CN112634657A - 一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，包括点阵雷达、中继站和后台服务器；所述点阵雷达实现码头前沿的雷达、红外、声音多源感知数据采集、处理与回传；所述中继站实现码头多个所述点阵雷达的汇总通信连接、设备管理、时统、信息显示以及与所述后台服务器的通信连接；所述后台服务器提供所述点阵雷达数据的统一接入、处理、存储与管理。所述全天时全天候码头船舶靠泊监测系统无论白天或是黑夜，还在是刮风、下雨、大雾等恶劣海况条件下，都可以有效的监测靠泊作业船舶，从而自动提醒有关监管部门实施有效的监管与现场执法，从而为打击违规违法港口作业行为，打击潜在走私活动，科学防范境外疫情从海上输入提供科学决策支撑。

Description

一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统

技术领域

本发明涉及船舶靠泊自动化监测技术领域，具体涉及一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统。

背景技术

当前我国走私形势严峻，防范境外疫情从海上输入任务艰巨，我国相关港口监管部门安装部署了大量的视频监控装置，然而夜间成像效果差，无法发现可疑靠泊船舶，监管人员也无法全天时值守监控台位，导致存在部分码头缺乏有效监管，违规违法走私、偷渡、非法入境不时发生。

船舶靠泊监测现有主要手段包括通过AIS、视频监控、海事雷达、激光、超声波等。然而：AIS可被人为关闭，从而失去对船舶动态的监控；视频监控夜间成像效果差，红外摄像机设备成本高昂，数据处理难度大；海事雷达受海杂波干扰，对小船探测效果差且在码头区域存在探测盲区；超声波对于同时接收水面与前方物体反射信号的复杂情况，测距经常报错，且受天气影响显著；激光可以穿透水面，获取的数据不一定是实际需要的目标距离，且设备隐蔽性差，造价高昂，不适用于对可疑船舶目标靠泊的监测。

与本专利技术相接近的现有技术主要包括基于声波探测技术、基于激光测距技术、基于红外探测技术等方案。

基于声波探测技术的方案又可细分为基于空气声波探测技术和基于声纳探测技术的，前者因空气环境容易受到风雨等因素的干扰，其实际有效作用距离根据环境的不同而改变，无准确界限。在风的干扰下，空气流动，声波传播路径扭曲，探测的稳定性和精度都明显下降。后者容易受到水面波浪声波、水底反射波、水上船舶螺旋桨涡流和水下涌流的影响，干扰测量精度和动态反应速度，且声纳设备造价成本高昂，不适用于小码头船舶靠泊监测。

基于激光测距技术的方案典型的如专利CN202547693U、CN202331093U，通过码头上的激光测距仪，探测船舶的离岸距离、船舶速度以及船舶与码头的角度。更进一步包括激光三维视觉方案，如基于激光三维视觉的船舶靠泊动态监测技术^[4]，该类方案或系统具备很高的探测精度，但设备成本高昂，体积庞大，适用于大型码头船舶靠泊引航，但不适用于码头船舶监测。

基于红外探测技术的方案，可以满足全天时的船舶探测，但探测仅是点数据，无法有效覆盖码头区域，同时对气象能见度要求高，码头经常有雨雾天气，环境限制较大，探测距离会大幅度缩短。

基于毫米波雷达技术的方案，如专利CN111290410A是将毫米波雷达分别水平安装和竖直安装在船舶上探测船舶四周的障碍物和目标位置，从而精确的实现船舶自动离靠泊，但此专利是应用于船舶自动离靠泊，而非码头船舶离靠泊监管。

本专利针对现有技术的缺陷，综合考虑了探测的有效性、可靠性、稳定性以及造价成本等因素，围绕政府部门对码头船舶靠泊监管的需求，提出了一种融合毫米波雷达、红外探测等手段的码头船舶靠泊自动化监测系统。

发明内容

本发明提供了一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，为了解决现有技术中船舶靠泊监测系统经常受到雨雾天气的影响导致探测距离会大幅度缩短的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，包括点阵雷达、中继站和后台服务器；

