CN107393346B - 船舶避碰预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了船舶避碰预警系统，具有三种避碰预警模式：存储器与GPS模块构建成区域预警模式，外部检测单元、GPS模块与执行单元构建成距离预警模式，存储器与GPS模块构建成经验预警模式。当船舶进入预警点附近时，区域预警模式提供警报与提醒；当船舶靠近碍航物时，距离预警模式利用外部检测单元检测障碍目标与船舶的距离，发出警示，进一步，当距离小于预定的极限距离时，执行单元操作舵机改变航线；当船舶靠近事故点附近时，主控芯片读取存储器中该事故发生的主要原因，人工校验当前船舶是否存在同样问题，有则整改、无则顺利通过。上述三种避碰预警模式并列运行，互不干扰，相互补充，人工与自动相结合，以尽可能消除船撞桥事故。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，具体涉及到一种船舶避碰预警系统。
背景技术
根据各种相关资料文献的记录，船撞桥事故在世界各地一直在不断地发生，船撞桥事故的次数远比人们想象的频繁。在我国，船撞桥事故同样频繁发生。如武汉长江大桥自从1957年建成以来，大约发生了70起船撞桥事故；南京长江大桥建桥至今已发生约30起船撞桥事故；有报道说，白沙沱大桥发生的船撞桥事故达到了上百起之多。
由于船撞桥事故时常发生，而且一旦发生会给生命、财产以及环境和社会造成了极大的损害，因此深入开展有关研究，开发一种船舶避碰预警系统，以减小船撞桥事故率、降低船撞桥风险，具有重要的意义。
发明内容
为了减小船撞桥事故率、降低船撞桥风险，本发明提供了一种船舶避碰预警系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种船舶避碰预警系统，包括：主控芯片；输入按键，发送要查询的信息或切换所述船舶避碰预警系统的运行模式，并将信号传输至主控芯片；存储器，存储航道碍航物数据库、船撞桥事故数据库、船舶航行记录，所述航道碍航物数据库记录碍航物、船撞桥事故数据库记录事故点，所述碍航物与事故点组成预警点；读写器，联系主控芯片与存储器，实现寻卡、读卡、写卡功能；外部检测单元，接收主控芯片的控制信号后进行相应的动作操作，获取障碍目标与船舶之间的距离，并将数据信号传输给主控芯片；内部检测单元，实时监控船舶的船速、冷却液温度、短时燃油修正、进气压力、转速、进气温度、燃油量和排除故障后里程等运行参数，并将数据信号传输至主控芯片；GPS模块，完成位置、时间、日期和速度数据的接收，并将数据信号传输至主控芯片；显示单元，显示所述外部检测单元、内部检测单元、GPS模块所获取参数，以及船舶避碰预警系统的运行状态；执行单元，接受主控芯片的输出信号，控制船舶舵机的舵角大小；蜂鸣器，接受主控芯片的输出信号，用于发声示警；温度传感器，测量所述船舶避碰预警系统的环境温度，并反馈至主控芯片；保密模块，采用射频识别系统与主控芯片通信，用于船员身份卡的识别辨认；
所述存储器与GPS模块构建成区域预警模式，所述外部检测单元、GPS模块与执行单元构建成距离预警模式，所述存储器与GPS模块构建成经验预警模式；
所述区域预警模式的运行流程如下：所述保密模块识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片读取存储器中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块获取船舶位置参数；当船舶与预警点的距离大于预设的安全距离时，预警系统不提示；当船舶航行到与预警点的距离小于预设的安全距离时，蜂鸣器开始报警，显示单元也会显示当前预警点的基础信息；当船舶安全通过后，系统就不再提示；
所述距离预警模式的运行流程如下：所述保密模块识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片读取存储器中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块获取船舶位置参数；外部检测单元在主控芯片的控制下转向预警点并进行连续扫描测距；当船舶与预警点的距离大于预设的安全距离时，预警系统不提示；当船舶航行到与预警点的距离小于预设的安全距离且大于极限距离时，预警系统就开始提示，蜂鸣器开始报警，显示单元也会显示当前预警点的基础信息；当船舶航行到与预警点的距离小于极限距离时，主控芯片控制执行单元操作舵机改变航线，使得船舶偏离预警点；当船舶安全通过后，系统就不再提示；
所述经验预警模式的运行流程如下：所述保密模块识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片读取存储器中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块获取船舶位置参数；当前预警点为事故点，主控芯片读取存储器中该事故发生的主要原因，然后人工校验当前船舶是否存在同样问题，有则整改、无则顺利通过。
