CN114379718B - 游船遇险预警救援方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种游船遇险预警救援方法及系统，从游船启动离岸开始，经过游船航行，直至游船靠岸结束，将游船终端各类采集数据输入到游船遇险预测及游船遇险救援的算法模型中，运行计算后输出模型返回结果，为游船预警和救援提供决策的依据和支撑。本发明中设计并实现了两种算法模型：游船遇险预测模型，通过对游船各类终端数据的采集、分析、汇总、应用，实现了对游船的实时监控及遇险预测；游船遇险救援模型，主要是根据游船及周边环境的位置信息，做游船的救援路径规划，并根据路径调整游船动力和方向，本发明主要提高多级控制精度角度出发提供一种游船在遇到危险前的预警和遇险后应急救援的算法及实现系统，减少游船运营过程中的事故。

Description

游船遇险预警救援方法及系统
技术领域
本发明涉及景区的游船遇险预警救援的算法及实现系统，属于游船航行的智能化和信息化技术领域。
背景技术
景区游船的安全航行问题越来越被重视，现有的游船运营过程中的不足点日益凸显，主要表现在以下几个方面：
1、游船的动力设备还是传统的机械式船舶设备，每当危险临近时，在动力输出的效率性和可靠性上不尽如人意；
2、游船的方向控制是通过舵轮依靠液压或机械传动装置控制舵轴使舵叶方向发生改变，从而控制游船方向。在规避风险的时候，舵机方向输出的控制力度及角度上可能存在较大的误差。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明主要提高多级控制精度角度出发提供一种游船在遇到危险前的预警和遇险后应急救援的算法及实现系统，减少游船运营过程中的事故。
本发明采用的具体技术方案如下：
游船遇险预警救援方法，所述救援方法包括：
获取游船位置信息、游船的航线信息以及游船的状态信息；
采集景区及景区周围的视频信息，将所述位置信息及游船航信信息融合到所述视频信息内，得到融合监控画面；
建立游船遇险预测模型和游船遇险救援模型；
根据所述游船遇险预测模型、游船遇险救援模型以及所述融合监控画面生成游船的控制信息，发送到游船的控制系统中。
进一步的，所述的游船遇险预测模型基于船舶旋回理论，所述建立游船遇险预测模型的过程包含：
设定船舶旋回圈参数，设定影响船舶旋回圈的因素；
根据所述船舶旋回理论得到游船预警距离范围；
结合船舶旋回性能指标值定制化为Ship cycle performance Scp=游船预警距离/游船长度。
更进一步的，所述游船的控制系统包含：
动力控制模块，所述动力控制模块用于实现游船舵机的加速和减速控制；
方向控制模块，所述方向控制模块用于实现游船舵机的转向。
更进一步的，所述游船预警距离范围为：
游船的最大预警距离为游船在最大反应时间内行驶的距离与游船最大旋回初径的和a，游船的最小预警距离为游船在最小的反应时间内行驶的距离与游船最小旋回初径的和b，所述游船预警距离范围在[a，b]之间。
进一步的，所述游船遇险救援模型为根据所述船舶旋回理论及游船自身参数，规划游船避险路径，并做出安全指引。
本申请还提供一种游船遇险预警救援系统，所述系统包括：
视频采集模块，所述视频采集模块用于采集景区周边和游船附近的环境监控，将所述位置信息及游船航信信息融合到所述视频信息内，得到融合监控画面；
游船信息模块，所述游船信息模块获取游船位置信息、游船的航线信息以及游船的状态信息；
模型建立模块，所述模型建立模块用于建立游船遇险预测模型和游船遇险救援模型；
救援决策模块，所述救援决策模块根据所述游船遇险预测模型、游船遇险救援模型以及所述融合监控画面生成游船的控制信息，发送到游船的控制系统中。
