TOS（MSP3），利用船舶AIS大数据，建立船舶安全领域，应用船舶安全领域识别VTS水域船舶碰撞风险，并给予警示。

本发明所提供的智慧航标，具有以下优点和有益效果：1、实现海岸一体化，岸台控制中心实时处理智慧航标传输的信息，并进行实时反馈，再由智慧航标实时传输至目标船舶；2、智慧航标利用船舶AIS大数据，建立船舶安全领域，应用船舶安全领域识别及评估VTS水域内的船舶碰撞风险，对处于危险情况下的船舶给予提醒；3、在岸台控制中心和智慧航标之间通信直线距离不允许的情况下，智慧航标可以通过第三方（GSM/GPRS通信或北斗短报文通信）进行通信，弥补甚高频通信距离短的缺陷；4、实现智慧航标与各类传感器的系统集成，并且具备语音、声音、灯光、AIS短报文、北斗短报文等人机交互功能。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种智慧航标，其特征在于，包含：

航标通信系统（3）；

航标监控系统（2），其通过航标通信系统（3）与岸台控制中心（20）通信连接，采集并监测该智慧航标（10）周围的水文环境信息情况和航行船舶信息，并通过航标通信系统（3）将航行船舶信息传输至岸台控制中心（20）；

航标智能系统（1），其与所述的航标监控系统（2）通信连接，并通过航标通信系统（3）与岸台控制中心（20）通信连接，根据航标监控系统（2）采集到的信息并结合历史信息，动态建立交通流模型，自动识别周围的违章船舶和遇险船舶，为周围船舶提供海上信息服务，承担船舶航行的现场交通指挥；该航标智能系统（1）包含：海上信息服务模块（11）、船舶违章识别模块（14）、船舶遇险识别模块（15）、信息存储模块（12）和航标远程维护模块（13）；

岸台控制中心（20）对当前接收到的水文环境信息、航行船舶信息进行处理、存储，通过航标通信系统对智慧航标实施远程控制，智能管理。

2.如权利要求1所述的智慧航标，其特征在于，所述的航标通信系统（3）包含：VHF/AIS通信接口（31），GSM/GPRS通信接口（32），北斗短报文通信接口（33）。

3.如权利要求2所述的智慧航标，其特征在于，所述的航标监控系统（2）包含：

传感器信息采集模块（21），其与所述的航标智能系统（1）通信连接，采集该智慧航标（10）周围的水文环境信息，并将其传输至航标智能系统（1）；

AIS信息采集模块（22），其通过VHF/AIS通信接口（31）与该智慧航标（10）周围的航行船舶通信连接，并与所述的航标智能系统（1）通信连接，接收各航行船舶发送的AIS信息，并发送至航标智能系统（1），以对其进行实时监控；

航标信息采集模块（23），其与所述的航标智能系统（1）通信连接，监控智慧航标（10）的航标位置，当航标信息采集模块（23）监控发现智慧航标（10）发生航标移位时，其向航标智能系统（1）发出移位警告。

4.如权利要求3所述的智慧航标，其特征在于，所述的海上信息服务模块（11）分别与所述的传感器信息采集模块（21）、航标信息采集模块（23）通信连接，并通过VHF/AIS通信接口（31）与该智慧航标（10）周围的航行船舶通信连接，通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）与岸台控制中心（20）通信连接；

该海上信息服务模块（11）接收智慧航标（10）周围的水文环境信息和航标移位警告，并通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）传输至岸台控制中心（20）；

该海上信息服务模块（11）通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）接收由岸台控制中心（20）发送的天气预报信息并传递给航标智能系统，航标智能系统分析该智慧航标（10）周围船舶的航行动态和航行风险，并通过VHF/AIS通信接口（31）传输至智慧航标（10）周围的航行船舶，辅助进行船舶航行的交通指挥，并对遇险船舶进行预警提醒。

5.如权利要求4所述的智慧航标，其特征在于，所述的船舶违章识别模块（14）与所述的AIS信息采集模块（22）通信连接，通过VHF/AIS通信接口（31）与该智慧航标（10）周围的航行船舶通信连接，并且通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）与岸台控制中心（20）通信连接，航标智能系统通过船舶违章识别模块识别该智慧航标（10）周围的航行船舶中的违章船舶，并通过VHF/AIS通信接口（31）向违章船舶发出违章警告，同时通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）将违章船舶信息发送至岸台控制中心（20）；

所述的船舶遇险识别模块（15）与所述的AIS信息采集模块（22）通信连接，通过VHF/AIS通信接口（31）与该智慧航标（10）周围的航行船舶通信连接，并且通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）与岸台控制中心（20）通信连接，航标智能系统通过船舶遇险识别模块识别该智慧航标（10）周围的航行船舶中的遇险船舶，并通过VHF/AIS通信接口（31）向遇险船舶发出风险提醒，同时通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）将遇险船舶信息发送至岸台控制中心（20）。

6.如权利要求5所述的智慧航标，其特征在于，所述的信息存储模块（12）分别与所述的海上信息服务模块（11）、AIS信息采集模块（22）通信连接，用于存储该智慧航标（10）周围的水文环境信息以及各航行船舶发送的AIS信息；

所述的航标远程维护模块（13）通过GSM/GPRS通信接口（32）或北斗短报文通信接口（33）与岸台控制中心（20）通信连接，实现远程对智慧航标（10）的在线升级、参数更新设置。

7.如权利要求6所述的智慧航标，其特征在于，所述的智慧航标（10）还包含人机交互模块（4），其与所述的海上信息服务模块（11）通信连接，通过该海上信息服务模块（11）供工作人员查询该智慧航标（10）的信息存储模块（12）中所存储的信息，设置或修改该智慧航标（10）的参数，完成现场对该智慧航标（10）的升级，并供该智慧航标周围的航行船舶查询当前坐标以及水文环境和气象信息。

8.如权利要求1所述的智慧航标，其特征在于，所述的智慧航标（10）由蓄电池组和太阳能板供电。