CN111354226A - 基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶航行监控领域，具体涉及一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法和装置，旨在为了解决现有方法无法直观展示船舶航行中的多维度信息，行驶状态信息和预警信息显示方式单一的问题。本发明方法通过接收被控船舶发送的动态行驶信息、设备运行信息和环境信息，基于预先存储的电子海图、航行监控信息生成三维场景模型，查找预先建立的三维场景状态显示映射关系表，三维场景模型采用与接收信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示。本发明构建船舶航行的三维场景，视觉效果生动逼真；提供多种航行监控信息的动态显示，带给操作人员更加直观的显示效果，便于操作人员迅速掌握船舶航行信息。

Description

基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法和装置

技术领域

本发明属于船舶航行监控领域，具体涉及一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法和装置。

背景技术

当今社会已经进入了信息时代，智能化、网络化、船岸一体化将是二十一世纪船舶自动化发展的方向,高度智能化船舶是二十一世纪最具有发展前途的船舶。随着国际贸易的发展,世界海运量的扩大,船舶的安全性显得更加的重要,所以必须提高船舶的安全性。随着海事信息化的发展，监管重点由事后应急向事前预警转变。船舶的智能防撞预警技术作为智能船舶的关键技术，因为能够大幅度减少海上交通事故、提高航行的安全性而受到人们的日益关注。

现有的船舶辅助驾驶系统基于二维电子海图和雷达视频界面进行的信息展示，无法直观展示航道水深、船舶真实大小、船舶吃水状况等船舶航行中的多维度信息，行驶状态信息和预警信息显示方式单一。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法和装置。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，该方法包括：

步骤S10、接收被控船舶发送的航行监控信息，所述被控船舶为自主驾驶船舶，所述航行监控信息包括所述被控船舶实时采集的动态行驶信息、设备运行信息、环境信息以及感知范围内的其他船舶信息；

步骤S20、基于预先存储的电子海图、所述航行监控信息，通过三维成像技术生成三维场景模型，所述三维场景模型包含所述被控船舶及所述被控船舶周围预设海域内物标；

步骤S30、根据所述被控船舶的航行监控信息，查找预先建立的三维场景状态显示映射关系表，所述三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示。

作为本发明方法的一种改进，所述物标包括陆地、岛屿、碍航物、他船。

作为本发明方法的一种改进，所述三维场景模型中包括所述被控船舶与最近物标的距离提示符、所述被控船舶的动态领域提示符和所述他船的动态领域提示符。

作为本发明方法的一种改进，所述动态行驶信息包括位置数据、航速数据、航向数据。

作为本发明方法的一种改进，步骤S30中“三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示”包括：

在所述三维场景模型中实时显示所述被控船舶与最近物标的距离信息；

当所述被控船舶与最近物标的距离大于预警距离时，所述距离提示符通过预设第一颜色显示；

当所述被控船舶与最近物标的距离小于等于预警距离时，所述距离提示符通过预设第二颜色显示；

当所述被控船舶与他船不具有碰撞危险时，所述被控船舶的动态领域提示符、所述他船的动态领域提示符通过预设第三颜色显示；

当所述被控船舶与他船具有碰撞危险时，所述被控船舶的动态领域提示符、所述他船的动态领域提示符和所述三维场景模型中被控船舶相应碰撞部位随着危险预警等级进行动态调整，直到预警解除。

作为本发明方法的一种改进，所述设备运行信息包括动力设备运行信息数据。

作为本发明方法的一种改进，步骤S30中“三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示”包括：

当所述动力设备运行信息数据落入预设的预警范围时，在所述被控船舶模型的相应舱室显示相应的动力设备，所述动力设备的颜色随着预警等级进行动态调整，直到预警解除。

作为本发明方法的一种改进，所述环境信息包括所述被控船舶计划路径周围预设范围内的水深信息、当前和未来一段时间计划路径周围预设范围内的天气信息。

作为本发明方法的一种改进，步骤S30中“三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示”包括：

当天气信息包括恶劣天气信息时，所述三维场景模型中显示所述恶劣天气信息和所述被控船舶与所述恶劣天气影响区域的距离、预计接触时间，并在显示界面的边界处设置红光闪烁；

当水深信息包括水深预警信息时，在所述三维场景模型中所述水深预警信息提示的位置水域设置红光闪烁，所述深度预警信息为航行方向上某一位置水深信息数据落入预设的预警范围。

本发明第二方面提出了一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控装置，该装置包括：航行监控信息接收模块、三维场景模型生成模块、三维场景模型显示模块；

所述航行监控信息接收模块，配置为接收被控船舶发送的航行监控信息，所述被控船舶为自主驾驶船舶，所述航行监控信息包括所述被控船舶实时采集的动态行驶信息、设备运行信息、环境信息以及感知范围内的其他船舶信息；

所述三维场景模型生成模块，配置为基于预先存储的电子海图、所述航行监控信息，通过三维成像技术生成三维场景模型，所述三维场景模型包含所述被控船舶及所述被控船舶周围预设海域内物标；

