CN204473093U - 一种船艇操纵自动化辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船艇操纵自动化辅助装置，包括激光感知系统、北斗定位系统、测深系统、摄像系统、操纵监控与报警系统、操纵运动仿真系统、显示系统以获取相关信息。这些信息能够通过掌上电脑及驾驶室里的显示器实时显示，同时自动提供了靠离泊、登退陆操纵推荐做法及其方案。该自动化辅助装置实现了安全、快速完成靠离泊、登退陆操纵，从而方便船艇长指挥。该装置避免操纵时对一些重要信息靠估计和视线受阻看不到码头和岸滩周围水流、地形的局限性，提高船艇靠离泊、登退陆安全操纵能力。

Description

一种船艇操纵自动化辅助装置

技术领域

本实用新型涉及一种船艇操纵自动化辅助装置。

背景技术

船艇在靠离泊、登退陆操纵时，由于船艇长对船艇实时的船速、位置、惯性等信息难以实时掌握，或者新生的船艇长在靠泊、登陆时对实时船艇惯性、码头与滩头水域环境信息难以估计、判断或操纵技术不熟练，导致船艇靠离泊、登退陆操纵失败或碰撞码头事故发生。

船艇操纵自动化辅助装置实时采集船艇离码头、滩头的实时横向速度、纵向速度、船首向与泊位的靠离泊角度、船首与船尾离泊位、滩头的垂直距离、船首向与船艇转向率、泊位与滩头水域环境等操纵所需要的信息。这些信息能够通过掌上电脑及驾驶室里的显示器实时显示，同时自动提供了靠离泊、登退陆操纵推荐做法及其方案。该自动化辅助装置实现了安全、快速完成靠离泊、登退陆操纵，从而方便船艇长指挥。该装置避免操纵时对一些重要信息靠估计和视线受阻看不到码头和岸滩周围水流、地形的局限性，提高船艇靠离泊、登退陆安全操纵能力。

发明内容

本实用新型的船艇操纵自动化辅助装置由激光感知系统、北斗定位系统、测深系统、摄像系统、操纵监控与报警系统、操纵运动仿真系统、显示系统等组成。该自动化辅助装置的结构如图1所示。

其中，实时激光感知系统由安置在驾驶室里的激光发生器产生纳米级短脉冲不可见激光，用光缆将激光分别传到船首、船尾等各处的可自动调节式激光探头(内含发射和接收装置)，分别向码头或岸滩发射激光，通过实时激光测距以及连续测定反向信号回转的时间差和船首、船尾到码头岸线的距离差来自动计算船首、尾的靠近速度，船体和泊位的夹角等。

定位系统主要用于实时测出本船的经纬度、航向等信息。测深系统主要获取当时水域的水深等信息。气象仪包含风速风向仪、流速流向仪、潮高波浪仪，主要测定风向、风速、流向、流速、波向、浪高等信息。

船艇操纵运动仿真系统，主要根据实测到并经数据融合处理系统将众多数据信息经过融合处理，根据实际操纵运动的情况，有选择性输入到该系统所需要的风向、风速、流向、流速、主机转速、舵角、航向等信息，结合船艇长的车、舵、缆等指令，在有船体力、螺旋桨力、舵力、波浪力和风力等共同耦合作用下船艇操纵运动微分数学模型，通过三阶龙格库算法自动求解仿真出船艇操纵运动轨迹和输出重要的操纵信息，并自动提供出所需靠泊、登退陆的推荐方式。

数据融合处理系统，主要是将激光感知系统实时获取船首、尾及其船体离码头的距离、船离码头的横、纵向速度、靠泊角信息，以及仪器所测到船位、水深、流向、流速、风向、风速等信息，进行融合处理与分类，有选择性传输给操纵运动模型，经仿真系统运算，反馈出当时及下一时刻的船艇靠离泊、登退陆仿真轨迹及其船艇离泊位的距离、横纵向速度、靠泊角等信息，自动给出下一步操纵时的车、舵令。仿真信息、推荐信息及船艇实时的信息均能通过显示器实时显示，供船长操纵决策。

操纵监控与报警系统能会接受到模拟仿真和激光感知系统所测的靠离泊、登退陆实时船艇的位置、速度、靠泊角等信息，并进行比较判析和监控。当船艇位置船艇离码头、滩头一定的距离超出安全设计值时，会自动报警；船艇实际操纵时的位置、速度、距离与仿真的数值相比，超过一定的安全设计值，也会自动报警。

摄像系统由船头桅杆与船尾处的摄像机及图像传输模块组成，用于监视船靠泊位、岸滩 周围水域、地形情况，特别是抵滩登陆时船首大门前水域情况，并将信息以图像直观地传输至驾驶室操纵监控系统，极大方便了船艇长直观掌握信息，有利于操纵指挥。

