CN106056976B - 船舶定位导航及安全预警报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶定位导航及安全预警报警系统，包括信息采集单元、主控单元、显示控制单元、弹射控制单元、天线收发单元和电源管理单元，本发明可通过信息采集单元将采集到的船舶的相关信息传送到主控单元中，主控单元实时分析处理接收来的各种信息，并将各种信息进行存储和通过显示控制单元进行显示处理，当某一类重要信息达到一定阈值后，主控单元激发相关设备并产生报警信息，同时能稳定的将报警信息通过北斗等系统发送到指挥中心等相关设备或系统中。

Description

船舶定位导航及安全预警报警系统

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体来说，涉及一种船舶定位导航及安全预警报警系统。

背景技术

从船舶安全设备的功能看，一般可以分为三类：第一类是与船舶行驶安全相关的，包括船舶防撞雷达、船舶自动识别系统(AIS)以及各种通信设备(包括短波和超短波电台、INMARSAT卫星通信设备、公共移动通信系统终端)等；第二类是与船舶内部自身安全相关的，包括船舶内部的火警报警设备、消防设备、发动机工况报警设备等；第三类是在船舶遇险后相关的安全报警和处置设备，包括卫星应急无线电示位标、各类救生设备等。

AIS即船舶自动识别系统，是将船舶的标识信息、位置信息、运动参数和航行状态等与船舶航行安全有关的重要数据，通过VHF数据链路，广播给周围的船舶，以实现对本海区船舶的识别和监视，达到安全航行的目的。2002年12月9日召开的海上人员安全国际公约成员国政府间国际海事组织(IMO)会议上决定：所有300总吨及以上从事国际航行的船舶、不从事国际航行的500总吨及以上的货船和不论大小的客船，应按要求配备船舶自动识别系统。目前，AIS船舶终端和基站设备都可以国产化。

全球海上遇险与安全系统(GMDSS，Global Maritime Distress and SafetySystem)，主要由卫星通信系统--INMARSAT(海事卫星通信系统)和COS-PAS/SARSAT(极轨道卫星搜救系统)、地面无线电通信系统(即海岸电台)以及海上安全信息播发系统三大部分构成。INMARSAT是国际海事卫星组织改名的国际移动卫星组织，由船站、岸站、网络协调站和卫星等部分组成，工作频率为1.6GHz。利用同步卫星向航海、航空和海上工业提供遇险和安全通信服务及电话、电传、数据和传真。其覆盖面大，受地面无线电干扰小，接受速度快，自动化程度高，通信质量好，利用海事卫星系统可以有效地解决海上搜索机关的通信问题。但同时也存在使用费用高、关口站数量少等诸多问题。目前，INMARSAT海事卫星系统已经发展到第四代。卫星无线电应急示位标(EPIRB，Emergency Position Indicating RadioBeacon)是GMDSS系统中COS-PAS/SARSAT卫星系统中继的船载数据报警终端，工作在406MHz和121.5MHz两个频率上。卫星无线电应急示位标是一种真正意义上的船舶报警系统，目前中国国内示位标市场主要被韩国、美国、英国采用GPS定位或无GPS定位的产品垄断，国内只有中国电子科技集团第36所的一款含GPS的紧急无线电示位标通过了国际卫星组织(COSPAS)、船级社、渔检、无委会认证，具有中国完全自主知识产权。

现有船舶安全相关的产品有主要以下三种：

(1)船用导航雷达技术

船用导航雷达(marine radar)是保障船舶航行的雷达，也称航海雷达。它特别适用于黑夜、雾天引导船只出入海湾、通过窄水道和沿海航行，主要起航行防撞作用。它主要由感应器、微电脑控制器及蜂鸣器组成，基本原理是利用超声波信号，经由微电脑的指挥与控制，再从感应器的发射与接受信号过程，比对信号折返时间而计算出被测物的距离，然后由报警器发出不同的报警声。

