CN111337027A - 一种船舶随动操作辅助驾驶方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开一种船舶随动操作辅助驾驶方法及系统，涉及船舶操作技术领域，为便于提高操船控制精度而发明。船舶随动操作辅助驾驶方法，包括：获取船舶当前的航向、转向率和航行速度；根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向；将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹；在显示屏上显示所述预测航行轨迹。本发明适用于船舶随动操作。
Description
技术领域
本发明涉及船舶操作技术领域，尤其涉及一种船舶随动操作辅助驾驶方法及系统。
背景技术
现代船舶上一般会配置自动舵，有自动和随动模式。自动舵的航向模式下驾驶员只需要输入设定航向，自动舵完成控制过程，打舵过程由自动舵自主进行，船舶航向达到设定航向后进入保持阶段，无需人员进行额外干预。
但是在随动模式下，当需要改变航向时，由舵手或驾驶员根据操船经验概略判断需要打多少度舵，手动打舵，然后等待船转向到目标航向附近后回舵。整个过程由驾驶员等操船人员人工控制，操船效果的好坏完全依靠驾驶员的经验，对人的依赖度较高，控制精度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种船舶随动操作辅助驾驶方法及系统，便于提高操船控制精度。
第一方面，本发明实施例提供一种船舶随动操作辅助驾驶方法，包括：
获取船舶当前的航向、转向率和航行速度；根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向；将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹；在显示屏上显示所述预测航行轨迹。
可选地，所述获取船舶当前的航向、转向率和航行速度之后，所述方法还包括：对获取到的船舶当前的航向、转向率和航行速度进行最小二乘法滤波处理；
其中，所述根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，包括：根据最小二乘法滤波处理后的当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；
所述基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：
基于最小二乘法滤波处理后的当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向。
可选地，所述基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：根据如下公式，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向：
其中，Hn为预测航向，Hnow为当前航向，Rot为当前转向率，Rot为一个包含变量t的函数，t为船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
可选地，在获取船舶当前的航向、转向率和航行速度之前，所述方法还包括：在显示屏中显示航行轨迹坐标系；其中，航行轨迹坐标系的横坐标代表航向刻度，纵坐标代表距离刻度；
在所述航行轨迹坐标系中显示船舶图标，并在船舶图标的行进方向的前方显示至少一条所述距离指示线。
可选地，所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，还包括：将计算得到的船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，以及船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，标注并显示在所述前方距离指示线处。
可选地，所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，还包括：获取船舶当前航行的水域的电子水域图；将所述预测航行轨迹与所述电子水域图叠加显示。
第二方面，本发明实施例还提供一种船舶随动操作辅助驾驶系统，包括：
信息采集单元，用于获取船舶当前的航向、转向率和航行速度；
计算单元，用于根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向；
显示单元，用于将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹，并在显示屏上显示所述预测航行轨迹。
可选地，所述计算单元，还用于：对获取到的船舶当前的航向、转向率和航行速度进行最小二乘法滤波处理；
其中，所述根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，包括：根据最小二乘法滤波处理后的当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；
所述基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：
基于最小二乘法滤波处理后的当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向。
可选地，所述计算单元，具体用于根据如下公式，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向：
其中，Hn为预测航向，Hnow为当前航向，Rot为当前转向率，Rot为一个包含变量t的函数，t为船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
可选地，所述显示单元，还用于：在获取船舶当前的航向、转向率和航行速度之前，在显示屏中显示航行轨迹坐标系；其中，航行轨迹坐标系的横坐标代表航向刻度，纵坐标代表距离刻度；在所述航行轨迹坐标系中显示船舶图标，并在船舶图标的行进方向的前方显示至少一条所述距离指示线。
可选地，所述显示单元，还用于：将计算得到的船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，以及船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，标注并显示在所述前方距离指示线处。
可选地，所述显示单元，还用于：获取船舶当前航行的水域的电子水域图，并将所述预测航行轨迹与所述电子水域图叠加显示。
本发明实施例提供的一种船舶随动操作辅助驾驶方法、系统及船舶，通过获取船舶当前的航向、转向率和航行速度，根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹，在显示屏上显示所述预测航行轨迹，这样，船舶操作人员可根据显示屏上显示的所述预测航行轨迹，对船舶进行操作，便于提高操船控制精度。
附图说明
图1为本发明一实施例船舶随动操作辅助驾驶方法流程示意图；
图2为本发明一个例子中显示屏上显示的预测航行轨迹示意图；
图3为本发明一实施例中的航行轨迹坐标系示意图；
图4为本发明一实施例船舶随动操作辅助驾驶系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，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。
