CN110498018A - 一种浮标碰撞检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种浮标碰撞检测系统，浮标包括浮筒，浮筒上设有灯架；本系统包括双轴自稳定平台、雷达和控制面板；双轴自稳定平台设置在灯架上，双轴自稳定平台的顶部固定有全景摄像机，底部设有配重块；双轴自稳定平台设有相互旋转连接的第一旋转轴和第二旋转轴；若干个测距仪周向固定在灯架上；控制面板固定在浮筒内，包括主控单元、远程通信单元和电源；主控单元用于接收测距仪的信号，当判断有不明物体在预设的预警范围内时，启动全景摄像机进行摄像，并将拍摄的图像通过远程通信单元发送给服务端，电源用于给主控单元、远程通信单元、测距仪和全景摄像机供电。本发明能提高传输效果，并准确拍到撞击船舶的图像。

Description

一种浮标碰撞检测系统
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种浮标碰撞检测系统。
背景技术
浮标是船舶夜航安全航行的主要信息来源之一。通过对浮标的识别，可以使船舶安全的航行在长江航道内。
水上浮标对于船舶航行至关重要，一些船舶航行过于贴近浮筒时，容易发生碰撞，导致浮标损坏和功能失效。浮标损坏后难以取证和定责，因此浮标碰撞检测就显得尤其重要。
基于视频的碰撞检测和取证是一种较好的方法，但是由于浮标容易在水中晃动，难以准确抓拍到船舶图像，而视频本身的数据量太大，实时的无线传输较为困难。因此迫切需要一种浮标碰撞检测方法来解决这一问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种浮标碰撞检测系统，能够准确拍到船舶图像并提高传输效果。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的浮标包括浮筒，浮筒上设有灯架；本系统包括双轴自稳定平台、雷达和控制面板；其中，
双轴自稳定平台设置在灯架上，双轴自稳定平台的顶部固定有全景摄像机，底部设有配重块；双轴自稳定平台设有相互旋转连接的第一旋转轴和第二旋转轴；
若干个测距仪周向固定在灯架上；
控制面板固定在浮筒内，包括主控单元、远程通信单元和电源；主控单元用于接收测距仪的信号，当判断有不明物体在预设的预警范围内时，启动全景摄像机进行摄像，并将拍摄的图像通过远程通信单元发送给服务端，电源用于给主控单元、远程通信单元、测距仪和全景摄像机供电。
按上述方案，所述的第一旋转轴包括水平的第一横杆，第一横杆的两端通过第一轴承连接有圆形支架，且第一横杆的中心即为圆形支架的圆心，所述的全景摄像机固定在圆形支架的顶部，所述的配重块通过连接件固定在圆形支架的底部；
所述的竖直旋转轴包括穿在第一横杆的中心、绕第一横杆转动连接的第二轴承，第二轴承上固定连接有与所述的第一横杆相互垂直的第二横杆，第二横杆的两端固定在所述的灯架上。
按上述方案，所述的测距仪为雷达；所述的主控单元通过测量雷达发射和接收信号之间的时间差来计算不明物体与浮筒之间的距离。
按上述方案，所述的雷达为毫米波雷达，每个毫米波雷达的辐射雷达波的范围为100度扇形，共有4个毫米波雷达。
按上述方案，所述的电源包括蓄电池组和太阳能板，蓄电池组用于给主控单元、远程通信单元、测距仪和全景摄像机供电，太阳能板用于将太阳能转换为电能并存储在蓄电池组中。
按上述方案，所述的控制面板还包括报警模块，主控单元检测出有不明物体在预设的预警范围内时，根据不明物体落入的预警范围的级别，发出对应的报警信号给报警模块进行报警。
按上述方案，所述的预警范围包括从远到近设置的第一至第四等级，所述的报警模块包括闪光报警和声光报警两种，在第一至第三等级时进行频率越来越高的闪光报警，在第四等级时进行声光报警。
本发明的有益效果为：通过采用测距仪和全景摄像机的组合，只有在有不明物体靠近浮标时，才会启动全景摄像机进行摄像，避免实时传输的数据量过大，从而提高传输效果；同时采用双轴自稳定平台，在发生碰撞时能够保持相对平稳，从而准确拍到撞击船舶的图像。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为双轴自稳定平台结构及三维碰撞分析图。