船上装备雷达始自第二次世界大战期间。如今的船用导航雷达系统已发展为基于先进的数字化雷达技术，能融合各类导航设备数据信息为一体的综合导航平台。它能处理雷达视频电压，检测、跟踪和自动标绘目标，测量船舶与目标之间的相对运动，预计目标未来的运动和最接近点，协助驾驶人员采取回避动作。此外，还可通过串口连接几乎所有的导航设备，如AIS、罗经、姿态仪、测深仪、数字电流表、计程仪、风速风向仪、VDR航行数据记录仪等，经过数据融合处理为用户提供综合导航信息。

高灵敏度的接收机系统、配合高速的数字信号处理技术，不仅能够分辨近距离的小目标群，而且远距离目标回波饱满。在大雨、大浪等各类恶劣海况下，都以优异的杂波抑制性能展现最真实的无杂波图像。

(2)AIS技术

当遇到雨雪、大风浪等恶劣天气时，雷达的回波信号可能会受到干扰，而出现杂波或丢失目标等问题；当目标船舶航行于多岛礁、航道的弯头或大船的背后等遮蔽水域时，雷达将无法观测到这些目标；对于进入雷达盲区的极近距离的小船(如拖轮)雷达上不能发现该目标。以上这些情况，AIS却能凭借其技术优势解决以上问题。

AIS即船舶自动识别系统，是将船舶的标识信息、位置信息、运动参数和航行状态等与船舶航行安全有关的重要数据，通过VHF数据链路，广播给周围的船舶，以实现对本海区船舶的识别和监视，达到安全航行的目的。其原理是允许在船舶与其他船舶之间、船舶与岸台之间自动交换从船舶传感器输入的(或内置GPS的信息)以及静态的和与航程相关的数据。它能够连续自主的接收与发射AIS数据信息；可显示本船周围装有AIS设备的船舶的AIS数据信息。

AIS系统由4部分组成：一是接口，接收来自GPS/DGPS接收机的本船船位经纬度、对地航速、同步UTC(世界时)以及来自电罗经航向等信号，转换成数字信号并输入信息处理器；二是信息处理器，这是AIS的核心部分，用于存储和编解码、处理本船和他船的动、静态等相关信息；三是信息显示器，用于显示各种数据和状态信息，监视系统的运行状况；四是VHF收发机。

由于AIS系统采用VHF(甚高频)通信，受VHF所用频率特性制约，它的作用距离较为有限，一般通信距离约为20至40海里左右。

现在的AIS产品已发展为集航行信息采集处理、无线电数据传输、电子海图信息系统于一体的无线电通信导航设备。一是能够实时采集船舶的位置、速度、转弯角度等信息并对外发送。二是能接收和查询岸台或其他船舶发来的信息，在本船的电子海图上显示附近水域船舶的运行状态，自动跟踪AIS目标，并实时计算与本船的距离和方位，实时动态标绘所有AIS目标的位置及运动矢量，对于危害本船航行安全的可能船舶以及桥梁等，采用真人语音和屏幕颜色闪烁等方式发出报警。三是具备中文短信息功能，解决了船-船、岸-船之间的信息交流，管理者可以通过网络方便、快捷地向所有基站所能覆盖的船只播发潮汐、风雨警报等相关信息。

(3)示位标技术

紧急无线电示位标(EPIRB，Emergency position indicating radio beacon)常简称为示位标，因工作频率在406MHz附近也常被简称406，也称为应急无线电示位标。含GPS的紧急无线电示位标常被称为卫星紧急无线电示位标。示位标利用自身发射的无线电射频信号,来表示自己的位置及状态，以便搜救单位准确地确定它的位置。它是全球海上遇险和安全系统(GMDSS)中重要的船对岸的报警装置。

为避免发生此类因无法救援或救援不及时带来的人员伤亡，国际上成立了COSPAS-SARSAT卫星组织(COSPAS-SARSAT原称为“低极轨道搜救卫星系统”，该系统后来引入了静止卫星作为转发器，因此更名为“国际搜救卫星系统”)，制定了紧急无线电示位标的产品规范。COSPAS-SARSAT搜救卫星系统是由加拿大、法国、美国、俄罗斯和其它一些国家联合开发的全球性搜救卫星系统。该系统是通过高度为850～1000km，围绕南北两极运行的低高度极轨道卫星，探测到406MHz或121.5MHz的EPIRB发射出的遇险报警信号，经过处理、定位，转发至地面，从而准确地定出示位标的位置，提供迅速有效的营救。

