CN114764244A - 用于内河远程驾控船舶航行的控制方法、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法、系统和存储介质,可广泛应用于船舶技术领域。本发明方法通过在确定目标船舶处于智能驾控模式时,获取所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息,并在根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态时,生成船舶控制模式调控指令,然后根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式,从而可以在面对复杂环境时,可以自主判断并切换控制系统,以有效降低远程驾控船舶航行的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域,尤其是一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法、系统和存储介质。
背景技术
相关技术中,对于内河航行的远程驾控船舶而言,航道尺度受限制,水位随季节涨落,航道狭窄弯曲,船舶密度大等因素都成为内河远程驾控船舶航行的限制和障碍,给船舶带来潜在的碰撞危险,而面对复杂的航道环境,远程驾控船舶操作系统的自主切换显得尤为重要。目前,远程驾控船舶航行的方法在面对复杂环境时,无法自主判断并切换控制系统,使得远程驾控船舶操作过程中造成很大的安全隐患。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法、系统和存储介质,能够有效降低远程驾控船舶航行的安全隐患。
一方面,本发明实施例提供了一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,包括以下步骤:
确定目标船舶处于智能驾控模式,获取所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息;
根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态,生成船舶控制模式调控指令;
根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式。
在一些实施例中,所述环境信息包括风影响信息、能见度影响信息、流速影响信息、浪高影响信息、受限制水域影响信息和船用雷达探测影响信息;所述周围交通信息包括会遇船舶避碰信息和航道交通流密度。
在一些实施例中,所述根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态,包括:
根据所述环境信息和所述周围交通信息计算判断系数;
当所述判断系数满足预设条件,确定所述目标船舶处于预警状态。
在一些实施例中,所述根据所述环境信息和所述周围交通信息计算判断系数,包括:
根据所述环境信息和所述周围交通信息,通过如下公式计算判断系数:
其中,S表示风影响信息;V表示能见度影响信息;G表示流速影响信息;H表示浪高影响信息;L表示受限制水域影响信息;E表示会遇船舶避碰信息;R表示船用雷达探测影响信息;I表示航道交通流密度。
在一些实施例中,所述当所述判断系数满足预设条件,确定所述目标船舶处于预警状态,包括:
当所述判断系数等于1,确定所述目标船舶处于预警状态。
在一些实施例中,在所述根据所述环境信息和所述周围交通信息计算判断系数之前,所述方法还包括以下步骤:
对所述环境信息和所述周围交通信息的异常数据进行筛选和甄别。
在一些实施例中,所述根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式,包括:
根据所述控制模式调控指令,控制所述目标船舶的驾控模式由智能驾控模式切换为远程终端控制模式;
或者
根据所述控制模式调控指令,控制所述目标船舶的驾控模式由智能驾控模式切换为智能驾控模式和远程终端控制模式的结合控制模式,其中,所述远程终端控制模式的优先级高于所述智能驾控模式。
另一方面,本发明实施例提供了一种用于内河远程驾控船舶航行的控制系统,包括:
感应采集模块,所述感应采集模块用于采集所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息;
分析模块,所述分析模块用于在确定目标船舶处于智能驾控模式时,根据所述环境信息和所述周围交通信息分析确定所述目标船舶处于预警状态,生成船舶控制模式调控指令;
控制模块,所述控制模块用于根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式。
另一方面,本发明实施例提供了一种用于内河远程驾控船舶航行的控制系统,包括:
至少一个存储器,用于存储程序;
至少一个处理器,用于加载所述程序以执行所述的用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。
另一方面,本发明实施例提供了一种存储介质,其中存储有计算机可执行的程序,所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现所述的用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。
本发明实施例提供的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,具有如下有益效果:
本实施例通过在确定目标船舶处于智能驾控模式时,获取所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息,并在根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态时,生成船舶控制模式调控指令,然后根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式,从而可以在面对复杂环境时,可以自主判断并切换控制系统,以有效降低远程驾控船舶航行的安全隐患。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明,其中:
