CN115497339A - 船岸协同式船舶安全管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船岸协同式船舶安全管理系统及方法，系统包括岸基应用终端、岸侧感知系统、船基移动终端、船侧感知系统，岸侧感知系统用于采集区域范围内交通信息以及当地航段水文气象信息，船侧感知系统用于采集所管控船舶驾驶员行为信息以及船舶状态信息，将以上信息回传至岸基应用终端；岸基应用终端用于对实时接收的岸侧与船侧感知数据进行融合、互补，并依据融合后数据进行危险行为判别，发送预警信息；船基移动终端响应于预警信息进行预警并将预警处理结果反馈给岸基应用终端。本发明基于渡运/游客船舶的管控需求，实现岸侧感知与船侧感知协同融合，岸基终端与船载终端协同决策，能有效进行全要素监测预警，保障所管控船舶航行安全。

Description

船岸协同式船舶安全管理系统及方法

技术领域

本发明属于船舶安全系统领域，具体为一种船岸协同式船舶安全管理系统及方法。

背景技术

随着我国经济发展，水域交通流密度越来越大，通航环境日益复杂，海事监管压力也不断增大。为了降低船舶通航风险，保证水路交通安全生产，行业部门对其进行十余年专项整治，水路交通事故事件数、死亡失踪人数和沉船艘数呈逐年下降趋势。然而，内河重大事故(事件)仍偶有发生，安全形势不容乐观，内河船舶航行安全重大风险源依然存在。

剖析内河水路交通系统，其重大风险源主要体现在渡运/游客船舶航行安全、桥区水域航行安全、危化品船舶航行安全三个方面，其中渡运/游客船舶航行安全位列首尾。近年国家与行业主管部门相继出台多项政策文件，要求进一步加强客船，尤其是长江客船的危险源管控能力。为响应国家、行业主管部门要求，切实管控渡运重大风险源，通过信息化等升段提升安全管理能力尤为必要。

现有的船舶安全管理系统有岸基系统、船基系统两种型式。岸基系统以区域交通监测预警为主，缺少对重点船舶(渡运/游客船舶)的细粒度监测与信息预警能力。船基系统以本船舶为中心点，对航行态势与载运状态进行监测，缺少与岸基中心以及其他船舶联动能力。

综上所述，目前船舶安全管理系统尚无法完全满足渡运/游客船舶的管控需求。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术缺陷，实现船舶安全船岸协同管理、实时监控、实时预警、实时调度，降低船舶通航风险，保证水路交通安全生产。

本发明采用的技术方案是：一种船岸协同式船舶安全管理系统，包括岸基应用终端、船基移动终端、岸侧感知系统以及船侧感知系统；所述岸侧感知系统用于采集区域范围内交通信息以及当地航段水文气象信息，并将以上信息回传至岸基应用终端；所述船侧感知系统用于采集所管控船舶驾驶员行为信息以及船舶状态信息，并将以上信息回传至岸基应用终端；所述岸基应用终端用于对实时接收的岸侧与船侧感知数据进行融合、互补，实现船舶安全全要素监测及在电子点图上动态显示，并依据融合后数据进行危险行为判别，发送预警信息；所述船基移动终端响应于预警信息进行预警并将预警处理结果反馈给岸基应用终端。

优选地，所述岸基应用终端和船基移动终端通过5G船岸协同专网方式通信。

优选地，所述岸基应用终端包括航行动态监控模块、重点部位监控模块、船舶人员监控模块、预警事件管理模块，上述模块均以软件形式部署于数据中心；所述航行动态监控模块用于实现区域范围内船舶及其他物体位置、尺寸、速度的识别，通过数字孪生技术，将区域航道的岸线、边坡、河堤静态信息与船舶位置、航向、速度动态信息融合，实现所管控船舶的会遇碰撞、偏离航道监测预警，并推送给船基移动终端，所述重点部位监控模块用于实现所管控船舶航行态势、载运状态、设备运行监测预警；所述船舶人员监控模块用于识别所管控船舶驾驶员不安全行为；所述预警事件管理模块用于基于预警事件总数及分类事件总数实现事件列表和可视化地图的切换显示。

