CN109491386A - 基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，包括获取船舶航行信息—获取船舶航行狭水道状况信息—避碰危险物或船体的路径规划—船舶避碰过程记录—船舶避碰过程反馈的方法步骤，通过加速度传感器、GPS模块与GIS模块的配合，可以对船舶行驶的附近的狭水道环境信息进行收集，有利于后续环节中更全面的进行路径规划，通过第一摄像头、第二摄像头与主控模块的配合，可以记录船舶避碰的航行过程，便于使用者后期对整个避碰过程进行分析与反馈，能够做出及时调整或者改进，通过转动柱与限位筒的配合，使得第一摄像头与第二摄像头的拍摄角度灵活多变，通过气嘴与气缸的配合，便于对摄像头进行清理。

Description

基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法

技术领域

本发明涉及船舶避碰技术技术领域，具体涉及基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法。

背景技术

随着国际贸易如火如荼的进行，船舶大型化、快速化程度不断地发展，狭水道船舶密集、往来频繁，航路面对更快速的大型船舶、超大型船舶显得更加狭窄、拥堵，船舶航行操纵难度大幅度增大，会遇时船舶碰撞风险大大增加，碰撞事故时有发生；现有的路径规划船舶避碰的方法在使用时存在一定的弊端，首先，无法对船舶自身加速度的大小，以及没有对周围环境进行的数据进行收集，不利于后续对路径进行规划，对于船舶航行过程中信息的获取不够全面，其次，不具备对船舶的避碰过程进行记录的功能，无法对避碰过程进行反馈，不利于及时对整个避碰方法进行改进，还有，对于船舶所使用的摄像装置角度调整不够灵活，最后，摄像头的清理较为不便，影响拍摄效果，为此我们提出了基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足之处，本发明的目的是提供的对于船舶航行过程中信息的获取较为全面的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，包括获取船舶航行信息—获取船舶航行狭水道状况信息—避碰危险物或船体的路径规划—船舶避碰过程记录—船舶避碰过程反馈的方法步骤，具体步骤如下：

（1）获取船舶航行信息：配合AIS系统，通过GPS模块获取船舶的实际位置、船速、航向、吃水与船舶尺度等信息，通过加速度传感器获取船舶的加速度，并将信息传递至主控模块；

（2）获取船舶航行狭水道状况信息：通过GIS模块获取船舶周围环境状况并传递至云服务器，主控模块通过GPRS模块接收云服务器的信息，获悉狭水道周围的环境状况；

（3）避碰危险物或船体的路径规划：通过获取的船舶的实际位置、船速、航向、吃水、船舶尺度与加速度，以及周围环境的信息，对船舶的行径路线做出规划；

（4）船舶避碰过程记录：

①通过底座与安装孔将记录装置安装于船舶上，将第一摄像头、第二摄像头、第一伺服电机、第二伺服电机、电动机与电磁阀分别接于主控模块处；

②通过第一摄像头与第二摄像头对船舶避碰的路径过程进行记录；

③第一摄像头与第二摄像头将记录的视频信息传递至主控模块处。

（5）船舶避碰过程反馈：将收集的视频信息进行分析反馈，判断整个避碰过程是否在可控误差范围内。

进一步地，步骤（1）所述的AIS系统包括主控模块、GPS模块、加速度传感器、存储模块、显示模块、云服务器与GIS模块。

进一步地，所述GPS模块的信号输出端口以及加速度传感器的输出端口分别与主控模块的信号输入端口相连接，所述存储模块的信号输入端口与主控模块的信号输出端口相连接。

更进一步地，所述GPRS模块的信号输出端口与主控模块的信号输入端口相连接，所述云服务器的信号输出端口与GPRS模块的信号输入端口相连接，所述GIS模块的信号输出端口与云服务器的信号输入端口相连接。

