CN109733537B - 一种无人驾驶船舶自主抛锚控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人驾驶船舶自主抛锚的控制方法及系统，根据所选锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况判断是否适合锚泊，并根据参数所属的范围，判断实际环境和船舶自身状态，在不同情况下选择不同的抛锚方式和抛锚方法进行抛锚，达到最优抛锚的效果，实现无人船智能抛锚。本发明利用抛锚设备自主抛锚，可以减少人工干预，提高抛锚效率，实现快速精准抛锚，增加锚泊时间内船舶的安全性。

Description

一种无人驾驶船舶自主抛锚控制方法及系统

技术领域

本发明属于一种无人驾驶船舶锚泊操作技术领域，特别是一种无人驾驶船舶自主抛锚控制方法及系统。

背景技术

船舶锚泊是运用锚和锚链的抓力，使船舶牢固控制在一定范围内的一种运动状态。自主抛锚操作要求利用传感器反馈航行环境和船舶自身状态的一系列信号，转化为抛锚系统所需信号，抛锚系统根据信号进行自主抛锚。现有的自主抛锚系统主要是利用船舶动力控制船舶配合人工操作进行抛锚，不适应于大型无人船长期航行，只能满足定点工作，减少人员劳动强度，无法达到真正的自主抛锚。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，可以使船舶在海上根据实际锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况自主选择不同的抛锚方式和抛锚方法进行抛锚，达到减少人工干预，提高抛锚效率，实现快速精准抛锚，增加锚泊时间内船舶的安全性的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，包括如下步骤：

S1、判断所选锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况是否满足锚泊条件，不满足时，执行S2；满足时，执行S3；

S2、自主定位异常情况，输出并执行异常解决方案；当异常情况超出自主解决能力范围时，向岸基发送警报，并等待岸基反馈指令；

S3、判断是否有岸基遥控操纵的指令，若检测到岸基遥控操纵的指令，执行S4；否则，执行S5；

S4、根据岸基遥控操纵的指令对船舶的各个系统进行操控；

S5、对抛锚设备进行准备工作，确保可以随时进行抛锚操作；

S6、判断所选锚地风是否在设定风级值以下，浪是否在设定浪高值以下，若是，执行S7；否则，执行S8；

S7、判断锚泊时间是否小于设定时间值，若是，执行S9；否则，执行S11；

S8、判断所选锚地的避风情况，若所选锚地的避风情况优于设定避风情况，执行S10；否则，执行S11；

S9、根据船舶自动识别系统获取的锚地内船舶基本信息，锚地专家知识库获得的锚地可用范围，判断所选锚地是否狭小：检测锚地可用范围是否小于本船单锚泊所需范围，若是，执行S11；否则，执行S12；