优选地，会遇碰撞预警的具体方法为：根据所管控船舶与会遇船舶的航速、航向、位置，判定碰撞可能性，并在触发报警情况下，光电摄像头自动追踪、放大预警船舶，具体过程为：

在管控船舶周围会遇碰撞安全预警距离范围内设立会遇警戒区域，当会遇船舶进入管控船舶会遇警戒区域，启动预警状态，开始数据追踪，光电摄像头自动追踪、放大预警船舶，捕捉会遇船舶的方位、距离和接近速度信息；当会遇船舶进入管控船舶会遇碰撞最晚施舵预警距离范围内立即触发紧急报警机制，提醒驾驶员立即采取紧急避碰措施，并上报监管人员做数据监管及事件记录。

优选地，船舶会遇碰撞预警距离修正计算公式、会遇碰撞安全预警距离及会遇碰撞最晚施舵预警距离计算公式如下：

式中：d为船舶会遇碰撞修正距离；(x₀,y₀)、(x₁,y₁)分别为管控船、会遇船的位置坐标；

为两船的速度航向交叉角；α为两船的相对方位；d_alert为会遇碰撞安全预警距离；L为管控船长轴长度；

为Goodwin船舶安全会遇理论中所有方位来船安全会遇距离的最小值，并向下取整；d₁为紧迫局面下船舶避碰的最大距离。

优选地，载运状态是指融合多来源数据按航次统计载运车辆数量、车牌、吨位、人员数量及人员身份信息；设备运行监测预警是指监测船舶主、辅机转速、滑油压力、冷却水温度运行参数，对异常运行状态进行预警。

优选地，所述船基移动终端是放置在船上，随船移动的安装部署有安全预警模块智能装置。

优选地，所述岸侧感知系统包括通航环境感知模块、区域交通感知模块，以硬件形式部署于岸侧外场，通航环境感知模块风向、风速、能见度、水位水文气象信息；区域交通感知模块融合了雷达与AIS目标，具有雷达回波显示、目标标绘、目标跟踪、目标融合、摄像头联动功能。

优选地，所述船侧感知系统包括人员行为感知模块、船舶状态感知模块，以硬件形式部署于船舶相应点位，人员行为感知模块采用具有超过时间驾驶位无人、驾驶员坐的时间超过阈值、驾驶员玩手机识别能力的智能相机；船舶状态感知模块是多传感器融合系统，用于感知采集船舶纵倾、横倾，船舶定位、船速、航向，船舶主、辅机运行参数。

本发明还提出了一种船岸协同式船舶安全管理方法，包括以下步骤：

步骤1：岸侧感知系统采集区域范围内交通信息，以及当地航段水文气象信息，并将以上信息回传至岸基应用终端；

步骤2：船侧感知系统采集所管控船舶驾驶员行为信息，以及船舶状态信息，并通过5G专网回传至岸基应用终端；

步骤3：岸基应用终端实时接收岸基与船基感知数据，并对船岸两端数据进行融合、互补，实现船舶安全全要素监测；

步骤4：岸基应用终端依据融合后数据，实现全要素在电子点图上动态显示，并对会遇碰撞、偏离航道、驾驶员不在驾驶位、船舶姿态倾斜进行预警、播报；

步骤5：岸基应用终端将预警信息发送至船载应用终端，通过电子地图、视频播放、语音播报等方式提示所管控船舶人员；

步骤6：船载应用终端将预警处理信息发送至岸基应用终端，提示调度人员检查，实现预警信息闭环式管理。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1)打通传统安全管理系统中岸基系统与船基系统的信息孤岛与数据壁垒，综合现有协同管理系统、运营服务系统等业务系统、数据聚合平台，有利于实现船岸协同管理、内外部数据交换共享。

2)能有效满足行业规范对船舶安全管理、监控预警业务的实时运行、管控要求，渡运/游客船舶主动安全管理系统部署于本地，直接采集岸基与船基预警系统数据，有利于实现实时监控、实时预警、实时调度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明工作流程图；