紧急无线电示位标在沉船后，自动弹出浮到水面，发出遇险求救信号，该求救信号通过COSPAS-SARSAT卫星(含GPS的紧急无线电示位标信号也可通过静止轨道卫星)转发到地面站，报告当前位置、平台信息等。紧急无线电示位标也可在遇险时人工触发，如遇海盗、外国军警侵犯。因信息及时，救援组织往往能在第一时间抵达遇险海域开展救援工作。

现在的示位标主要是基于GPS应用的报警装置。

示位标主要是针对水上平台发生事故导致人员落水或受到其它安全威胁时，对人员进行及时救援设计的。或是佩戴在救生衣上、或是手持，或是随救生艇携带，实时报告人员的最新位置。即使在船上固定安装的示位标，也是在船沉后自动弹出浮到水面，实时发送示位标的当前位置，以便搜救队到达示位标所在附近海域对人员进行搜救。这里带来一个问题，即如果人员与示位标是分离的，如果救援不及时，示位标在海上随波逐流，与落水人员越来越远，将导致搜救极为困难。

另外，以上示位标的自动安全预警功能较弱，只有在事故已经发生后，即船沉到一定程度后(在船上固定安装的示位标)或人员落水后(需人员随身携带)才能自动触发报警，否则只能手动触发报警。

现有与船舶安全相关的预警报警系统还存在以下几个不足之处：

(1)数据采集设备分散。无论是船舶的发动机信息、船舱内的信息，还是船舶本身的姿态和位置信息，还没有一个安全设备可以进行整合处理，如果说有这种设备，也是对于一个远洋船舶通过不同的设备进行信息整合来集成的；

(2)安全信息报送的渠道分散。船舶防撞雷达设备只能将信息报送给本船；AIS设备是将船舶的位置信息、航向信息等报送给AIS系统网中；紧急无线电示位标只能将船舶沉没时的位置信息报送给COSPAS-SARSAT搜救卫星系统，而在国内的信息落地点只有交通部海事大楼一个点；

(3)缺少船舶自身姿态采集处理和报警系统。大型船舶通过雷达进行自身姿态角度等的信息采集，而大部分中小型船舶还没有采集自身姿态角度的传感设备，并将自身的姿态信息进行实时处理后，根据情况进行报警；

(4)缺少船舶安全自动预警报警系统。船舶在水上航行或静止的过程中，遇不同气候等外部环境的原因，会发生船体翻转或倾覆等剧烈姿态变化，目前，当影响船舶安全的姿态、重要设备的技术状况等发生剧烈变化时，还没有一种设备能自动地将船舶当前的相关信息，第一时间回传给指定的系统，使相关部门根据情况做出应急处理。

申请号为201410265060.6的专利申请公开了一种基于TETRA数字集群系统的船舶安全报警装置，包括手持终端，所述手持终端包括微处理器、TETRA收发信机、GPS模块、语音处理器、按键、显示屏、扬声器、听筒和话筒，所述TETRA收发信机、所述GPS模块、所述语音处理器、所述按键、所述显示屏、所述扬声器均与所述微处理器连接，所述语音处理器分别与所述听筒和所述话筒连接。本发明还公开了一种基于TETRA数字集群系统的船舶安全报警方法。本发明能够现有TETRA功能业务基础上，增加船舶之间安全距离的自动预警及船舶遇险快捷按键报警功能，防止船舶之间发生撞船的危险，提高船舶遇险时的快速呼救能力，从而保障船舶航行的安全。该发明专利申请的缺点是，不能对船舶工作状态进行实时跟踪预警。

发明内容

本发明的目的在于提出一种船舶定位导航及安全预警报警系统，能够实时采集船舶的工作信息，并能在船舶工作出现故障的情况下发出有效的预警报警。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种船舶定位导航及安全预警报警系统，包括信息采集单元、主控单元、显示控制单元、弹射控制单元、天线收发单元和电源管理单元，所述电源管理单元分别与信息采集单元、主控单元、显示控制单元、弹射控制单元和天线收发单元相连，所述主控单元、显示控制单元、弹射控制单元和天线收发单元两两之间互相连接，所述主控单元还与信息采集单元相连，所述信息采集单元设置的发动机工况、火警、姿态等各种传感器，实时采集船舶工况信息；

