CN113341947A - 一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统及方法，所述系统包括定位装置、搜救装置以及控制中心，其中，所述定位装置，与所述控制中心连接，用于定位被救人员的具体方位，并发送至所述控制中心；所述控制中心，接收所述定位装置发送的定位信息，将所述定位信息发送给所述搜救装置；所述搜救装置，根据所述定位信息驶向所述被救人员；本申请将雷达图与海图结合，作为最基础的显示地图方法，并综合采用应急信标救援、雷达海图定位、无人机搜救、光电取证搜救，当定位到被救人员的具体方位时，在雷达图和海图的结合上显示位置，自动抛出智能救生圈，同时显示智能救生圈的位置，即使在能见度不高，恶劣的情况下也能及时展开救援。

Description

一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统

技术领域

本发明涉及水上立体搜救领域，尤其涉及一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统。

背景技术

水上搜救是国家突发事件应急体系的重要组成部分，水上救援通常分为海事救援、水上自然灾害救援、水上事故救援，水上搜救的效率严重关系到是否能有效保障人民生命财产安全，水上搜救行动通常会受到很多条件的制约，比如现场环境的能见度、现场自然环境的恶劣与否，救援装备水平，搜救人员的专业程度等，都会影响到救援的时效性。

当发生水上事故需要紧急救援时，通常的做法是，海事船舶靠近救援水域，靠人观察搜索，目视看到事故现场或落水人员后，派出小艇实施救援，当在海况恶劣、能见度不高的情况下，救援难度极大。

针对海事救援和水上事故救援，近些年来有一些新的技术手段应用到救援工作中，比如：电动遥控救生圈、光电搜索设备、无人机等，这些装备的应用，虽然能够提高救援效率，提升救援装备水平，但是在搜救的整体技术上仍有缺陷，比如：使用遥控救生圈施救需要救援人员站在船上手动操作，需要目视到救援目标之后才能操作，无法和雷达图以及光电采集图像等信息结合，实现无论哪个信息中搜索到目标即可使救生圈向目标运动，缺少救援的灵活性，很难使救援效率得到较大提升，不足以提升救援的科技含量。

现有技术中，还有将水上机器人加入搜救目标的识别中，利用水上机器人头部的摄像机拍摄指定海域的图片，根据图片中的色差来判断候选目标点，再将图片转换为世界坐标信息，得到候选目标点的位置信息，但是在可见度较低的海域中，天气较恶劣的情况下，水面波浪较大导致存在很多候选目标点，尤其是在晚上在海面上色差几乎一致，极大了降低搜救效率。

发明内容

本发明提供的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统及方法，旨在解决现有技术中无法结合雷达图和海图以及光电采集图像来精确定位被救人员并且综合利用各救援设备提升救援效率的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统，其特征在于，所述系统包括定位设备、控制设备以及搜救设备，其中：

所述定位设备，与所述控制设备连接，用于定位被救人员的具体方位，并发送至所述控制设备；所述定位设备包括雷达图和海图的叠加图，所述叠加图用于显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置；

所述控制设备，接收所述定位设备发送的定位信息，将所述定位信息发送给所述搜救设备；

所述搜救设备，用于接收所述控制设备发出的带有所述定位信息的请求，根据所述定位信息驶向所述被救人员。

作为优选，所述定位设备还包括应急示位标、光电设备，其中：

所述应急示位标，用于提供所述船舶的位置信息和所述被救人员的位置信息，发送至所述控制设备，以便在所述雷达图和海图的叠加图上得到具体的经纬度；

所述光电设备，用于采集所述被救人员的水上情况，根据船舶自身的经纬度坐标和采集角度计算所述被救人员的具体方位。

作为优选，所述光电设备包括：

摄像机，用于采集水上情况，并指向所述被救人员；

光电取证设备，用于获取所述被救人员相对于所述船舶的距离，并以所述船舶为基点，正北为y轴建立坐标系，获取船艏向和摄像机方向，计算出所述被救人员的具体方位。

作为优选，所述光电设备包括：

所述雷达图和海图的叠加图包括：

所述海图，用于通过像素为最小单位展示所述船舶周边环境，并展示所述船舶的相对位置；

所述雷达图，用于以所述船舶位置为原点，根据雷达的回波信号数据将雷达图划分为极坐标的形式图，并按所述海图比例缩放和旋转叠加到所述海图上；所述回波信号数据包括回波信号、回波角度和回波距离，所述回波信号对应所述海图上的像素，若回波信号强，则在所述海图上的像素亮度高，回波信号弱，则在所述海图上的像素亮度低，以便所述雷达图和海图的叠加图能清楚的显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置。

