CN109153433A - 用于操作一艘或更多艘拖船的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于控制至少一艘拖船的系统。该系统包括用于无线地远程控制所述至少一艘拖船的控制中心，以及适于辅助船舶进行调遣的至少一艘拖船。

Description

用于操作一艘或更多艘拖船的方法和系统

技术领域

本公开涉及用于操作一艘或更多艘拖船的方法和系统，尤其是远程控制拖船，例如，无人驾驶远程控制并且可选为部分自主操作的拖船。

背景技术

用于例如辅助船舶(举例来说，如货船)进港、泊位、离开泊位以及出港的辅助操作常规上通过有人驾驶的拖船来执行，该有人驾驶的拖船由船长在其他许多船员(如零至八人的干练海员)的辅助下操作。船舶需要这种援助，因为它们通常不能在港口环境的限制下自行调遣。使用一艘或更多艘拖船利用拖缆来牵引船舶，该拖缆将拖船上的绞车(winch)连接至船舶上的绞盘(capstan)或系桩(bollard)。船舶上的连接点可以靠近船尾或者靠近船首，但也可以介于两者之间。还可以在需要时使用一艘或更多艘拖船推动船舶。对于此，拖船的船首在要辅助的船舶(下文中被称为“被辅助船舶”)的船体上接合一个坚固点(推动点)。船体上的坚固点通常标有大写字母TUG，以便拖船的船员能够识别出该坚固点的位置。

一般来说，拖船是在水域、海港、海湾、通航渠道、湖泊以及河流中工作的小船(boat)，拖船的目的是通过其发动机及其推进器将机械能从拖船传递至待拖曳/辅助的船舶。拖船通过提供强力柴油电动或柴油驱动来适应其任务，并且具有极高的动力吨位比，以便能够提供大的拉力/推力(系桩拉力)。

拖船的动力通常由其发动机的马力及其总体系桩拉力来规定。2000年至2010年间，用于拖曳集装箱船或类似船只的最大商港拖船有大约60吨-65吨的系桩拉力，其被认为比“普通”拖船高出15吨。

拖船具有高度的机动性，并且已经开发出各种推进系统来增加机动性和安全性。大多数拖船都是螺旋桨驱动的。添加了Kort喷嘴以增加每kW/hp的推力。喷嘴-方向舵省掉了对传统方向舵的需要。拖船通常设置有所谓的Z形驱动器或(方位推进器)，其是可以360°旋转的吊舱，允许推力方向的快速变化。

另外或作为另选，拖船设置有Voith-Schneider螺旋桨(VSP)，也被称为摆线驱动器，其是一种专门的船舶推进系统。VSP是高度机动的，能够几乎瞬间改变其推力的方向。其广泛用于拖船。从围绕垂直轴旋转的圆形板起，圆形阵列的垂直叶片(采用水翼形状)从船底突出。每个叶片本身都可以围绕垂直轴旋转。内部齿轮与板的旋转同步地改变叶片的迎角，使得每个叶片都可以向任何方向提供推力，非常类似于直升机中的总距(collectivepitch)控制和循环。

拖船操作(即，船舶辅助操作)的运营成本是船员费用的主要部分。因此，希望减少操作拖船的费用。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种克服或至少减轻上述问题的系统。

前述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实现形式根据从属权利要求、描述以及附图变得清晰。

根据第一方面，提供了一种用于控制至少一艘拖船的系统。所述系统包括：

控制中心，该控制中心用于无线地远程控制所述至少一艘拖船，以辅助船舶进行调遣，

适于辅助船舶进行调遣的至少一艘拖船，以及

移动远程控制单元，该移动远程控制单元被配置成一旦所述拖船抵达特定位置就无线地控制所述拖船，所述移动远程控制单元被配置成向所述拖船发出推力指令，并且所述拖船被配置成针对被辅助船舶执行所述推力指令。

通过提供用于控制至少一艘远程控制拖船的控制中心，可以从控制中心操作所述拖船，并且可以减少所述拖船上所需船员的数量。

在第一方面的第一种可能实现形式中，所述至少一艘拖船设置有优选具有沿环绕所述至少一艘拖船的区域的水平面的360°视场的光学传感器结构或摄像机结构，以及用于将所述光学传感结构或摄像机结构的信号无线地发送至所述控制中心的发送器，并且所述控制中心设置有用于接收来自所述光学传感器的信号的接收器，并且所述控制中心设置有显示屏，该显示屏用于优选实时地，更优选实时地并且在360°环形排列的显示屏上向操作人员显示所述光学传感器结构或摄像机结构的信号。

在第一方面的第二种可能实现形式中，所述至少一艘拖船设置有声学传感器结构(优选为沿水平面具有360°听力场的定向声学传感器结构)，以及用于将所述声学传感器的信号无线地发送至所述控制中心的发送器，并且所述控制中心设置有用于接收来自所述声学传感器的信号的接收器，并且所述控制中心设置有换能器，该换能器用于优选实时地，更优选实时地并且在空间上，在所述控制中心再现所述光学传感器的信号。

在第一方面的第三种可能实现形式中，所述至少一艘拖船包括定位系统，优选为基于卫星的定位系统，并且所述至少一艘拖船被配置成将由所述定位系统确定的所述至少一艘拖船的位置发送至所述远程控制中心。

在第一方面的第四种可能实现形式中，所述至少一艘拖船包括导航系统，该导航系统被配置成使所述拖船优选自主地从其当前位置(举例来说，如停泊位置)航行至从所述控制中心接收到的目标位置(举例来说，如出发位置)。

在第一方面的第五种可能实现形式中，所述至少一艘拖船包括控制器，该控制器被配置成使所述拖船自主停泊，所述控制器被配置成准确地对所述至少一艘拖船的附近环境作出反应，以避免所述至少一艘拖船的泊位或船体过载。

在第一方面的第六种可能实现形式中，所述拖船设置有起重机或机器人臂以及用于控制所述起重机或机器人臂的控制器，所述控制器被配置成从所述控制中心无线地接收用于操作所述起重机或机器人臂的指令。

在第一方面的第七种可能实现形式中，所述至少一艘拖船包括控制和通信装置，该控制和通信装置被配置成接收并执行从所述控制中心无线地接收的指令，并且其中，所述控制中心包括通信装置，该通信装置被配置成向所述至少一艘拖船上的所述控制和通信装置发送指令。

在第一方面的第八种可能实现形式中，所述系统还包括配给引航员的便携式控制单元，所述引航员优选地位于至少一艘拖船的邻近区域，所述控制单元被配置成允许所述引航员向所述至少一艘拖船无线地发送推力指令。

在第一方面的第九种可能实现形式中，所述至少一艘拖船被配置成在接收到相应地从所述控制单元或者从所述控制中心接收的指令后，以基本恒定的距离，优选地以相对于被辅助船舶固定的相对位置，来跟随所述被辅助船舶。

在第一方面的第十种可能实现形式中，将增强现实覆在所述显示屏上，两者都用于声音并且还优选用于拖船的航线中的障碍物。

在第一方面的第十一种可能实现形式中，所述拖船是无人驾驶的，并且优选为至少部分自主操作。

根据第二方面，提供了一种用于从远程控制中心控制适于辅助船舶进行调遣的至少一艘拖船的方法，所述方法包括：

提供至少一艘拖船，

提供远程控制中心，

从所述远程控制中心向所述至少一艘拖船中的至少一艘拖船无线地发送指令，该指令用于使所述拖船航行至特定位置以辅助船舶进行调遣，

在所述至少一艘拖船上无线地接收所述指令，

所述至少一艘拖船航行至所述特定位置，

在所述特定位置的邻近区域提供移动远程控制单元，

从所述移动远程控制单元向所述拖船发出推力指令，以及

所述拖船针对被辅助船舶执行所述推力指令。

在第二方面的第一种可能实现形式中，所述方法包括：引航人员对所述移动远程控制单元进行操作，优选地，此时所述移动远程控制单元位于在所述被辅助船舶上。

在第二方面的第二种可能实现形式中，在所述拖船辅助所述船舶进行调遣时，对所述拖船的控制从所述控制中心转移至所述移动远程控制单元。

在第二方面的第三种可能实现形式中，所述方法还包括：所述至少一艘拖船从其当前位置自主航行至所述特定位置，优选地包括所述至少一艘拖船自主地从其当前位置导航至所述特定位置。

在第二方面的第四种可能实现形式中，无线发送指令包括向所述至少一艘拖船发送以恒定的距离跟随被辅助船舶的指令，优选地，被辅助船舶通过拖缆连接至所述至少一艘拖船，此时该拖缆上没有张力。

在第二方面的第五种可能实现形式中，所述方法还包括：利用所述至少一艘拖船上的传感器检测光学信号和/或声学信号，并且将来自被检测的目标和/或声学传感器的信号无线地发送至所述远程控制单元。

在第二方面的第六种可能实现形式中，所述方法还包括：从远程控制单元(例如，由引航员操作的被辅助船舶上的便携式远程控制单元)向所述至少一艘拖船发送指令，以将连接至所述至少一艘拖船的拖缆的自由端递送至被辅助的船舶上的接收方，尤其是位于被辅助的船舶上的特定位置的接收方，并且所述至少一艘拖船将所述拖缆的自由端递送至所述接收方。