所述信息采集单元用于采集船舶工作信息，并将采集的船舶工作信息发送给主控单元；

所述主控单元用于接收并存储信息采集单元发送来的船舶工作信息，并将所述船舶工作信息同主控单元内设定的船舶安全运行所要求的各种阈值进行对比，当采集的船舶工作信息超过船舶安全运行所要求的阈值时，所述主控单元控制显示控制单元实时显示报警信息并进行提示报警，当船舶出现重大危险情况时同时启动弹射控制单元控制天线收发单元与船舶主体分离；

所述天线收发单元用于实时接收船舶的位置信息和指挥中心的信息，并向指挥中心发送船舶工作信息和报警信息；

所述显示控制单元用于显示和处理船舶的工作信息、天线收发单元接收的信息以及主控单元的报警信息；

所述弹射控制单元用于当船舶出现重大危险情况时控制天线收发单元与船舶主体的分离；

所述电源管理单元的作用在于当船舶正常工作时，采用船舶的主电源给船舶主体和天线收发单元供电，当船舶出现重大危险情况时，启动备用电源为天线收发单元供电，所述电源管理单元还用于通过天线收发单元向指挥中心发送电源状态信息。

进一步的，所述信息采集单元包括发动机工况数据采集模块、船内信息采集模块、船舶姿态角度数据采集模块和船舶位置速度信息采集模块；

所述发动机工况数据采集模块采集的数据包括发动机实时的转速、油温、水温、剩余油量、发动机的累计工作时间、百公里油耗和瞬时油耗；

所述船内信息采集模块采集的数据包括船舶重点部位的音频、图像和视频信息以及重点部位的烟感信息以及船舱部位的进水信息；

所述船舶姿态角度数据采集模块采集的数据包括船舶行驶过程中三个自由度的姿态角度；

所述船舶位置速度信息采集模块采集的数据包括船舶的经纬度、速度和高度。

进一步的，所述重大危险情况包括船舶的姿态角度超过设定的报警阈值、船舶进水或沉没后设备周围的水深达到设定的米数、发动机发生重大故障和船舱内发生重大火灾中的一种或多种。

进一步的，所述显示控制单元还用于船舶的定位导航、手动报警、航线航迹显示和设备的设置。

进一步的，所述弹射控制单元包括机械弹射控制装置，所述机械弹射控制装置包括机械弹射控制电路和机械弹射执行机构，所述机械弹射执行机构包括与船舶主体固定连接的固定座，所述固定座的内部设有容置腔，且容置腔延伸至固定座上端面，所述固定座靠近上端面的位置沿固定座的侧面设有第一凸起，所述固定座的上端通过一锁紧装置设有天线收发单元，所述锁紧装置包括第一上压板、第一下压板、第二上压板和第二下压板，所述天线收发单元包括能设于容置腔内的天线收发单元主体和与天线收发单元主体上端相连的浮力球，所述浮力球的上端设有天线，所述天线收发单元主体与浮力球连接的部分沿外侧还设有第二凸起，第一下压板、第二下压板、第一上压板和第二上压板对应通过第一凸起和第二凸起将天线收发单元固定于固定座上，第一下压板与第一上压板以及第二下压板与第二上压板连接的一端通过钩状结构相连，另一端通过一水压释放器装置相连，收发单元主体与容置腔的底部之间设有弹射装置。

进一步的，所述水压释放器装置包括固定设于第二下压板下端的水压释放器，水压释放器的上端设有一贯穿第一下压板、第一上压板、第二上压板和第二下压板的连轴，第一下压板、第一上压板、第二上压板和第二下压板能沿连轴自由滑动，连轴靠近上端部位设有通孔，通孔内贯穿设有锁销。