图中：1-浮筒；2-灯架；3-双轴自稳定平台；4-控制面板；5-细型横杆；3-1-全景摄像机；3-2-圆形支架；3-3-第二轴承；3-4-圆形支架内径；3-5-圆形支架外径；3-6-第二轴承内径；3-7-第二轴承外径；3-8-第一横杆；3-9-第二横杆；3-10-连接件；3-11-配重块。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种浮标碰撞检测系统，如图1和图2所示，所述的浮标包括浮筒1，浮筒1上设有灯架2；本系统包括双轴自稳定平台3、雷达和控制面板4；其中，双轴自稳定平台3设置在灯架2上，双轴自稳定平台3的顶部固定有全景摄像机3-1，底部设有配重块3-11；双轴自稳定平台3设有相互旋转连接的第一旋转轴和第二旋转轴。具体的，所述的第一旋转轴包括水平的第一横杆3-8，第一横杆3-8的两端通过第一轴承连接有圆形支架3-2，且第一横杆3-8的中心即为圆形支架3-2的圆心，所述的全景摄像机3-1固定在圆形支架3-2的顶部，所述的配重块3-11通过连接件3-10固定在圆形支架3-2的底部；所述的竖直旋转轴包括穿在第一横杆3-8的中心、绕第一横杆3-8转动连接的第二轴承3-3，第二轴承3-3上固定连接有与所述的第一横杆3-8相互垂直的第二横杆3-9，第二横杆3-9的两端固定在所述的灯架2上。全景摄像机3-1设置在圆形支架外径3-5处，第一横杆3-8与圆形支架内径3-4连接，且第一横杆3-8的外径与第二轴承内径3-6相等，第二横杆3-9连接在第二轴承外径3-7处。
若干个测距仪周向固定在灯架2上。
控制面板4固定在浮筒1内，包括主控单元、远程通信单元和电源；主控单元用于接收测距仪的信号，当判断有不明物体在预设的预警范围内时，启动全景摄像机进行摄像，并将拍摄的图像通过远程通信单元发送给服务端，电源用于给主控单元、远程通信单元、测距仪和全景摄像机供电。
测距仪可以是雷达、激光测距仪、超声波测距仪等。本实施例中，雷达为毫米波雷达，每个毫米波雷达的辐射雷达波的范围为100度扇形，共有4个毫米波雷达。所述的主控单元通过测量雷达发射和接收信号之间的时间差来计算不明物体与浮筒之间的距离。脉冲雷达测距原理简单，但在具体技术实现上，脉冲测距存在一定难度。由于脉冲测距需在很短的时间内发射大功率的信号脉冲，通过脉冲信号控制雷达的压控振荡器(VoltageContronedOscillat VCO)从低频瞬时跳变到高频，因此它在硬件结构上比较复杂，造价高。此外，由于目标的回波与发射信号一般会有60～100dB的衰减，在对回波信号进行放大处理之前，应将其与发射信号进行严格的隔离，否则回波信号的放大器则会因为发射信号的窜入而饱和。为了避免发射信号窜入接收信号中，需进行技术处理，从而导致硬件结构的复杂性增加，产品造价高。故在车用领域，脉冲测距运用较少。连续波雷达测距是调频连续波(FMCW)测距方式。该种雷达结构较简单，其基本原理是雷达天线发射连续的调频信号(一般为连续三角形波)，当遇到前方障碍物时，会产生与发射信号有一定延时的回波，通过雷达天线接收回波信号，并将发射信号和接收信号进行混频处理，混频后的结果可用其差拍信号间相差来表示雷达与目标的距离，把对应的脉冲信号经微处理器处理计算可得到距离数值，再根据差频信号相差与相对速度关系，计算出目标对雷达的相对速度。假设发射的中心频率为f0，B为频带宽度，T为扫频周期，调制信号为三角波，c为光速，R和v分别为目标的相对距离和相对速度。在发射信号的上升段和下降段。f-和f+分别为下降段频差和上升段频差。
从上式可以看出，目标的速度和距离都和中频信号相关。为了获得目标的信息必须对中频信号进行实时频谱分析，其方法主要是运用快速傅立叶变换(FTT)。对于单目标来说，快速傅立叶变换能够直接得到f-和f+，求得目标的速度和距离。
如图2所示，以圆形支架3-2的圆心为坐标原点，第二横杆3-9为x轴，第一横杆3-8为y轴，与第一横杆3-9、第二横杆3-8所在平面相互垂直的轴为z轴，建立空间坐标系。当浮标受到沿x轴方向的作用力时，浮标透过第一横杆3-9带动全景摄像机3-1校正装置一起向x轴方向偏转，但是收到配重块3-11重力的作用，透过第二横杆3-8带动第二轴承内径3-6向相反方向转动，从而使与第一横杆3-8相连的圆形支架3-2恢复水平方向，进而使全景摄像机3-1同时恢复水平。当浮标受到沿y轴方向的作用力时，浮标透过第二横杆3-9带动全景摄像机3-1校正装置一起向y轴方向偏转，但是收到配重块3-11重力的作用，圆形支架外径3-5会向相反方向移动，从而使全景摄像机3-1恢复水平。当浮标受到任意方向的作用力时，都可以分解为沿x轴方向和沿y轴方向。全景摄像机3-1配备360度无死角摄像能力，主要用于采集视频数据，并且通过数据传输线传输至控制面板4，再由控制面板4传回服务端。
本实施例中，所述的电源包括蓄电池组和太阳能板，蓄电池组用于给主控单元、远程通信单元、测距仪和全景摄像机供电，太阳能板用于将太阳能转换为电能并存储在蓄电池组中。