图1为本发明实施例的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制系统的模块框图;
图2为本发明实施例的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法的流程图;
图3为本发明实施例的ρ和V的关系曲线图;
图4为本发明实施例的ρ和Q的关系曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,若干的含义是一个以上,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、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。
参照图1,本发明实施例提供了一种用于内河远程驾控船舶航行的控制系统,包括:
感应采集模块,所述感应采集模块用于采集所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息;
分析模块,所述分析模块用于在确定目标船舶处于智能驾控模式时,根据所述环境信息和所述周围交通信息分析确定所述目标船舶处于预警状态,生成船舶控制模式调控指令;
控制模块,所述控制模块用于根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式。
在本实施例中,感应采集模块、分析模块和控制模块之间都时通过无线传输方式进行数据传输。具体地,所述感应采集模块包括雷达态势感知模块,检测传感器模块、光电模块与音频模块;所述雷达态势感知模块采用实时定位的雷达系统,所述检测传感器模块包括用于采集风速的风速传感器,采集流速信息的流速传感器,所述光电模块采用用于采集光电信号判断能见度的光电系统。
所述分析模块包括信号解析模块、判断模块、远程遥控模块与自主航行模块,所述断模块用于分析信息采集模块传递的信息,并甄别远程岸基遥控以及船端自主航行两种操作情形。智能船数据进行初始化处理并且保留原始数据。针对信息采集模块所收集的数据进行分析识别和辨析,通过比对,对异常数据进行筛选和甄别,对可能风险进行预测与评估。
所述控制模块包括用于远程操作的主控模块,所述主控模块包括:
虚拟船长,用于接受船舶通航信息并做出评估判断,生成修正航线计划并向执行模块下发指令,虚拟船长的功能包括与岸端进行通信、根据规划控制命令主机和舵机、态势感知和风险评估、主动应急处理等;
远程控制中心,用于接收船舶的态势感知信息对船舶航行态势进行监督以及在必要时刻进行远程遥控,控制船岸通信系统、航线与路径规划;受控于远程驾控船员;通过船舶交通管理中心和外部数据进行感知;远程控制中心可以制定航次计划,批准航线规划;不间断实时获取船舶场景感知信息并予以显示;对船舶及系统的安全状态进行监测,基于船舶状态给出维护建议,以保证船体和系统具有足够的可靠性,确保后续航次的航行安全;可以对船舶推进和操纵系统、通信系统、信号系统进行远程控制,实现船舶在各航行场景下的遥控操纵;
制动人员,主要是远程驾控船员,进行全天候值守并且对虚拟船长的工作状态进行日常监控,当船舶自主驾驶出现故障或无法处理险情时进行最高权限的接管。
基于图1所述的系统,本发明实施例提供了一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。具体地,如图2所示,本实施例的方法包括但不限于以下步骤:
步骤210、确定目标船舶处于智能驾控模式,获取所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息;
步骤220、根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态,生成船舶控制模式调控指令;
步骤230、根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式。
在本申请实施例中,所述环境信息包括风影响信息S、能见度影响信息V、流速影响信息C、浪高影响信息H、受限制水域影响信息L和船用雷达探测影响信息R;所述周围交通信息包括会遇船舶避碰信息E和航道交通流密度I。
在本申请实施例中,所述根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态,可以根据所述环境信息和所述周围交通信息计算判断系数,并当所述判断系数满足预设条件时,确定所述目标船舶处于预警状态。
具体地,本实施例通过风对船舶是否切换控制端进行判断,通过风力传感器采集风力等级,再将采集到的风力等级转换为可供数据分析模块解析的信号,确定S的取值,详细风力等级划分如表1所示:
表1
通过能见度V对船舶是否切换控制端进行判断,船舶光电系统进行能见度判断,根据采集到的最大能见距离,确定如表2所示V的取值:
表2
最大能见距离/V(海里) | 取值 |
<0.03 | 0 |
0.03-0.1 | 1 |
0.1-0.25 | 2 |
0.25-0.5 | 3 |
0.5-1 | 4 |
1-2 | 5 |
2-5 | 6 |
5-11 | 7 |
11-27 | 8 |
>27 | 9 |
通过流速对船舶是否切换控制端进行判断,对于船舶航行的影响因素C:
流速分为横向流速与纵向流速,一般情况下,船舶上水行驶时,船舶纵向流速应该不超过3m/s,流速过大会影响船舶操作性能,横向流速应不超过0.3m/s,否则会使船舶发生较大侧偏。航行中通过流速传感器采集到流速信息:
当纵向速度<3m/s,横向速度<0.3m/s,C取值0;
当纵向速度<3m/s,横向速度>0.3m/或当纵向速度>3m/s,横向速度<0.3m/s,C取值1;
当纵向速度>3m/s,横向速度>0.3m/s,C取值2。
通过浪高对船舶是否切换控制端进行判断,通过船舶波浪探测器观测一系列波浪,测定有效波高H(1/3),根据有效波高H(1/3)的数值判断浪高影响因素H,其中,浪高影响因素H的等级如表3所示:
浪高/H(1/3)(米) | 取值 |
0 | 0 |
<0.01 | 1 |
0.1-0.5 | 2 |
0.5-1.25 | 3 |
1.25-2.5 | 4 |