进一步的，所述游船的控制系统包含：
动力控制模块，所述动力控制模块用于实现游船舵机的加速和减速控制；
方向控制模块，所述方向控制模块用于实现游船舵机的转向。
进一步的，所述视频采集模块采用防水防爆摄像头，实现图像和视频信息的发送。
更进一步的，所述游船遇险预测模型为，根据游船预警的实时位置、游船预警距离的范围值[a,b]，结合游船旋回初径、旋回直径、旋回进距、旋回横距，以图形化的方式描绘出游船遇险救援的规划路径，并在游船旋回圈中显示游船的实时位置，为游船遇险救援做出安全指引。
更进一步的，所述游船遇险预警救援系统还包含显示终端模块，所述显示终端模块用于展现游船遇险后启动应急救援的路径规划以及显示视频采集模块的图像和视频信息。
更进一步的，所述游船遇险预警救援系统还包含数据处理后台，所述数据处理后台用于对采集数据、业务模型数据、历史数据、统计数据做存储，形成数据中心。
基于上述发明的技术方案，本发明与现有技术方案相比具有如下技术优点：
1、本发明中对游船的动力设备采用了自动化船舶设备，并通过可编程控制器PLC进行数据通信实现游船加速和减速的指令控制，具有高可靠性和高效率性；
2、本发明中在舵轮的传动装置中添加了PLC可控制单元，通过输入舵角偏移量达到控制舵轴使舵叶方向发生改变，使得航行方向更加准确；
3、本发明将景区内各设备信息、位置信息、实时信息等电子化，集成到地理信息GIS一张图上，直观方便可用；
4、本发明中提供的游船遇险预测告警模型以及游船遇险应急救援路径规划模型，在现代船舶先进理论支持的基础上，具有一定的科学性，可以在景区游船运营行业做推广；
5、本发明的实现系统在一定程度上减少了景区游船事故，为景区游船事业的生态健康发展提供了数据支撑和管理制度上的决策依据。
附图说明
图1为一种游船预警救援的算法及实现系统的总体架构图；
图2为一种游船预警救援的算法及实现系统的工作流程图；
图3为一种游船预警救援的算法及实现系统的旋回算法图；
图4为一种游船预警救援的算法及实现系统的功能结构图。
具体实施方式
下面结合图1的一种游船预警救援的算法及实现系统的总体架构图、图2的一种游船预警救援的算法及实现系统的工作流程图、图3的一种游船预警救援的算法及实现系统的旋回算法图以及图4的一种游船预警救援的算法及实现系统的功能结构图，对本发明的实施方式和实施步骤做进一步的详细说明。
实施例1
本发明提供游船遇险预警救援方法，所述救援方法包括：
获取游船位置信息、游船的航线信息以及游船的状态信息；
采集景区及景区周围的视频信息，将所述位置信息及游船航信信息融合到所述视频信息内，得到融合监控画面；
建立游船遇险预测模型和游船遇险救援模型；
根据所述游船遇险预测模型、游船遇险救援模型以及所述融合监控画面生成游船的控制信息，发送到游船的控制系统中。
具体的说：
所述船载终端硬件，包含以下几个模部分，分别通过无线AP接入无线局域网络：
①GPS定位模块，接收GPS卫星信号，实时发送游船经纬度等位置信息
②语音报警模块，接收报警指令，实现应急状况下的语音提示告警功能
③视频采集模块，景区周边和游船附近的环境监控，采用防水防爆摄像头，实现图像和视频等数据信息的发送
④动力控制模块，主要实现游船舵机的加速和减速控制，参照指标有游船旋回时的初始速度、游船的限速
⑤方向控制模块，主要实现游船舵机的左舵转向及右舵转向，参照指标是游船的舵角
⑥显示终端模块，展现游船遇险告警功能以及在游船遇险后启动应急救援的路径规划以及显示视频采集模块的图像和视频信息