本实施例中，远程通讯单元为GPRS模块。GPRS模块是在原有的基于电路交换(CSD)方式的GSM网络上引入两个新的网络节点：GPRS服务支持节点(SGSN)和网关支持节点(GGSN)。SGSN和MSC在同一等级水平，并跟踪单个MS的存储单元实现安全功能和接入控制，并通过帧中继连接到基站系统。GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。GPRS终端通过接口从全景摄像机取得图像数据，处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站。分组数据经SGSN封装后，SGSN通过GPRS骨干网与网关支持接点GGSN进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。
若分组数据是发送到另一个GPRS终端，则数据由GPRS骨干网发送到SGSN，再经BSS发送到GPRS终端。最终，服务端通过网络提取GPRS模块从全景摄像机采集的图像数据。
可选的，所述的控制面板还包括报警模块，主控单元检测出有不明物体在预设的预警范围内时，根据不明物体落入的预警范围的级别，发出对应的报警信号给报警模块进行报警。
本实施例中，所述的预警范围包括从远到近设置的第一至第四等级，所述的报警模块包括闪光报警和声光报警两种，在第一至第三等级时进行频率越来越高的闪光报警，在第四等级时进行声光报警。
当船舶受到外界作用力发生倾斜时，自稳定的视频测量系统通过控制与通信系统打开全景摄像机、毫米波雷达，并且使全景摄像机处于待机状态，随时准备进入工作状态，而毫米波雷达便以一定的周期进行全方位的扫描。当有船舶处于毫米波雷达的扫描范围内时，毫米波雷达即开始进行测距，并通过控制模块判断船舶距浮标的距离是否达到预警距离，若达到预警距离，控制与通信系统即启动全景摄像机，使其以一定周期进行视频数据的采集，并通过数据传输线传输至GPRS模块，并且根据船舶与浮标的距离发出警报。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的浮标包括浮筒，浮筒上设有灯架；本系统包括双轴自稳定平台、雷达和控制面板；其中，
双轴自稳定平台设置在灯架上，双轴自稳定平台的顶部固定有全景摄像机，底部设有配重块；双轴自稳定平台设有相互旋转连接的第一旋转轴和第二旋转轴；
若干个测距仪周向固定在灯架上；
控制面板固定在浮筒内，包括主控单元、远程通信单元和电源；主控单元用于接收测距仪的信号，当判断有不明物体在预设的预警范围内时，启动全景摄像机进行摄像，并将拍摄的图像通过远程通信单元发送给服务端，电源用于给主控单元、远程通信单元、测距仪和全景摄像机供电。
2.根据权利要求1所述的浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的第一旋转轴包括水平的第一横杆，第一横杆的两端通过第一轴承连接有圆形支架，且第一横杆的中心即为圆形支架的圆心，所述的全景摄像机固定在圆形支架的顶部，所述的配重块通过连接件固定在圆形支架的底部；
所述的竖直旋转轴包括穿在第一横杆的中心、绕第一横杆转动连接的第二轴承，第二轴承上固定连接有与所述的第一横杆相互垂直的第二横杆，第二横杆的两端固定在所述的灯架上。
3.根据权利要求1所述的浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的测距仪为雷达；所述的主控单元通过测量雷达发射和接收信号之间的时间差来计算不明物体与浮筒之间的距离。
4.根据权利要求3所述的浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的雷达为毫米波雷达，每个毫米波雷达的辐射雷达波的范围为100度扇形，共有4个毫米波雷达。
5.根据权利要求1所述的浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的电源包括蓄电池组和太阳能板，蓄电池组用于给主控单元、远程通信单元、测距仪和全景摄像机供电，太阳能板用于将太阳能转换为电能并存储在蓄电池组中。
6.根据权利要求1所述的浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的控制面板还包括报警模块，主控单元检测出有不明物体在预设的预警范围内时，根据不明物体落入的预警范围的级别，发出对应的报警信号给报警模块进行报警。
7.根据权利要求6所述的浮标碰撞检测系统，其特征在于：所述的预警范围包括从远到近设置的第一至第四等级，所述的报警模块包括闪光报警和声光报警两种，在第一至第三等级时进行频率越来越高的闪光报警，在第四等级时进行声光报警。
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