2.5-4 | 5 |
4-6 | 6 |
6-9 | 7 |
9-14 | 8 |
>14 | 9 |
通过受限水域影响对船舶是否切换控制端进行判断,其对于船舶航行的影响因素L:
受限制水域主要指航道深度受限和航道宽度受限;
当航道深度受限制时,发生浅水效应,其中,浅水效应判断如下:
当水深吃水比1.2<H1/d<1.5即为通常所指的浅水,对船舶航行有明显影响;
当水深吃水比H1/d<1.2即为超浅水,对船舶航行有显著影响;
当航道宽度受限制时,发生岸壁效应,其中,岸壁效应判断:
当航道宽度与船长之比W/L≤2时,出现岸壁效应;
当航道宽度与船长之比W/L≤1时,船舶航行收到明显影响;
根据水深吃水比和航道宽度船长比判断L的取值:
当H1/d>1.5,W/L>2,L取值0;
当H1/d>1.5且1<W/L≤2或1.2<H1/d≤1.5且W/L>2,L取值1;
当H1/d>1.5且W/L≤1或H1/d<2且W/L>2,L取值2;
当1.2<H1/d≤1.5且1<W/L≤2,L取值3;
当1.2<H1/d≤1.5且W/L≤1或H1/d<1.2且1<W/L≤2,L取值4;
当H1/d<1.2且W/L≤1,L取值5。
通过最近会遇距离(TCPA)和会遇距离(CPA)判断船舶与会遇船是否有碰撞危险,其对于船舶航行的影响因素E:
利用船上ARPA人工设置的最小最近会遇距离(MINTCPA)和最小会遇距离(MINCPA)作为安全判据,将TCPA、CPA与MINCPA、MINTCPA作比较,判断结果:
若CPA>MICPA且TCPA>MINTCPA,目标是安全船,E取值0;
若CPA≤MICPA且TCPA>MINTCPA,目标是危险船,但时间充足,不用立即处理,E取值1;
若CPA≤MICPA且0<TCPA≤MINTCPA,目标是紧急危险船,需要立即处理,E取值2。
通过船用雷达收到外在干扰,使雷达回波受阻,导致雷达探测失误对是否切换控制端进行判断,其对于船舶航行的影响因素R:
雷达在探测时,会由于雷达某些缺陷和无线电船舶时的一些物理现象,容易导致产生假回波,主要有间接反射假回波、多次反射回波、旁瓣回波和二次扫描回波;除假回波外,雷达还会干扰杂波影响雷达正常观测,常见如:雨雪干扰,海浪干扰,电火花干扰,已及邻船的同频雷达干扰。上述雷达干扰均会在雷达显示屏上显示不正常雷达图像,当观测到这些不正常图像时,定义R取值1,否则R取值0。
通过航道交通流密度对船舶是否切换控制端进行判断,其对于船舶航行的影响因素I,具体如下:
根据海上交通调查搜集到的船舶交通实况资料,假设船种单一,船速均匀,航向相同,航迹宽度不变,即可得到如公式(1)所述的交通流量、交通流密度、交通流速度、交通流宽度之间的关系式:
Q=ρ*V*W 公式(1)
其中,Q表示交通流量(艘/h);ρ表示交通流密度(艘/n mile2);V表示交通流速度(kn);W表示交通流宽度(n mile)。
具体地,ρ和V关系如图3所示。图3中的ρj为阻塞密度,即船舶流密集到船舶无法移动时的密度。ρ和Q关系如图4所示。图4中的Qmax对应ρ为转折密度,即在保证安全的前提下,当船舶可以选择航行速度时,航道上可能容纳的最大船舶交通流密度,当大于此值时,船舶航速就要受限制。
其中,转折密度Ks如公式(2)所示:
Ks=1000÷(a*L0) 公式(2)
a为常数一般取6;L0为船长/m。
阻塞密度Kj如公式(3)所示:
Kj=1000/[(1+β)*L0] 公式(3)
β为常数一般取0.5;L0为船长/m。
若转折密度<167/Lo,I取0;若转折密度>167/Lo,I取1。
数据分析模块对模块获取信号解析与处理,定义采集的诸多环境信号:风速S根据风力大小分为9个级别,取值0到9,数值越大表示风速越大;能见度V根据能见距离取为0到9,数值越大表示能见度越高;流速C以3米每秒为界,取值0、1和2;浪高H根据测量的有效波高H从0到9分为10个风力,数值越大表示浪越高;吃水深度L根据浅水效应和岸壁效应取值0到5;航行影响因数E根据取值0、1和2;雷达R根据有无正常显示取值0和1;航道交通流密度取决于转折密度167/Lo(Lo为实际船长),若小于转折密度I取0,大于转折密度I取1。将航行中各参数及航行中采集的诸多环境因素,分析处理,得到评估结果:
分析所得判断系数Reference如公式(4)所示:
其中,[·]表示取整;S表示风影响信息;V表示能见度影响信息;G表示流速影响信息;H表示浪高影响信息;L表示受限制水域影响信息;E表示会遇船舶避碰信息;R表示船用雷达探测影响信息;I表示航道交通流密度。
在本申请实施例中,将采集到的参数带入表达式,若判断系数为0,表示航行正常,则继续由虚拟船长控制自主航行,并受远程控制站的监督;若判断系数为1,表示船舶智能系统故障或即将面临危险,则发警报给远程控制站的操作人员;最后通过主控制模块设定远程驾控船舶返航计划。
在本申请实施例中,所述根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式,包括:
根据所述控制模式调控指令,控制所述目标船舶的驾控模式由智能驾控模式切换为远程终端控制模式;或者根据所述控制模式调控指令,控制所述目标船舶的驾控模式由智能驾控模式切换为智能驾控模式和远程终端控制模式的结合控制模式,其中,所述远程终端控制模式的优先级高于所述智能驾控模式。
本发明实施例提供了一种用于内河远程驾控船舶航行的控制系统,包括:
至少一个存储器,用于存储程序;
至少一个处理器,用于加载所述程序以执行图2所示的用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。
本发明方法实施例的内容均适用于本系统实施例,本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法达到的有益效果也相同。
本发明实施例提供了一种存储介质,其中存储有计算机可执行的程序,所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现图2所示的用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序,该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令,该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令,处理器执行该计算机指令,使得该计算机设备执行图2所示的用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