所述主控芯片采用微处理器芯片STM32F103ZET6，所述STM32F103ZET6通过I/O端口与输入按键、显示单元、蜂鸣器、温度传感器通信，所述STM32F103ZET6通过SPI接口与读写器建立联系，所述STM32F103ZET6的利用内置定时器产生的PWM 输出信号控制外部检测单元、执行单元动作，所述STM32F103ZET6通过USART串口与内部检测单元、GPS模块通信。
所述外部检测单元包括用于测量障碍目标与船舶之间的距离的激光测距仪，以及用于带动所述激光测距仪往返扫描的步进电机。
所述内部检测单元为船载诊断系统，所述主控芯片与车载诊断系统的之间采用通用无线分组业务实现通信。
所述保密模块为RFID模块，所述主控芯片与RFID模块之间通过SPI接口实现通信。
本发明的有益效果是：本发明具有三种避碰预警模式，存储器与GPS模块构建成区域预警模式，外部检测单元、GPS模块与执行单元构建成距离预警模式，存储器与GPS模块构建成经验预警模式。当船舶进入预警点附近时，区域预警模式提供警报与提醒；当船舶靠近碍航物时，距离预警模式利用外部检测单元检测障碍目标与船舶的距离，发出警示，进一步，当距离小于预定的极限距离时，执行单元操作舵机改变航线；当船舶靠近事故点附近时，主控芯片读取存储器中该事故发生的主要原因，人工校验当前船舶是否存在同样问题，有则整改、无则顺利通过。上述三种避碰预警模式并列运行，互不干扰，相互补充，人工与自动相结合，以尽可能消除船撞桥事故。
附图说明
图1是本发明实施例的硬件系统框图。
图2是本发明实施例中区域预警模式的流程原理框图。
图3是本发明实施例中距离预警模式的流程原理框图。
图4是本发明实施例中经验预警模式的流程原理框图。
图5是本发明实施例中船舶避碰示意图。
主控芯片1、输入按键2、存储器3、读写器4、外部检测单元5、内部检测单元6、GPS模块7、显示单元8、执行单元9、蜂鸣器10、温度传感器11、保密模块12、激光测距仪51、步进电机52、船舶01、预警点02、原航线03、校正后航线04、安全距离R、极限距离r。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例中，如图1所示，一种船舶避碰预警系统，包括：主控芯片1；输入按键2，发送要查询的信息或切换所述船舶避碰预警系统的运行模式，并将信号传输至主控芯片1；存储器3，存储航道碍航物数据库、船撞桥事故数据库、船舶航行记录，所述航道碍航物数据库记录碍航物、船撞桥事故数据库记录事故点，所述碍航物与事故点组成预警点；读写器4，联系主控芯片1与存储器3，实现寻卡、读卡、写卡功能；外部检测单元5，接收主控芯片1的控制信号后进行相应的动作操作，获取障碍目标与船舶之间的距离，并将数据信号传输给主控芯片1；内部检测单元6，实时监控船舶的船速、冷却液温度、短时燃油修正、进气压力、转速、进气温度、燃油量和排除故障后里程等运行参数，并将数据信号传输至主控芯片1；GPS模块7，完成位置、时间、日期和速度数据的接收，并将数据信号传输至主控芯片1；显示单元8，显示所述外部检测单元5、内部检测单元6、GPS模块7所获取参数，以及船舶避碰预警系统的运行状态；执行单元9，接受主控芯片1的输出信号，控制船舶舵机的舵角大小；蜂鸣器10，接受主控芯片1的输出信号，用于发声示警；温度传感器11，测量所述船舶避碰预警系统的环境温度，并反馈至主控芯片1；保密模块12，采用射频识别系统与主控芯片1通信，用于船员身份卡的识别辨认。所述存储器3与GPS模块7构建成区域预警模式Ⅰ，所述外部检测单元5、GPS模块7与执行单元9构建成距离预警模式Ⅱ，所述存储器3与GPS模块7构建成经验预警模式Ⅲ。
本实施例具有三种避碰预警模式，存储器3与GPS模块7构建成区域预警模式Ⅰ，外部检测单元5、GPS模块7与执行单元9构建成距离预警模式Ⅱ，存储器3与GPS模块7构建成经验预警模式Ⅲ。当船舶01进入预警点02附近时，区域预警模式提供警报与提醒；当船舶01靠近碍航物时，距离预警模式利用外部检测单元5检测碍航物与船舶01的距离，发出警示，进一步，当距离小于预定的极限距离r时，执行单元9操作舵机改变航线；当船舶靠近事故点附近时，主控芯片1读取存储器3中该事故发生的主要原因，人工校验当前船舶01是否存在同样问题，有则整改、无则顺利通过。上述三种避碰预警模式并列运行，互不干扰，相互补充，人工与自动相结合，以尽可能消除船撞桥事故。
实施例中，区域预警模式Ⅰ的运行流程如图2所示：所述保密模块12识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片1读取存储器3中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块7获取船舶位置参数；当船舶与预警点的距离大于预设的安全距离R时，预警系统不提示；当船舶航行到与预警点的距离小于预设的安全距离R时，蜂鸣器10开始报警，显示单元8也会显示当前预警点的基础信息；当船舶安全通过后，系统就不再提示。另外，在预设的安全距离R范围内，如果存在多个预警点02时，可将其合并，一是能简化系统，二是能降低船员负担。