所述三维场景模型显示模块，配置为根据所述被控船舶的航行监控信息，查找预先建立的三维场景状态显示映射关系表，所述三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法和装置，结合多种数据构建三维场景，直观展示航道水深、船舶真实大小、船舶吃水状况等船舶航行中的多维度信息，并提供多种航行监控信息的动态显示，三维图像能带来更加直观的显示效果，便于操作人员迅速掌握船舶航行信息。本发明还可提供多种危险情况的预警，并采用多态化、突出、醒目的预警方式予以区分，便于直观判断预警类别；还实现对舱内动力设备部署的立体展示与实时浏览，三维视觉效果更逼真。

附图说明

本发明借助于以下附图进行描述：

图1为本发明具体实施方式中的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法流程示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明基于电子海图数据、自主驾驶船舶发送的动态行驶信息、设备运行信息、环境信息和其他船舶信息构建自主驾驶船舶航行时的三维监控模型，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S10、接收被控船舶发送的航行监控信息，被控船舶为自主驾驶船舶，航行监控信息包括被控船舶实时采集的动态行驶信息、设备运行信息、环境信息以及感知范围内的其他船舶信息；

步骤S20、基于预先存储的电子海图、航行监控信息，通过三维成像技术生成三维场景模型，三维场景模型包含被控船舶及被控船舶周围预设海域内物标；

步骤S30、根据被控船舶的航行监控信息，查找预先建立的三维场景状态显示映射关系表，三维场景模型采用与船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示。

为了便于理解本发明方法提供一个实施例，结合该实施例对本发明方法中的各步骤进行详细说明。

S1、基于电子海图数据、AIS数据于岸基建立三维海图及以本船为中心6海里范围内的船舶模型。通过船舶模型可以反映航道水深、船舶真实大小、船舶吃水状况等船舶航行中的多维度信息。

本实施例中其他船舶信息通过AIS系统获取，在其他的实施例中也可以使用雷达、摄像头视频采集等方式获取。

S2、通过接收自主驾驶船舶发送的动态行驶信息、设备运行信息及环境信息，生成三维场景模型并进行三维航行状态显示。

三维场景模型包含被控船舶及被控船舶周围预设海域内物标。物标可以是陆地、岛屿、碍航物、他船。

本实施例中，环境信息可以是通过感知设备采集的被控船舶计划路径周围预设范围内的水深信息，以及从天气预报部门获取的当前和未来一段时间内被控船舶计划路径周围预设范围内的天气信息。

自主驾驶船舶自主航行系统分设预警子系统，不同于故障报警，预警具有行为预计算、目标动态预测、避碰结果评估功能，该子系统包括计算模块、算法模块、通讯模块，在自主航行系统中设置三维数据预警输入接口及优先级权限，同时实时检测通讯状态，保证将预警信息第一时间发送至岸端。

岸基配有岸基显示界面。岸基系统还根据AIS数据和接收到的本船航行信息预计算出各船舶的安全航行动态领域，以下简称船舶领域。

S3、岸基接收到船端发送的预警信息，在岸基显示界面中进行包括预警信息的监控状态三维显示。

预警信息包括碰撞危险预警、动力设备运行预警、恶劣天气预警、水深预警；其中，碰撞危险预警包括距离预警和碰撞位置预警。以下对每种监控状态进行具体说明。

距离监控：在岸基显示界面中，本船的三维模型与离其最近的陆地、岛屿、碍航物、他船等模型之间由具有距离标识的白色测距线相连，实时更新距离。当测距线所示距离达到预设预警距离范围时，测距线将转变为红色，当超出预警范围后又会变回白色。

碰撞位置监控：在岸基显示界面中，本船和以本船为中心6海里范围内的其他船舶的三维模型带有船舶领域圈显示。当其他船舶与本船具有碰撞危险时，根据危险等级的递进，该其他船舶的船舶领域圈将经过由常规变为黄色再变为红色的转变过程，同时将系统预测的本船将要产生碰撞的船体部位以相同的颜色变化进行动态显示。

动力设备运行监控：当设备运行信息中某个设备的检测数据达到预设的预警范围，在岸基显示界面中，所述设备所在舱室在本船三维模型变得透明后可见，该设备模型的颜色也会随着预警等级的递进而由常规变为黄色再变为红色。直到数据不再处于预警范围后，设备恢复常规颜色，本船三维模型也重新变为不透明状态。

本实施例中使用黄色和红色这样的警示颜色，醒目的展示危险程度，使用虚实和动静的变化，使三维预警更加突出和吸引眼球。

恶劣天气监控：当系统根据环境感知数据或气象预报分析出将有恶劣天气出现时，在岸基显示界面中，将模拟恶劣天气的出现，并显示本船与恶劣天气影响区域的距离和预计接触时间，此时在显示界面的边界处会不断有红光闪烁，直到系统重新规划航线并采取避让措施且确保新航线不会受到恶劣天气影响后预警才会解除，显示界面边界恢复常规状态。