进一步地，步骤（4）所述的记录装置包括底座，所述底座的上端外表面设置有限位筒，所述限位筒的前端外表面设置有电动机，所述限位筒的内侧外表面设置有转动柱，所述转动柱的上端设置有机身，所述机身的一侧外表面设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机的一端设置有第一连接块，所述第一连接块的前端外表面设置有第一摄像头，所述机身的上端外表面设置有气缸，所述气缸的一端设置有电磁阀，所述第一摄像头的内侧外表面设置有气嘴，所述气嘴与电磁阀之间设置有连接气管。

进一步地，所述气缸与机身之间为固定连接，所述气嘴与气缸之间通过连接气管相贯通，所述气嘴的数量为若干组，所述气嘴于第一摄像头以及第二摄像头的内侧外表面排布，所述电磁阀的输入端口与机身的输出端口电性连接。

更进一步地，所述机身的另一侧外表面相对于第一伺服电机的一侧设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机的一端设置有第二连接块，所述第二连接块的前端外表面设置有第二摄像头，所述第二连接块的一端设置有安装板，所述第一伺服电机、第一摄像头、第二伺服电机、第二摄像头的输入端口分别与机身的输出端口电性连接。

进一步地，所述安装板的外表面设置有紧固螺丝，所述紧固螺丝的数量为若干组，所述紧固螺丝呈环形阵列排布，所述安装板与第二连接块之间通过紧固螺丝固定连接。

进一步地，所述底座的下端外表面设置有安装孔，所述安装孔的数量为四组，所述安装孔呈阵列排布，所述限位筒与底座之间为固定连接，所述转动柱与限位筒之间为活动连接。

更进一步地，所述电动机的上端设置有驱动齿轮，所述转动柱的外表面设置有从动齿轮，所述驱动齿轮与从动齿轮之间为活动连接，所述转动柱与机身之间为固定连接，所述电动机的输入端口与机身的输出端口电性连接。

本发明的有益效果：

（1）通过加速度传感器、GPS模块与GIS模块的配合，加速度传感器可以对船舶行驶的加速度进行检测，GPS模块可以获取船舶的实际位置、船速、航向、吃水与船舶尺度等信息，GIS模块可以对船舶行驶的附近的狭水道环境信息进行收集，配合主控面板堆信息进行接收，有利于后续环节中更全面的进行路径规划，对于船舶航行过程中信息的获取较为全面。

（2）通过第一摄像头、第二摄像头与主控模块的配合，在船舶避碰的航行过程中，第一摄像头与第二摄像头对过程进行摄像并记录，再将记录的信息传递至主控模块，主控模块再将信息传递至存储模块进行储存，便于使用者后期对整个避碰过程进行分析与反馈，能够做出及时调整或者改进。

（3）通过转动柱与限位筒的配合，在使用第一摄像头与第二摄像头的过程中，通过主控模块控制电动机的运转，可以使驱动齿轮带动从动齿轮转动，进而使转动柱沿限位筒的内侧转动，达到调整第一摄像头与第二摄像头拍摄角度的目的，配合第一伺服电机与第二伺服电机，可以分别使第一摄像头在竖直方向上的拍摄角度得到改变，使得第一摄像头与第二摄像头的拍摄角度灵活多变。

（4）通过气嘴与气缸的配合，通过主控模块控制电磁阀开启，使得气缸内的气体通过连接气管传递至气嘴处，再从气嘴处喷出，对第一摄像头或者第二摄像头的镜头表面进行清理，吹走粘有的灰尘或者水滴，达到清理摄像头的目的，对于摄像头的清理较为便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法流程图。

图2为本发明基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法中主控模块的工作流程图。

图3为本发明基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法中记录装置的结构示意图。

图4为本发明基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法中记录装置的局部示意图。

图5为本发明基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法中图4中A的放大图。

图6为本发明基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法中图4中B的放大图。

其中：1主控模块、2GPS模块、3加速度传感器、4存储模块、5显示模块、6GPRS模块、7云服务器、8GIS模块、9底座、10安装孔、11限位筒、12电动机、13驱动齿轮、14转动柱、15从动齿轮、16机身、17第一伺服电机、18第一连接块、19第一摄像头、20第二伺服电机、21第二连接块、22第二摄像头、23安装板、24紧固螺丝、25气缸、26电磁阀、27连接气管、28气嘴。

