CN106875753A - 基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，该系统包括：安装在船上的激光测距模块、六自由度传感器模块、视频模块、处理模块、无线通信模块、AIS模块和GPS模块；所述激光测距模块、六自由度传感器模块、视频模块、无线通信模块、AIS模块和GPS模块分别与处理模块的输入端连接。本发明提供的基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统利用局部网络或互联网通信技术把各传感器信息、控制器信息、港口信息、船舶信息和驾驶员信息联系在一起，实现船舶靠泊的信息化、远程化和智能化，结合驾驶员安全航行操作知识库，实现靠泊过程动态可视化监控，从而保障船舶靠泊的安全性，提高船舶进出港口的效率。
Description
技术领域
本发明涉及船舶靠泊辅助系统，尤其涉及一种基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统。
背景技术
伴随世界经济和国际贸易的快速发展，海上货物运输量在全球整个运输系统中所占份额不断增大，为适应国际海上贸易需求的不断增加，船舶数量、吨位日益增大，对运输效率也提出了更高的要求。在船舶日益大型化、进出港口效率亟待提高的现状下，同时也受到现有船舶船型肥大，质量大、惯性大、机动操纵性差，停车冲程较大，并且耗用时间较长，停船性能、航向稳定性以及舵效较差等特点的制约，一套高效率、高安全性的船舶靠泊辅助系统对于提升船舶靠泊速率、增加港口营运效率、最大化的提高经济效益具有重要意义。
船舶的运动离不开受到的力及运动惯性，力和惯性使船舶产生移动及偏转。在船舶靠泊过程中，大多靠船长和引航员的航行经验，估测本船的速度，船岸距离等并判断船舶的运动将会如何变化，然后进行操舵。此过程由船长，引航员，船工水手等协同完成，大多凭借经验操作，容易出现大的偏差，是发生安全事故主要原因之一。
现代船舶越来越大型化、高速化，大型船舶靠泊的安全系数日益降低，为了增加大型船舶靠泊的安全性和有效性，人们投入了大量精力进行大型船舶靠泊辅助系统的研发。以前的靠泊辅助系统大都是岸基产品，但是岸基靠泊辅助系统存在一定的局限性，如声波靠泊系统易受到水面波和底部反射波的影响；雷达靠泊系统易受障碍物的影响；激光靠泊系统易受光线的散射、杂散光线的干扰等。
现有专利(专利申请号：201410011806.0)监测系统的缺陷在于：只能利用激光传感器、监控器及GPS完成辅助靠泊，不能根据船舶本身的操纵特点和港内船舶操纵存在的困难。本发明针对现有专利的缺点，提出基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，结合经验驾驶人的驾驶知识库、感知设备和网络通信完成船舶的高效靠泊。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，该系统包括：
安装在船上的激光测距模块、六自由度传感器模块、视频模块、处理模块、无线通信模块、AIS模块和GPS模块；所述激光测距模块、六自由度传感器模块、视频模块、无线通信模块、AIS模块和GPS模块分别与处理模块的输入端连接；
所述激光测距模块设置在船头和船尾，用于实现高精度测量船艏艉距岸距离；
所述六自由度传感器模块，用于测量船舶运动加速度、线速度和角速度；
所述AIS模块，用于记录船舶航向、航速信息；
所述视频模块，用于获取船舶靠泊过程中的动态图像，实时监测船舶周围航行环境及船舶运动状态；还用于监测驾驶员操作行为，并根据安全航行操作知识库判断驾驶员是否基于良好船艺和航行规则完成安全靠离泊；所述安全航行操作知识库为基于船艺和航行规则建立的用以分析驾驶员驾驶行为的安全航行经验知识库；
所述显示模块，用于集成显示各模块综合信息，可实现靠泊过程动态可视化。
按上述方案，所述处理模块用于根据船舶实时动静态信息，挖掘靠泊港口数据信息，从激光测距雷达、六自由度传感器、视频摄像头、船载VHF、AIS和GPS等输入信息筛选及融合处理获得船岸距离、船舶姿态、船舶线速度、船舶角速度、船舶加速度、视频图像、通讯信息、AIS信息、GPS信息，指导船舶驾驶员安全得完成靠泊。
按上述方案，所述处理模块中设置均值滤波单元，用于消除波浪震荡以及主机震荡所引起的六自由度传感器测量数据误差。
按上述方案，所述处理模块为STM32F10X中央处理模块。
按上述方案，所述显示模块用于集成显示各模块综合信息，显示船舶运动趋势图像、船岸安全距离监控信息、开源海图软件OPENCPN中绘制的动态船岸图像。
本发明产生的有益效果是：本发明利用局部网络或互联网通信技术把各传感器信息、控制器信息、港口信息、船舶信息和驾驶员信息联系在一起，实现船舶靠泊的信息化、远程化和智能化，结合驾驶员安全航行操作知识库，实现靠泊过程动态可视化监控，从而保障船舶靠泊的安全性，提高船舶进出港口的效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的STM32F103C8T6引脚图；