在第二方面的第七种可能实现形式中，所述方法还包括：从远程控制单元(例如，由引航员操作的被辅助船舶上的便携式远程控制单元)向所述至少一艘拖船发送用于卷起拖缆的指令，从而所述至少一艘拖船卷起所述拖缆。

在第二方面的第八种可能实现形式中，所述方法还包括：从远程控制单元(例如，由引航员操作的被辅助船舶上的便携式远程控制单元)向所述至少一艘拖船发送针对具有给定大小和方向的推力命令的指令，从而所述至少一艘拖船根据从远程位置接收到的所述指令向被辅助船舶施加具有所指示的大小和方向的推力。

根据下面描述的实施方式，本发明的这些和其它方面将是显而易见的。

附图说明

在本公开的以下详述部分中，将参照附图中所示的示例实施方式对本发明进行更详细的说明，在附图中：

图1是辅助操作期间被辅助船舶和多艘拖船的侧视图，

图2是图1的被辅助船舶和多艘拖船在辅助操作期间的俯视图，其中在被辅助船舶的侧面有一艘附加拖船，

图3是图1的被辅助船舶和多艘拖船在辅助操作期间的俯视图，其中在被辅助船舶的侧面有两艘附加拖船，

图4是具有给引航员的远程控制单元、给控制中心的远程控制单元以及给系统中每艘拖船的控制单元的系统图，

图5是拖船的侧视图，其中起重机臂处于静止位置，

图6是图5的拖船处于保持拖缆的抬起位置的侧视图，

图7是图5的拖船的俯视图，其中起重机处于静止位置，

图8是图5的拖船的正视图，

图9是图5的拖船的俯视图，其中起重机处于工作位置，以将拖缆交给接收方，

图10是用于控制图5的拖船的操作的系统的框图，

图11是抓握工具的第一实施方式的侧视图，

图12是图11的抓握工具的另一侧的视图，

图13是抓握工具的第二实施方式的侧视图，

图14是图13的抓握工具的另一侧的视图，

图15是带有硬接头索环(splice eye)的拖缆的俯视图，

图16是带有软接头索环的拖缆的俯视图，

图17是具有用于起重机臂的支承部的导缆柱(guide bitt)的立体图，

图18至图25是例示用于操作图5的拖船的方法的流程图，

图26是控制中心的框图，

图27是图26的控制中心的俯视图，

图28是给引航员的便携式控制单元的俯视图，

图29是图28的便携式控制单元的框图，

图30和图31是图28的便携式控制单元的触摸屏的屏幕截图，

图32是具有与岸电连接的起重机的小船的俯视图，以及

图33是例示碰撞避免的图。

具体实施方式

图1是辅助操作期间被辅助船舶1和多艘拖船2的侧视图。图2是被辅助船舶1的俯视图，其可以是同一艘船舶1或者另一艘船舶1，其中，附加拖船在被辅助船舶1的侧面推动。图3是被辅助船舶1的另一俯视图，其中两艘拖船2从被辅助船舶1的侧面拉动。参与辅助操作的拖船2的数量取决于被辅助船舶1的大小、被辅助船舶1自行调遣的能力以及单艘拖船2可以传递的拉力(系桩拉力)。通常，拖船2将能够传递至少40吨的系桩拉力，优选至少50吨，更优选地，至少60吨。被辅助船舶1可以是需要辅助的任何类型的船舶1，举例来说，如货船，在图1中以集装箱船为例。该示例示出了所谓的双岛集装箱船，其设计有靠近船尾6的用于排气的烟囱4，以及靠近船首7的舰桥5。集装箱8显示被堆放在甲板上方，通常也堆放在甲板下方。船体3的侧面设置有标着文字“TUG”的坚固点9，用于指示船体上的、适于由推进船体3的拖船2接合的位置。

船舶1在沿船舶侧面的多个位置处设置有系桩和绞盘，用于连接拖缆10。通常，系桩和绞盘设置在船尾6附近和船首7附近并且沿着船体3的侧面以规则的间隔设置。拖缆10根据实际需要安装在船舶1上的适当位置。因此，拖缆10的一端连接至船舶1，并且拖缆10的另一端连接至拖船2。

在辅助操作中，引航员处于被辅助船舶1上，并且引航员负责控制拖船2的推力动作。在常规设定下，引航员借助无线无线电通信向各艘拖船的船长发出推力指令。

本实施方式涉及拖船2，该拖船2优选为无人驾驶的并且优选为部分远程控制并且优选为部分自主操作。拖船2优选地能够响应于(无线)接收到的指令而部分自主操作并且部分在直接(无线)远程控制下操作。

图4是例示用于控制拖船2的系统的系统图。每艘拖船2都设置有电子控制单元50，该电子控制单元50设置有无线通信装置。涉及的拖船2的数量可以变化，如编号1…n所示。将具有无线通信装置的系统控制器250设置在控制中心200处，并且将具有无线通信装置的远程控制器150例如提供给被辅助船舶1上的引航员。拖船2基于编程指令自主操作，基于来自控制中心200处的系统控制器250的指令半自主地操作，或者基于来自由引航员操作的远程控制单元150的指令在直接远程控制下操作。系统控制单元或系统控制器250包括发送器-接收器结构，其用于在系统控制器250与拖船2之间发送和接收信息。类似地，拖船2包括相应的发送器-接收器结构，其用于向系统控制器250发送信息和从系统控制器250接收信息。系统控制单元250被配置成，向拖船1发送命令指令以控制其移动。以这种方式，可以将导航命令推力指令发送给拖船。同时，信息可以从拖船发送至陆基控制中心200。例如，将与拖船有关的实时视频图像或其它传感器数据发送回陆基控制中心。

系统控制器250例如将位于岸上的控制中心200中，并且通常不与拖船2视觉接触。系统控制器250控制一队或多个拖船2。系统控制器250决定哪些拖船2被派遣行动并指示拖船2从停泊位置到出发位置的导航，反之亦然。系统控制器250因此用于指示拖船2导航至特定位置，并且在一实施方式中，拖船2将在接收到指令后自主地导航至该特定位置。当拖船2到达出发位置时，拖船2的控制将由引航员利用远程控制单元150接管。远程控制单元150用于控制拖船2，同时辅助船舶1进行调遣。远程控制单元150由引航员操作，并且引航员通常将会与用于辅助船舶1进行调遣的拖船2视觉接触。另选地或另外，系统陆基控制中心200在整个操作中对拖船进行控制。以这种方式，从位于岸上的系统控制器250远程控制一艘或更多艘拖船。有利地，通过将引航员留在陆基控制中心200，如果环境条件危险，引航员可以远离危险。

起重机上的摄像机及其向远程控制中心200或者向远程控制单元150广播的信号允许远程控制中心200中的操作员或者借助远程控制单元150的引航员访问。

图5至图9示出了拖船2的示例实施方式，其可以用于辅助船舶1进行调遣。拖船2包括船体23，该船体23设置有尾鳍24。船体23从船尾26延伸至船首27。船体23设置有周向碰垫(fender)29。

采用一个或两个方位推进器28(喷嘴驱动器)形式的一个或两个推进器设置在船尾26附近(尽管其它位置也是可能的)并且沿任何希望(水平)的方向提供推力。方位推进器28连接至内燃机(柴油发动机)或柴油电驱动器或电驱动马达来提供推力，例如，至少40吨的系桩拉力。燃料箱和/或电池也容纳在船体23中。

拖船2设置有容纳动力绞车21的上部结构25；在该实施方式中，两个动力绞车在一个轴上并排，并为雷达桅杆30提供支承，该雷达桅杆30设置有雷达天线31和用于无线电通信的其它天线。上部结构25还为起重机22和两个激光雷达(LIDAR)传感器17提供支承。

起重机22用于处理拖缆10，该拖缆10至少部分地卷绕到动力绞车21上，即，拾取拖缆10的自由端并将拖缆10交给被辅助船舶1的甲板上的干练海员或其他船员。起重机22的另一个任务是处理系泊索(mooring rope)并在拖船2停泊时处理针对岸的电连接。

一条拖缆10从动力绞车21延伸至并穿过位于上部结构25前方的系缆柱(bitt)11中的孔。动力绞车21优选为双绞车，并且另一拖缆10(图7)可以从动力绞车21延伸穿过位于上部结构25后方的系缆柱12中的孔。

系缆柱11和12引导拖缆10并确保拖缆10相对于动力绞车21具有直角，以便正确地卷起和放出拖缆10。拖缆10的自由端由起重机22的自由端处的抓握工具握持。将所谓的艏缆(painter)13附接到拖缆10的自由端。艏缆13是一条轻型缆绳，其可以由船员控制并通过被辅助船舶1中的导缆器送至被辅助船舶1上的绞盘。然后，通过启用绞盘，可以将重型拖缆10通过导缆器拖拉至船舶1的甲板上。

上部结构25承载雷达桅杆30，其上设置有雷达天线31。雷达桅杆30还设置有用于无线电通信目的的其它天线。

上部结构25还用作起重机22的支承部。在该实施方式中，起重机22是转向节臂式起重机，但也可以使用任何其它合适类型的起重机或机器人臂。在一实施方式中，起重机臂设置有消防龙头(fire monitor)(未示出)或者至少设置有用于将消防龙头固定至起重机臂的装置。