S10、依据锚地专家知识库判断所选锚地底质是否为泥底或软沙底，若是，执行S12；若否，执行S11；

S11、确定此次抛锚需要采取双锚泊抛锚方式，执行S13；

S12、确定此次抛锚需要采取单锚泊抛锚方式，执行S19；

S13、判断是否需要抵抗台风：需要抵抗台风时，执行S14；否则，执行S15；

S14、判断所选锚地水域面积是否足够，若是，执行S16；若否，执行S17；

S15、判断所选锚地是否位于狭窄水域或河道内，若否，执行S17；若是，执行S18；

S16、确定此次抛锚需要采取平行锚抛锚方式，执行S19；

S17、确定此次抛锚需要采取八字锚抛锚方式，执行S19；

S18、确定此次抛锚需要采取一字锚抛锚方式，执行S19；

S19、判断所选锚地水深是否超过设定深度值，若否，采用普通抛锚法；若是，采用深水抛锚法；

S20、判断所选锚地是否有横风作用于船舶，若有，采用进抛法；否则，采用退抛法；

S21、根据以上步骤选择的抛锚方式及抛锚方法进行抛锚。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，所述方法包括：S22、抛锚结束后，根据拉力传感器判断锚链状态，若锚链在设定时间值内无异常，抛锚成功；若锚链出现异常，抛锚出现异常。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，所述方法包括：抛锚成功，锚链无异常，执行船舶锚泊状态监测；抛锚过程存在异常，执行S2。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，若抛锚过程中感知到有岸基遥控操纵的指令，执行S4。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，根据船舶位置获取可选择的锚地；依据锚地专家知识库获得选择的锚地信息；通过电子海图获取锚地环境状态；根据船舶自动识别系统获取锚地内船舶基本信息；根据获取的船舶基本信息和锚地信息计算锚地当前可旋回余地。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，检测锚地可用范围是否小于本船单锚泊所需范围的标准是：可锚泊水域的旋回半径小于船长L+（60-90）米。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，判断水域面积是否足够的标准为：旋回半径是否达到船长L+45米。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，所述控制方法包括：实时监测船舶自身状态。

如上所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，利用风速风向仪测量风力信息；利用船用波浪测量仪获取波浪信息；利用电子海图获取当前船速、船位、航向信息。

一种无人驾驶船舶自主抛锚控制系统，包括：

状态感知模块，包括岸基指令交互模块和船载传感器数据采集模块，用于采集和接收岸基和船载设备的抛锚数据；

认知模块，集成锚地专家知识库，用于将状态感知模块采集和接收的抛锚数据进行处理分析，用于对船载设备状态参数实时认知以及抛锚全景态势认知；

抛锚控制模块，用于在锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况满足锚泊条件时，选择合适类型的抛锚方式和抛锚方法，所述抛锚方式包括双锚泊和单锚泊，所述双锚泊包括一字锚、八字锚和平行锚，所述抛锚方法包括普通抛锚法、深水抛锚法、进抛法和退抛法；

船舶异常处理系统，用于自主定位异常起源，输出并执行异常解决方案；当异常情况超出自主解决能力范围时，向岸基发送警报；

岸基遥控操纵指令响应系统，用于检测岸基遥控操纵的指令，在接收到所述岸基遥控操纵的指令时控制船舶根据岸基遥控操纵的指令对船舶的各个系统进行操控；

船舶监测系统，用于实时监测船舶自身状态。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明无人驾驶船舶自主抛锚的操作方法，根据所选锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况判断是否适合锚泊，并根据参数所属的范围，判断实际环境和船舶自身状态，在不同情况下选择不同的抛锚方式和抛锚方法进行抛锚，达到最优抛锚的效果，实现无人船智能抛锚，本发明利用抛锚设备自主抛锚，可以减少人工干预，提高抛锚效率，实现快速精准抛锚，增加锚泊时间内船舶的安全性。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明具体实施例控制方法的流程图。

图2为本发明具体实施例控制系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明：

本实施例无人驾驶船舶包括状态感知模块和认知模块。

状态感知模块包括岸基指令交互模块、船载各类传感器数据采集模块，其作用是采集和接收岸基和船载设备的各种适用于抛锚的数据。

认知模块内部集成有锚地专家知识库，其可以将状态感知模块采集的抛锚数据进行处理分析，实现对船载设备状态参数实时认知以及抛锚全景态势的综合认知。其中，锚地专家知识库是根据船长经验、锚地现有资料文件以及未知锚地调查形成。

一种无人驾驶船舶自主抛锚的操作方法，该方法通过状态感知模块测量船体所受的风、流、浪等力，检测锚地水深、水流、潮汐、旋回余地等信息，将这些信息作为目标参数输入到认知模块中，结合船舶当前状态判断是否适合锚泊，并逐步判断各个参数所属的范围，达到自主选择抛锚方式和抛锚方法的效果，利用抛锚设备进行自主抛锚。

具体操作方法结合图1，对本实施例无人驾驶船舶自主抛锚控制方法进行具体说明：

S1、判断所选锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况是否满足锚泊条件，不满足时，执行S2；满足时，执行S3。