图3为本发明实施例岸基系统架构示意图；

图4为本发明实施例船基系统架构示意图；

图5为本发明实施例5G船岸协同专网架构及数据流示意图；

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。相反，提供这些实施例的目的是为了使本领域的技术人员更透彻地理解本发明。下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的创新构思。

一种船岸协同式船舶安全管理系统，如图1所示，包括：岸基应用终端、岸侧感知系统、船基移动终端、船侧感知系统，所述岸侧感知系统用于采集区域范围内交通信息以及当地航段水文气象信息，并将以上信息回传至岸基应用终端，其系统架构如图3所示；所述船侧感知系统用于采集所管控船舶驾驶员行为信息以及船舶状态信息，并将以上信息回传至岸基应用终端，其系统架构如图4所示；所述岸基应用终端用于对实时接收的岸侧与船侧感知数据进行融合、互补，实现船舶安全全要素监测及在电子点图上动态显示，并依据融合后数据进行危险行为判别，发送预警信息；所述岸基应用终端响应于预警信息进行预警并将预警处理结果反馈给岸基应用终端。

进一步的实施例中，所述岸基应用终端和船基移动终端通过5G船岸协同专网方式通信，其架构示意图如图5所示。

进一步的实施例中，所述岸基应用终端包括航行动态监控模块、重点部位监控模块、船舶人员监控模块、预警事件管理模块，上述模块均以软件形式部署于数据中心。

所述航行动态监控模块用于实现区域范围内船舶及其他物体位置、尺寸、速度等精准识别；通过数字孪生技术，将区域航道的岸线、边坡、河堤等静态信息与船舶位置、航向、速度等动态信息融合，实现所管控船舶的会遇碰撞、偏离航道监测预警，并推送给船基移动终端。

进一步的实施例中，会遇碰撞预警综合考虑所管控船舶与会遇船舶的航速、航向、位置，判定碰撞可能性，并在触发报警情况下，光电摄像头自动追踪、放大预警船舶。

具体地，在管控船舶周围会遇碰撞安全预警距离范围内设立会遇警戒区域，当会遇船舶进入管控船舶会遇警戒区域，启动预警状态，开始数据追踪，光电摄像头自动追踪、放大预警船舶，捕捉会遇船舶的方位、距离和接近速度等信息；当会遇船舶进入管控船舶会遇碰撞最晚施舵预警距离范围内立即触发紧急报警机制，提醒驾驶员立即采取紧急避碰措施，并上报监管人员做数据监管及事件记录。船舶会遇碰撞距离修正计算公式、会遇碰撞安全预警距离及会遇碰撞最晚施舵预警距离计算公式如下：

在本实施例中，d取值ARPA(自动雷达标会装置)的DCPA参数，L取90米，d₀取700米，d₁取50米，因此d_alert＝745，d_limit＝95，单位：米。

进一步的实施例中，所述重点部位监控模块用于实现所管控船舶航行态势、载运状态、设备运行监测预警。载运状态模块通过对多来源数据进行融合，实现按航次的载运车辆数量、车牌、吨位，人员数量、身份精准统计；设备运行监测模块通过对接获取船舶主、辅机转速、滑油压力、冷却水温度等核心运行参数，对异常运行状态进行预警。

进一步的实施例中，所述船舶人员监控模块用于识别所管控船舶驾驶员不安全行为，对长时间驾驶位无人、久坐、长时间玩手机进行预警，并推送给船基移动终端。

进一步的实施例中，所述预警事件管理模块基于预警事件总数及分类事件总数实现事件列表和可视化地图的切换显示，可设定各种自动检测的预警阈值、触发条件。本事实例中预警事件包括一系列异常事件，如船舶碰撞、长时间驾驶位无人、久坐、长时间玩手机、驾驶员身体健康状况异常、电子围栏闯入等。预警事件分类内容包括碰撞预警、驾驶员行为预警、偏航预警、电子围栏预警、重点部位监控预警、岗前健康设备预警、环境预警七类。

