CN114253278A - 一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统、方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及GNSS海洋应用技术领域，特别涉及一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统、方法，用于解决现有技术中，船舶停靠系统自动化程度低、可视化程度差的问题。所述系统包括量测系统、通讯系统、环境监测系统，水下地形地质获取系统和终端显示系统；所述量测系统包括码头泊位量测单元、船载多天线量测单元、基站量测单元和船体测距单元；所述环境监测系统包括海水流速仪、流向仪、风速仪、风向仪和温湿度仪；水下地形地质获取系统通过地形测绘传感器获取船舶进港后的水下地形地貌，所述地形测绘传感器包括浅刨仪、侧扫声呐、磁力计和激光测深仪；通讯系统对量测系统、环境监测系统和水下地形地质获取系统所得到的结果传输至终端显示系统。
Description
技术领域
本发明涉及GNSS海洋应用技术领域，特别涉及一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统、方法。
背景技术
传统大型货船进港停泊作业方式效率低，一方面自动化程度较低，距离的测量和拖船的操作都依靠人工，不能实时的掌握拖船和货船与岸边的位移变化信息；另一方面拖船人员视野有限，不能全局的考虑其他船只的影响，容易造成碰撞等事故的发生。
发明内容
本发明提出了一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统、方法，解决现有技术中，船舶停靠系统自动化程度低、可视化程度差的问题。
为了实现以上目标，本发明的技术方案如下：
一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，包括量测系统、通讯系统、环境监测系统，水下地形地质获取系统和终端显示系统；
所述量测系统包括码头泊位量测单元、船载多天线量测单元、基站量测单元和船体测距单元；
所述环境监测系统包括海水流速仪、流向仪、风速仪、风向仪和温湿度仪；
所述水下地形地质获取系统通过地形测绘传感器获取船舶进港后的水下地形地貌，所述地形测绘传感器包括浅刨仪、侧扫声呐、磁力计和激光测深仪；
所述通讯系统对量测系统、环境监测系统和水下地形地质获取系统所得到的结果传输至终端显示系统；
所述终端显示系统包括处理单元和显示单元，处理单元将通讯系统传来的的数据进行处理，然后展示在显示单元上。
优选地，所述量测系统进行位置、速度和姿态的测量以及船舶与码头的相对距离；
所述码头泊位量测单元置于码头的泊位上，采用单天线接收机标记泊位的绝对位置，采用卫星差分定位实现厘米级定位，计算船舶与待靠泊位的实时距离；
所述船载多天线量测单元量测船舶的实时位置、速度和姿态，包括四根测量天线，所述测量天线分别位于船体前端的两侧和船体后端的两侧；
所述基站量测单元位于码头上，通过单天线接收机将接收到的数据以RTCM差分格式通过4G通讯模块转发给其他卫星接收机；
所述船体测距单元包括多个距离传感器，所述距离传感器沿周向分布在船体外侧。
优选地，船载多天线量测单元采用卫星差分定位，得到各天线准确的绝对坐标，通过位置解算得到天线间的基线向量，再由基线向量得到船舶的三维姿态。
优选地，船载多天线量测单元独立得到船舶的位置和速度信息后，与船舶的轮廓图像相结合，在终端显示系统中显示出当前船舶的实时位置、速度和姿态。
优选地，所述显示单元加载港口的区域地图和水下地形地貌，将处理单元处理的结果、当前港口各量测点、计算的船体预测轨迹显示在屏幕上。
优选地，当船体测距单元检测的距离低于安全阈值或者船体预测轨迹的预测值低于安全阈值时，显示单元报警。
一种基于多天线的船舶进港停泊辅助方法，使用所述的基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，包括：
S1.当船舶驶入量测系统和通讯单元的工作范围中，系统进行工作；
S2.量测系统、通讯系统、环境监测系统和水下地形地质获取系统开始收集测量数据；
S3.终端显示系统不断收集上述测量数据，将当前船舶的位置、泊位的位置、船舶与其他物体的距离、水流、风速和水下地形展示在显示单元上；
S4.当船体测距单元检测的距离低于安全阈值或者船体预测轨迹的预测值低于安全阈值时，显示单元进行警告，此时需要人工介入，调整船舶的方向和速度；
S5.船舶根据显示单元提供的信息，控制船体的速度、航向不断靠近泊位直至成功靠岸。
所述系统开始工作时，通过显示单元提示船舶驾驶者限制船舶的行进速度。