一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法，包括：

所述定位设备与所述控制设备连接，用于定位被救人员的具体方位，并发送至所述控制设备；所述定位设备包括雷达图和海图的叠加图，所述叠加图用于显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置；

所述控制设备接收所述定位设备发送的定位信息，将所述定位信息发送给所述搜救设备；

所述搜救设备用于接收所述控制设备发出的带有所述定位信息的请求，根据所述定位信息驶向所述被救人员。

作为优选，所述定位设备的定位方法包括：

所述应急示位标提供所述船舶的位置信息和所述被救人员的位置信息，并发送至所述控制设备，以便在所述雷达图和海图的叠加图上得到具体的经纬度；

所述光电设备采集所述被救人员的水上情况，根据船舶自身的经纬度坐标和采集角度计算所述被救人员的具体方位。

作为优选，所述光电设备的定位方法具体包括：

摄像机采集水上情况，并指向所述被救人员；

光电取证设备获取所述被救人员相对于所述船舶的距离，并以所述船舶为基点，正北为y轴建立坐标系，获取船艏向和摄像机方向，计算出所述被救人员的具体方位。。

作为优选，所述计算所述被救人员的具体方位包括：

摄像机采集水上情况，并指向所述被救人员；

光电取证设备获取所述被救人员相对于所述船舶的距离，并以所述船舶为基点，正北为y轴建立坐标系，获取船艏向和摄像机方向，计算出所述被救人员的具体方位。

作为优选，所述雷达图叠加到所述海图的具体步骤包括：

所述海图通过像素为最小单位展示所述船舶周边环境，并展示所述船舶的相对位置；

所述雷达图以所述船舶位置为原点，根据雷达的回波信号数据将雷达图划分为极坐标的形式图，并按所述海图比例缩放和旋转叠加到所述海图上；所述回波信号数据包括回波信号、回波角度和回波距离，所述回波信号对应所述海图上的像素，若回波信号强，则在所述海图上的像素亮度高，回波信号弱，则在所述海图上的像素亮度低，以便所述雷达图和海图的叠加图能清楚的显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置。

一种控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如上述中任一项所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法。

一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序使计算机执行时实现如上述中任一项所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法。

本发明具有如下有益效果：

相对于现有技术，本申请将雷达图与海图结合，作为最基础的显示地图方法，海图显示船舶所在的周边环境情况，雷达以像素为最小单位显示船舶到各点的距离，并综合采用应急信标救援、雷达海图定位、无人机搜救、光电取证搜救，当定位到被救人员的具体方位时，在雷达图和海图的结合上显示位置，自动抛出智能救生圈，同时显示智能救生圈的位置，使用光电取证设备能定位到被救人员具体的经纬度，控制设备或者手动遥杆根据精确的经纬度更改智能救生圈的行进方向，即使在能见度不高，恶劣的情况下也能及时展开救援。

附图说明

图1是本发明实施例实现一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统的第一实施例原理示意图；

图2是本发明实施例实现一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统的定位原理示意图；

图3是本发明实施例实现一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法的具体实施方式；

图4是本发明实施例计算坐标示意图。

图5是本发明实施例中雷达图叠加到海图上的效果图

具体实施方式

下面将结合附图，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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的权利要求书和说明书的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

实施例1

如图1所示，一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统，所述系统包括所述系统包括定位设备10、控制设备20以及搜救设备30，其中：

定位设备10，与所述控制设备20连接，用于定位被救人员的具体方位，并发送至所述控制设备20；

控制设备20，接收所述定位设备10发送的定位信息，将所述定位信息发送给所述搜救设备30，水上立体搜救系统的实现，首先需要建设高速的船舶信息化网络，通过网络实现与各种设备的实时交互，船舶信息化平台是指在船端服务器上运行的船务管理软件，在船舶信息化网络中起到控制设备的作用，针对海事搜救功能的实施，需要在平台上开发搜救功能板块，平台上实现搜救功能要与相应的设备交互，开发平台相应功能的同时，要确保设备能够与平台交互；