进一步的，所述弹射装置为压缩弹性部件或电磁弹射机构，所述电磁弹射机构包括电磁弹射控制电路和电磁弹射执行机构。

进一步的，所述天线收发单元与中心控制站之间通过北斗、AIS或者公共移动通信进行信息的传输。

进一步的，所述显示控制单元通过键盘和触摸屏来完成定位导航、手动报警、航线航迹显示以及设备设置的操作。

本发明的有益效果：

1.本发明采用GPS、北斗或公共移动通信系统能够实时采集船舶的位置、速度等信息，并为船舶进行准确定位和导航服务；

2.本发明设置的各种传感器可实时采集船舶发动机工况、火警、姿态等信息，确保船舶的安全行驶；

3.本发明设置的信息采集单元和主控单元能够实时采集船舶的安全状态信息，并对船舶的安全状态信息信息进行应对处理，当采集和处理后的数据超过本发明中设定的预警报警阈值后，本发明能够发出相应的声、光报警。

附图说明

图1为本发明系统的工作原理图；

图2为本发明主控单元的工作原理图；

图3为本发明显示控制单元的工作原理图；

图4为本发明弹射控制单元的工作原理图；

图5为本发明天线收发单元的工作原理图；

图6为本发明实施例所述的天线收发单元与机械弹射装置相配合的剖视图；

图7为本发明实施例所述的天线收发单元的结构示意图；

图8为本发明实施例所述的锁紧装置的结构示意图。

具体实施方式

所述电源管理单元的作用在于当船舶正常工作时，采用船舶的主电源给船舶主体和天线下面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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的工作原理如图1所示，一种船舶定位导航及安全预警报警系统，包括信息采集单元、主控单元、显示控制单元、弹射控制单元、天线收发单元和电源管理单元，所述电源管理单元分别与信息采集单元、主控单元、显示控制单元、弹射控制单元和天线收发单元相连，所述主控单元、显示控制单元、弹射控制单元和天线收发单元两两之间互相连接，所述主控单元还与信息采集单元相连；

所述信息采集单元用于采集船舶工作信息，并将采集的船舶工作信息发送给主控单元；

所述主控单元用于接收并存储信息采集单元发送来的船舶工作信息，并将所述船舶工作信息同主控单元内设定的船舶安全运行所要求的各种阈值进行对比，当采集的船舶工作信息超过船舶安全运行所要求的阈值时，所述主控单元控制显示控制单元实时显示报警信息并进行提示报警，当船舶出现重大危险情况时同时启动弹射控制单元控制天线收发单元与船舶主体分离；