图1为本发明一实施例船舶随动操作辅助驾驶方法流程示意图，参看图1，本发明实施例船舶随动操作辅助驾驶方法，可包括步骤：
S100、获取船舶当前的航向、转向率和航行速度。
可通过设在船舶上的传感器获取船舶当前的航向、转向率和航行速度。比如可通过设在船舶上的罗经传感器获取船舶当前的航向和转向率。所述转向率也可根据预测算法根据航向信息推算的船舶转向率。其中，所述航行速度为船舶的对水速度。
S102、根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
距离指示线也可称为船位距离指示线，是用来预测航向/航迹的辅助线。在船舶当前位置前方可有多条相互间隔的距离指示线。
在一实施例中，可根据如下公式，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长t：
t＝D/Stw；
其中，D为船舶自当前位置与前方距离指示线之间的距离，Stw为船舶速度。
S104、基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向。
在一实施例中，可根据如下公式，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向：
其中，Hn为预测航向，Hnow为当前航向，Rot为当前转向率，Rot为一个包含变量t的函数，t为船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
S106、将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹。
从当前船位开始，将计算得出的各个预测点(所述预测航向与所述前方距离指示线的交点)的坐标在显示屏上使用平滑曲线连接，即可得到预测航行轨迹曲线。相邻距离指示线之间的距离刻度越小，计算量越多，得到的预测点的数量越多，预测航行轨迹曲线越平滑。
S108、在显示屏上显示所述预测航行轨迹。
显示屏可以是自动舵的显示屏，也可以是电子水域图(如电子海图或电子江图)的显示屏，也可以是专用于显示预测航迹曲线的显示屏；显示屏可以根据用户需求灵活配置。图2为一个例子中显示屏上显示的预测航行轨迹示意图。
本实施例中，通过获取船舶当前的航向、转向率和航行速度，根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹，在显示屏上显示所述预测航行轨迹，这样，船舶操作人员可根据显示屏上显示的所述预测航行轨迹，对船舶进行操作，便于提高操船控制精度。
当舵角、速度、转向率等信息发生变化时，可以实时更新显示预测航行轨迹。其中，舵角为船舶驾驶员操舵的角度，舵角的变化会导致转向率发生变化。
由于实船上存在各种干扰，航向、转向率、速度等信息跳动会比较严重，为减小干扰，使显示在界面上的数据达到人眼可接受的跳动速度，在一实施例中，在所述获取船舶当前的航向、转向率和航行速度(步骤S100)之后，所述方法还可包括对获取到的船舶当前的航向、转向率和航行速度进行最小二乘法滤波处理的步骤。
相应地，所述根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，包括：根据最小二乘法滤波处理后的当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
所述基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：基于最小二乘法滤波处理后的当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向。
在一实施例中，在获取船舶当前的航向、转向率和航行速度(步骤S100)之前，所述方法还可包括：
在显示屏中显示航行轨迹坐标系；其中，航行轨迹坐标系的横坐标代表航向刻度，纵坐标代表距离刻度；
在所述航行轨迹坐标系中显示船舶图标，并在船舶图标的行进方向的前方显示至少一条所述距离指示线。
可将显示屏的显示界面在垂直方向划分为多等分，用虚线表示出，每一等分代表一定距离，此距离可由用户设置。在一例子中，每一等分表示50米间隔，距离显示在指示线右侧。将显示界面水平方向划分为多等分，表示航向刻度信息，此刻度可选显示或不显示。图3为本发明一实施例中的航行轨迹坐标系示意图。
在一实施例中，所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，还可包括：将计算得到的船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，以及船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，标注并显示在所述前方距离指示线处。
在一个例子中，所述预测航向和预测时长可显示在距离指示线左侧，显示格式可为(预测航向)(分隔符号)(预测时长)，例如209.5°～11S。
为更方便的观察航道信息和障碍物情况，在一实施例中，所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，还可包括：获取船舶当前航行的水域的电子水域图；将所述预测航行轨迹与所述电子水域图叠加显示。
在一个例子中，可以通过LAN接口和电子海图/电子江图进行通信，将预测算法计算出的预测航向的各个点位信息按照约定的通信格式发送到电子海图/电子江图设备，电子海图/电子江图设备结合位置定位信息，可以将预测航向/航迹信息叠加到电子海图/电子江图上显示。可以更方便的观察航道信息和障碍物情况。
图4为本发明一实施例船舶随动操作辅助驾驶系统的框图，参看图4，本实施例船舶随动操作辅助驾驶系统，包括：信息采集单元11、计算单元12和显示单元13；其中，
信息采集单元11，用于获取船舶当前的航向、转向率和航行速度；
计算单元12，用于根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向；
显示单元13，用于将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹，并在显示屏上显示所述预测航行轨迹。
在一实施例中，所述计算单元，还用于：对获取到的船舶当前的航向、转向率和航行速度进行最小二乘法滤波处理；
其中，所述根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，包括：根据最小二乘法滤波处理后的当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；
所述基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：基于最小二乘法滤波处理后的当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向。
在一实施例中，所述计算单元，具体用于根据如下公式，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向：
其中，Hn为预测航向，Hnow为当前航向，Rot为当前转向率，Rot为一个包含变量t的函数，t为船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