所述船载终端软件，和船载终端硬件相匹配，实现软硬件的数据转换和信息传输。主要包括游船位置信息的采集、传输；游船周边环境状况的实时视频采集和监控；应急遇险语音报警信息的发送和传输；动力控制模块中含PLC控制指令，对舵机发送动力增加和动力减少的指令；方向控制模块中含PLC控制指令，对舵机发送左舵转向及右舵转向的指令；显示终端在游船遇险时的预警信息、路径规划以及监控视频和图像等。所述船载终端软件通过无线AP接入无线局域网络。
所述游船监控及应急遇险救援决策系统，包含三个部分：系统展示前台、业务模型中台、数据处理后台。其中，系统展示前台，基于GIS，将游船的静态信息以及采集的动态信息进行关联，标注在地理信息一张图上；业务模型中台，主要包含游船遇险预测模型和游船遇险救援模型，分别在游船遇险前实现预测预警以及在游船遇险后的路径规划指引等；数据处理后台，主要是对位置信息、视频信息、语音信息、动力控制指令、方向控制指令等做数据采集和指令传输，针对业务模型中台的业务模型，做算法数据的模拟和试算，同时，对采集数据、业务模型数据、历史数据、统计数据等做存储，形成数据中心。所述游船监控及应急遇险救援决策系统通过无线AP接入无线局域网络。
进一步的，所述船载终端硬件、所述船载终端软件、所述游船监控及应急遇险救援决策系统，均通过无线AP接入无线局域网络，从而保证软硬件之间、软件与软件之间的网络通信和数据传输。
更进一步的，所述船载终端软件，是船载终端硬件和游船监控及应急遇险救援决策系统的联通桥梁，对下游管理和控制船载终端硬件；对上游实现与游船监控及应急遇险救援决策系统的接口对接，实现数据通信。
进一步的，所述船载终端软件会接收来自所述船载终端硬件中的GPS定位模块的采集数据，同时，所述船载终端软件也会接收来自地面基站的GPS定位信息，做为修正数据。所述船载终端软件会将GPS采集数据与修正数据做为所述游船监控及应急遇险救援决策系统的业务模型中台的游船遇险预测模型及游船遇险救援模型的输入数据。
更进一步的，本发明中游船的基本信息如下：
长度(L)约6米、型宽约2米、型深约1米、吃水深度约0.35米、排水量约1.5吨，马力约115hp，船速设定上限为10千米/小时，主要考虑到在发生碰撞的时候损失较小，并能给游船预警后留有足够的时间来做路径规划。
进一步的，所述游船监控及应急遇险救援决策系统中，业务模型中台的游船遇险预测模型及游船遇险救援模型，使用了船舶旋回理论，该理论中的船舶旋回圈的各概念和参数构成如下：
①船舶长度：L
②旋回初径：Dt = (3-5)L
③旋回直径：D = (0.9～1.2)Dt
④旋回进距：Ad = (0.6-1.2)Dt
⑤旋回横距：Tr = 0.5Dt
⑥滞距：Re = (1-2)L
⑦漂角：Da = 3°~15°
更进一步的，影响旋回圈的因素如下：
①方形系数Cb，是衡量船舶性能的重要参数，方形系数 Cb = △/(L*B*T)，△为船舶排水体积，L为排水体积状态下的水线长度，B为船舶宽度，T为排水体积状态下的吃水深度，代入船舶基础数据，计算得知，Cb = 1.5/(2*1*0.35) ≈ 2，船体形状为长方体，船舶设计的阻力和适航性均衡，此因素在船体结构设计中已考虑
②船首船尾侧面积，采用均衡设计，此因素在船体结构设计中已考虑
③舵角，>15°，舵角增加，Dt减小幅度变小；<15°，舵角增加，Dt减小幅度变大，在游船监控及应急遇险救援决策系统的游船遇险应急救援模型中使用
④船速，增加和减少的幅度为初始速度的25%-50%，在游船监控及应急遇险救援决策系统的游船遇险应急救援模型中使用
⑤舵面积比、吃水、吃水差、舵机性能、风等因素，采用均衡设计，此部分因素在船体结构设计中已考虑