实施例中，距离预警模式Ⅱ的运行流程如图3所示：所述保密模块12识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片1读取存储器3中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块7获取船舶位置参数；外部检测单元5在主控芯片1的控制下转向预警点并进行连续扫描测距；当船舶与预警点的距离大于预设的安全距离R时，预警系统不提示；当船舶航行到与预警点的距离小于预设的安全距离R且大于极限距离r时，预警系统就开始提示，蜂鸣器10开始报警，显示单元8也会显示当前预警点的基础信息；当船舶航行到与预警点的距离小于极限距离r时，主控芯片1控制执行单元9操作舵机改变航线，使得船舶偏离预警点；当船舶安全通过后，系统就不再提示。图5所示即经距离预警模式Ⅱ校正后航线04。
实施例中，经验预警模式Ⅲ的运行流程如图4所示：所述保密模块12识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片1读取存储器3中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块7获取船舶位置参数；当前预警点为事故点，主控芯片1读取存储器3中该事故发生的主要原因，然后人工校验当前船舶是否存在同样问题，有则整改、无则顺利通过。
实施例中，区域预警模式与经验预警模式的核心是存储器中的航道碍航物数据库、船撞桥事故数据库，其中，航道碍航物数据库记录有常用航道中的桥梁、轮渡口、沉船等碍航物，船撞桥事故数据库记录常用航道中以往的事故点，船撞桥事故数据库可采用类似《船撞桥事故综述戴彤宇》一文中船撞桥事故数据库 SCB(Ship Collision with Bridge)的建立方式。特别的，船撞桥事故数据库可记录每次事故的船舶特征、气象水文特征和交通流量等特征，通过与内部检测单元6所获取的当前信息相比对，能为船长的决策提供参考，减少误判，进而降低事故率。本实施例的硬件基础和功能可进一步进行扩展，例如以互信息理论为基础，将用于船舶碰撞事故分析的数据进行了整理，将连续型的数据进行了离散并统一数据类型，再利用 MATLAB计算了事故数据中特征因素间互信息值，并通过该值削减了多余的特征因素并确定特征因素间的依赖关系，对事故原因进行准确分析，为如何规避事故提供可靠的意见和数据。
实施例中，如图1所示，所述主控芯片1采用微处理器芯片STM32F103ZET6，所述STM32F103ZET6通过I/O端口与输入按键2、显示单元8、蜂鸣器10、温度传感器11通信，所述STM32F103ZET6通过SPI接口与读写器4建立联系，所述STM32F103ZET6的利用内置定时器产生的PWM 输出信号控制外部检测单元5、执行单元9动作，所述STM32F103ZET6通过USART串口与内部检测单元6、GPS模块7通信。本实施例选用的STM32F103ZET6能够以非常低的能耗提供包括通用的I/O端口、串口和定时器在内的众多资源。
实施例中，如图1所示，所述外部检测单元5包括用于测量障碍目标与船舶01之间的距离的激光测距仪51，以及用于带动所述激光测距仪51往返扫描的步进电机52。本实施例的外部检测单元5可以为单组，也可设置多组，激光测距仪51可以单自由度扫描，也可多自由度扫描。
实施例中，如图1所示，所述内部检测单元6为船载诊断系统，所述主控芯片1与车载诊断系统的之间采用通用无线分组业务实现通信。本实施例的船载诊断系统即On-BoardDiagnostic（OBD），其与主控芯片1的通信采用通用无线分组业务技术（GPRE技术），GPRE技术拥有各种抗干扰的防线，数据传输更简单方便，安全性、可靠性能够满足要求。此外，GPRE技术省去部分电缆，节省了船内空间，也可方便于使用其他终端如手机、独立终端查询船舶的OBD信息。
实施例中，如图1所示，所述保密模块12为RFID模块，所述主控芯片1与RFID模块之间通过SPI接口实现通信。本实施例中的RFID模块能够在很短时间内准确完成身份识别，并且RFID标签具有唯一的序列号和数字化的密码，重码率极低，因此相对于控制船门的防盗而言，可以作为船舶防盗、保密的第二重屏障。
实施例中，如图1所示，温度传感器11用于测量船舶避碰预警系统的环境温度，选用DS18B20，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。进一步的，可增加露点仪等装置，与温度传感器11一切监控工作环境，确保船舶避碰预警系统处于平稳的工作环境中，以保持性能的稳定。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种船舶避碰预警系统，其特征在于：包括