所述天线收发单元用于实时接收船舶的位置信息和指挥中心的信息，并向指挥中心发送船舶工作信息和报警信息；

所述显示控制单元用于显示和处理船舶的工作信息、天线收发单元接收的信息以及主控单元的报警信息；

所述弹射控制单元用于当船舶出现重大危险情况时控制天线收发单元与船舶主体的分离；

收发单元供电，当船舶出现重大危险情况时，启动备用电源为天线收发单元供电，所述电源管理单元还用于通过天线收发单元向指挥中心发送电源状态信息。

进一步的，所述信息采集单元包括发动机工况数据采集模块、船内信息采集模块、船舶姿态角度数据采集模块和船舶位置速度信息采集模块；

所述发动机工况数据采集模块采集的数据包括发动机实时的转速、油温、水温、剩余油量、发动机的累计工作时间、百公里油耗和瞬时油耗；

所述船内信息采集模块采集的数据包括船舶重点部位的音频、图像和视频信息以及重点部位的烟感信息以及船舱部位的进水信息；

所述船舶姿态角度数据采集模块采集的数据包括船舶行驶过程中三个自由度的姿态角度；

所述船舶位置速度信息采集模块采集的数据包括船舶的经纬度、速度和高度。

主控单元的工作原理如图2所示，数据采集外围接口将信息采集单元发送来的数据经数模转换器(如AD/DA)传输给主控单元，主控单元将原始数据或经过建模仿真处理的数据存入到主存储器。根据船舶的具体的工作状态和预警报警的阈值，当各类原始接收数据或经过处理的数据超过船舶安全所要求的各种阈值后，主处理器自动将所述原始接收数据或经过处理的数据进行存储，并通过显示控制单元予以实时显示并进行提示报警，具体使用时，可通过音频数模转换器将扬声器连接于主处理器，通过扬声器进行提示报警，为了增大扬声器报警的音量，可在音频数模转换器与扬声器之间连接音频功放；在船舶姿态角度超过报警阈值、船舶进水或沉没后设备周围的水深达到设定的米数、发动机发生重大故障或船舱内发生重大火灾等重要危险情况下启动弹射控制单元，通过天线收发单元将此时船舶的位置信息、船舶状况信息不间断地发送给指挥中心或指定的目标设备。主控单元的另一个功能是实时滚动存储通过麦克风采集到的船舶重点部位的语音数据，语音数据通过音频模数转换器发送给主处理器，以备后续回放查询。

显示控制单元的工作原理如图3所示，天线收发单元实时将船舶当前的位置、航向、航速等信息发送给显控主处理器，显控主处理器将数据处理后分别发送给显示及触屏设备、显控存储器和主控单元，显示及触屏设备与海图数据一起实现船舶的定位导航、航线航迹等的显示和处理。显示控制单元还可以实现将天线收发单元和主控单元的信息透明传输。键盘与显示及触屏设备一起完成定位导航、手动报警、航线航迹显示以及船舶上设备的设置等相关操作。显示控制单元发送给主控单元的数据经过处理后与发动机信息结合可以实现船舶发动机非工作状况下的位置移动报警和船舶越界报警功能。同时，当显示控制单元接收到主控单元接口相关预警和报警信息后，显示及触屏设备自动显示船舶的当前位置和出现的报警状态信息。当船舶出现重大危险情况下，主控单元控制弹射控制单元启动弹射控制程序将天线收发单元弹射到水面上，并不间断向指挥中心或指挥系统发送报警信息。

弹射控制单元的工作原理如图4所示。正常情况下，弹射控制单元通过电源管理接口由船舶的主电源(主蓄电池或发电机电源)供电，同时通过主控单元或显控单元接收船舶当前的实时位置和时间等信息，并以先入先出的方式储存到弹射存储器中。当接收到主控单元发送来的启动弹射命令后，弹射控制器先后向机械弹射控制电路、电磁弹射控制电路和备用控制电路发送启动弹射命令，相应的机械执行机构和电磁弹射执行机构启动将天线收发单元弹射后与船舶主体分离，通过天线收发单元上设置的浮力球结构将天线收发单元浮在水面上，同时，弹射控制器向天线收发单元发送命令，通过天线收发单元不间断地发送船舶遇险时刻的时间、位置和遇险状况信息。设置备用控制电路的目的在于防止船舶发生重大危险情况时弹射控制单元的主控制电路发生故障，进而导致天线收发单元不能及时的弹射出去的问题。

天线收发单元的功能是实时接收船舶的位置等信息，同时将船舶的重要工作信息及报警信息以无线的方式发送到指挥中心或指定的系统中，其工作原理如图5所示。正常情况下，通过天线、射频收发模块和基带处理模块接收船舶的位置信息或指挥中心等的信息；报警或弹射状态下，接收到主控等单元的命令信息后将船舶的位置、时间、技术状况等信息发送出去。供电模块的作用是正常情况下用船舶主电源供电，弹射后由本单元的备用电源供电，备用电源包括锂电池、太阳能电池或各种燃料电池等能源；浮力球的作用是弹射状态下，将天线收发单元漂浮在水面上，天线暴露在水面以上，从而使得本单元正常收发信息。基带处理模块和射频收发模块可以是北斗终端设备、公共移动通信网(如GPRS、WCDMA、CDMA2000、LTE等)收发设备、海事卫星通信终端、窄带卫星(大S卫星)通信单元或AIS收发终端设备等。如果是某一种制式的通信终端也同时给以上提到的各种通信设备预留数据接口。