所述搜救设备30，根据所述定位信息驶向所述被救人员，这里搜救设备主要以智能救生圈为主，遥控救生圈在系统中作为主要的救生设备，采用无线通信方式控制，可以通过信息化平台发命令控制，也可通过遥控控制其运动。救生圈本身具有定位功能，可以根据命令自动驶向指定目标。在水上救援作业时，可以被迅速的抛入水中，并快速驶向落水人员。救生圈自身的坐标可以在信息化平台的海图和雷达图上显示，方便救援人员掌握其具体位置；

在实施例1中，船舶信息化平台在系统中作为控制设备，集中控制和调度救援设备，集中融合各种信息，以信息的分析研判为依据，及时派出救援设备；定位设备中，雷达图像和海图是搜救的辅助信息，船舶信息化平台上实时显示本船的雷达图像和海图，在进行水上救援作业时，可以通过雷达图和海图搜索目标，或者在雷达图和海图上标注目标位置，便于定位目标；信息化平台可以通过雷达图、海图、人员落水信息调度智能救生圈向指定坐标运动，并实施显示智能救生圈的位置。

实施例2

如图2所示，一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统，定位设备10包括：

海图12，海图结合雷达图像信息作为最基础的定位设备，主要提供周边环境位置，船舶的相对位置，被救人员的位置以及智能救生圈的位置，以及以船舶为中心，到各点的大概距离；

光电设备14，光电取证设备的作用是远距离搜索，当搜索到落水人员，可以快速释放救生圈，并通过光电取证设备提供的方位信息，快速命令救生圈驶向落水人员，并对施救情况进行光电取证；光电取证系统由伺服运动控制机构、摄像机、热成像仪等组成，可以观察到几公里外的场景，是搜救的重要手段之一。将光电取证系统接入船舶信息化平台，与水上立体搜救系统融合，具体实现方式：光电系统的画面接入信息化平台，摄像机当前的角度信息接入平台，船舶的罗经信号接入平台，当救援人员在屏幕前遥控摄像机搜索水上情况时，画面上可以同步显示摄像机所指向的地理方位。如果通过光电取证系统的画面搜索到落水人员，平台根据船艏向和摄像机的角度计算出摄像机指向的地理方位，根据船舶自身的经纬度坐标和指向角度，可以很迅速的计算出落水人员方位，这时可以在将救生圈抛入水中，同时将落水人员信息传送给救生圈，救生圈根据方位信息快速向落水人员运动；

无人机16也是重要的搜索设备，在水上能见度较低或者有障碍物遮挡的情况下，可派出无人机进行搜索，无人机将图像传回信息化平台在平台上集中显示。如果在无人机的图像中搜索到落水人员，可以根据无人机当前的方位和坐标，估算出落水人员的方位和坐标，提前派出救生圈或施救人员，节省救援时间；

基于AIS系统的AIS-MOB和AIS-SART应急示位标18是救援信号的来源，当发生水上事故时，示位标发出无线信号，船舶信息化平台收到信号并解析出落水人员的位置，平台在海图上显示出示位标报警信息，将位置发送到救生圈，救生圈会向指定的目标位置运动，开展救援工作。

实施例3

如图3所示，一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法，一种具体的实现方式为：

S310、雷达采集设备采集雷达图像信息，叠加至所述海图上；

S320、应急示位标提供所述船舶的坐标和位置信息以及所述被救人员的经纬度，发送给所述控制设备；

S330、光电设备采集所述被救人员的水上情况，计算所述被救人员的具体方位；

S340、搜救设备根据所述定位信息驶向所述被救人员。

实施例3中，雷达图像和海图叠加的实现上，需要通过雷达采集设备提取出雷达图像信息，并提取出雷达的方位和距离信息，将雷达图像按照海图的比例缩放和旋转，并叠加到海图上。

雷达设备输出的雷达图像信息是雷达回波信号的数据，数据采集极坐标的方法，每一帧信息中包括了回波的角度、回波的距离。海图图像是图片文件格式，图像中提供了每个像素代表的距离信息，图片还提供了左上角和右下角像素的经纬度。根据船舶自身的经纬度坐标与海图两个角的坐标做比对，可以确定船舶在海图上的相对位置，在海图对应像素上标出船舶位置，根据雷达的极坐标数据以船舶位置为原点，采用极坐标下的画图方法，将雷达回波对应的每个像素的亮度赋值，如果回波信号强，则亮度高，如果回波信号弱，则亮度值低，以此类推画出雷达图像，即可实现雷达与海图的等比例叠加。