所述点阵雷达实现码头前沿的雷达、红外、声音多源感知数据采集、处理与回传；

所述中继站实现码头多个所述点阵雷达的汇总通信连接、设备管理、时统、信息显示以及与所述后台服务器的通信连接；

所述后台服务器提供所述点阵雷达数据的统一接入、处理、存储与管理。

进一步地，所述点阵雷达包括雷达传感器、红外传感器、声音传感器、震动传感器、点阵雷达微处理模块、无线通信模块、电池供电模块；

所述雷达传感器，通过雷达信号的发射与接收，经换算处理得到码头泊位前方物体与所述雷达传感器之间的距离与方位；

所述红外传感器，用于识别船舶靠泊码头的辅助判别；

所述声音传感器，用于辅助码头动态识别；

所述震动传感器，用于实现状态监测；

所述点阵雷达微处理器模块，作为处理核心，用于传感器数据控制、处理与通信；

所述点阵雷达无线通信模块，用于实现多个点阵雷达与同一中继站的无线局域通信连接；

所述电池供电模块，用于供电。

进一步地，所述中继站包括移动通信模块、无线通信模块、定位模块、显示屏、中继站微处理器模块和供电模块；

所述移动通信模块，用于与所述后台服务器进行实时通信；

所述中继站无线通信模块，用于与多个点阵雷达进行通信连接；

定位模块，用于位置定位与统一授时；

显示屏，用于显示设备状态、码头监测状态的信息；

中继站微处理器模块，用于雷达数据中转转发、时间戳标定以及相关数据处理；

供电模块，用于供电。

进一步地，所述后台服务器包括设备管理与配置单元、码头船舶靠泊监测单元、数据存储与管理单元和应用服务单元；

所述设备管理与配置单元，用于提供包括点阵雷达、中继站的设备添加、参数配置、状态检测；

码头船舶靠泊监测单元，用于接收点阵雷达的探测数据，基于地图提供监控码头的状态监测，可视化提醒码头是否有船舶靠泊，并提供基于码头的历史靠泊记录查询；

数据存储与管理单元，用于实时保存传感器数据、码头船舶离靠泊记录数据、模块操作记录数据、提醒记录数据，并提供数据查询管理；

应用服务单元，基于识别到的码头船舶靠泊，用于关联AIS、雷达、视频监控、港口业务系统的数据。

进一步地，所述雷达传感器采用毫米波雷达。

进一步地，所述电池供电模块包括锂电池、太阳能充电模块。

进一步地，所述中继站包括外壳、窗盖、中继站天线板、电源盒、底座和插头；

所述外壳安装在所述底座上，所述电源盒安装在所述底座上，所述窗盖内部安装有所述中继站天线板，所述窗盖安装在所述电源盒上，所述外壳上端面上开设有窗口，所述窗盖的上端裸露出所述窗口，所述外壳的侧面安装有所述插头，所述插头通过所述外壳侧面开设的通孔与所述电源盒连接。

进一步地，所述底座与所述外壳的连接位置设有密封圈，并且所述窗盖的中部与所述外壳的连接位置设有密封圈。

进一步地，所述点阵雷达包括电池盒、壳体、塑料窗盖、点阵雷达天线板、处理板和点阵雷达底座；

所述壳体安装在所述点阵雷达底座上，所述处理板安装在所述点阵雷达底座上，所述塑料窗盖内部安装有所述点阵雷达天线板，所述塑料窗盖的上端裸露出所述壳体上开设的方孔，所述电池盒通过所述壳体上开设的电池孔与所述点阵雷达底座固定，并且所述电池盒的上端面与所述壳体的上端面平齐。

进一步地，所述壳体的与所述点阵雷达底座的连接位置设有密封橡胶圈，并且所述塑料窗盖的中部与所述壳体的连接位置设有密封橡胶圈。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，无论白天或是黑夜，还在是刮风、下雨、大雾等恶劣海况条件下，都可以有效的监测靠泊作业船舶，从而自动提醒有关监管部门实施有效的监管与现场执法，从而为打击违规违法港口作业行为，打击潜在走私活动，科学防范境外疫情从海上输入提供科学决策支撑。

附图说明

图1为本发明提供的一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统的框架示意图；

图2为本发明提供的一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统的点阵雷达的结构示意图；

图3为本发明提供的一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统的中继站的结构示意图；

图4为本发明提供的一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统的中继站的点阵雷达程序流程图；

图5为本发明提供的一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统的中继站的中继站程序流程图。

附图标记说明：

1-密封橡胶圈；2-处理板；3-定位板；4-雷达盒；5-塑料窗盖；6-防盗螺钉；7-点阵雷达底座；8-壳体；9-电池盒；10-三角头螺钉；11-外壳；12-密封圈；13-底座；14-电源盒；15-中继站天线板；16-窗盖；17-插头。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至图5所示，本发明实施例中提供了一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，包括点阵雷达、中继站和后台服务器；