拖船2上的起重机22、动力绞车21以及其它设备可以是液压动力的。为此，拖船2设置有液压泵或泵站，其在电子控制单元50的控制下为这些消耗者提供加压液压流体。

起重机22通过优选为环形的基础构件35围绕拖船2的垂直轴相对于上部结构25枢转地悬挂。起重机臂的内节段32的近端铰接至基础构件35，并且内节段32的远端通过铰链34铰接至起重机臂的外节段33。起重机臂的外节段33是可伸缩的，以增大起重机的范围。

第一液压缸36在其近端铰接至基础构件35并且在其远端铰接到外节段33。第一液压缸36可以用于下端升高起重机臂。起重机臂在图5中处于降低的静止位置，而起重机臂在图6中示出处于抬起位置，但应该明白，起重机22可以升高到高于图6所示的高度。第二液压缸37沿外节段33延伸，用于调节可伸缩外节段33的长度。示出了起重机臂，其外节段处于图9中的伸出位置。

工具42设置在起重机臂的自由远端处。在一实施方式中，工具42是抓握工具，但应当明白，该工具42是可更换工具，并且可以根据需要更换成用于不同目的的工具，如消防龙头或电连接器、吊钩、探照灯。为此，拖船2设置有组装工具，其可以被安装至起重机臂的自由远端。该组装工具存方在拖船2上起重机22的自由端可以到达的位置，使得起重机臂的自由端的端部处的工具可以在不需要物理存在操作人员的情况下进行更换。

起重机臂设置有指示起重机臂的位置的传感器(未示出)。在一实施方式中，起重机臂设置有用于确定作用在起重机臂上的力/载荷的传感器(未示出)。

拖船2设置有用于起重机臂的支承部38，当起重机臂不工作时，起重机臂可以搁在该支承部上，即，该支承部用于为起重机臂提供局部位置。在一实施方式中，支承部38是前甲板上的系缆柱11的组成部分，并且优选地具有轭的形式。拖船可以设置有两个支承部，前甲板上有一个支承部38，后甲板上有一个支承部39，使得起重机臂可以处于向前位置或者向后位置。支承部39优选为系缆柱12的组成部分并且成形为轭状。支承部38、39充当用于校准起重机臂的位置的基准点。在一实施方式中，电子控制单元50被配置成，在支承部38或支承部39处以规则的时间间隔重新校准起重机臂。

在一实施方式中，拖缆10的自由远端设置有接头索环14。拖缆10优选为合成材料，其既强又轻，足以漂浮。这种类型的拖缆可购买到。套管15环绕拖缆10设置在靠近接头索环14的位置处。套管15的细节及其功能将在下面进一步详细描述。

在图9中，示出了起重机握持拖缆10的自由端，其中起重机臂的伸缩外节段33处于其伸出位置。这是适于将拖缆10的自由端递送给被辅助船1上的干练海员的位置。

图10是拖船2上的控制系统和设备的框图。电子控制单元50连接至传感器阵列，包括定位系统(GPS)、运动传感器(或运动参照传感器-也可以感测加速力)、麦克风或麦克风结构、摄像机结构(优选为数字视频摄像机)、雷达31、激光雷达(激光扫描仪)、喷嘴角检测器、第一RFID读取器、第二RFID读取器、以及拖缆力传感器，优选为定向力传感器、起重机位置传感器、起重机力传感器。电子控制单元还连接至无线通信装置54、动力绞车21、驱动喷嘴驱动器28的发动机或驱动马达，还连接至驱动器28(方向控制和角传感器)、起重机22(包括运动补偿单元以及抓握工具42)。拖缆力传感器可以是动力绞车21上的扭矩传感器和各系缆柱11、12处的应变仪或类似力测量装置的组合，以使向电子控制单元50通知向拖缆10施加的拉力的大小并且通知由拖缆10施加的拉力的方向。

在一实施方式中，拖船2设置有光学传感器结构或数字摄像机结构，优选地，在水平平面中具有360°视野，以提供拖船2周围区域的全视图。摄像机结构可以在光谱的可视部分中和/或在光谱的可视部分之外操作。在一实施方式中，电子控制单元50被配置成将摄像机结构的信号无线地发送给控制中心200或者远程控制单元150。

电子控制单元50设置有导航模块、防撞模块以及图像识别模块，下面将对它们进一步详细描述。

图26和图27中示出的控制中心200例如设置有通信装置254，其用于接收如由拖船2上的通信装置54发送的、来自摄像机结构的信号，当然还包括由通信装置54发送的任何其它信息。控制中心200设置有显示屏272，用于(优选实时地，更优选实时地并且在360°环形排列显示屏272上)将摄像机结构的信号显示给控制中心中的操作人员。在本实施方式中，示出了采用环形结构的八个显示屏272，但应当明白，少于八个的显示屏也可以按环形结构来使用，并且多于八个的显示屏同样可以按环形结构来使用。而且，可以替代地使用投影仪等来提供单个完全圆周的显示屏。

在一实施方式中，将增强现实装置覆在显示屏277上，两者都例如用于有关声音源(距离和方向)以及拖船2的路线中的障碍物的信息。

拖船2设置有声学传感器，优选为在水平面中具有360°听力场的定向声学传感器结构。在一实施方式中，电子控制单元50被配置成将来自定向声学传感器结构的信号发送给控制中心200或者远程控制单元150。控制中心200中的电子控制单元250被配置成，在仪器上或者在显示屏上显示有关所检测到的声音的源的方向和位置的信息，例如，通过增强现实。

控制中心200设置有换能器(扩音器)274，其用于优选实时地，更优选为实时且空间地，向控制中心200中的操作人员再现经由无线通信装置254接收的光学传感器结构的信号。由此，操作人员获得已检测到的声源方向的印象。

控制中心200还设置有至少一个控制台280，其用于允许操作员输入用于控制拖船2的操作的指令或命令。控制台280、无线通信装置254、扩音器274以及显示屏272都连接至电子控制单元250。电子控制单元250被配置成，经由控制台280从操作人员接收指令和命令，并且将这些指令/命令无线地发送给所涉及拖船2。电子控制单元250还被配置成，在显示屏272上、经由扩音器274以及在控制台280中的仪器和/或显示器上再现从拖船接收到的信息。

在一实施方式中，拖船2上的定位系统是基于卫星的定位系统(例如，GPS)，并且在一实施方式中，拖船2被配置成，将如由定位系统无线确定的其地理位置无线地发送给控制中心200和/或远程控制单元150。

在一实施方式中，电子控制单元50被配置成自主地停泊拖船2。为此，电子控制单元50被配置成，准确地对至少一艘拖船2的附近环境作出反应，以避免泊位或船体23的过载。电子控制单元尤其使用来自运动参照传感器的信号，包括加速度信息和加加速度(jerk)(加速度的变化，即，加速度相对于时间的导数)。

在一实施方式中，用于从远程控制中心200控制至少一艘拖船2的方法包括以下步骤：设置拖船2，设置远程控制中心200，该远程控制中心200无线地向所述至少一艘拖船2发送指令，在拖船2上无线地接收指令，并用拖船2执行该指令。

在一实施方式中，无线地发送指令包括：发送用于拖船2驶向特定位置的指令，拖船2接收该指令并且驶向该特定位置。在一实施方式中，该方法包括以下步骤：拖船2从其当前位置自主航行到该特定位置，优选包括：拖船2自主地从其当前位置导航至特定位置。

在一实施方式中，无线发送指令包括向拖船2发送指令来以恒定距离跟随被辅助船舶1，优选为通过拖缆10连接至拖船2的被辅助船舶，该拖缆10上没有张力。

在一实施方式中，该方法包括以下步骤：从远程控制单元150向所述至少一艘拖船2发送指令，该指令用于将连接至拖船2的拖缆10的自由端递送给待辅助的船舶1上的接收方，特别是位于被辅助船舶1上的特定位置处的接收方，从而拖船2利用起重机22将拖缆10的自由端递送给接收方，以将拖缆10的自由端递送给被辅助船舶1的甲板上的船员。

在一实施方式中，该方法包括以下步骤：从远程控制单元(例如，由引航员操作的被辅助船舶1上的便携式远程控制单元150)向拖船2发送指令，该指令用于卷起或放出拖缆10，从而拖船10通过启用动力绞车21来卷起或放出拖缆10。

在一实施方式中，该方法包括以下步骤：从远程控制单元(例如，由引航员操作的被辅助船舶1上的便携式远程控制单元150)向拖船2发送针对具有给定大小和方向的推力指令的指令，该指令用于拖船2向被辅助船舶1施加具有特定大小和方向的推力，从而拖船2向被辅助船舶1施加具有如指令所指示的大小和方向的推力。

在一实施方式中，该方法包括以下步骤：从远程控制单元(例如，由引航员操作的被辅助船舶1上的便携式远程控制单元150)发送针对推力位置并且可选地针对最佳推力角的指令，从而拖船2移动至所指示的推力位置和最佳推力角。

第一RFID读取器与各系缆柱11、12相关联，并且第二RFID读取器与起重机22的自由端相关联。通信装置54允许电子控制单元50接收信息和发送信息。

电子控制单元50被配置成，控制动力绞车21的操作、发动机/驱动马达(动力)的操作以及喷嘴驱动器28的操作(角度)。电子控制单元50还被配置成控制起重机22和抓握工具(抓持器)42的操作。

在一实施方式中，来自摄像机、雷达和激光雷达、定位系统以及假设可用的声纳的信号经由通信装置54实时发送至控制中心200中的控制单元250或引航员的便携式远程控制单元150。