进一步的实施例中，所述船基移动终端是放置在船上，随船移动并安装部署安全预警模块的智能装置。

具体地，安全预警模块主要用以接受预警信息，响应预警预设操作(包括不限于灯光报警、蜂鸣报警、语音报警等)，并向岸基终端回馈预警信息。

进一步的实施例中，所述岸侧感知系统包括通航环境感知模块、区域交通感知模块，以硬件形式部署于岸侧外场。通航环境感知模块风向、风速、能见度、水位等水文气象信息。区域交通感知模块需融合雷达与AIS目标，具有雷达回波显示、目标标绘、目标跟踪、目标融合、摄像头联动功能。

进一步的实施例中，所述船侧感知系统包括人员行为感知模块、船舶状态感知模块，以硬件形式部署于船舶相应点位。

具体地，人员行为感知模块采用具有长时间驾驶位无人、久坐、长时间玩手机识别能力的智能相机；船舶状态感知模块是多传感器融合系统，应可感知采集船舶纵倾、横倾，船舶定位、船速、航向，船舶主、辅机运行参数。

具体地，所述船基移动终端是放置在船上，随船移动的智能装置，并安装部署安全预警模块。安全预警模块应具备与岸基应用终端的数据联通功能，上传船舶运行信息至岸基应用终端，显示岸基应用终端的运算结果，并播报安全预警信息。

请见图2，一种船岸协同式船舶安全管理方法，包括以下步骤：

步骤1：岸侧感知系统采集区域范围内船舶速度、航向、航速等交通信息，以及当地航段水文气象信息，并将以上信息回传至岸基应用终端；

步骤2：船侧感知系统采集所管控船舶驾驶员行为信息，以及主辅机运行、纵倾横倾等船舶状态信息通过5G专网回传至岸基应用终端；

步骤3：岸基应用终端实时接收岸基与船基感知数据，并对船岸两端数据进行融合、互补，实现船舶安全全要素监测；

步骤4：岸基应用终端依据融合后数据，实现全要素在电子点图上动态显示，并对会遇碰撞、偏离航道、驾驶员不在驾驶位、船舶姿态倾斜等进行预警、播报；

步骤5：岸基应用终端将预警信息发送至船载应用终端，通过电子地图、视频播放、语音播报等方式提示所管控船舶人员；

步骤6：船载应用终端将预警处理信息发送至岸基应用终端，提示调度人员检查，实现预警信息闭环式管理。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些改进和变换也应视为本发明专利的保护范围。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

应当理解，为了精简本发明并帮助本领域的技术人员理解本发明的各个方面，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例中进行描述，或者参照单个图进行描述。但是，不应将本发明解释成示例性实施例中包括的特征均为本专利权利要求的必要技术特征。

应当理解，可以对本发明的一个实施例的设备中包括的模块、单元、组件等进行自适应性地改变以把它们设置在与该实施例不同的设备中。可以把实施例的设备包括的不同模块、单元或组件组合成一个模块、单元或组件，也可以把它们分成多个子模块、子单元或子组件。

Claims (10)

1.一种船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：包括岸基应用终端、船基移动终端、岸侧感知系统以及船侧感知系统；所述岸侧感知系统用于采集区域范围内交通信息以及当地航段水文气象信息，并将以上信息回传至岸基应用终端；所述船侧感知系统用于采集所管控船舶驾驶员行为信息以及船舶状态信息，并将以上信息回传至岸基应用终端；所述岸基应用终端用于对实时接收的岸侧与船侧感知数据进行融合、互补，实现船舶安全全要素监测及在电子点图上动态显示，并依据融合后数据进行危险行为判别，发送预警信息；所述船基移动终端响应于预警信息进行预警并将预警处理结果反馈给岸基应用终端。

2.根据权利要求1所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：所述岸基应用终端和船基移动终端通过5G船岸协同专网方式通信。