具体实施方式

下面将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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明的路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，包括获取船舶航行信息—获取船舶航行狭水道状况信息—避碰危险物或船体的路径规划—船舶避碰过程记录—船舶避碰过程反馈的方法步骤，具体步骤如下：

（1）获取船舶航行信息：配合AIS系统，通过GPS模块获取船舶的实际位置、船速、航向、吃水与船舶尺度等信息，通过加速度传感器获取船舶的加速度，并将信息传递至主控模块；

（2）获取船舶航行狭水道状况信息：通过GIS模块获取船舶周围环境状况并传递至云服务器，主控模块通过GPRS模块接收云服务器的信息，获悉狭水道周围的环境状况；

（3）避碰危险物或船体的路径规划：通过获取的船舶的实际位置、船速、航向、吃水、船舶尺度与加速度，以及周围环境的信息，对船舶的行径路线做出规划；

（4）船舶避碰过程记录：

①通过底座与安装孔将记录装置安装于船舶上，将第一摄像头、第二摄像头、第一伺服电机、第二伺服电机、电动机与电磁阀分别接于主控模块处；

②通过第一摄像头与第二摄像头对船舶避碰的路径过程进行记录；

③第一摄像头与第二摄像头将记录的视频信息传递至主控模块处。

（5）船舶避碰过程反馈：将收集的视频信息进行分析反馈，判断整个避碰过程是否在可控误差范围内。

实施例2

如图2所示，所述AIS系统包括主控模块1、GPS模块2、加速度传感器3、存储模块4、显示模块5、云服务器7与GIS模块8，来对船舶航行所需要的信息进行获取。

进一步地，所述GPS模块2的信号输出端口以及加速度传感器3的输出端口分别与主控模块1的信号输入端口相连接，所述存储模块4的信号输入端口与主控模块1的信号输出端口相连接，确保主控模块1的信息能进行存储。

进一步地，所述GPRS模块6的信号输出端口与主控模块1的信号输入端口相连接，所述云服务器7的信号输出端口与GPRS模块6的信号输入端口相连接，所述GIS模块8的信号输出端口与云服务器7的信号输入端口相连接，可以对狭水道环境信息进行获取。

如图3-5所示，所述记录装置包括底座9，所述底座9的上端外表面设置有限位筒11，所述限位筒11的前端外表面设置有电动机12，所述限位筒11的内侧外表面设置有转动柱14，所述转动柱14的上端设置有机身16，所述机身16的一侧外表面设置有第一伺服电机17，所述第一伺服电机17的一端设置有第一连接块18，所述第一连接块18的前端外表面设置有第一摄像头19，所述机身16的上端外表面设置有气缸25，所述气缸25的一端设置有电磁阀26，所述第一摄像头19的内侧外表面设置有气嘴28，所述气嘴28与电磁阀26之间设置有连接气管27。

所述气缸25与机身16之间为固定连接，所述气嘴28与气缸25之间通过连接气管27相贯通，所述气嘴28的数量为若干组，所述气嘴28于第一摄像头19以及第二摄像头22的内侧外表面排布，所述电磁阀26的输入端口与机身16的输出端口电性连接，所述电磁阀26的型号为ZQDF-1。

所述机身16的另一侧外表面相对于第一伺服电机17的一侧设置有第二伺服电机20，所述第二伺服电机20的一端设置有第二连接块21，所述第二连接块21的前端外表面设置有第二摄像头22，所述第二连接块21的一端设置有安装板23，所述第一伺服电机17、第一摄像头19、第二伺服电机20、第二摄像头22的输入端口分别与机身16的输出端口电性连接，第一伺服电机17与第二伺服电机20便于第一摄像头19与第二摄像头22角度的调整。

所述安装板23的外表面设置有紧固螺丝24，所述紧固螺丝24的数量为若干组，所述紧固螺丝24呈环形阵列排布，所述安装板23与第二连接块21之间通过紧固螺丝24固定连接，便于安装板23的拆卸。