在步骤S1之前，首先根据船舶位置获取可选择的锚地；依据锚地专家知识库获得选择的锚地信息（包括锚地底质、大小等信息）；通过电子海图获取锚地环境状态（包括锚地水深、水流、潮汐状况等锚地环境状态）；根据船舶自动识别系统获取锚地内船舶基本信息（包括船长、船宽、船速、航向以及当前位置信息）；根据获取的船舶基本信息和锚地信息计算锚地当前可旋回余地。实时监测船舶自身状态（船体、船舶智能集成平台、启停控制系统、通讯系统、供电系统、电动锚机状态）。利用风速风向仪测量风力信息；利用船用波浪测量仪获取波浪信息；利用电子海图获取当前船速、船位、航向信息。

S2、自主定位异常情况，输出并执行异常解决方案；当异常情况超出自主解决能力范围时，向岸基发送警报，并等待岸基反馈指令。本实施例通过船舶异常处理系统自主定位异常情况。

船舶异常处理系统包括自主视情维护和岸基警报发送两个模块，当不满足锚泊条件时，自主视情维护模块自主定位异常起源，自主决策输出并执行异常解决方案；当异常情况超出船舶自主解决能力范围时，岸基警报发送模块及时向岸基发送警报，并等待岸基反馈指令。

S3、判断是否有岸基遥控操纵的指令，若检测到岸基遥控操纵的指令，执行S4；否则，执行S5。

S4（case1）、根据岸基遥控操纵的指令对船舶的各个系统进行操控。此时船舶处于被遥控操纵状态，船舶不执行自主航行，而是根据岸基的遥控指令对船舶的各个系统进行操控。本实施例为岸基遥控指令响应系统根据岸基遥控操纵的指令对船舶的各个系统进行操控。

S5、对抛锚设备进行准备工作，确保可以随时进行抛锚操作。包括对抛锚设备进行启动、预热等一系列的操作。

S6、判断所选锚地风是否在设定风级值以下（设定风级值一般为4级），浪是否在设定浪高值（设定浪高值一般为1.5米）以下，若是，执行S7；否则，执行S8。

S7、判断锚泊时间是否小于设定时间值，若是，执行S9；否则，需要锚泊时间大于等于设定时间值时，执行S11。

S8、判断所选锚地的避风情况，若所选锚地的避风情况优于设定避风情况，执行S10；否则，执行S11。其中，一般将锚地避风情况划分为优、良、中、差。本实施例的设定避风情况是指良及以上。

S9、根据船舶自动识别系统获取的锚地内船舶基本信息，锚地专家知识库获得的锚地可用范围，判断所选锚地是否狭小：检测锚地可用范围是否小于本船单锚泊所需范围，即可锚泊水域的旋回半径小于船长L+（60-90）米，若是，执行S11；否则，执行S12。