⑥Dt/L越小，船舶旋回性能指标值（Scp）越好，此因素在游船监控及应急遇险救援决策系统的游船遇险预测模型中使用
试算：
游船长度L为6米，旋回初径Dt范围[18,30]米
游船速度V为10千米/小时，即2.8米/秒，
游船旋回操作反应时间按照10秒-30秒的来计算，30秒游船行驶2.8*30 = 84米，10秒游船行驶2.8*10 = 28米，因此游船的最大预警距离为游船在最大的反应时间内行驶的距离与游船最大旋回初径的和，即Smax = 30+84=114米，游船的最小预警距离为游船在最小的反应时间内行驶的距离与游船最小旋回初径的和，即Smin = 18+28 = 46米，由此得出，游船预警距离范围[46,114]米，结合船舶旋回性能指标值定制化为Scp=游船预警距离/游船长度 = (S+Dt)/L，ScpMax = (Smax+Dt)/L = 19，ScpMin = (Smin+Dt)/L = 8，Scp范围取整约值[8,19]。Scp取值小于19开始预警。
更进一步的，所述游船监控及应急遇险救援决策系统中，业务模型中台的游船遇险预测模型在结合船舶旋回理论及游船自身参数的情况下，试算出预测结果，并实时给出是否预警的判断；如果预警，则游船遇险救援模型会结合船舶旋回理论及游船自身参数，将数据输入游船遇险救援模型，试算：
游船长度L为6米，获取游船当前位置，记为A点
旋回初径Dt范围[18,30]米，取范围中值，得到旋回初径Dt为24米
旋回直径D范围[21.6,28.8]米，取范围中值，得到旋回直径D为25.2米
旋回进距Ad范围[14.4,28.8]米，根据船舶旋回理论，旋回进距越小，旋回圈越小，所以，取范围最小值，得到旋回进距Ad为14.4米
旋回横距Tr值为12米
以A点为起始位置，垂直向上14.4米到位置B点，
以B点为起始位置，水平向右12米到位置C点，再水平往右25.2米到位置D点，
在过C点的垂线和过D点的垂线之间，做一个最大的内切圆，圆心为O点，
A点与O点在同一水平线上
根据以上试算结果，规划出游船避险路径，具体参照图3。
本申请还提供一种游船遇险预警救援系统，所述系统包括：
视频采集模块，所述视频采集模块用于采集景区周边和游船附近的环境监控，将所述位置信息及游船航信信息融合到所述视频信息内，得到融合监控画面；
游船信息模块，所述游船信息模块获取游船位置信息、游船的航线信息以及游船的状态信息；
模型建立模块，所述模型建立模块用于建立游船遇险预测模型和游船遇险救援模型；
救援决策模块，所述救援决策模块根据所述游船遇险预测模型、游船遇险救援模型以及所述融合监控画面生成游船的控制信息，发送到游船的控制系统中。
进一步的，所述游船的控制系统包含：
动力控制模块，所述动力控制模块用于实现游船舵机的加速和减速控制；
方向控制模块，所述方向控制模块用于实现游船舵机的转向。
进一步的，所述视频采集模块采用防水防爆摄像头，实现图像和视频信息的发送。
更进一步的，所述游船遇险预测模型为，根据游船预警的实时位置、游船预警距离的范围值[a,b]，结合游船旋回初径、旋回直径、旋回进距、旋回横距，以图形化的方式描绘出游船遇险救援的规划路径，并在游船旋回圈中显示游船的实时位置，为游船遇险救援做出安全指引。
更进一步的，所述游船遇险预警救援系统还包含显示终端模块，所述显示终端模块用于展现游船遇险后启动应急救援的路径规划以及显示视频采集模块的图像和视频信息。
更进一步的，所述游船遇险预警救援系统还包含数据处理后台，所述数据处理后台用于对采集数据、业务模型数据、历史数据、统计数据做存储，形成数据中心。