3.根据权利要求1所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：所述岸基应用终端包括航行动态监控模块、重点部位监控模块、船舶人员监控模块、预警事件管理模块，上述模块均以软件形式部署于数据中心；所述航行动态监控模块用于实现区域范围内船舶及其他物体位置、尺寸、速度的识别，通过数字孪生技术，将区域航道的岸线、边坡、河堤静态信息与船舶位置、航向、速度动态信息融合，实现所管控船舶的会遇碰撞、偏离航道监测预警，并推送给船基移动终端，所述重点部位监控模块用于实现所管控船舶航行态势、载运状态、设备运行监测预警；所述船舶人员监控模块用于识别所管控船舶驾驶员不安全行为；所述预警事件管理模块用于基于预警事件总数及分类事件总数实现事件列表和可视化地图的切换显示。

4.根据权利要求3所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：会遇碰撞预警的具体方法为：根据所管控船舶与会遇船舶的航速、航向、位置，判定碰撞可能性，并在触发报警情况下，光电摄像头自动追踪、放大预警船舶，具体过程为：

在管控船舶周围会遇碰撞安全预警距离范围内设立会遇警戒区域，当会遇船舶进入管控船舶会遇警戒区域，启动预警状态，开始数据追踪，光电摄像头自动追踪、放大预警船舶，捕捉会遇船舶的方位、距离和接近速度信息；当会遇船舶进入管控船舶会遇碰撞最晚施舵预警距离范围内立即触发紧急报警机制，提醒驾驶员立即采取紧急避碰措施，并上报监管人员做数据监管及事件记录。

5.根据权利要求4所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：船舶会遇碰撞预警距离修正计算公式、会遇碰撞安全预警距离及会遇碰撞最晚施舵预警距离计算公式如下：

式中：d为船舶会遇碰撞修正距离；(x₀,y₀)、(x₁,y₁)分别为管控船、会遇船的位置坐标；

为两船的速度航向交叉角；α为两船的相对方位；d_alert为会遇碰撞安全预警距离；L为管控船长轴长度；

为Goodwin船舶安全会遇理论中所有方位来船安全会遇距离的最小值，并向下取整；d₁为紧迫局面下船舶避碰的最大距离。

6.根据权利要求3所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：载运状态是指融合多来源数据按航次统计载运车辆数量、车牌、吨位、人员数量及人员身份信息；设备运行监测预警是指监测船舶主、辅机转速、滑油压力、冷却水温度运行参数，对异常运行状态进行预警。

7.根据权利要求1所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：所述船基移动终端是放置在船上，随船移动的安装部署有安全预警模块智能装置。

8.根据权利要求1所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：所述岸侧感知系统包括通航环境感知模块、区域交通感知模块，以硬件形式部署于岸侧外场，通航环境感知模块风向、风速、能见度、水位水文气象信息；区域交通感知模块融合了雷达与AIS目标，具有雷达回波显示、目标标绘、目标跟踪、目标融合、摄像头联动功能。

9.根据权利要求1所述的船岸协同式船舶安全管理系统，其特征在于：所述船侧感知系统包括人员行为感知模块、船舶状态感知模块，以硬件形式部署于船舶相应点位，人员行为感知模块采用具有超过时间驾驶位无人、驾驶员坐的时间超过阈值、驾驶员玩手机识别能力的智能相机；船舶状态感知模块是多传感器融合系统，用于感知采集船舶纵倾、横倾，船舶定位、船速、航向，船舶主、辅机运行参数。

10.一种船岸协同式船舶安全管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：岸侧感知系统采集区域范围内交通信息，以及当地航段水文气象信息，并将以上信息回传至岸基应用终端；

步骤2：船侧感知系统采集所管控船舶驾驶员行为信息，以及船舶状态信息，并通过5G专网回传至岸基应用终端；

步骤3：岸基应用终端实时接收岸基与船基感知数据，并对船岸两端数据进行融合、互补，实现船舶安全全要素监测；

步骤4：岸基应用终端依据融合后数据，实现全要素在电子点图上动态显示，并对会遇碰撞、偏离航道、驾驶员不在驾驶位、船舶姿态倾斜进行预警、播报；

步骤5：岸基应用终端将预警信息发送至船载应用终端，通过电子地图、视频播放、语音播报方式提示所管控船舶人员；

步骤6：船载应用终端将预警处理信息发送至岸基应用终端，提示调度人员检查，实现预警信息闭环式管理。

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