起重机22安装在拖船2的中央，因此其能够在前甲板和后甲板上操纵拖索(towingrope)10。中心位置还将允许起重机22在停泊情况下以及在将拖缆10递送至被辅助船舶1上的干练海员或其他船员时越过侧面。

电子控制单元50被配置成，响应于起重机上的位置传感器和运动传感器和/或拖船的运动参照单元并且响应于起重机上的RFID读取器来控制起重机的操作。

在一实施方式中，起重机22设置有运动补偿单元。在一实施方式中，运动补偿单元设置有能够围绕至少两个正交轴枢转的部件，并且其中运动补偿单元包括用于围绕所述至少两个正交轴可控制地枢转该部件的致动器。在一实施方式中，起重机22被放置在运动补偿平台上，即，运动补偿单元由运动补偿平台形成。运动补偿平台可以包括三个或更多个线性致动器，其支承平台并受电子控制单元50的控制。在另一实施方式中，起重机22的自由端的运动通过使用起重机的致动器来补偿，即，运动补偿单元由起重机22的致动器形成。在一实施方式中，拖船2的偏航至少部分地通过起重机22的旋转来补偿，并且通过起重机臂的升高或降低和/或伸出缩回移动来至少部分地补偿浪涌起伏。

运动传感器(运动参照单元)向电子控制单元50通知拖船2的运动，如俯仰、摇摆以及偏航，更优选地包括俯仰、摇摆、偏航、起伏、搜索(search)以及晃动。电子控制单元50被配置成补偿拖船2的移动，以便保持起重机臂的自由端相对于全局坐标系基本上无运动。另选地，电子控制单元50可以接收被辅助船舶1上的运动和/或位置传感器信号，并且保持起重机臂的自由端相对于被辅助船舶1基本上无运动。在一实施方式中，电子控制单元50被配置成，忽略拖船2的实际航行速度，即，在补偿时不考虑由拖船的航行速度所造成的运动。因此，当拖船2在跟随被辅助船舶1时，起重机臂的自由端可以变得稳定。通过补偿拖船2的运动或通过保持起重机臂的自由端相对于被辅助船舶1无运动，当起重机臂将拖缆10交给被辅助船舶1的甲板上的船员时，被辅助船舶1的甲板上的船员更容易抓住或捕获拖缆10或者附接至该拖缆10的艏缆13。电子控制单元50被配置成，在建立到岸上的电连接时补偿起重机臂的自由端的运动。因此，电子控制单元50被配置成，在使用时最小化由拖船的运动而造成的起重机自由端的运动。当起重机22用于从其在系缆柱11或12处的原位(停放)位置收起拖缆10的自由端时，电子控制单元50使用拖船2自身的坐标系作为参照。电子控制单元50被配置成，利用支承部38或39上的静止位置来重新校准起重机臂自由端的位置。

电子控制单元50设置有导航模块，其允许电子控制单元52自主地将拖船2从当前位置导航到所接收到的指示位置，例如，需要辅助的船舶1附近的位置。导航模块包括拖船2的安全导航所需的航海图，并形成用于拖船2的导航系统。导航模块允许电子控制单元50将拖船2从泊位导航到目标位置，例如，出发位置，即，拖船2将被部署以辅助船舶1进行调遣的位置。导航模块还允许电子控制单元将拖船从出发位置导航回泊位。因此，在经由无线通信单元54接收到指令时，电子控制单元50自主地将拖船2从泊位导航到出发位置，反之亦然。通过部署有防撞模块的电子控制单元避免了与拖船2的路径中的障碍物的碰撞，这将在下面进一步详细说明。在防撞单元的辅助下，电子控制单元50在需要时采取规避动作，以避免与诸如另一船舶、陆地、桥梁或浅水域的物体碰撞。

导航系统优选为自主导航系统，其被配置成在COLREG的意图内的所有情形下操纵拖船2。符合COLREG的算法存储在电子控制单元50中，使得电子控制单元50可以进行必要的路线校正，以便在所有情形下安全导航。

防撞模块包括关于防止碰撞的规则信息，举例来说，如COLREG(“国际海上避碰规则公约”，1972年)并按照规则采取规避动作。防撞模块使得电子控制单元2能够确定何时以及采取何种规避动作。

电子控制单元50还设置有图像识别模块，该图像识别模块允许电子控制单元50识别表示被辅助船舶1的船体3的侧面的坚固点的图像。在一实施方式中，电子控制单元借助于图像识别模块能够识别准备接收拖缆10的被辅助船舶的甲板上的船员。

图11和图12以两个侧视图更详细地例示了抓握工具42的第一实施方式。抓握工具42包括两个镜像对称部分71，它们在铰链销78处可枢转地彼此连接。金属丝弹簧75将两个部分71推到一起。两个部分71在一端形成V形凹槽用于接合拖缆10或者用于接收拖缆10上的套管15。V形凹槽79的表面与拖缆10或套管15的接触将产生抵抗金属丝弹簧75的力推动两个部分71彼此远离的力，从而绕铰链销78枢转，这类似于强加于冲洗管路上的冲洗栓(washing peg)。当抓握工具42被推过拖缆10或套管15上方时，如图11所示，拖缆10或套管15将被容纳在由每个部分71中的两个半圆柱凹槽形成的大致筒形凹槽72中。大致筒形凹槽72的最接近V形凹槽79的部分被整形成大致V形截面，该截面便于抵抗金属丝弹簧75的力从筒形凹槽72中拉出拖缆10。

通过以电磁方式、气动方式或液压方式控制的锁定销73的动作，可以防止两个部分71环绕铰链销78的枢转运动。电动、气动或液压致动器74控制锁定销73在缩回位置与伸出位置(如图12所示)之间的位置，在缩回位置，锁定销73不延伸到两个部分71之间的筒形凹槽77中，而在伸出位置，锁定销延伸到筒形凹槽77中。凹槽77被设置在铰链销78的与筒形凹槽72相对的一侧上的部分71之间。当锁定销72延伸到凹槽77中时，其防止两个部分71彼此远离移动，因此即使对拖缆10施加大的力，拖缆10也可以保持在大致筒形凹槽72中。

图13和图14示出了抓握工具42的第二实施方式，其与第一实施方式非常相似，不同之处在于不需要弹簧，而是两个部分71环绕铰链销78的运动由一个或两个双作用气动或液压缸80来控制。凹槽72可以是筒形的，因为当抓握工具42可以主动打开时，不需要克服弹簧的力来拉出拖缆。在筒形凹槽72中有或没有拖缆10的情况下，所述一个或两个气动或液压缸80在部分71的上部(如图13和图14的取向的上)尖端之间延伸并施加拉力以打开抓握工具来接收或释放拖缆10和施加推力来闭合抓握工具42并保持抓握工具42闭合。气动或液压缸80的操作由电子控制单元50控制。

铰链销78从抓握工具42延伸到轭84的相对臂中的凹槽中，该轭用于将抓握工具42悬挂在起重机的自由端上。根据第一实施方式的抓握工具42可以通过轭以类似的方式悬挂在起重机的自由端上。

图15示出了拖缆10的一实施方式的远端部分。拖缆10的自由端设置有硬接头索环14。硬接头索环形成末端止动件(end stop)。将轻金属或者坚固且有弹性的塑料环42放置在索环中，以赋予其结构刚性。由硬接头索环14形成的末端止动件的尺寸和形状使得它不能穿过系缆柱11、12中的孔18(图17)，因此硬接头索环14形成末端止动件。这允许动力绞车21完全卷起拖缆10，直到末端止动件撞击到系缆柱11、12为止。

在一实施方式中，动力绞车21设置有连接至电子控制单元50的旋转位置传感器(未示出)，并且通过该旋转位置传感器，电子控制单元50粗略地通知拖缆10的放出长度。

在一实施方式中，动力绞车21设置有力或扭矩传感器，并且电子控制单元50被配置成，在利用来自力或扭矩传感器的信号进行卷绕时限制施加至拖缆的力。电子控制单元50被优选配置成，在朝向末端止动件牵引时限制由动力绞车21施加至拖缆10的力。

当电子控制单元50指令动力绞车21卷绕拖缆10时，来自动力绞车21上的力传感器的信号的突然增加通知电子控制单元50停止卷起拖缆10，因为其处于原位(停放)位置。

在一实施方式中，拖缆10在拖缆10的自由端处或附近设置有第一RFID标签90。第一RFID标签优选为无源RFID标签90。在一实施方式中，拖船2设置有第一RFID读取器，优选为有源RFID读取器，第一RFID读取器被放置成，使得在拖缆10的自由端紧靠系缆柱11或12(即，在其原位或停放位置)时，RFID读取器检测第一RFID标签90。优选地，设置两个第一RFID读取器，每个系缆柱11、12附近一个。第一RFID标签90优选为无源标签，并且第一RFID读取器优选为有源RFID读取器。

在一实施方式中，第一RFID标签90设置在硬接头索环14中或硬接头索环14处。在另一实施方式中，第一RFID标签90设置在末端止动件15处。

第一RFID读取器被放置成，使得当末端止动件15或硬接合环14紧靠系缆柱11或12时，RFID读取器检测第一RFID标签90。

电子控制单元50联接至第一RFID读取器，并且电子控制单元50被配置成，当第一RFID读取器检测到在系缆柱11或12处存在第一RFID标签90时，在卷起操作期间终止动力绞车21的操作。