航行水深监控：当航行水深不足时系统将进行预警。当航行方向上某一位置水深信息数据落入预设的预警范围时，在显示界面将弹出航行海域的剖面图以显示航行水深情况，该位置的海域将会不断闪烁红光，并且界面中会显示本船与该位置的距离和预计接触时间，直到系统重新规划航线并采取避让措施且确保新航线不会受到水深不足的影响后预警才会解除，显示界面恢复常规状态。

本发明实施例可用于辅助岸基监控人员更直观地评估避碰结果，可以及时有效地预防、控制和消除水上交通突发安全事故的危害，提高船舶运行安全性，避免和减少人员伤亡和财产损失，同时还可以保证了水上应急救援行动的有效和及时开展。

本发明实施例的一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控装置，该装置包括：航行监控信息接收模块、三维场景模型生成模块、三维场景模型显示模块；

航行监控信息接收模块，配置为接收被控船舶发送的航行监控信息，被控船舶为自主驾驶船舶，航行监控信息包括被控船舶实时采集的动态行驶信息、设备运行信息、环境信息以及感知范围内的其他船舶信息；

三维场景模型生成模块，配置为基于预先存储的电子海图、航行监控信息，通过三维成像技术生成三维场景模型，三维场景模型包含被控船舶及被控船舶周围预设海域内物标；

三维场景模型显示模块，配置为根据被控船舶的航行监控信息，查找预先建立的三维场景状态显示映射关系表，三维场景模型采用与船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示。

需要说明的是，上述实施例提供的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控装置，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S10、接收被控船舶发送的航行监控信息，所述被控船舶为自主驾驶船舶，所述航行监控信息包括所述被控船舶实时采集的动态行驶信息、设备运行信息、环境信息以及感知范围内的其他船舶信息；

步骤S20、基于预先存储的电子海图、所述航行监控信息，通过三维成像技术生成三维场景模型，所述三维场景模型包含所述被控船舶及所述被控船舶周围预设海域内物标；

步骤S30、根据所述被控船舶的航行监控信息，查找预先建立的三维场景状态显示映射关系表，所述三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，所述物标包括陆地、岛屿、碍航物、他船。

3.根据权利要求2所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，所述三维场景模型中包括所述被控船舶与最近物标的距离提示符、所述被控船舶的动态领域提示符和所述他船的动态领域提示符。

4.根据权利要求3所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，所述动态行驶信息包括位置数据、航速数据、航向数据。

5.根据权利要求4所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，步骤S30中“三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示”包括：

在所述三维场景模型中实时显示所述被控船舶与最近物标的距离信息；

当所述被控船舶与最近物标的距离大于预警距离时，所述距离提示符通过预设第一颜色显示；

当所述被控船舶与最近物标的距离小于等于预警距离时，所述距离提示符通过预设第二颜色显示；

当所述被控船舶与他船不具有碰撞危险时，所述被控船舶的动态领域提示符、所述他船的动态领域提示符通过预设第三颜色显示；

当所述被控船舶与他船具有碰撞危险时，所述被控船舶的动态领域提示符、所述他船的动态领域提示符和所述三维场景模型中被控船舶相应碰撞部位随着危险预警等级进行动态调整，直到预警解除。

6.根据权利要求1所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，所述设备运行信息包括动力设备运行信息数据。

7.根据权利要求6所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，步骤S30中“三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示”包括：

当所述动力设备运行信息数据落入预设的预警范围时，在所述被控船舶模型的相应舱室显示相应的动力设备，所述动力设备的颜色随着预警等级进行动态调整，直到预警解除。

8.根据权利要求1所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，所述环境信息包括所述被控船舶计划路径周围预设范围内的水深信息、当前和未来一段时间计划路径周围预设范围内的天气信息。

9.根据权利要求8所述的基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控方法，其特征在于，步骤S30中“三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示”包括：

当天气信息包括恶劣天气信息时，所述三维场景模型中显示所述恶劣天气信息和所述被控船舶与所述恶劣天气影响区域的距离、预计接触时间，并在显示界面的边界处设置红光闪烁；

当水深信息包括水深预警信息时，在所述三维场景模型中所述水深预警信息提示的位置水域设置红光闪烁，所述深度预警信息为航行方向上某一位置水深信息数据落入预设的预警范围。

10.一种基于三维图像的自主驾驶船舶航行远程监控装置，其特征在于，该装置包括：航行监控信息接收模块、三维场景模型生成模块、三维场景模型显示模块；

所述航行监控信息接收模块，配置为接收被控船舶发送的航行监控信息，所述被控船舶为自主驾驶船舶，所述航行监控信息包括所述被控船舶实时采集的动态行驶信息、设备运行信息、环境信息以及感知范围内的其他船舶信息；

所述三维场景模型生成模块，配置为基于预先存储的电子海图、所述航行监控信息，通过三维成像技术生成三维场景模型，所述三维场景模型包含所述被控船舶及所述被控船舶周围预设海域内物标；

所述三维场景模型显示模块，配置为根据所述被控船舶的航行监控信息，查找预先建立的三维场景状态显示映射关系表，所述三维场景模型采用与所述船舶航行监控信息中每一数据对应的三维场景的状态显示方式进行显示。

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