与现有技术对比，本发明通过GNSS卫星差分定位技术对泊位和船舶进行高精度定位，通过多天线GNSS技术对船舶进行高精度测速和定姿，提高船舶停泊的效率和准确性；通过显示单元使船员可以清晰的看到当前船舶和码头的绝对位置、相对位置和水下实时地形，提高停泊的安全性。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明的码头相关设备布置图；
图3为船舶距离传感器在船舶上的布置图；
图4为船舶测量天线的布置图；
附图标记包括：1-码头，2-码头泊位量测单元，3-基站量测单元，4-距离传感器，5-测量天线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例而不是全部的实施例。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有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。
下面结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案：
一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，包括量测系统、通讯系统、环境监测系统，水下地形地质获取系统和终端显示系统；所述量测系统包括码头泊位量测单元2、船载多天线量测单元、基站量测单元3和船体测距单元；所述环境监测系统包括海水流速仪、流向仪、风速仪、风向仪和温湿度仪；所述水下地形地质获取系统通过地形测绘传感器获取船舶进港后的水下地形地貌，所述地形测绘传感器包括浅刨仪、侧扫声呐、磁力计和激光测深仪；所述通讯系统对量测系统、环境监测系统和水下地形地质获取系统所得到的结果传输至终端显示系统；
所述终端显示系统包括处理单元和显示单元，处理单元将通讯系统传来的的数据进行处理，然后展示在显示单元上。
优选地，所述量测系统进行位置、速度和姿态的测量以及船舶与码头的相对距离；
所述码头泊位量测单元2置于码头的泊位上，采用单天线接收机标记泊位的绝对位置，采用卫星差分定位实现厘米级定位，计算船舶与待靠泊位的实时距离；
所述船载多天线量测单元量测船舶的实时位置、速度和姿态，包括四根测量天线5，所述测量天线5分别位于船体前端的两侧和船体后端的两侧；
所述基站量测单元3位于码头上，通过单天线接收机将接收到的数据以RTCM差分格式通过4G通讯模块转发给其他卫星接收机；
所述船体测距单元包括多个距离传感器4，所述距离传感器4沿周向分布在船体外侧。
优选地，船载多天线量测单元采用卫星差分定位，得到各天线准确的绝对坐标，通过位置解算得到天线间的基线向量，再由基线向量得到船舶的三维姿态。
优选地，船载多天线量测单元独立得到船舶的位置和速度信息后，与船舶的轮廓图像相结合，在终端显示系统中显示出当前船舶的实时位置、速度和姿态。
优选地，所述显示单元加载港口的区域地图和水下地形地貌，将处理单元处理的结果、当前港口各量测点、计算的船体预测轨迹显示在屏幕上。
优选地，当船体测距单元检测的距离低于安全阈值或者船体预测轨迹的预测值低于安全阈值时，显示单元报警。
一种基于多天线的船舶进港停泊辅助方法，使用所述的基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，包括：
S1.当船舶驶入量测系统和通讯单元的工作范围中，系统进行工作；
S2.量测系统、通讯系统、环境监测系统和水下地形地质获取系统开始收集测量数据；
S3.终端显示系统不断收集上述测量数据，将当前船舶的位置、泊位的位置、船舶与其他物体的距离、水流、风速和水下地形展示在显示单元上；
S4.当船体测距单元检测的距离低于安全阈值或者船体预测轨迹的预测值低于安全阈值时，显示单元进行警告，此时需要人工介入，调整船舶的方向和速度；
S5.船舶根据显示单元提供的信息，控制船体的速度、航向不断靠近泊位直至成功靠岸。
所述系统开始工作时，通过显示单元提示船舶驾驶者限制船舶的行进速度。
图3中，船体上的测量天线5一共四根，包括两个后侧GNSS天线，两个前侧GNSS天线，四个天线组成多天线阵列，负责接收GNSS卫星信号，用于船体的高精度定位、定速和定姿。船体设有7个距离传感器4，船体左侧和右侧各设有3个，船头设有1个，负责监测和测量船体与其他物体的距离。距离传感器4采用测量精度较高的激光测距仪，可以将高精度的距离信号快速实时的反应给船员。环境监测单元包括风速仪、风向仪、流速仪、流向仪，温湿度仪等传感器，这些传感器所测量的都是船员在操作船舶过程中的需要考虑的环境因素。