其工作过程如下：

第一步，船艇靠离泊、车辆渡船或登陆艇即将登滩时，启动船艇驾驶室里的实时激光感知系统安置在驾驶室里的激光发生器产生激光，通过光缆将激光分别传到离船首约为1/5船长处的激光探头1、离船尾约为1/5船长处的激光探头2、船头处的激光探头(激光探头内均含发射和接收装置)，如图2所示，激光探头能自动调节方向，分别向码头或岸滩发射、接收激光，得到距离、速度、靠泊角信息；

第二步，通过船艇激光感知系统得到距离、速度、靠泊角信息，和其他设备测得的航向、船速、流向、流速等操纵信息，通过信息传输系统传送至数据融合处理系统，数据融合处理系统将较多信息进行融合处理，有选择地将操纵运动仿真所需的航向、主机转速、流向、流速信息传输给仿真系统，生成船艇推荐的操纵运动轨迹、推荐的车、舵令；

第三步，当船艇位置船艇离码头、滩头一定的距离超出安全设计值时，会自动报警；实际船艇操纵位置与操纵运动仿真轨迹超过一定的安全设计值，也会自动报警。图2中的装于船头摄像仪4、船尾处摄像仪5实时获取泊位、滩头形状及其水域信息，传输至驾驶室操纵监控系统；

第四步，激光感知系统所测的船艇离码头、滩头的横向距离、船首离码头、滩头的距离、靠泊角等重要操纵信息以及仿真系统推荐的操纵方法在掌上电脑上显示，便于船艇长决策指挥。当船艇在靠离泊、登退陆等操纵时，当距离、速度超出安全的设计值，系统将及时报警，避免船艇碰撞码头或登退陆失败等事故的发生。

船艇操纵自动化辅助装置优点：

1.船艇操纵自动化辅助装置首次将计算机技术、人工智能技术、信息检测技术及光学技术用于船艇靠离泊、登退陆操纵，提高了船艇操纵的安全性。

2.船艇操纵自动化辅助装置为船长提供了泊位、滩头周围的水域、地形全景、船艇实时态势包括离码头、岸滩的距离、速度、靠泊角信息以及推荐操纵方法，避免操纵时对一些重要信息靠估计和视线受阻看不到滩头的局限性，提高船艇靠离泊、车辆渡船抵岸滩、登陆艇登退陆的安全性、快速性、自动性，极大地方便船艇长指挥，具有较强的实用性，经济价值大。

3.船艇自动操纵辅助装置为能见度不良、夜间操纵或陌生水域操纵时，提供了极大方便，也解决未来大规模作战需要补充大量船艇和新生船长靠泊、登退陆不熟练等问题。

附图说明

图1船艇操纵自动化辅助装置结构图；

图2船艇操纵自动化辅助装置辅助靠泊过程

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型的舰船自动操纵辅助装置作进一步详细说明。

如图所示，本实用新型的舰船自动操纵辅助装置，包括激光感知系统、北斗定位系统、测深系统、摄像系统、操纵监控与报警系统、操纵运动仿真系统、显示系统。其中，

实时激光感知系统由安置在驾驶室里的激光发生器产生纳米级短脉冲不可见激光，用光缆将激光分别传到船首、船尾等各处的可自动调节式激光探头(内含发射和接收装置)，分别向码头或岸滩发射激光，通过实时激光测距以及连续测定反向信号回转的时间差和船首、船尾到码头岸线的距离差来自动计算船首、尾的靠近速度，船体和泊位的夹角等。

定位系统主要用于实时测出本船的经纬度、航向等信息。测深系统主要获取当时水域的水深等信息。气象仪包含风速风向仪、流速流向仪、潮高波浪仪，主要测定风向、风速、流向、流速、波向、浪高等信息。

船艇操纵运动仿真系统，主要根据实测到并经数据融合处理系统将众多数据信息经过融合处理，根据实际操纵运动的情况，有选择性输入到该系统所需要的风向、风速、流向、流速、主机转速、舵角、航向等信息，结合船艇长的车、舵、缆等指令，在有船体力、螺旋桨力、舵力、波浪力和风力等共同耦合作用下船艇操纵运动微分数学模型，通过三阶龙格库算法自动求解仿真出船艇操纵运动轨迹和输出重要的操纵信息，并自动提供出所需靠泊、登退陆的推荐方式。