其中，本申请的三种定位设备是基于实际情况实用的，应急示位标适用于距离较近，可直接定位到被救人员的具体经纬度坐标，发送到控制设备，直接在雷达图像和海图的叠加图上显示；基于雷达的扫描定位适用于晚上或者可见度较低的情况下，扫描到被救人员的位置是比较粗略的，直接显示在像素块上，根据像素块的亮度值，亮度值较暗则说明距离较远，派遣电力充足的无人机和救生圈同时出发，无人机先到达粗略的定位点，精确定位实际点，传送回控制设备，控制设备得到具体的经纬度坐标发送到救生圈，救生圈根据实际情况决定行驶方向，极大的提高了救援效率；光电设备适用于较远的场景，如图4,根据光电设备计算具体经纬度的方法为：光电系统的画面接入信息化平台，摄像机当前的角度信息接入平台，船舶的罗经信号接入平台，当救援人员在屏幕前遥控摄像机搜索水上情况时，画面上可以同步显示摄像机所指向的地理方位。如果通过光电取证系统的画面搜索到落水人员，光电取证设备的激光测距功能可以测出落水者的距离d，平台根据船艏向和摄像机的角度计算出摄像机指向的地理方位，根据船舶自身的经纬度坐标和指向角度以及距离，可以计算出落水人员的坐标。船艏向相对于正北方向的角度A从罗经信息中可以取得，摄像机与船舶的角度B从摄像机数据中取得，根据两个角度的和可以得到落水者的地理方位C。搜救船的坐标从船载导航设备中可以获取，根据搜救船的坐标和落水者方位和距离，通过直角坐标公式可以计算出落水者与船的X轴与Y轴距离，通过X轴与Y轴距离可以计算出落水者坐标，计算公式如下：

X＝d*cosC

Y＝d*sinC

雷达图像的方向与船艏向一致，船艏向信息由船舶信息化平台采集到的罗经数据提供，在海图上画雷达图像，需要以船艏向对应的方位为起始方位。

船舶在能见度不高的情况下，如果在雷达图上搜索到目标，平台操作人员用鼠标点击目标，平台根据点击的位置和方位计算出目标的经纬度，然后将经纬度信息发送到救生圈上，救生圈即可向指定目标快速移动。通过雷达图计算出的经纬度坐标会与真实坐标有误差，但是可通过此坐标提前释放救生圈，为救援争取到时间。

具体实现方法：如图5是雷达图叠加到海图上的效果图，船舶信息化平台通过雷达信号采集设备采集雷达回波信号，利用回波信号画出雷达图像，通过回波信号确定雷达的实际探测距离和每个像素代表的实际距离。计算出在图像中的角度和距离中心点的像素数，通过像素数量确定目标与雷达的距离。由于船舶自身有罗经设备，所以可以知道船舶在地里位置上的方位，也就是雷达图像所处的地理方位，结合目标的角度即可计算出雷达目标的地理方位。通过地理方位和距离，再结合船舶自身的经纬度坐标，可计算出目标的经纬度坐标。将此坐标发送到救生圈，可以让救生圈提前启动向目标方向行驶；

遥控救生圈系统由救生圈本体、无线遥控器、无线网关三部分组成。智能救生圈内集成无线通信模块，救援人员可以通过手动遥控和平台界面命令两种方式控制救生圈运动。手动遥控方式：由救援人员操作遥控器可以遥控救生圈的行驶方向和运动模式。平台界面命令方式：救援人员在信息化平台上点击命令，平台将命令发送到船上固定安装的无线网关，无线网关将命令以无线的方式发送到救生圈，实现控制救生圈的运动。平台命令中包括的信息有被救人员的经纬度坐标和救援船舶的经纬度坐标。平台发出的命令有：向目标行驶、返航、待命、原地巡航等命令。平台会根据救生圈周期发出的救生圈自身的坐标，在海图上实时显示救生圈位置和航迹。

通过为救生圈内的控制电路编程，救生圈能够实现根据平台命令进行工作，也能够自动判断电量、通信状态等信息，在电量不足和通信失败等情况下自动返航。救援人员可以通过平台发命令驱动救生圈向目标运动，在救生圈驶近目标之后，通过手动遥控的方式调整救生圈逐步靠近救援目标。