S10、依据锚地专家知识库判断所选锚地底质是否为泥底或软沙底，若是，表示锚地底质较好，锚的抓力较好，执行S12；若否，执行S11。

S11、确定此次抛锚需要采取双锚泊抛锚方式，执行S13。

双锚泊抛锚方式为将船首两个锚共同抛下，其固定效果好，安全系数高。

S12、确定此次抛锚需要采取单锚泊抛锚方式，执行S19。

单锚泊抛锚方式为船舶抛一只锚进行锚泊的方式，作业容易，抛起锚方便，适用水域较广。

S13、判断是否需要抵抗台风：需要抵抗台风时，执行S14；否则，执行S15。

S14、判断所选锚地水域面积是否足够，即旋回半径是否达到船长L+45米，以保证可以抛平行锚。若是，执行S16；若否，执行S17；

S15、判断所选锚地是否位于狭窄水域或河道内，水域面积是否足够抛八字锚，若否，水域足够，执行S17；若是，水域过于狭窄，执行S18。

S16、确定此次抛锚需要采取平行锚抛锚方式，执行S19。

平行锚为船舶同时抛下左右两锚，使双链保持平行，夹角为零的锚泊方式。

S17、确定此次抛锚需要采取八字锚抛锚方式，执行S19。

八字锚为船舶先后抛出左右两锚，使双链保持一定夹角（一般为60°左右）呈倒“八”字形的锚泊方式。

S18、确定此次抛锚需要采取一字锚抛锚方式，执行S19。

一字锚为在狭窄水域内，船舶沿水域纵向（一般沿流向）先后抛出两锚，使双链交角保持在近于180°的锚泊方式。

S19、判断所选锚地水深是否超过设定深度值（设定深度值一般为25米），若否，采用普通抛锚法；若是，采用深水抛锚法。

普通抛锚法，所选锚地水深不超过设定深度值时采用，操作简单、起锚方便。

深水抛锚法可以避免损伤锚、锚机等设备。大型船舶的锚、链均较重，为保证操作安全，一般采用深水抛锚法。

S20、判断所选锚地是否有横风作用于船舶，若有，采用进抛法；否则，采用退抛法。

进抛法为当船舶具有微小进速时，抛出首锚。

退抛法为船舶到达预定的抛锚点，在船舶略有退势时抛下首锚，利用船舶极慢的退势，分多次出链至预定长度。

S21、根据以上步骤选择的抛锚方式及抛锚方法进行抛锚。

S22、判断锚链是否异常：抛锚结束后，根据拉力传感器判断锚链状态，若锚链在设定时间值（设定时间值一般为30分钟）内无异常，抛锚成功；若锚链出现异常，抛锚出现异常。

抛锚成功，锚链无异常，执行case2船舶锚泊状态监测；抛锚过程存在异常，执行case3。

若在以上抛锚过程中感知到有岸基遥控操纵的指令，执行S4（case1）。以便船舶随时响应岸基指令遥控操船，避免抛锚异常等带来的损失。

本实施例还提出了一种无人驾驶船舶自主抛锚的控制系统，如图2所示，系统包括：

状态感知模块，包括岸基指令交互模块和船载传感器数据采集模块，用于采集和接收岸基和船载设备的抛锚数据。

状态感知模块可以获取船舶位置，状态认知模块根据船舶位置获取周围可选择的锚地，依据锚地专家知识库获得所选择锚地的信息；状态感知模块通过电子海图以及船舶自动识别系统获取锚地环境信息以及锚地内船舶基本信息；状态认知模块根据获取的船舶基本信息和锚地信息计算锚地当前的可旋回余地。

状态感知模块利用风速风向仪测量风力信息；利用船用波浪测量仪获取波浪信息；利用电子海图获取当前船速、船位、航向信息。

认知模块，集成锚地专家知识库，用于将状态感知模块采集的抛锚数据进行处理分析，用于对船载设备状态参数实时认知以及抛锚全景态势认知。

抛锚控制模块，用于在锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况满足锚泊条件时，选择合适类型的抛锚方式和抛锚方法，抛锚方式包括双锚泊和单锚泊，双锚泊包括一字锚、八字锚和平行锚，抛锚方法包括普通抛锚法、深水抛锚法、进抛法和退抛法。具体选择合适类型的抛锚方式和抛锚方法的控制方法如上所述，此处不再赘述。

船舶异常处理系统，用于在船舶监测系统监测船舶存在异常情况时自主定位异常起源，输出并执行异常解决方案；当异常情况超出自主解决能力范围时，向岸基发送警报。

船舶异常处理系统包括自主视情维护和岸基警报发送两个模块，当不满足锚泊条件时，自主视情维护模块自主定位异常起源，自主决策输出并执行异常解决方案；当异常情况超出船舶自主解决能力范围时，岸基警报发送模块及时向岸基发送警报，并等待岸基反馈指令。