点阵雷达实现码头前沿的雷达、红外、声音多源感知数据采集、处理与回传；

中继站实现码头多个点阵雷达的汇总通信连接、设备管理、时统、信息显示以及与后台服务器的通信连接；

后台服务器提供点阵雷达数据的统一接入、处理、存储与管理。

进一步地，点阵雷达包括雷达传感器、红外传感器、声音传感器、震动传感器、点阵雷达微处理模块、无线通信模块、电池供电模块；

雷达传感器，通过雷达信号的发射与接收，经换算处理得到码头泊位前方物体与雷达传感器之间的距离与方位；

红外传感器，用于识别船舶靠泊码头的辅助判别；

声音传感器，用于辅助码头动态识别；

震动传感器，用于实现状态监测；

点阵雷达微处理器模块，作为处理核心，用于传感器数据控制、处理与通信；

点阵雷达无线通信模块，用于实现多个点阵雷达与同一中继站的无线局域通信连接；

电池供电模块，用于供电。

进一步地，中继站包括移动通信模块、无线通信模块、定位模块、显示屏、中继站微处理器模块和供电模块；

移动通信模块，用于与后台服务器进行实时通信；

中继站无线通信模块，用于与多个点阵雷达进行通信连接；

定位模块，用于位置定位与统一授时；

显示屏，用于显示设备状态、码头监测状态的信息；

中继站微处理器模块，用于雷达数据中转转发、时间戳标定以及相关数据处理；

供电模块，用于供电。

进一步地，后台服务器包括设备管理与配置单元、码头船舶靠泊监测单元、数据存储与管理单元和应用服务单元；

设备管理与配置单元，用于提供包括点阵雷达、中继站的设备添加、参数配置、状态检测；

码头船舶靠泊监测单元，用于接收点阵雷达的探测数据，基于地图提供监控码头的状态监测，可视化提醒码头是否有船舶靠泊，并提供基于码头的历史靠泊记录查询；

数据存储与管理单元，用于实时保存传感器数据、码头船舶离靠泊记录数据、模块操作记录数据、提醒记录数据，并提供数据查询管理；

应用服务单元，基于识别到的码头船舶靠泊，用于关联AIS、雷达、视频监控、港口业务系统的数据。

进一步地，雷达传感器采用毫米波雷达。

进一步地，电池供电模块包括锂电池、太阳能充电模块。

进一步地，如图3所示，中继站包括外壳11、窗盖16、中继站天线板15、电源盒14、底座13和插头17；

外壳11安装在底座13上，电源盒14安装在底座13上，窗盖16内部安装有中继站天线板15，窗盖16安装在电源盒14上，外壳11上端面上开设有窗口，窗盖16的上端裸露出窗口，外壳11的侧面安装有插头17，插头17通过外壳11侧面开设的通孔与电源盒14连接。

进一步地，底座13与外壳11的连接位置设有密封圈12，并且窗盖16的中部与外壳11的连接位置设有密封圈12，密封圈12用于防止连接处进水。

进一步地，如图2所示，点阵雷达包括电池盒9、壳体8、塑料窗盖5、点阵雷达天线板、处理板2、点阵雷达底座7、雷达盒4、定位板3；

壳体8安装在点阵雷达底座7上，处理板2安装在点阵雷达底座7上，塑料窗盖5内部安装有点阵雷达天线板，雷达盒4设于塑料窗盖5和处理板2之间，处理板2上安装有定位板3，塑料窗盖5的上端裸露出壳体8上开设的方孔，电池盒9通过壳体8上开设的电池孔与点阵雷达底座7固定，并且电池盒9的上端面与壳体8的上端面平齐另外，点阵雷达底座7通过防盗螺钉6安装在码头上，用于防盗，电池盒9通过三角头螺钉10安装在壳体8上。

进一步地，壳体8的与点阵雷达底座7的连接位置设有密封橡胶圈1，并且塑料窗盖5的中部与壳体8的连接位置设有密封橡胶圈1，密封橡胶圈1用于防止连接处进水。

具体地，如图4所示，点阵雷达包括：

(1)结构设计

●壳体采用铝合金材料，防腐蚀防破坏，体积小，易安装；

●采用防盗螺钉进行安装，可防止被盗；

●采用PBT塑料窗盖，内部安装天线板，雷达信号可穿透；

●连接处均使用密封橡胶圈密封，可起到防水功能；

●电池盒使用三角头螺钉安装在壳体上，用专用工具可快速更换电池。

(2)程序流程

1)设备自检：检测传感器供电状态，检测网络连接状态；

2)远程指令响应：设置点阵雷达探测时间间隔；

3)雷达探测：开启雷达探测模块，并接收雷达探测数据；

4)读取传感器数据：根据雷达探测数据，开启红外探测，读取声音、震动传感器数据；

5)综合判断是否有船舶靠泊，如果有识别到船舶靠泊码头，则通过通信模块上报信息，否则进入6)；

6)如果没有探测到有船舶，模块进入空闲低功耗模式，进入长睡眠来降低功耗。

具体地，如图5所示，中继站包括：

(1)结构设计

●体积小，易安装；

●可市电供电，具备电池热备；

●提供有线网口和4G/5G融合通信，保证可靠连接；

●连接处均使用密封圈密封，可起到防水功能。

(2)程序流程

1)设备启动自检：检测与后台服务器通信状态，检测与点阵雷达模块通信状态；

2)是否接收到后台服务器指令，如果是，则将指令下发至点阵雷达，否则继续；

3)是否接收到点阵雷达数据；如果是，则继续，否则返回2)；

4)读取GPS/北斗授时生成时间戳，封装通信数据帧；

5)发送后台服务器，返回2)。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，包括：点阵雷达、中继站和后台服务器；