在一实施例中，所述显示单元，还用于：在获取船舶当前的航向、转向率和航行速度之前，在显示屏中显示航行轨迹坐标系；其中，航行轨迹坐标系的横坐标代表航向刻度，纵坐标代表距离刻度；在所述航行轨迹坐标系中显示船舶图标，并在船舶图标的行进方向的前方显示至少一条所述距离指示线。
在一实施例中，所述显示单元，还用于：将计算得到的船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，以及船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，标注并显示在所述前方距离指示线处。
在一实施例中，所述显示单元，还用于：获取船舶当前航行的水域的电子水域图，并将所述预测航行轨迹与所述电子水域图叠加显示。
本实施例的系统，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
为了描述的方便，描述以上系统是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种船舶随动操作辅助驾驶方法，其特征在于，包括：
获取船舶当前的航向、转向率和航行速度；
根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；
基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向；
将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹；
在显示屏上显示所述预测航行轨迹。
2.根据权利要求1所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，其特征在于，所述获取船舶当前的航向、转向率和航行速度之后，所述方法还包括：对获取到的船舶当前的航向、转向率和航行速度进行最小二乘法滤波处理；
其中，所述根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，包括：根据最小二乘法滤波处理后的当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；
所述基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：
基于最小二乘法滤波处理后的当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向。
3.根据权利要求1所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，其特征在于，所述基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：
根据如下公式，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向：
其中，Hn为预测航向，Hnow为当前航向，Rot为当前转向率，Rot为一个包含变量t的函数，t为船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
4.根据权利要求1所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，其特征在于，在获取船舶当前的航向、转向率和航行速度之前，所述方法还包括：
在显示屏中显示航行轨迹坐标系；其中，航行轨迹坐标系的横坐标代表航向刻度，纵坐标代表距离刻度；
在所述航行轨迹坐标系中显示船舶图标，并在船舶图标的行进方向的前方显示至少一条所述距离指示线。
5.根据权利要求1或4所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，其特征在于，还包括：
将计算得到的船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，以及船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，标注并显示在所述前方距离指示线处。
6.根据权利要求1或4所述的船舶随动操作辅助驾驶方法，其特征在于，还包括：
获取船舶当前航行的水域的电子水域图；
将所述预测航行轨迹与所述电子水域图叠加显示。
7.一种船舶随动操作辅助驾驶系统，其特征在于，包括：
信息采集单元，用于获取船舶当前的航向、转向率和航行速度；
计算单元，用于根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；基于当前的航向、转向率，以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向；
显示单元，用于将船舶的当前位置，与所述预测航向与所述前方距离指示线的交点相连，形成船舶的预测航行轨迹，并在显示屏上显示所述预测航行轨迹。
8.根据权利要求7所述的船舶随动操作辅助驾驶系统，其特征在于，所述计算单元，还用于：对获取到的船舶当前的航向、转向率和航行速度进行最小二乘法滤波处理；
其中，所述根据当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，包括：根据最小二乘法滤波处理后的当前的航行速度，计算船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长；
所述基于当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，包括：
基于最小二乘法滤波处理后的当前的航向、转向率以及所述预测时长，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向。
9.根据权利要求7所述的船舶随动操作辅助驾驶系统，其特征在于，所述计算单元，具体用于根据如下公式，计算船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向：
其中，Hn为预测航向，Hnow为当前航向，Rot为当前转向率，Rot为一个包含变量t的函数，t为船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长。
10.根据权利要求7所述的船舶随动操作辅助驾驶系统，其特征在于，所述显示单元，还用于：在获取船舶当前的航向、转向率和航行速度之前，在显示屏中显示航行轨迹坐标系；其中，航行轨迹坐标系的横坐标代表航向刻度，纵坐标代表距离刻度；在所述航行轨迹坐标系中显示船舶图标，并在船舶图标的行进方向的前方显示至少一条所述距离指示线。
11.根据权利要求7或10所述的船舶随动操作辅助驾驶系统，其特征在于，所述显示单元，还用于：将计算得到的船舶自当前位置行驶至前方距离指示线所花费的预测时长，以及船舶到达所述前方距离指示线时的预测航向，标注并显示在所述前方距离指示线处。
12.根据权利要求10所述的船舶随动操作辅助驾驶系统，其特征在于，所述显示单元，还用于：获取船舶当前航行的水域的电子水域图，并将所述预测航行轨迹与所述电子水域图叠加显示。
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