岸基遥控操纵指令响应系统，用于检测岸基遥控操纵的指令，在接收到岸基遥控操纵的指令时控制船舶根据岸基遥控操纵的指令对船舶的各个系统进行操控。

船舶监测系统，用于实时监测船舶自身状态，并将船舶锚泊设备状态发送至抛锚控制模块。

岸基实时监测岸基指挥中心发出的遥控操纵指令是否正常，并发送至岸基遥控操纵指令响应系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、判断所选锚地环境状态、船舶自身状态、天气海况是否满足锚泊条件，不满足时，执行S2；满足时，执行S3；

S2、自主定位异常情况，输出并执行异常解决方案；当异常情况超出自主解决能力范围时，向岸基发送警报，并等待岸基反馈指令；

S3、判断是否有岸基遥控操纵的指令，若检测到岸基遥控操纵的指令，执行S4；否则，执行S5；

S4、根据岸基遥控操纵的指令对船舶的各个系统进行操控；

S5、对抛锚设备进行准备工作，确保可以随时进行抛锚操作；

S6、判断所选锚地风是否在设定风级值以下，浪是否在设定浪高值以下，若是，执行S7；否则，执行S8；

S7、判断锚泊时间是否小于设定时间值，若是，执行S9；否则，执行S11；

S8、判断所选锚地的避风情况，若所选锚地的避风情况优于设定避风情况，执行S10；否则，执行S11；

S9、根据船舶自动识别系统获取的锚地内船舶基本信息，锚地专家知识库获得的锚地可用范围，判断所选锚地是否狭小：检测锚地可用范围是否小于本船单锚泊所需范围，若是，执行S11；否则，执行S12；

S10、依据锚地专家知识库判断所选锚地底质是否为泥底或软沙底，若是，执行S12；若否，执行S11；

S11、确定此次抛锚需要采取双锚泊抛锚方式，执行S13；

S12、确定此次抛锚需要采取单锚泊抛锚方式，执行S19；

S13、判断是否需要抵抗台风：需要抵抗台风时，执行S14；否则，执行S15；

S14、判断所选锚地水域面积是否足够，若是，执行S16；若否，执行S17；

S15、判断所选锚地是否位于狭窄水域或河道内，若否，执行S17；若是，执行S18；

S16、确定此次抛锚需要采取平行锚抛锚方式，执行S19；

S17、确定此次抛锚需要采取八字锚抛锚方式，执行S19；

S18、确定此次抛锚需要采取一字锚抛锚方式，执行S19；

S19、判断所选锚地水深是否超过设定深度值，若否，采用普通抛锚法；若是，采用深水抛锚法；

S20、判断所选锚地是否有横风作用于船舶，若有，采用进抛法；否则，采用退抛法；

S21、根据以上步骤选择的抛锚方式及抛锚方法进行抛锚。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，所述方法包括：S22、抛锚结束后，根据拉力传感器判断锚链状态，若锚链在设定时间值内无异常，抛锚成功；若锚链出现异常，抛锚出现异常。

3.根据权利要求2所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，所述方法包括：抛锚成功，锚链无异常，执行船舶锚泊状态监测；抛锚过程存在异常，执行S2。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，若抛锚过程中感知到有岸基遥控操纵的指令，执行S4。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，根据船舶位置获取可选择的锚地；依据锚地专家知识库获得选择的锚地信息；通过电子海图获取锚地环境状态；根据船舶自动识别系统获取锚地内船舶基本信息；根据获取的船舶基本信息和锚地信息计算锚地当前可旋回余地。

6.根据权利要求1所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，检测锚地可用范围是否小于本船单锚泊所需范围的标准是：可锚泊水域的旋回半径小于船长L+（60-90）米。

7.根据权利要求1所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，判断水域面积是否足够的标准为：旋回半径是否达到船长L+ 45米。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：实时监测船舶自身状态。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的无人驾驶船舶自主抛锚控制方法，其特征在于，利用风速风向仪测量风力信息；利用船用波浪测量仪获取波浪信息；利用电子海图获取当前船速、船位、航向信息。

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