主控芯片（1）；
输入按键（2），发送要查询的信息或切换所述船舶避碰预警系统的运行模式，并将信号传输至主控芯片（1）；
存储器（3），存储航道碍航物数据库、船撞桥事故数据库、船舶航行记录，所述航道碍航物数据库记录碍航物、船撞桥事故数据库记录事故点，所述碍航物与事故点组成预警点；
读写器（4），联系主控芯片（1）与存储器（3），实现寻卡、读卡、写卡功能；
外部检测单元（5），接收主控芯片（1）的控制信号后进行相应的动作操作，获取障碍目标与船舶之间的距离，并将数据信号传输给主控芯片（1）；
内部检测单元（6），实时监控船舶的船速、冷却液温度、短时燃油修正、进气压力、转速、进气温度、燃油量和排除故障后里程，并将数据信号传输至主控芯片（1）；
GPS模块（7），完成位置、时间、日期和速度数据的接收，并将数据信号传输至主控芯片（1）；
显示单元（8），显示所述外部检测单元（5）、内部检测单元（6）、GPS模块（7）所获取参数，以及船舶避碰预警系统的运行状态；
执行单元（9），接受主控芯片（1）的输出信号，控制船舶舵机的舵角大小；
蜂鸣器（10），接受主控芯片（1）的输出信号，用于发声示警；
温度传感器（11），测量所述船舶避碰预警系统的环境温度，并反馈至主控芯片（1）；
保密模块（12），采用射频识别系统与主控芯片（1）通信，用于船员身份卡的识别辨认；
所述存储器（3）与GPS模块（7）构建成区域预警模式（Ⅰ），所述外部检测单元（5）、GPS模块（7）与执行单元（9）构建成距离预警模式（Ⅱ），所述存储器（3）与GPS模块（7）构建成经验预警模式（Ⅲ）；
所述区域预警模式（Ⅰ）的运行流程如下：所述保密模块（12）识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片（1）读取存储器（3）中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块（7）获取船舶位置参数；当船舶与预警点的距离大于预设的安全距离（R）时，预警系统不提示；当船舶航行到与预警点的距离小于预设的安全距离（R）时，蜂鸣器（10）开始报警，显示单元（8）也会显示当前预警点的基础信息；当船舶安全通过后，系统就不再提示；
所述距离预警模式（Ⅱ）的运行流程如下：所述保密模块（12）识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片（1）读取存储器（3）中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块（7）获取船舶位置参数；外部检测单元（5）在主控芯片（1）的控制下转向预警点并进行连续扫描测距；当船舶与预警点的距离大于预设的安全距离（R）时，预警系统不提示；当船舶航行到与预警点的距离小于预设的安全距离（R）且大于极限距离（r）时，预警系统就开始提示，蜂鸣器（10）开始报警，显示单元（8）也会显示当前预警点的基础信息；当船舶航行到与预警点的距离小于极限距离（r）时，主控芯片（1）控制执行单元（9）操作舵机改变航线，使得船舶偏离预警点；当船舶安全通过后，系统就不再提示；
所述经验预警模式（Ⅲ）的运行流程如下：所述保密模块（12）识别身份卡，确认后系统启动，设定航线，主控芯片（1）读取存储器（3）中数据库，获取当前航线中的预警点，并通过GPS模块（7）获取船舶位置参数；当前预警点为事故点，主控芯片（1）读取存储器（3）中该事故发生的主要原因，然后人工校验当前船舶是否存在同样问题，有则整改、无则顺利通过。
2.根据权利要求1所述的船舶避碰预警系统，其特征在于：所述主控芯片（1）采用微处理器芯片STM32F103ZET6，所述STM32F103ZET6通过I/O端口与输入按键（2）、显示单元（8）、蜂鸣器（10）、温度传感器（11）通信，所述STM32F103ZET6通过SPI接口与读写器（4）建立联系，所述STM32F103ZET6的利用内置定时器产生的PWM 输出信号控制外部检测单元（5）、执行单元（9）动作，所述STM32F103ZET6通过USART串口与内部检测单元（6）、GPS模块（7）通信。
3.根据权利要求1所述的船舶避碰预警系统，其特征在于：所述外部检测单元（5）包括用于测量障碍目标与船舶之间的距离的激光测距仪（51），以及用于带动所述激光测距仪（51）往返扫描的步进电机（52）。
4.根据权利要求1所述的船舶避碰预警系统，其特征在于：所述内部检测单元（6）为船载诊断系统，所述主控芯片（1）与车载诊断系统的之间采用通用无线分组业务实现通信。
5.根据权利要求1所述的船舶避碰预警系统，其特征在于：所述保密模块（12）为RFID模块，所述主控芯片（1）与RFID模块之间通过SPI接口实现通信。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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