所述底座9的下端外表面设置有安装孔10，所述安装孔10的数量为四组，所述安装孔10呈阵列排布，所述限位筒11与底座9之间为固定连接，所述转动柱14与限位筒11之间为活动连接，确保转动柱14可以沿限位筒11的内侧转动。

实施例3

如图6所示，所述电动机12的上端设置有驱动齿轮13，所述转动柱14的外表面设置有从动齿轮15，所述驱动齿轮13与从动齿轮15之间为活动连接，所述转动柱14与机身16之间为固定连接，所述电动机12的输入端口与机身16的输出端口电性连接，通过从动齿轮15与驱动齿轮13可以带动转动柱14转动。

本模具加工工艺中渗碳箱的工作原理：在使用时配合AIS系统，通过GPS模块获取船舶的实际位置、船速、航向、吃水与船舶尺度等信息，通过加速度传感器获取船舶的加速度，并将信息传递至主控模块，获取船舶航行信息，再通过GIS模块获取船舶周围环境状况并传递至云服务器，主控模块通过GPRS模块接收云服务器的信息，获悉狭水道周围的环境状况；通过上述获取的船舶的实际位置、船速、航向、吃水、船舶尺度与加速度，以及周围环境的信息，对船舶的行径路线做出规划，使用者将将第一摄像头、第二摄像头、第一伺服电机、第二伺服电机、电动机与电磁阀分别接于主控模块处，通过第一摄像头与第二摄像头对船舶避碰的路径过程进行记录将信息传递至主控模块处，主控模块将信息存储与存储模块中，使用者将收集的视频信息进行分析反馈，判断整个避碰过程是否在可控误差范围内，及时对避碰过程进行改进，较为实用。

本发明通过加速度传感器、GPS模块与GIS模块的配合，加速度传感器可以对船舶行驶的加速度进行检测，GPS模块可以获取船舶的实际位置、船速、航向、吃水与船舶尺度等信息，GIS模块可以对船舶行驶的附近的狭水道环境信息进行收集，配合主控面板堆信息进行接收，有利于后续环节中更全面的进行路径规划，对于船舶航行过程中信息的获取较为全面；通过第一摄像头、第二摄像头与主控模块的配合，在船舶避碰的航行过程中，第一摄像头与第二摄像头对过程进行摄像并记录，再将记录的信息传递至主控模块，主控模块再将信息传递至存储模块进行储存，便于使用者后期对整个避碰过程进行分析与反馈，能够做出及时调整或者改进；通过转动柱与限位筒的配合，在使用第一摄像头与第二摄像头的过程中，通过主控模块控制电动机的运转，可以使驱动齿轮带动从动齿轮转动，进而使转动柱沿限位筒的内侧转动，达到调整第一摄像头与第二摄像头拍摄角度的目的，配合第一伺服电机与第二伺服电机，可以分别使第一摄像头在竖直方向上的拍摄角度得到改变，使得第一摄像头与第二摄像头的拍摄角度灵活多变；通过气嘴与气缸的配合，通过主控模块控制电磁阀开启，使得气缸内的气体通过连接气管传递至气嘴处，再从气嘴处喷出，对第一摄像头或者第二摄像头的镜头表面进行清理，吹走粘有的灰尘或者水滴，达到清理摄像头的目的，对于摄像头的清理较为便利。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：包括获取船舶航行信息—获取船舶航行狭水道状况信息—避碰危险物或船体的路径规划—船舶避碰过程记录—船舶避碰过程反馈的方法步骤，具体步骤如下：

（1）获取船舶航行信息：配合AIS系统，通过GPS模块获取船舶的实际位置、船速、航向、吃水与船舶尺度等信息，通过加速度传感器获取船舶的加速度，并将信息传递至主控模块；