在一实施方式中，起重机22设置有第二RFID读取器，优选为有源RFID读取器。第二RFID读取器紧靠抓握工具42放置，使得当抓握工具处于用于在接头索环14处或附近抓握拖缆的合适位置时，第二RFID读取器将检测到第一RFID标签。因此，当抓握工具42处于拖缆10的自由端附近时，将通知电子控制单元50。

在一实施方式中，拖缆10设置有多个RFID标签90，所述RFID标签90沿着拖缆10的长度按一定间距(优选按规则的间距)隔开。第一RFID读取器被放置成，使得当在卷起或放出拖缆期间多个RFID标签中的一个RFID标签90穿过系缆柱11、12中的孔18(图17)时，其记录这样的RFID标签。各RFID标签90可以具有存储在其上的个体信息，使得当特定RFID标签90通过第一RFID读取器时，试验控制单元50可以准确地确定拖缆的多少链环已被卷起或放出。因此，有能力的电子控制单元50被配置成，利用来自第一RFID读取器的信号非常准确地控制拖缆10的放出长度并且能够确定错误，如断开的拖缆10，或拖缆10因拖缆10上没有张力而堆积在动力绞车21与系缆柱11或12之间。

在另一实施方式中，拖缆10设置有沿着拖缆10的长度按一定间距(优选按规则的间距)隔开的多个光学标签，在动力绞车21处、在系缆柱11、12处、或者在动力绞车21与系缆柱11、12之间连接至电子控制单元50的光学读取器检测所述光学标签，以确定被放出的拖缆10的长度。

图16示出了具有软接头索环14的拖缆10的另一实施方式。套管15(优选为由轻金属或由坚固且有弹性的塑料制成)被放置在拖缆10上并且靠近软接头索环14固定至拖缆10上。因此，拖缆10延伸穿过套管15。套管15在其最靠近软接头索环14的端部处设置有凸缘，并且在其相反端具有末端止动件17。套管15的主延伸部分用作抓握工具42(图16中用虚线示出)的抓握对象。套管15的主延伸部分的长度足以允许抓握工具42围绕套管15抓握。末端止动件17包括圆锥台，其用作用于接合系缆柱11、12中的匹配锥形座19(图16和17)的接合表面。系缆柱11、12中的孔18具有足够大的直径以允许拖缆10穿过并且足够小而不允许末端止动件17穿过孔18。当动力绞车21拉动卷起拖缆10时，末端止动件17将与系缆柱11、12和锥形表面座19邻接，并且由动力绞车21保持的拖缆10中的张力将确保套管15总是从系缆柱11、12起沿同一方向延伸，如图16所示。因此，当拖缆10完全卷起时，套管15的位置和取向已知并且总是相同。这极大地便于利用抓握工具42抓住套管15，因为其总是知道套管15的确切位置。

支承部38优选为系缆柱11、12的组成部分，并且包括由两个翼44形成的轭状支承部，其提供两个锥形引导装置43，用于将起重机臂朝着支承部38的中心引导。轭的支承表面优选地倾斜以按其静止(停放)位置来匹配搁置在其上的起重机臂的角度。

在一实施方式中，电子控制单元50设有用于通过操纵起重机臂将抓握工具42从任意位置移动至靠近系缆柱11、12的第一参照位置的指令。电子控制单元50设有用于在抓握工具52抵达第一参照位置时启用抓握工具以抓住拖缆10的指令。电子控制单元50还设有用于将处于起重机臂的自由端处的抓握工具42从第一参照位置移动至所指示位置的指令，该指示位置优选为通信装置54从远程发送器(举例来说，如引航员的远程控制单元150)无线接收到的位置。电子控制单元50还被配置成，在起重机臂将拖缆的自由端朝向希望位置移动的同时放出拖缆10。因此，当起重机22将拖缆10的自由端从停放位置移动至希望位置时，可以在拖缆10上保持一定的张力。

电子控制单元50被配置成，当抓握工具42抵达指令位置时和/或当拖船2上的通信装置54已经接收到来自远程发送器的用于停用/打开抓握工具的确认时(即，被辅助船舶1的甲板上的船员已经接收到拖缆10时)，停用/打开抓握工具42以释放拖缆10。引航员的远程控制单元150设置有输入装置，以指示拖缆10已经被递送，使得抓握工具42可以释放拖缆。另选地，可以为船员提供他的便携式无线功能单元，以供发出已经接收到拖缆10的确认。

在一实施方式中，拖船2设置有第二参照点，用于在相对于拖船的坐标系中校准起重机或机器人臂，该第二参照点可以是设置在拖船上的固定结构，如支承部38或39。电子控制单元50被配置成，以给定时间间隔在第二参照点处重新校准起重机22。

电子控制单元50被配置成，在经由通信单元54接收到针对其的指令时(即，当接收到拖缆10已经从被辅助船舶1释放时)，通过启用动力绞车21来卷起拖缆10。用于卷起拖缆10的指令可以来自远程控制单元150，例如，当引航员已经决定完成辅助操作并且船舶1上的船员已将拖缆10从系统船舶1上的系桩或绞盘上拆下时。在被辅助船舶1的甲板上处理拖缆10的船员可以携带附加远程控制单元(未示出)，以使有关船员能够无线地向拖船2通信，拖缆10已经从被辅助船舶1释放并且可以通过拖船2卷起。在一实施方式中，供处理甲板上的拖缆的船员使用的该附加远程控制单元与信标X结合使用。

在卷起操作期间，电子控制单元50利用来自动力绞车21上的旋转位置传感器的信号并且若可用的话利用来自第一RFID读取器或光学读取器的信号，来跟踪被放出的拖缆10的长度。

电子控制单元50被配置成，在经由定位装置54接收到针对其的指令时通过启用动力绞车21来放出拖缆10，使得拖船2可以在相距被辅助船舶1的最佳距离处采取最佳的希望推力位置。用于放出拖缆10的指令可以由引航员的远程控制单元150发出。

在一实施方式中，起重机臂设置有数字摄像机，并且图像识别单元被配置成，识别待辅助的船舶1的船体上的图形标记，或者识别被辅助船舶1的甲板上的船员，或者识别被辅助船舶1上的导缆器，或者识别坞站或停泊位置。在一实施方式中，来自摄像机的信号经由通信装置54无线发送至远程定位的接收方，如控制中心200。

在一实施方式中，拖船2设置有传感器(未示出)，用于检测被辅助船舶1上的信标X(图3)的位置。被辅助船舶1上的信标X可以是GPS信标、雷达信标或者允许轻松且准确地确定其位置的其它合适信标。在一实施方式中，信标X由被辅助船舶1上的要接收拖缆10的船员携带。因此，电子控制单元50被告知拖缆10将在被辅助船舶1上被递送的确切位置。信标X可以是包括一个或更多个信标X和远程控制单元150的成套设备的一部分。该成套设备由引航员在被辅助船舶1上携带。引航员操纵远程控制单元，并且引航员将一个信标X或多个信标X分发给要接收拖缆10的相应船员。在一实施方式中，拖船2设置有专用传感器，用于检测信标X的存在和精确位置，以便易于将拖缆10递送至准备接受拖缆10的船员的准确位置。

在一实施方式中，电子控制单元50被配置成，在接收到用于选择可更换工具的指令时从工具组装件中选择可更换工具。在一实施方式中，用于选择可更换工具的指令包括用于选择与起重机22要执行的任务相关的特定可更换工具的信息。用于选择可更换工具的指令可以来自作为自主操作的一部分的电子控制中心200，或者来自远程发送器(如引航员的远程控制单元150)。

在一实施方式中，远程控制单元150被配置成从远离至少一艘拖船2的位置无线地控制至少一艘拖船2的操作，例如，从系统船舶1通过引航员经由远程控制单元150的用户接口将指令输入到远程控制单元150。远程控制单元包括发送器-接收器结构，其用于在控制中心与拖船2之间发送和接收信息。类似地，拖船2包括相应的发送器-接收器结构，其用于向远程控制单元150发送信息和从遥控单元150接收信息。远程控制单元150被配置成，向拖船1发送命令指令以控制其移动。

远程控制单元150被配置成，将推力指令无线地发送给所述至少一艘拖船2。电子控制单元50被配置成，控制拖船2的推进器以执行从远程控制单元150无线接收到的推力指令。在一实施方式中，推力指令包括指示要施加的推力的大小和方向的矢量。

在一实施方式中，推力指令被执行为与被辅助船舶1的船体3相关的矢量。在一实施方式中，电子控制单元50被配置成，阻止无效命令，即，阻止导致所涉及的船舶之间发生碰撞的命令。

在一实施方式中，远程控制单元150被配置成，向所述至少一艘拖船2发送跟随被辅助船舶1的指令。电子控制单元50被配置成，控制拖船2以相距被辅助船舶1恒定的距离，自主跟随被辅助船舶1，以便执行所接收到的指令。跟随被辅助船舶1的指令可以包括关于在跟随被辅助船舶1操作期间拖缆10上所需的张力的指令。