针对遥控救生圈施救功能，首先要实现的是救生圈的无线数传控制功能，通过无线方式向救生圈发送数字方式的控制命令，可以控制救生圈的运动。实现方法是在遥控救生圈的基础上，开发指令控制功能，救生圈自身集成了无线通信模块和GNSS定位模块，可以接收数据指令，根据指令实现向指定坐标移动。平台功能上，需要集成与救生圈的通信协议，并在需要派出救生圈的时候能够将目标的坐标通过命令发送到救生圈。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (9)

1.一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统，其特征在于，所述系统包括定位设备、控制设备以及搜救设备，其中：

所述定位设备，与所述控制设备连接，用于定位被救人员的具体方位，并发送至所述控制设备；所述定位设备包括雷达图和海图的叠加图，所述叠加图用于显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置；

所述控制设备，接收所述定位设备发送的定位信息，将所述定位信息发送给所述搜救设备；

所述搜救设备，用于接收所述控制设备发出的带有所述定位信息的请求，根据所述定位信息驶向所述被救人员。

2.根据权利要求1所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统，其特征在于，所述定位设备还包括应急示位标、光电设备，其中：

所述应急示位标，用于提供所述船舶的位置信息和所述被救人员的位置信息，发送至所述控制设备，以便在所述雷达图和海图的叠加图上得到具体的经纬度；

所述光电设备，用于采集所述被救人员的水上情况，根据船舶自身的经纬度坐标和采集角度计算所述被救人员的具体方位。

3.根据权利要求2所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统，其特征在于，所述光电设备包括：

摄像机，用于采集水上情况，并指向所述被救人员；

光电取证设备，用于获取所述被救人员相对于所述船舶的距离，并以所述船舶为基点，正北为y轴建立坐标系，获取船艏向和摄像机方向，计算出所述被救人员的具体方位。

4.根据权利要求1所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救系统，其特征在于，所述雷达图和海图的叠加图包括：

所述海图，用于通过像素为最小单位展示所述船舶周边环境，并展示所述船舶的相对位置；

所述雷达图，用于以所述船舶位置为原点，根据雷达的回波信号数据将雷达图划分为极坐标的形式图，并按所述海图比例缩放和旋转叠加到所述海图上；所述回波信号数据包括回波信号、回波角度和回波距离，所述回波信号对应所述海图上的像素，若回波信号强，则在所述海图上的像素亮度高，回波信号弱，则在所述海图上的像素亮度低，以便所述雷达图和海图的叠加图能清楚的显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置。

5.一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1所述的系统，包括：

所述定位设备与所述控制设备连接，用于定位被救人员的具体方位，并发送至所述控制设备；所述定位设备包括雷达图和海图的叠加图，所述叠加图用于显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置；

所述控制设备接收所述定位设备发送的定位信息，将所述定位信息发送给所述搜救设备；

所述搜救设备用于接收所述控制设备发出的带有所述定位信息的请求，根据所述定位信息驶向所述被救人员。

6.根据权利要求5所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法，其特征在于，所述定位设备的定位方法包括：

所述应急示位标提供所述船舶的位置信息和所述被救人员的位置信息，并发送至所述控制设备，以便在所述雷达图和海图的叠加图上得到具体的经纬度；

所述光电设备采集所述被救人员的水上情况，根据船舶自身的经纬度坐标和采集角度计算所述被救人员的具体方位。

7.根据权利要求5所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法，其特征在于，所述光电设备的定位方法具体包括：

摄像机采集水上情况，并指向所述被救人员；

光电取证设备获取所述被救人员相对于所述船舶的距离，并以所述船舶为基点，正北为y轴建立坐标系，获取船艏向和摄像机方向，计算出所述被救人员的具体方位。

8.根据权利要求5所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法，其特征在于，所述雷达图叠加到所述海图的具体步骤包括：

所述海图通过像素为最小单位展示所述船舶周边环境，并展示所述船舶的相对位置；

所述雷达图以所述船舶位置为原点，根据雷达的回波信号数据将雷达图划分为极坐标的形式图，并按所述海图比例缩放和旋转叠加到所述海图上；所述回波信号数据包括回波信号、回波角度和回波距离，所述回波信号对应所述海图上的像素，若回波信号强，则在所述海图上的像素亮度高，回波信号弱，则在所述海图上的像素亮度低，以便所述雷达图和海图的叠加图能清楚的显示被救人员的具体方位、所述搜救设备的驶向轨迹以及船舶的位置。

9.一种控制设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如权利要求5-8中任一项所述的一种基于船舶信息化平台的水上立体搜救方法。

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