（2）获取船舶航行狭水道状况信息：通过GIS模块获取船舶周围环境状况并传递至云服务器，主控模块通过GPRS模块接收云服务器的信息，获悉狭水道周围的环境状况；

（3）避碰危险物或船体的路径规划：通过获取的船舶的实际位置、船速、航向、吃水、船舶尺度与加速度，以及周围环境的信息，对船舶的行径路线做出规划；

（4）船舶避碰过程记录：

①通过底座与安装孔将记录装置安装于船舶上，将第一摄像头、第二摄像头、第一伺服电机、第二伺服电机、电动机与电磁阀分别接于主控模块处；

②通过第一摄像头与第二摄像头对船舶避碰的路径过程进行记录；

③第一摄像头与第二摄像头将记录的视频信息传递至主控模块处。

（5）船舶避碰过程反馈：将收集的视频信息进行分析反馈，判断整个避碰过程是否在可控误差范围内。

2.根据权利要求1所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：步骤（1）所述的AIS系统包括主控模块（1）、GPS模块（2）、加速度传感器（3）、存储模块（4）、显示模块（5）、云服务器（7）与GIS模块（8）。

3.根据权利要求2所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：所述GPS模块（2）的信号输出端口以及加速度传感器（3）的输出端口分别与主控模块（1）的信号输入端口相连接，所述存储模块（4）的信号输入端口与主控模块（1）的信号输出端口相连接。

4.根据权利要求2所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：所述GPRS模块（6）的信号输出端口与主控模块（1）的信号输入端口相连接，所述云服务器（7）的信号输出端口与GPRS模块（6）的信号输入端口相连接，所述GIS模块（8）的信号输出端口与云服务器（7）的信号输入端口相连接。

5.根据权利要求1所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：步骤（4）所述的记录装置包括底座（9），所述底座（9）的上端外表面设置有限位筒（11），所述限位筒（11）的前端外表面设置有电动机（12），所述限位筒（11）的内侧外表面设置有转动柱（14），所述转动柱（14）的上端设置有机身（16），所述机身（16）的一侧外表面设置有第一伺服电机（17），所述第一伺服电机（17）的一端设置有第一连接块（18），所述第一连接块（18）的前端外表面设置有第一摄像头（19），所述机身（16）的上端外表面设置有气缸（25），所述气缸（25）的一端设置有电磁阀（26），所述第一摄像头（19）的内侧外表面设置有气嘴（28），所述气嘴（28）与电磁阀（26）之间设置有连接气管（27）。

6.根据权利要求5所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：所述气缸（25）与机身（16）之间为固定连接，所述气嘴（28）与气缸（25）之间通过连接气管（27）相贯通，所述气嘴（28）的数量为若干组，所述气嘴（28）于第一摄像头（19）以及第二摄像头（22）的内侧外表面排布，所述电磁阀（26）的输入端口与机身（16）的输出端口电性连接。

7.根据权利要求5所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：所述机身（16）的另一侧外表面相对于第一伺服电机（17）的一侧设置有第二伺服电机（20），所述第二伺服电机（20）的一端设置有第二连接块（21），所述第二连接块（21）的前端外表面设置有第二摄像头（22），所述第二连接块（21）的一端设置有安装板（23），所述第一伺服电机（17）、第一摄像头（19）、第二伺服电机（20）、第二摄像头（22）的输入端口分别与机身（16）的输出端口电性连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：所述安装板（23）的外表面设置有紧固螺丝（24），所述紧固螺丝（24）的数量为若干组，所述紧固螺丝（24）呈环形阵列排布，所述安装板（23）与第二连接块（21）之间通过紧固螺丝（24）固定连接。

9.根据权利要求5所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：所述底座（9）的下端外表面设置有安装孔（10），所述安装孔（10）的数量为四组，所述安装孔（10）呈阵列排布，所述限位筒（11）与底座（9）之间为固定连接，所述转动柱（14）与限位筒（11）之间为活动连接。

10.根据权利要求5所述的基于路径规划跟踪控制的狭水道船舶避碰方法，其特征在于：所述电动机（12）的上端设置有驱动齿轮（13），所述转动柱（14）的外表面设置有从动齿轮（15），所述驱动齿轮（13）与从动齿轮（15）之间为活动连接，所述转动柱（14）与机身（16）之间为固定连接，所述电动机（12）的输入端口与机身（16）的输出端口电性连接。