在护送(跟随我(follow me)模式)中，拖船的希望位置在一实施方式中被定义为相对于被辅助船舶1上的参照点的相对矢量或者被定义为被辅助船舶1附近的任意点。

在一实施方式中，电子控制单元50被配置成，将传感器数据发送至远程控制单元150，并且在一实施方式中，远程控制单元150被配置成，接收并向引航员呈现所接收到的信息。因此，可以例如向引航员通知拖船2的确切位置、推力大小和所施加推力的方向以及拖缆10上的张力。

图28至图31例示了远程控制单元150及其操作。在一实施方式中，远程控制单元150是具有触摸屏172的便携式平板计算机150。该平板计算机150包括联接至无线通信装置154、电池电源、位置传感器(GPS)以及触摸屏172的电子控制单元155。

在一实施方式中，远程控制单元150被配置成，将其(GPS)位置发送至拖船2，以便允许拖船2识别被辅助船舶1的位置，即，便于拖船2到达处于被辅助船舶1邻域的出发位置。

电子控制单元155被配置成，在显示屏上以船舶轮廓的形式显示被辅助船舶1的位置连同处于导航图上的连接至该船舶1的拖船2(TUG1、TUG2、…、TUGn)，如图28所示。被辅助船舶1的希望系泊位置例如通过在系泊位置处以虚线绘制的船舶1的轮廓来表示。引航员可以利用触摸屏放大被辅助船舶1，以选择在被辅助船舶1上的哪个位置附接拖缆10。如图30的屏幕截图所示，可能的附接位置由被辅助船舶的轮廓中的间断线圆圈表示。引航员可以利用触摸屏172来改变连接位置，并且引航员可以在触摸屏172上选择拖船2中的一个，以便向相关的拖船2发送指令。引航员可以通过将相关的拖船2移动至屏幕上的另一位置来改变拖船2的希望位置。

图31是例示当选择了一特定拖船2时关于触摸屏172的信息的屏幕截图。不间断的矢量指示由相关的拖船2(在该专利案例中，TUG1)施加的当前推力大小和方向。所指示的当前推力大小和方向可以取决于最新发出的推力指令(若有的话)或者根据如拖船2上的传感器检测到的拖缆10上的力的大小和/或方向。

通过使用触摸屏172，引航员可以指示新的推力大小和方向，在图31中用中断的矢量指示。引航员可以通过按下触摸屏172上标记“执行改变”的虚拟按钮来执行改变并将新推力指令发送给相关的拖船2。

当拖船2上的通信单元54从远程控制单元150接收到新推力指令时，电子控制单元50相应地控制发动机/马达以及方位推进器28，以便将具有一定大小和方向的推力施加至被辅助船舶1。

引航员还可以使用远程控制单元150来向拖船2发出跟随被辅助船舶的指令。响应于由无线通信单元54接收到跟随被辅助船舶的指令，电子控制单元50相应地操作发动机和方位推进器(喷嘴驱动器)28。因此，电子控制单元50使拖船2以恒定距离跟随船舶1，更优选地，电子控制单元使拖船2以恒定距离和相对于被辅助船舶1的恒定相对位置来跟随被辅助船舶1。

在一实施方式中，远程控制单元150设置有扩音器，用于再现由拖船2上的麦克风(结构)获取的声音，或者用于再现引航员需要从拖船2接收的其它信息。

在一实施方式中，拖船2设置有自动系泊系统，该自动系泊系统使用横撑(spreader)杆111(图32)来将小船22固定至位于岸110上的系桩112。起重机22被用于操纵该横撑杆110，即，将横撑杆从小船上的一个位置处或者从小船处移动到系桩112后面的位置(如从船2看到的后面)。系泊缆附接至横撑杆111的每个端部，并且将系泊缆固定至小船2，优选地，经由包括一个或更多个小动力绞车(未示出)的自动张紧系统。图18是例示自动系泊和释放小船2的方法的一实施方式的流程图。当拖船2靠泊(alongside)时，其经由通信单元54接收任务命令，并且电子控制单元50处理任务目标并规划路线。接下来，电子控制单元50检查附近是否存在任何系统错误或障碍物，如果存在，则电子控制单元50决定保持靠泊并经由通信单元54以无线方式将问题报告给控制中心200，并且过程结束。如果没有系统错误并且电子控制单元50附近没有障碍物，则激活自动系泊系统以将小船从岸上释放。接下来，执行任务并且电子控制单元验证任务是否完成。如果任务完成，则电子控制单元50通过规划和执行返回路线来控制小船2返回泊位。在泊位附近，电子控制单元利用可用的传感器信号进行态势感知，并仔细操纵小船靠泊。随即，电子控制单元50启动自动系泊系统并将小船2固定到岸上，并且该过程返回至流程框“靠泊”。

图19是例示操作拖船2的方法的流程图，其从拖船2处于待命位置并之后经由通信单元54接收命令开始。电子控制单元50处理任务目标并规划和执行路线。如果防撞系统检测到障碍物(如下面进一步详细描述的)，那么电子控制单元50根据需要采取规避动作并规划新的路线。当拖船2抵达被辅助船舶1附近时，其等待来自被辅助船舶1上的引航员的新指令/命令。

图20是例示操作拖船2的方法的流程图，该拖船2位于被辅助船舶1的邻域并且利用拖缆10上的张力来跟随被辅助船舶1。在下一步骤中，电子控制单元50利用可用的传感器信息验证拖缆10上的张力是否在限定的范围内。如果该张力处于所述限定范围内，则电子控制单元继续控制拖船2按固定距离并且以拖缆10上的所需张力来跟随被辅助船舶1。如果该张力低于最小阈值，则电子控制单元50控制拖船2的操作，以便增加拖缆10上的张力。如果拖缆10上的张力高于最大阈值，则电子控制单元50控制拖船的操作，以便减小拖缆10中的张力。拖缆10的张力改变例如通过改变发动机/马达传递至方位推进器28的功率来实现。

图21是例示操作拖船2的方法的流程图，拖船2处于被辅助船舶1的邻域的待命位置，并且随后接收用于将拖缆10递送至被辅助船舶上的特定位置的指令。为此，电子控制单元50识别被辅助船舶1上的递送点，例如，利用信标X或者利用摄像机和图像处理软件来识别被辅助船舶1的甲板上的准备接收拖缆10的船员。接下来，电子控制单元50控制拖船2以使拖船2行驶到靠近所识别出的递送点的位置。接下来，电子控制单元50验证是否满足针对延伸起重机臂的标准。如果不满足针对延伸起重机臂的标准，则电子控制单元50调整拖船的位置或者调整起重机22的稳定性(运动补偿)。如果满足针对延伸起重机臂的标准，则电子控制单元50保持拖船的位置并开始和/或继续起重机操作并验证安全标准是否超出范围。如果安全标准超出范围，则起重机操作终止。接下来，调整拖船2和/或起重机22的位置，调整起重机2的稳定性和/或调整其它标准以便满足安全标准。当安全标准在所述范围内时，起重机操作继续，直到通信单元54从被辅助船舶1接收到已经接收到拖缆10的确认为止。如果未收到该确认，则继续起重机操作。当接收到确认时，起重机操作终止，起重机缩回并停靠在图5所示的静止位置。

如图22所示，在接收到拖缆10已经递送到的确认之后，电子控制单元50在放出拖缆10的同时调节拖船2与被辅助船舶1之间的距离。该过程持续直到达到所需距离为止。当达到所需距离时，该过程进行至等待来自被辅助船舶1的推力指令。

图24例示了接收推力指令时的处理。拖船处于待命位置，其中拖缆10连接至被辅助船舶1。电子控制单元经由通信装置54从电子控制单元150接收由引航员发出的推力指令。该推力指令包括推力矢量，其指示需要施加的推力的大小和方向。在一实施方式中，该推力指令还可以包括推力位置，即，相对于被辅助船舶1的位置，推力指令将从该位置执行，并且该推力指令也可以包括推力角。另选地，电子控制单元可以被配置成确定最佳推力角。在接收到推力指令时，电子控制单元50控制拖船2移动至推力位置。接下来，电子控制单元50验证是否已经到达推力位置和推力角。如果尚未达到推力位置，则电子控制单元调整拖船2的位置并将船舶转至最佳推力角。当达到该推力位置和推力角时，电子控制单元50逐渐增加施加在拖缆10上的推力，直到达到所需张力为止。随即，电子控制单元50在拖缆10上保持所需张力并等待来自被辅助船舶1(来自远程控制单元150)的下一命令，同时确定是否需要进行推力调节以便保持拖缆10上的张力。如果从远程控制单元150接收到新的推力指令，则电子控制单元调整位置并将拖船2转到最佳推力角。接下来，该过程返回至流程框“到达推力位置？”，并且重复该过程。如果没有接收到推力指令，则电子控制单元验证推力任务是否完成。如果推力任务没有完成，则该过程返回至流程框“等待来自被辅助船舶的命令。需要进行推力调整？”。如果推力任务完成，则该过程返回至流程框“移动至待命位置”。

图24中的过程实际上与图25中的过程相同，除了通过使被辅助船舶的船体3上的坚固点9与拖船2的船首27接合而由拖船2施加推力之外。如上所述，电子控制单元50利用摄像机和图像识别软件识别坚固点9以识别船体3上的标记。在图24的过程中，无法使用拖缆10上的张力来验证是否施加所需推力。相反的是，电子控制单元使用查询表或拖船2的数学模型来控制推进器，以实现施加至被辅助船舶1的船体3的推力的所需大小和方向。