在一个具体的实施例中，如图6所示，所述弹射控制单元包括机械弹射控制装置，所述机械弹射控制装置包括机械弹射控制电路和机械弹射执行机构，所述机械弹射执行机构包括与船舶主体固定连接的固定座1，所述固定座1的内部设有容置腔2，且容置腔2延伸至固定座1上端面，所述固定座1靠近上端面的位置沿固定座1的侧面设有第一凸起3，所述固定座1的上端通过一锁紧装置4设有天线收发单元5，所述锁紧装置4包括第一上压板6、第一下压板7、第二上压板8和第二下压板9，所述天线收发单元5包括能设于容置腔2内的天线收发单元主体51和与天线收发单元主体51上端相连的浮力球52，天线收发单元主体51内设有备用电源17和控制模块16,控制模块16包括基带处理模块和射频收发模块，所述浮力球52的上端设有天线53，天线收发单元主体51与浮力球52连接的部分沿外侧还设有第二凸起10，第一下压板7、第二下压板9、第一上压板6和第二上压板8对应通过第一凸起3和第二凸起10将天线收发设备5固定于固定座1上，具体的，第一下压板7和第二下压板9位于第一凸起3的下端，第一上压板6和第二上压板8压住第二凸起10将天线收发单元5压在固定座1上，第一凸起3和第二凸起10优选分别沿整个固定座1的外侧和天线收发单元5的外侧设置，第一下压板7与第一上压板6以及第二下压板9与第二上压板8连接的一端通过钩状结构11相连，另一端通过一水压释放器装置相连，所述水压释放器装置包括固定设于第二下压板9下端的水压释放器12，第一上压板6、第一下压板7、第二上压板8和第二下压板9的另一端叠在一起，水压释放器12的上端设有一贯穿第一下压板7、第一上压板6、第二上压板8和第二下压板9的连轴15，第一下压板7、第一上压板6、第二上压板8和第二下压板9能沿连轴15自由滑动，连轴15靠近上端部位设有通孔，通孔内贯穿设有锁销14，设备主体51与容置腔2的底部之间设有弹射装置。

进一步的，所述弹射装置为压缩弹性部件13或电磁弹射机构，所述电磁弹射机构包括电磁弹射控制电路和电磁弹射执行机构。弹射装置可根据不同的船舶进行选择，对于弹射距离要求不是很远的船舶，可选用普通的压缩弹性部件13，如弹簧等，对于弹射距离要求较远的船舶，可选用电磁弹射机构。

具体使用时，当船舶出现重大危险情况时，可通过机械弹射控制电路控制水压释放器12释放天线收发单元5使其落入水中进行工作。即使机械弹射控制电路出现故障，当船舶沉入水下一定深度后，水压释放器12也能从连轴15的下端弹出，使四个压板解脱，同时在弹射装置的作用下将天线收发单元5弹出到水中，天线收发单元5在浮力球52的作用下漂浮在水面。

电源管理单元的作用是本发明正常工作时采用船舶的主电源(主蓄电池或发电机电源)给船舶主体和天线收发单元供电。每隔一定的时间，根据天线收发单元和其它设备接收的电源管理的命令，向指挥中心或其他系统发送电源状态信息，为定期维护电源模块服务。当发生船舶危险报警后，启动弹射程序，天线收发单元弹射出后漂浮在水面上，同时电源管理单元启用备用电源给天线收发单元供电，使天线收发单元不间断地发送预警报警信息。

需要补充说明的是本发明对数据的处理方式包括AR滤波、Karlman滤波等方法。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，能够实时采集船舶的工作信息，并能在船舶工作出现故障的情况下发出有效的预警报警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种船舶定位导航及安全预警报警系统，其特征在于，包括信息采集单元、主控单元、显示控制单元、弹射控制单元、天线收发单元和电源管理单元，所述电源管理单元分别与信息采集单元、主控单元、显示控制单元、弹射控制单元和天线收发单元相连，所述主控单元、显示控制单元、弹射控制单元和天线收发单元两两之间互相连接，所述主控单元还与信息采集单元相连；

所述信息采集单元用于采集船舶工作信息，并将采集的船舶工作信息发送给主控单元；

所述主控单元用于接收并存储信息采集单元发送来的船舶工作信息，并将所述船舶工作信息同主控单元内设定的船舶安全运行所要求的各种阈值进行对比，当采集的船舶工作信息超过船舶安全运行所要求的阈值时，所述主控单元控制显示控制单元实时显示报警信息并进行提示报警，当船舶出现重大危险情况时同时启动弹射控制单元控制天线收发单元与船舶主体分离；