以上所述，仅是针对本发明的基本工作原理、工作流程以及较佳实现方式的概要描述而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本行业的技术人员以及业务人员，在不脱离本发明技术原理和实现方式的前提下，可能对本发明涉及的简单结构变换、各种变化和改进、以及本发明中实现优点的一个或者多个，均应视作本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.游船遇险预警救援方法，其特征在于，所述救援方法包括：
获取游船位置信息、游船的航线信息以及游船的状态信息；
采集景区及景区周围的视频信息，将所述位置信息及游船航信信息融合到所述视频信息内，得到融合监控画面；
建立游船遇险预测模型和游船遇险救援模型；所述的游船遇险预测模型基于船舶旋回理论，所述建立游船遇险预测模型的过程包含：
设定船舶旋回圈参数，设定影响船舶旋回圈的因素；
根据所述船舶旋回理论得到游船预警距离范围；
结合船舶旋回性能指标值制定Ship cycle performance Scp=游船预警距离/游船长度；所述游船预警距离范围为：
游船的最大预警距离为游船在最大反应时间内行驶的距离与游船最大旋回初径的和a，游船的最小预警距离为游船在最小的反应时间内行驶的距离与游船最小旋回初径的和b，所述游船预警距离范围在[a，b]之间；
根据所述游船遇险预测模型、游船遇险救援模型以及所述融合监控画面生成游船的控制信息，发送到游船的控制系统中。
2.根据权利要求1所述的游船遇险预警救援方法，其特征在于，所述游船的控制系统包含：
动力控制模块，所述动力控制模块用于实现游船舵机的加速和减速控制；
方向控制模块，所述方向控制模块用于实现游船舵机的转向。
3.根据权利要求1所述的游船遇险预警救援方法，其特征在于，所述游船遇险救援模型为根据所述船舶旋回理论及游船自身参数，规划游船避险路径，并做出安全指引。
4.游船遇险预警救援系统，其特征在于，所述系统用于实现权利要求1所述的游船遇险预警救援方法，所述系统包括：
视频采集模块，所述视频采集模块用于采集景区周边和游船附近的环境监控，将位置信息及游船航信信息融合到视频信息内，得到融合监控画面；
游船信息模块，所述游船信息模块获取游船位置信息、游船的航线信息以及游船的状态信息；
模型建立模块，所述模型建立模块用于建立游船遇险预测模型和游船遇险救援模型；
救援决策模块，所述救援决策模块根据所述游船遇险预测模型、游船遇险救援模型以及所述融合监控画面生成游船的控制信息，发送到游船的控制系统中。
5.根据权利要求4所述的游船遇险预警救援系统，其特征在于，所述游船的控制系统包含：
动力控制模块，所述动力控制模块用于实现游船舵机的加速和减速控制；
方向控制模块，所述方向控制模块用于实现游船舵机的转向。
6.根据权利要求4所述的游船遇险预警救援系统，其特征在于，所述游船遇险预测模型为，根据游船预警的实时位置、游船预警距离的范围值[a,b]，结合游船旋回初径、旋回直径、旋回进距、旋回横距，以图形化的方式描绘出游船遇险救援的规划路径，并在游船旋回圈中显示游船的实时位置，为游船遇险救援做出安全指引。
7.根据权利要求5所述的游船遇险预警救援系统，其特征在于，所述游船遇险预警救援系统还包含显示终端模块，所述显示终端模块用于展现游船遇险后启动应急救援的路径规划以及显示视频采集模块的图像和视频信息。
8.根据权利要求5所述的游船遇险预警救援系统，其特征在于，所述游船遇险预警救援系统还包含数据处理后台，所述数据处理后台用于对采集数据、业务模型数据、历史数据、统计数据做存储，形成数据中心。
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