图25例示了用于在推力任务完成时释放拖缆10的过程。电子控制单元50等待接收拖缆10已从被辅助船舶1释放的确认。随即，电子控制单元50启动动力绞车21以卷起拖缆10。在卷起时，如上所述，电子控制单元50验证拖缆50是否完全卷起，并且拖缆10的自由端处于停放位置。如果不是这种情况，则继续卷起过程。当拖缆10完全卷起时，电子控制单元50等待从控制中心200或者经由远程控制单元150从被辅助船舶1发来的进一步命令。

图32示出了系泊到岸110的拖船2(但可以是设置有起重机22或机器人臂的任何其它类型的小船)。连接至横撑杆111的系泊缆被用于将小船2固定到岸110。在该实施方式中，起重机22被配置成在小船2系泊时，建立到岸110的连接。到岸110的连接可以是电气数据和/或电连接。电子控制单元50被配置成，利用起重机22建立到岸的电连接。电子控制单元50可以被编程成，在小船2系泊时自动地执行该过程，并且电子控制单元50还被配置成，在小船即将离开泊位时断开电连接。电子控制单元50被配置成，使连接器与岸上的连接点连接以建立所述连接。在一实施方式中，该连接器由线圈95形成，以用于建立电感连接。岸110上的对应物是岸(码头等)上的匹配杆99中的线圈。线圈95设有孔，该孔的尺寸和形状被设计成配合在杆99上。线圈95具有附接至其的抓握部件97。抓握部件97在形状和尺寸上与套管15类似或相同。因此，抓握部件97将与抓握工具42匹配，从而线圈95可以利用抓握工具42进行操纵。线圈95具有连接至其的电缆96，其延伸到设置在小船2上的电缆卷筒98，并且电缆卷筒98又连接至小船2的电气系统。当线圈95不使用时，其由起重机22放置在小船2的甲板上的杆91上，如图31中的虚线所示。

电子控制单元50被配置成，利用抓握工具42和抓握部件97从小船2的甲板拾取线圈95，并使线圈95朝向岸上的杆99移动并移动到其上。因此，与岸建立感应电连接，其可以被用于传输电力和/或数据。

电子控制单元50被配置成在船系泊时保持电连接，使得例如可以对小船2上的电池进行充电，并且可以向小船2上的电气设备供电。电子控制单元50允许起重机22臂自由移动以适应小船2相对于岸的移动，同时连接器95以线圈99的形式连接至连接点。

电子控制单元50被配置成，在小船2必须离开泊位(例如，开始行动)时断开电连接。为此，电子控制单元50被配置成，利用抓握工具42抓住抓握部件97，并且从码头上的具有线圈的杆99提起线圈95接着将线圈95移动至甲板上的杆91并移动到其上。

在一实施方式中，电缆卷筒98利用弹性或其它合适手段自动地将电缆96卷起和放出，从而在电力电缆96上保持预定大小的张力。

在一实施方式中，拖船2被配置成，自动防止因拖缆10上的过度载荷而倾覆或下沉。为此，拖船2设置有传感器结构，该传感器结构被配置成感测拖缆10施加在拖船2上的拉力的大小和方向。该传感器结构可以是动力绞车21上的确定施加至其的扭矩的传感器和位于系缆柱11、12处的应变仪等的组合，这对于确定拖缆施加在拖船2上的力的方向尤其有用。拖船2还设置有被配置成感测拖船的取向的传感器结构。运动传感器(运动参照单元)可以用于此目的。电子控制单元50接收上述传感器的信号，并且电子控制单元50被告知由推进器产生的推力的大小和方向。电子控制单元50基于感测到的推力大小和方向、感测到的拉力大小和方向，以及感测到的拖船取向来确定拖船2是否超过安全阈值。该安全阈值可以包括拖船2相对于水平面的最大倾斜度。

在一实施方式中，当电子控制单元50已经确定已经超过安全阈值时，电子控制单元50减小推力的大小和/或改变推力的方向。优选地，电子控制单元将经由通信装置54无线地将推力大小的减小和/或推力方向的改变传送给控制中心200或者远程控制单元150。

在一实施方式中，拖船2设置有用于响应于来自电子控制单元50的命令将拖船2与拖缆10断开的结构，该结构优选地包括用于切断拖缆10的装置。通过切断来将拖船2与拖缆10断开的结构优选地包括刀或斧头等，或者用于将热量施加至通常为基于聚合物的拖缆10以切断拖缆10的部件。

电子控制单元50优选地被配置成，在电子控制单元50已经确定拖船2已经超过高于第一安全阈值的第二安全阈值时切断拖缆10。在一实施方式中，第一和第二安全阈值是拖船倾覆的风险和/或第一和第二安全阈值是拖船下沉的风险。

在一实施方式中，电子控制单元50被配置成，基于模拟拖船2的行为的计算机模型来确定拖船2倾覆或下沉的风险。为此，电子控制单元50可以设置有拖船2的数学模型，其模拟拖船2响应推力、拖缆力和方向的行为并且可选地模拟波浪的行为。

因此，在一实施方式中，电子控制单元50确定由拖船2的推进器产生的推力的大小和方向，确定通过拖缆10施加至拖船1的拉力的大小和方向，确定拖船2的取向，并且确定推力的大小和方向以及拉力的大小和方向以及拖船2的取向的组合是否超过安全阈值。电子控制单元50还可以被配置成，调节推力的大小和/或方向，以便防止拖船2超过安全阈值。电子控制单元还可以被配置成，在超过安全阈值时切断拖缆10。

在一实施方式中，小船或大船(ship)(可以是任何类型的小船或大船而不需要是拖船2)设置有防撞系统，该系统可以辅助船员避免碰撞障碍物(举例来说，如其它小船或大船)。在一实施方式中，小船或大船被配置成，如果超过第一风险等级，则向船员发出警告，并且在一实施方式中，小船或大船还被配置成，如果船员在超过高于第一风险等级的第二风险等级时采取规避动作，则采取规避动作。防撞系统也可以用于自主操作的小船或大船，在这种情况下，防撞系统在超过第一风险等级时发出警报，该警报被无线发送给远程接收方，并且在超过第二风险等级时，导航防止系统采取规避动作。图33示出了用于说明防撞系统的功能作用的图。

如图33所示，防撞系统(可以是电子控制单元50的组成部分)已经在小船2周围指定了第一碰撞区80，并且在小船2周围指定了第二碰撞区81，第二碰撞区81包围第一碰撞区80。第一碰撞区80的形状和大小以及第二碰撞区81的形状和大小取决于小船或大船2的速度和航向。小船或大船2的速度和航向由矢量82例示。

第一碰撞区80和第二碰撞区81在小船或大船的航向上较大，并且随着小船或大船2的速度增加而至少在航向上变大，并且优选地在横穿航向的方向上也稍变大。

如图33所示，防撞系统已经利用小船2上的传感器(举例来说，如雷达、激光雷达以及摄像机)检测到了几个障碍物。在该示例中，所检测到的障碍物包括：游船(游艇)85、渔船87、货船86以及岛屿88。然而，应当明白，这些仅仅是可能类型的障碍物的示例，并且也可以检测到其它类型的障碍物。

防撞系统被配置成向每个检测到的障碍物指定类别。类别的示例例如是水运工具(watercraft)、固定结构、浅水、陆地以及优选包括多种类别水运工具的类别，包括小船、大船，并且所述多种类别的小船更优选包括：渔船、拖船、快艇、游艇以及航行游艇，并且所述类别的大船包括：货船、海军舰艇、游船以及渡船。然而，应当明白，该列表仅提供了示例，并且该列表并非详尽无遗。

每个类别都具有例如关于所检测到的障碍物改变位置、改变路线和/或改变速度的可能性的关联信息，优选地与所检测到的障碍物的导航计划(若可用的话)以及所检测到的障碍物的数学模型(若可用的话)相关。每个类别还可以具有关于第一碰撞区和第二碰撞区的形状和大小的关联信息，优选地，与所检测到的障碍物的检测速度和航向(若有的话)相关。

在一实施方式中，导航系统被配置成跟踪所检测到的障碍物的路线。在一实施方式中，导航系统被配置成，优选基于障碍物被指定的类别来确定所检测到的障碍物改变路线和/或速度的可能性。

根据所确定的类别并且基于所检测到的障碍物的速度，导航系统确定每个所检测到的障碍物周围的碰撞区83。

在图33的示例中，小船2具有规划路线78。跟随该路线78，导航系统将在不久之后检测到游船85的碰撞区83与小船的第二碰撞区82重叠。随即，防撞系统无线地向远程控制中心200和/或远程控制单元150发送警告。除非小船2从远程控制中心200和/或从远程控制单元150接收到无线指令，否则其将继续所规划的路线78。假设没有接收到用于改变路线的这种无线指令，则防撞系统将在不久后检测到游船85的碰撞区83与小船2的第一碰撞区80重叠，随即，防撞系统优选地根据COLREG，通过跟随确保小船2以安全距离经过游船85后面的新路线79来采取规避动作。为了确定规避动作，防撞系统优选利用小船或大船2的数学模型(若可用的话)来考虑小船或大船2的航行限制。

同时，防撞系统广播其路线变化，优选地利用VHF通信，如标准化的海上VHF通信(例如，频道16，它被用于紧急安全信息)并且优选按照国际标准，举例来说，如“IMO标准海洋航行词汇”。如果两艘船舶具有相同的防撞系统，那么标准化通信协议将被用于数据交换。