确定目标船舶处于智能驾控模式,获取所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息;
根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态,生成船舶控制模式调控指令;
根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式。
2.根据权利要求1所述的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,其特征在于,所述环境信息包括风影响信息、能见度影响信息、流速影响信息、浪高影响信息、受限制水域影响信息和船用雷达探测影响信息;所述周围交通信息包括会遇船舶避碰信息和航道交通流密度。
3.根据权利要求1所述的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,其特征在于,所述根据所述环境信息和所述周围交通信息确定所述目标船舶处于预警状态,包括:
根据所述环境信息和所述周围交通信息计算判断系数;
当所述判断系数满足预设条件,确定所述目标船舶处于预警状态。
5.根据权利要求3所述的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,其特征在于,所述当所述判断系数满足预设条件,确定所述目标船舶处于预警状态,包括:
当所述判断系数等于1,确定所述目标船舶处于预警状态。
6.根据权利要求3所述的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,其特征在于,在所述根据所述环境信息和所述周围交通信息计算判断系数之前,所述方法还包括以下步骤:
对所述环境信息和所述周围交通信息的异常数据进行筛选和甄别。
7.根据权利要求1所述的一种用于内河远程驾控船舶航行的控制方法,其特征在于,所述根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式,包括:
根据所述控制模式调控指令,控制所述目标船舶的驾控模式由智能驾控模式切换为远程终端控制模式;
或者
根据所述控制模式调控指令,控制所述目标船舶的驾控模式由智能驾控模式切换为智能驾控模式和远程终端控制模式的结合控制模式,其中,所述远程终端控制模式的优先级高于所述智能驾控模式。
8.一种用于内河远程驾控船舶航行的控制系统,其特征在于,包括:
感应采集模块,所述感应采集模块用于采集所述目标船舶所处位置的环境信息和周围交通信息;
分析模块,所述分析模块用于在确定目标船舶处于智能驾控模式时,根据所述环境信息和所述周围交通信息分析确定所述目标船舶处于预警状态,生成船舶控制模式调控指令;
控制模块,所述控制模块用于根据所述控制模式调控指令调节所述目标船舶的控制模式。
9.一种用于内河远程驾控船舶航行的控制系统,其特征在于,包括:
至少一个存储器,用于存储程序;
至少一个处理器,用于加载所述程序以执行如权利要求1-7任一项所述的用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。
10.一种存储介质,其特征在于,其中存储有计算机可执行的程序,所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-7任一项所述的用于内河远程驾控船舶航行的控制方法。
Priority Applications (1)
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CN202210408486.7A CN114764244A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 用于内河远程驾控船舶航行的控制方法、系统和存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
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CN202210408486.7A CN114764244A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 用于内河远程驾控船舶航行的控制方法、系统和存储介质 |
Publications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116300664A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 江苏物润船联网络股份有限公司 | 基于船联网的船舶作业流控方法和装置 |
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CN117727207A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 交通运输部水运科学研究所 | 一种船舶通过弯曲河道航行状态判别方法及系统 |
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2022
- 2022-04-19 CN CN202210408486.7A patent/CN114764244A/zh active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116300664B (zh) * | 2023-05-18 | 2023-08-22 | 江苏物润船联网络股份有限公司 | 基于船联网的船舶作业流控方法和装置 |
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