码头应该对泊位合理划分并合理编号，并规定好GNSS天线位于泊位的中央。使用全站仪等高精度测量仪器测出天线布置地点与码头边沿之间的距离，在信号通讯时将该距离、天线的编号和GNSS信息一并转发出去，当船舶终端系统接收到多个泊位的信息即可根据数据描绘出高精度的码头地图。当船舶进港船舶辅助系统被打开后，通讯系统会接收到来自码头基站和各泊位的GNSS静态数据。同时还会接收到来自船舶本身的四天线、激光测距仪和环境监测单元的数据。GNSS数据会进行进一步的数据解析和定位解算，解算得到实时的高精度动态位置、速度和姿态，然后在导航地图上进行展示，处理器还会根据当前船舶的速度和航向等信息预测得到下一阶段的位置，同样会将轨迹描绘在地图上。激光测距仪和环境监测的数据会同样也会显示在系统屏幕上。其中系统可以根据测距仪得到的数据进行设置报警阈值，当船体与其他物体之间的距离超过阈值时船舶进行报警，系统也可以根据当前预测值是否超过阈值进行提示。
以上各实例仅用于说明本发明方法的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述各实例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同交换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，其特征在于，包括量测系统、通讯系统、环境监测系统，水下地形地质获取系统和终端显示系统；
所述量测系统包括码头泊位量测单元、船载多天线量测单元、基站量测单元和船体测距单元；
所述环境监测系统包括海水流速仪、流向仪、风速仪、风向仪和温湿度仪；
所述水下地形地质获取系统通过地形测绘传感器获取船舶进港后的水下地形地貌，所述地形测绘传感器包括浅刨仪、侧扫声呐、磁力计和激光测深仪；
所述通讯系统对量测系统、环境监测系统和水下地形地质获取系统所得到的结果传输至终端显示系统；
所述终端显示系统包括处理单元和显示单元，处理单元将通讯系统传来的的数据进行处理，然后展示在显示单元上。
2.根据权利要求1所述一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，其特征在于，所述量测系统进行位置、速度和姿态的测量以及船舶与码头的相对距离；
所述码头泊位量测单元置于码头的泊位上，采用单天线接收机标记泊位的绝对位置，采用卫星差分定位实现厘米级定位，计算船舶与待靠泊位的实时距离；
所述船载多天线量测单元量测船舶的实时位置、速度和姿态，包括四根测量天线，所述测量天线分别位于船体前端的两侧和船体后端的两侧；
所述基站量测单元位于码头上，通过单天线接收机将接收到的数据以RTCM差分格式通过4G通讯模块转发给其他卫星接收机；
所述船体测距单元包括多个距离传感器，所述距离传感器沿周向分布在船体外侧。
3.根据权利要求1所述一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，其特征在于，船载多天线量测单元采用卫星差分定位，得到各天线准确的绝对坐标，通过位置解算得到天线间的基线向量，再由基线向量得到船舶的三维姿态。
4.根据权利要求1所述一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，其特征在于，船载多天线量测单元独立得到船舶的位置和速度信息后，与船舶的轮廓图像相结合，在终端显示系统中显示出当前船舶的实时位置、速度和姿态。
5.根据权利要求1所述一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，其特征在于，所述显示单元加载港口的区域地图和水下地形地貌，将处理单元处理的结果、当前港口各量测点、计算的船体预测轨迹显示在屏幕上。
6.根据权利要求1所述一种基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，其特征在于，当船体测距单元检测的距离低于安全阈值或者船体预测轨迹的预测值低于安全阈值时，显示单元报警。
7.一种基于多天线的船舶进港停泊辅助方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任一所述的基于多天线的船舶进港停泊辅助系统，包括：
S1.当船舶驶入量测系统和通讯单元的工作范围中，系统进行工作；
S2.量测系统、通讯系统、环境监测系统和水下地形地质获取系统开始收集测量数据；
S3.终端显示系统不断收集上述测量数据，将当前船舶的位置、泊位的位置、船舶与其他物体的距离、水流、风速和水下地形展示在显示单元上；
S4.当船体测距单元检测的距离低于安全阈值或者船体预测轨迹的预测值低于安全阈值时，显示单元进行警告，此时需要人工介入，调整船舶的方向和速度；
S5.船舶根据显示单元提供的信息，控制船体的速度、航向不断靠近泊位直至成功靠岸。
8.根据权利要求7所述的基于多天线的船舶进港停泊辅助方法，其特征在于，所述系统开始工作时，通过显示单元提示船舶驾驶者限制船舶的行进速度。
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