所述点阵雷达实现码头前沿的雷达、红外、声音多源感知数据采集、处理与回传；

所述中继站实现码头多个所述点阵雷达的汇总通信连接、设备管理、时统、信息显示以及与所述后台服务器的通信连接；

所述后台服务器提供所述点阵雷达数据的统一接入、处理、存储与管理。

2.根据权利要求1所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述点阵雷达包括雷达传感器、红外传感器、声音传感器、震动传感器、点阵雷达微处理模块、点阵雷达无线通信模块、电池供电模块；

所述雷达传感器，通过雷达信号的发射与接收，经换算处理得到码头泊位前方物体与所述雷达传感器之间的距离与方位；

所述红外传感器，用于识别船舶靠泊码头的辅助判别；

所述声音传感器，用于辅助码头动态识别；

所述震动传感器，用于实现状态监测；

所述点阵雷达微处理器模块，作为处理核心，用于传感器数据控制、处理与通信；

所述点阵雷达无线通信模块，用于实现多个点阵雷达与同一中继站的无线局域通信连接；

所述电池供电模块，用于供电。

3.根据权利要求1所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述中继站包括移动通信模块、中继站无线通信模块、定位模块、显示屏、中继站微处理器模块和供电模块；

所述移动通信模块，用于与所述后台服务器进行实时通信；

所述中继站无线通信模块，用于与多个点阵雷达进行通信连接；

定位模块，用于位置定位与统一授时；

显示屏，用于显示设备状态、码头监测状态的信息；

中继站微处理器模块，用于雷达数据中转转发、时间戳标定以及相关数据处理；

供电模块，用于供电。

4.根据权利要求1所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述后台服务器包括设备管理与配置单元、码头船舶靠泊监测单元、数据存储与管理单元和应用服务单元；

所述设备管理与配置单元，用于提供包括点阵雷达、中继站的设备添加、参数配置、状态检测；

码头船舶靠泊监测单元，用于接收点阵雷达的探测数据，基于地图提供监控码头的状态监测，可视化提醒码头是否有船舶靠泊，并提供基于码头的历史靠泊记录查询；

数据存储与管理单元，用于实时保存传感器数据、码头船舶离靠泊记录数据、模块操作记录数据、提醒记录数据，并提供数据查询管理；

应用服务单元，基于识别到的码头船舶靠泊，用于关联AIS、雷达、视频监控、港口业务系统的数据。

5.根据权利要求2所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述雷达传感器采用毫米波雷达。

6.根据权利要求2所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述电池供电模块包括锂电池、太阳能充电模块。

7.根据权利要求1所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述中继站包括外壳、窗盖、中继站天线板、电源盒、底座和插头；

所述外壳安装在所述底座上，所述电源盒安装在所述底座上，所述窗盖内部安装有所述中继站天线板，所述窗盖安装在所述电源盒上，所述外壳上端面上开设有窗口，所述窗盖的上端裸露出所述窗口，所述外壳的侧面安装有所述插头，所述插头通过所述外壳侧面开设的通孔与所述电源盒连接。

8.根据权利要求7所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述底座与所述外壳的连接位置设有密封圈，并且所述窗盖的中部与所述外壳的连接位置设有密封圈。

9.根据权利要求1所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述点阵雷达包括电池盒、壳体、塑料窗盖、点阵雷达天线板、处理板、点阵雷达底座、雷达盒、定位板；

所述壳体安装在所述点阵雷达底座上，所述处理板安装在所述点阵雷达底座上，所述塑料窗盖内部安装有所述点阵雷达天线板，所述雷达盒设于所述塑料窗盖和所述处理板之间，所述处理板上安装有所述定位板，所述塑料窗盖的上端裸露出所述壳体上开设的方孔，所述电池盒通过所述壳体上开设的电池孔与所述点阵雷达底座固定，并且所述电池盒的上端面与所述壳体的上端面平齐。

10.根据权利要求9所述的全天时全天候码头船舶靠泊监测系统，其特征在于，所述壳体的与所述点阵雷达底座的连接位置设有密封橡胶圈，并且所述塑料窗盖的中部与所述壳体的连接位置设有密封橡胶圈。

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