所述天线收发单元用于实时接收船舶的位置信息和指挥中心的信息，并向指挥中心发送船舶工作信息和报警信息；

所述显示控制单元用于显示和处理船舶的工作信息、天线收发单元接收的信息、主控单元的报警信息、船舶的定位导航、手动报警、显示航线航迹；

所述弹射控制单元用于当船舶出现重大危险情况时控制天线收发单元与船舶主体的分离；

所述电源管理单元用于船舶正常工作时，采用船舶的主电源给船舶主体和天线收发单元供电，当船舶的姿态角度超过设定的报警阈值、船舶进水或沉没后设备周围的水深达到设定的米数、发动机发生故障或船舱内发生火灾情况时，启动备用电源为天线收发单元供电，所述电源管理单元还用于通过天线收发单元向指挥中心发送电源状态信息；

所述信息采集单元包括发动机工况数据采集模块、船内信息采集模块、船舶姿态角度数据采集模块和船舶位置速度信息采集模块；

所述发动机工况数据采集模块采集的数据包括发动机实时的转速、油温、水温、剩余油量、发动机的累计工作时间、百公里油耗和瞬时油耗；

所述船内信息采集模块采集的数据包括船舶重点部位的音频、图像和视频信息以及重点部位的烟感信息以及船舱部位的进水信息；

所述船舶姿态角度数据采集模块采集的数据包括船舶行驶过程中三个自由度的姿态角度；

所述船舶位置速度信息采集模块采集的数据包括船舶的经纬度、速度和高度；

所述弹射控制单元包括机械弹射控制装置，所述机械弹射控制装置包括机械弹射控制电路和机械弹射执行机构，所述机械弹射执行机构包括与船舶主体固定连接的固定座(1)，所述固定座(1)的内部设有容置腔(2)，且容置腔(2)延伸至固定座(1)上端面，所述固定座(1)靠近上端面的位置沿固定座(1)的侧面设有第一凸起(3)，所述固定座(1)的上端通过一锁紧装置(4)设有天线收发单元(5)，所述锁紧装置(4)包括第一上压板(6)、第一下压板(7)、第二上压板(8)和第二下压板(9)，所述天线收发单元(5)包括能设于容置腔(2)内的天线收发单元主体(51)和与天线收发单元主体(51)上端相连的浮力球(52)，所述浮力球(52)的上端设有天线(53)，所述天线收发单元主体(51)与浮力球(52)连接的部分沿外侧还设有第二凸起(10)，第一下压板(7)、第二下压板(9)、第一上压板(6)和第二上压板(8)对应通过第一凸起(3)和第二凸起(10)将天线收发单元(5)固定于固定座(1)上，第一下压板(7)与第一上压板(6)以及第二下压板(9)与第二上压板(8)连接的一端通过钩状结构(11)相连，另一端通过一水压释放器装置相连，设备主体(51)与容置腔(2)的底部之间设有弹射装置。

2.根据权利要求1所述的船舶定位导航及安全预警报警系统，其特征在于，所述水压释放器装置包括固定设于第二下压板(9)下端的水压释放器(12)，水压释放器(12)的上端设有一贯穿第一下压板(7)、第一上压板(6)、第二上压板(8)和第二下压板(9)的连轴(15)，第一下压板(7)、第一上压板(6)、第二上压板(8)和第二下压板(9)能沿连轴(15)自由滑动，连轴(15)靠近上端部位设有通孔，通孔内贯穿设有锁销(14)。

3.根据权利要求1所述的船舶定位导航及安全预警报警系统，其特征在于，所述弹射装置为压缩弹性部件(13)或电磁弹射机构，所述电磁弹射机构包括电磁弹射控制电路和电磁弹射执行机构。

4.根据权利要求1所述的船舶定位导航及安全预警报警系统，其特征在于，所述天线收发单元与中心控制站之间通过北斗、AIS或者公共移动通信进行信息的传输。

5.根据权利要求1所述的船舶定位导航及安全预警报警系统，其特征在于，所述显示控制单元通过键盘和触摸屏来完成定位导航、手动报警、航线航迹显示以及设备设置的操作。