在一实施方式中，便携式控制单元150可以被用于增强从被辅助船舶到常规拖船的传统VHF通信。该系统被配置成，使得引航员可以发出命令来控制整个系统，包括处于动态定位模式的拖船2和被辅助船舶1。正式控制单元150上的接口可以包括额外的传感器以支持DP操作并增强(被辅助船舶1的)船长和引航员可用的位置数据。

在一实施方式中，拖船2设置有自动锚固系统(未示出)。自动锚固系统可以被提供安全特征，并且电子控制单元50在一实施方式中可以被配置成，触发自动锚固系统作为安全后备(safe fall back)，例如，故障模式支持此动作。

在实施方式中，拖船2是完全无人水面船舶(USV)，即，拖船2自动操作到可以在没有船员的情况下操作的程度，可以通过来自诸如远程控制传感器200或远程控制单元150的远程控制站的指令进行辅助。远程控制站被配备成，使得单个操作员可以在所有工作情形下安全地操纵或监督拖船2。操作员将从控制站获得拖船2周围的操作区域的360°视图，优选伴有360°声音。

通信应提供高可靠性和带宽，以实现快速有效的通信。在一实施方式中，通信系统通过使用利用若干不同通信信道的拓扑来对本身进行冗余设置。作为次要后备选项，提供基于卫星的通信系统。

虽然已经参照其所展开的环境对所述小船、拖船、大船以及方法的优选实施方式进行了描述，但它们仅仅例示了本发明的原理。各种实施方案的元素可以并入各个其它种类(species)中以获得这些元素与此类其它种类组合的益处，并且各种有益特征在实施方式可以单独使用或者彼此组合使用。单个控制器或控制单元可以由单个控制器或控制单元的组合形成。在不脱离本发明的精神和所附权利要求的范围的情况下，可以设计其它实施方式和配置。在权利要求书中，“包括”一词不排除其它部件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相不相同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (20)

1.一种用于控制至少一艘拖船的系统，所述系统包括：

陆基控制中心，所述陆基控制中心包括发送器-接收器，所述发送器-接收器被配置成无线地发送引航员控制推力指令，用于辅助船舶进行调遣，

至少一艘拖船，所述至少一艘拖船被配置成辅助船舶进行调遣，

所述拖船包括被配置成控制所述拖船的控制单元；所述控制单元具有发送器-接收器并且被配置成接收来自所述陆基控制中心的引航员控制推力指令，并且所述陆基控制中心被配置成向所述拖船发出推力指令，并且所述拖船被配置成，在接收到来自所述陆基控制中心的所述推力指令后，执行所述推力指令以辅助所述船舶。

2.一种用于控制至少一艘拖船的系统，所述系统包括：

控制中心，所述控制中心用于无线地远程控制所述至少一艘拖船，以使所述至少一艘拖船航行至特定位置以辅助船舶进行调遣，

至少一艘拖船，所述至少一艘拖船被配置成辅助船舶进行调遣，

所述拖船包括被配置成控制所述拖船的控制单元；所述控制单元具有发送器-接收器并且被配置成从所述控制中心接收引航员控制推力指令，用于将所述拖船导航到所述特定位置，并且所述控制单元被配置成从移动远程控制单元接收引航员控制推力指令，所述移动远程控制单元被配置成，一旦所述拖船抵达所述特定位置就无线地控制所述拖船，所述移动远程控制单元被配置成向所述拖船发出推力指令，并且所述控制单元被配置成利用所述拖船来执行所述推力指令，以便在从所述远程控制单元接收到所述推力指令后辅助所述船舶。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述至少一艘拖船设置有光学传感器结构或数字摄像机结构以及发送器，所述光学传感器结构或所述数字摄像机结构优选具有沿环绕至少一艘拖船的区域的水平面的360°视场，所述发送器用于将所述光学传感器的信号无线地发送至所述控制中心，并且所述控制中心设置有接收器，所述接收器用于接收来自所述光学传感器结构或所述摄像机结构的所述信号，并且所述控制中心设置有显示屏，所述显示屏用于优选实时地，更优选实时地并且在360°环形排列的显示屏上向操作人员显示所述光学传感器的所述信号。

4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中，所述至少一艘拖船设置有声学传感器结构以及发送器，所述声学传感器结构优选为沿水平面具有360°听力场的定向声学传感器结构，所述发送器用于将所述声学传感器结构的信号无线地发送至所述控制中心，并且所述控制中心设置有接收器，所述接收器用于接收来自所述声学传感器的所述信号，并且所述控制中心设置有换能器，所述换能器用于优选实时地，更优选实时地并且在空间上，在所述控制中心再现所述光学传感器的所述信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述至少一艘拖船包括定位系统，优选为基于卫星的定位系统，并且所述至少一艘拖船被配置成将由所述定位系统确定的所述至少一艘拖船的位置无线地发送至远程控制中心。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述至少一艘拖船包括导航系统，所述导航系统被配置成使所述拖船优选自主地从其当前位置航行至从所述控制中心接收到的目标位置，所述当前位置例如是停泊位置，所述目标位置例如是出发位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述至少一艘拖船包括控制器，所述控制器被配置成使所述拖船自主停泊，所述控制器被配置成准确地对所述至少一艘拖船的附近环境作出反应，以避免所述至少一艘拖船的泊位或船体过载。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述拖船设置有起重机或机器人臂以及用于控制所述起重机或机器人臂的控制器，所述控制器被配置成从所述控制中心无线地接收用于操作所述起重机或机器人臂的指令。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的系统，其中，所述移动远程控制单元是配给引航员的便携式远程控制单元。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述至少一艘拖船被配置成，在接收到相应地从所述便携式控制单元或者从所述控制中心接收的指令后，以基本恒定的距离，优选地以相对于被辅助船舶固定的相对位置，来跟随所述被辅助船舶。

11.一种用于从远程控制中心控制适于辅助船舶进行调遣的至少一艘拖船的方法，所述方法包括：

提供至少一艘拖船，

提供远程陆基控制中心，

从所述远程陆基控制中心向所述至少一艘拖船中的至少一艘拖船无线地发送指令，所述指令用于使所述拖船航行至特定位置以辅助船舶进行调遣，

在所述至少一艘拖船上无线地接收所述指令，

所述至少一艘拖船在接收到航行至特定位置的所述指令后，航行至所述特定位置，

在所述拖船抵达所述特定位置之后，从所述远程陆基控制中心向所述拖船无线地发送推力指令，

所述拖船无线地接收所述推力指令，以及

所述拖船在从所述远程陆基控制中心接收到所述推力指令后，执行所述推力指令以辅助所述船舶。

12.根据权利要求11所述的方法，所述方法包括：至少一个引航人员操作所述远程陆基控制中心。

13.一种用于从远程控制中心控制适于辅助船舶进行调遣的至少一艘拖船的方法，所述方法包括：

提供至少一艘拖船，

提供远程陆基控制中心，

从所述远程控制中心向所述至少一艘拖船中的至少一艘拖船无线地发送指令，所述指令用于使所述拖船航行至特定位置以辅助船舶进行调遣，

在所述至少一艘拖船上无线地接收所述指令，

所述至少一艘拖船航行至所述特定位置，

在所述特定位置的邻近区域提供移动远程控制单元，

在所述拖船抵达所述特定位置之后，从所述移动远程控制单元向所述拖船无线地发送推力指令，以及

所述拖船在从所述移动远程控制单元接收到所述推力指令后，针对被辅助船舶执行所述推力指令。

14.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括：引航人员对所述移动远程控制单元进行操作，优选地，此时所述移动远程控制单元位于所述被辅助船舶上。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述拖船辅助所述船舶进行调遣时，对所述拖船的控制从所述陆基控制中心转移至所述移动远程控制单元。

16.一种用于控制至少一艘拖船的陆基控制中心，所述陆基控制中心包括：

发送器-接收器，所述发送器-接收器被配置成向所述至少一艘拖船无线地发送引航员控制推力指令，用于辅助船舶进行调遣，在所述至少一艘拖船的控制单元中接收所述引航员控制推力指令，所述引航员控制推力指令被配置成无线地控制所述拖船，并且所述引航员控制推力指令包括与被辅助船舶的船体相关的矢量。

17.根据权利要求16所述的陆基控制中心，其中，所述矢量确定要施加至所述被辅助船舶的所述船体的推力的大小以及要施加的所述推力相对于所述被辅助船舶的所述船体的方向。

18.根据权利要求16或17所述的陆基控制中心，其中，所述控制单元被配置成接收来自所述陆基控制中心的引航员控制推力指令，并且所述控制单元被配置成向所述拖船发出推力指令，并且所述拖船被配置成执行所述推力指令以辅助所述船舶。

19.一种用于辅助船舶进行调遣的远程控制拖船，所述拖船包括：

控制单元，所述控制单元具有发送器-接收器，所述发送器-接收器被配置成无线地接收从陆基控制中心发送的引航员控制推力指令，所述引航员控制推力指令用于辅助船舶进行调遣，

其中，所述控制单元被配置成基于所述引航员控制推力指令来指挥所述拖船，并且所述拖船被配置成执行所述推力指令来辅助所述船舶。

20.根据权利要求19所述的远程控制拖船，其中，所述拖船被配置成执行作为与被辅助船舶的船体相关的矢量的所述推力指令。