数据融合处理系统，主要是将激光感知系统实时获取船首、尾及其船体离码头的距离、船离码头的横、纵向速度、靠泊角信息，以及仪器所测到船位、水深、流向、流速、风向、风速等信息，进行融合处理与分类，有选择性传输给操纵运动模型，经仿真系统运算，反馈出当时及下一时刻的船艇靠离泊、登退陆仿真轨迹及其船艇离泊位的距离、横纵向速度、靠泊角等信息，自动给出下一步操纵时的车、舵令。仿真信息、推荐信息及船艇实时的信息均能通过显示器实时显示，供船长操纵决策。

操纵监控与报警系统能会接受到模拟仿真和激光感知系统所测的靠离泊、登退陆实时船艇的位置、速度、靠泊角等信息，并进行比较判析和监控。当船艇位置船艇离码头、滩头一定的距离超出安全设计值时，会自动报警；船艇实际操纵时的位置、速度、距离与仿真的数值相比，超过一定的安全设计值，也会自动报警。

摄像系统由船头桅杆与船尾处的摄像机及图像传输模块组成，用于监视船靠泊位、岸滩周围水域、地形情况，特别是抵滩登陆时船首大门前水域情况，并将信息以图像直观地传输至驾驶室操纵监控系统，极大方便了船艇长直观掌握信息，有利于操纵指挥。

其工作过程如下：

第一步，船艇靠离泊、车辆渡船或登陆艇即将登滩时，启动船艇驾驶室里的实时激光感知系统安置在驾驶室里的激光发生器产生激光，通过光缆将激光分别传到离船首约为1/5船长处的激光探头1、离船尾约为1/5船长处的激光探头2、船头处的激光探头(激光探头内均含发射和接收装置)，如图2所示，激光探头能自动调节方向，分别向码头或岸滩发射、接收激光，得到距离、速度、靠泊角信息；

第二步，通过船艇激光感知系统得到距离、速度、靠泊角信息，和其他设备测得的航向、船速、流向、流速等操纵信息，通过信息传输系统传送至数据融合处理系统，数据融合处理系统将较多信息进行融合处理，有选择地将操纵运动仿真所需的航向、主机转速、流向、流速信息传输给仿真系统，生成船艇推荐的操纵运动轨迹、推荐的车、舵令；

第三步，当船艇位置船艇离码头、滩头一定的距离超出安全设计值时，会自动报警；实际船艇操纵位置与操纵运动仿真轨迹超过一定的安全设计值，也会自动报警。图2中的装于船头摄像仪4、船尾处摄像仪5实时获取泊位、滩头形状及其水域信息，传输至驾驶室操纵监控系统；

第四步，激光感知系统所测的船艇离码头、滩头的横向距离、船首离码头、滩头的距离、靠泊角等重要操纵信息以及仿真系统推荐的操纵方法在掌上电脑上显示，便于船艇长决策指挥。当船艇在靠离泊、登退陆等操纵时，当距离、速度超出安全的设计值，系统将及时报警，避免船艇碰撞码头或登退陆失败等事故的发生。

Claims (5)

1.一种船艇操纵自动化辅助装置，包括激光感知系统、北斗定位系统、测深系统、摄像系统、操纵监控与报警系统、操纵运动仿真系统、显示系统以获取相关信息；其特征在于：激光感知系统、北斗定位系统、罗经、测深系统、气象系统均和信息传输系统连接，数据融合处理系统和信息传输系统连接；数据融合处理系统与操纵监控与报警系统连接；操纵监控与报警系统与显示系统连接；同时，船艇主要参数输入到操纵运动仿真系统，并且操纵运动仿真系统与数据融合处理系统连接。

2.如权利要求1所述的船艇操纵自动化辅助装置，其特征在于：激光感知系统由安置在驾驶室里的激光发生器产生纳米级短脉冲不可见激光，用光缆将激光分别传到船首、船尾等各处的可自动调节式激光探头，分别向码头或岸滩发射激光，通过实时激光测距以及连续测定反向信号回转的时间差和船首、船尾到码头岸线的距离差来自动计算船首、尾的靠近速度，船体和泊位的夹角。

3.如权利要求1所述的船艇操纵自动化辅助装置，其特征在于：定位系统用于实时测出本船的经纬度、航向信息；测深系统主要获取当时水域的水深信息；气象仪包含风速风向仪、流速流向仪、潮高波浪仪，测定风向、风速、流向、流速、波向、浪高信息。

4.如权利要求1所述的船艇操纵自动化辅助装置，其特征在于：摄像系统由船头桅杆与船尾处的摄像机及图像传输模块组成，用于监视船靠泊位、岸滩周围水域、地形情况，并将信息以图像直观地传输至驾驶室操纵监控系统。

5.如权利要求1所述的船艇操纵自动化辅助装置，其显示系统为掌上电脑。