图3是本发明实施例的船舶动态实时预测监控靠泊流程图；
图中：1-激光测距第一监控器；2-六自由度传感器模块；3-视频模块；4-中央处理模块；5-无线通信模块；6-激光测距第二监控器；7-安全航行操作知识库；8-AIS模块；9-GPS模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例的基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，包括安装在船上的激光测距第一监控器1、六自由度传感器模块2、视频模块3、中央处理模块4、无线通信模块5、激光测距第二监控器6、安全航行操作知识库7、AIS模块8、GPS模块9。
其中，STM32F10X中央处理模块4的输入端分别连接激光测距第一监控器1和6、六自由度传感器模块2、视频模块3、无线通信模块5、安全航行操作知识库8、AIS模块9、GPS模块10。
将两台SKD-1200激光测距监控器1和激光测距监控器6，于船头、船尾各置一台，并与STM32F10中央处理模块4相连接，高精度测量船艏艉距岸距离，以实现系统的两点定位以及安全距离的监控。以便船舶在实际的靠泊中，对航向的改变和余速的控制提供依据。通过六自由度传感器MPU6050模块2测得线速度、加速度和角速度(相对于地心)，并通过旋转矩阵算法将其转换到导航平面内，船舶的速度则通过积分加速度获得。在STM32主控板内设置均值滤波算法，以消除波浪震荡以及主机震荡所带来的误差。结合无线WIFI摄像头IPC-T8613-Q1视频模块获取船舶靠泊过程中的动态图像，实时监测船舶周围航行环境及船舶运动状态，给船长、引航员操舵提供数据上以及可视化的指导，使得靠泊过程更为安全稳定。驾驶台WIFI摄像头IPC-T8613-Q1视频模块监测驾驶员操作行为，并根据安全航行操作知识库8判断驾驶员是否基于良好船艺和航行规则完成安全靠离泊。采用物联网无线通信技术以及嵌入式技术，由下位机精确采集船舶运动的实时数据，通过标准的I2C通信传输到STM32F10X中央处理模块4中进行数据筛选、融合处理，处理后的数据通过WSN-02无线通信模块5传输给上位机(PC或其他手持设备)的软件中进行下一步处理。在上位机处理后，形成动态的船岸图像、船舶运动趋势图像以及船岸安全距离监控，指导船舶驾驶员安全得完成靠泊。结合AIS模块9及GPS模块10信息，在上位机软件中挖掘靠泊港口数据信息并在开源海图OPENCPN中绘出船岸图像，显示船(船艏和船艉)岸距离。通过在上位机软件中设置中断与循环，完成对船舶靠泊过程的动态实时监控，从而辅助船舶安全靠、离港口。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，其特征在于，该系统包括：
安装在船上的激光测距模块、六自由度传感器模块、视频模块、处理模块、无线通信模块、AIS模块和GPS模块；所述激光测距模块、六自由度传感器模块、视频模块、无线通信模块、AIS模块和GPS模块分别与处理模块的输入端连接；
所述激光测距模块设置在船头和船尾，用于实现高精度测量船艏艉距岸距离；
所述六自由度传感器模块，用于测量船舶运动加速度、线速度和角速度；
所述AIS模块，用于记录船舶航向、航速信息；
所述视频模块，用于获取船舶靠泊过程中的动态图像，实时监测船舶周围航行环境及船舶运动状态；还用于监测驾驶员操作行为，并根据安全航行操作知识库判断驾驶员是否基于良好船艺和航行规则完成安全靠离泊；所述安全航行操作知识库为基于船艺和航行规则建立的用以分析驾驶员驾驶行为的安全航行经验知识库；
所述显示模块，用于集成显示各模块综合信息，可实现靠泊过程动态可视化。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，其特征在于，所述处理模块用于根据船舶实时动静态信息，挖掘靠泊港口数据信息，从激光测距雷达、六处理模块用于根据船舶实时动静态信息，挖掘靠泊港口数据信息，从包括激光测距雷达、六自由度传感器、视频摄像头、船载VHF、AIS和GPS在内的输入信息筛选及融合处理获得船岸距离、船舶姿态、船舶线速度、船舶角速度、船舶加速度、视频图像、通讯信息、AIS信息、GPS信息，指导船舶驾驶员安全得完成靠泊。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，其特征在于，所述处理模块中设置均值滤波单元，用于消除波浪震荡以及主机震荡所引起的六自由度传感器测量数据误差。
4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，其特征在于，所述处理模块为STM32F10X中央处理模块。
5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的船舶靠泊辅助系统，其特征在于，所述显示模块用于集成显示各模块综合信息，显示船舶运动趋势图像、船岸安全距离监控信息、开源海图软件OPENCPN中绘制的动态船岸图像。
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