CN208384827U - 一种无人船航行风险报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人船技术领域，具体涉及一种无人船航行风险报警系统，其中包括安装在无人船上的监测系统、控制系统、评估系统、第一通信系统和安装在监控中心的第二通信系统、显示系统和报警系统，所述评估系统根据监测系统的监测数据对无人船航行风险进行评估，所述报警系统对无人船的航行风险进行实时报警。本实用新型提供的无人船航行风险报警系统，将监测系统、控制系统、评估系统、通信系统、显示系统和报警系统整合为一体，不仅对无人船的航行风险实时评估并报警，还能结合航行特点将未来风险提前预估和标注，提前规避风险，有效提高操作人员的监控效率，并有利于正确及时地调整航行策略。

Description

一种无人船航行风险报警系统

【技术领域】

本实用新型涉及无人船技术领域，具体涉及一种无人船航行风险报警系统。

【背景技术】

无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，其融合了船舶、通信、自动化、机器人控制、远程监控、网络化系统等技术，实现了自主导航、智能避障、远距离通信、视频实时传输和网络化监控等功能。

无人船的使用规避了人员作业的危险，并极大提高了作业效率，但其自身安全状况难以被有效感知，存在撞船、倾覆等风险，而且无人船一般吨位较小，受风浪、水域流场等外界环境的影响更为剧烈，尤其在恶劣天气下受到风浪冲击时，轻则艇体受损，耽误执行任务，重则倾覆，损失惨重。因此，分析外界环境对无人船航行安全的影响非常有必要，尤其是对风险的及时评估、显示与报警。

在海域航行时，无人船需要遵守航行规则并发挥强大自适应的优势，所以无人船在规划航行路线时，应当选择最佳路线实现风险最小化。现有的无人船都有配套的监控中心，无人船通信系统能将其监测的气象、航行等信息传送给监控中心，但是已有的无人船监控中心，没有将监测、风险评估、显示报警集成于一体的系统，在航行时风险预警不直接，同时，也不能结合船体航行特点将未来风险进行提前预估和标注，不利于监控中心正确及时调整航行策略。另一方面，现有系统一般仅从无人船一侧出发进行风险监测，在一定程度上来讲监测范围不够全面，监测效果存在单一性。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【实用新型内容】

本实用新型需要解决的技术问题是：

市场上现有的无人船监控中心，没有将监测、风险评估、显示报警集成于一体的系统，风险预警不直接。

进一步，本实用新型还用于解决现有技术中不能结合船体航行特点将未来风险进行提前预估和标注，不利于监控中心正确及时调整航行策略。同时，仅从无人船一侧出发进行风险监测，监测不够全面。

本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：

本实用新型提供了一种无人船航行风险报警系统，包括安装在无人船上的监测系统1、控制系统2、评估系统3、第一通信系统4和安装在监控中心的第二通信系统5、显示系统6和报警系统7，其中，所述第一通信系统4和第二通信系统5实现无人船和监控中心之间的通信连接；

所述控制系统2分别与监测系统1和第一通信系统4连接，所述控制系统2中设有评估系统3，所述评估系统3根据监测系统1的监测数据对无人船航行风险进行评估；

所述显示系统6与第二通信系统5连接，所述显示系统6中设有报警系统7，所述报警系统7对无人船的航行风险进行实时报警。

优选的，所述监测系统1包括水温监测仪11、流速监测仪12、气象系统13、AIS系统14和陀螺仪15，分别用于监测水域水体水温、水域水体流速流向、水域当前风速风向及气象预报数据、水域过往船只航行动态和无人船自身航行姿态；其中，所述水温监测仪11、流速监测仪12、气象系统13、AIS系统14和陀螺仪15还分别与所述控制系统2连接。

优选的，所述监测系统1还包括摄像头、声呐或雷达，所述摄像头、声呐或雷达用于采集无人船及其周围水域的图像信息。

优选的，还包括无人机和/或水域侦察船，所述监控中心接收所述摄像头、声呐或雷达传回的图像信息，在海域疑似有情况时，所述监控中心调配负责该区域的无人机和/或水域侦察船进行实地风险监测，并将监测结果传至控制系统2。

优选的，所述评估系统3包括水域流场模块31、航线规划模块32和风险评估模块33，其中所述水域流场模块31根据监测系统1数据实时更新当前水域流场状态，所述航线规划模块32规划航线并标注航线上各点预期航速、航向和到达时间，所述风险评估模块33对无人船当前航行进行风险实时评估。

优选的，所述水域流场模块31结合气象预报数据和计划航线上各点的预期到达时间，对计划航线上各点的未来水域流场依据无人船预期到达的时间点分别进行预估，且每隔3-8min进行一次预估更新。

优选的，所述风险评估模块33结合预估的水域流场数据、气象预报数据和计划航线上各点的预期速度、预期方向、预期到达时间，对计划航线上各点的未来风险依据无人船预期到达的时间点分别进行评估，且每隔3-8min进行一次评估更新。

优选的，所述显示系统6包括电子海图系统61、数据库62和操作界面63，其中所述电子海图系统61显示在操作界面63的地图框中，所述数据库62用于保存通信数据、评估数据和航行状态数据，所述操作界面63为操作员提供人机交互界面，并将计划航线以及对应风险动态显示。

优选的，所述报警系统7包括图形报警模块71和音频报警模块72，其中，所述图形报警模块71驱动计划航线图上的点根据风险等级显示不同颜色并闪烁不同频率，所述音频报警模块72在无人船航行至高风险等级点时启动。

优选的，所述第一通信系统4和第二通信系统5为无线电台或北斗通信系统。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种无人船航行风险报警系统，将监测系统、控制系统、评估系统、通信系统、显示系统和报警系统整合为一体，形成一套完整的无人船在线预警系统，使得无人船的航行风险可被及时评估，并在监控中心及时显示和报警；而且，通过评估系统使监控中心不仅能掌握无人船现行航向状态，还能对未来航点运行风险有整体把握，有利于监控中心正确、及时地调整航行策略。

另一方面，本实用新型优选方案中，还设置有无人机和/或水域侦察船，配合无人船的监测系统进行更全面的实地风险监测，从两侧或三侧同时出发，增强了无人船风险监测的准确性，对无人船航行有了更全面的掌握。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种无人船航行风险报警系统的组成示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种无人船航行风险报警系统中监测系统的组成示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种无人船航行风险报警系统中评估系统的组成示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种无人船航行风险报警系统中显示系统的组成示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种无人船航行风险报警系统中报警系统的组成示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种运用所述评估系统进行风险评估的流程示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种运用所述无人船航行风险报警系统实现风险报警的流程示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

实施例1：

本实用新型实施例1提供了一种无人船航行风险报警系统，如图1所示，包括安装在无人船上的监测系统1、控制系统2、评估系统3、第一通信系统4和安装在监控中心的第二通信系统5、显示系统6和报警系统7，其中，所述第一通信系统4和第二通信系统5实现无人船和监控中心之间的通信连接；

所述控制系统2分别与监测系统1和第一通信系统4连接，所述控制系统2中设有评估系统3，所述评估系统3根据监测系统1的监测数据对无人船航行风险进行实时评估；

所述显示系统6与第二通信系统5连接，所述显示系统6中设有报警系统7，所述报警系统7对无人船的航行风险进行实时报警。

本实用新型提供的一种无人船航行风险报警系统，将监测系统、控制系统、评估系统、通信系统、显示系统和报警系统整合为一体，形成一套完整的无人船在线预警系统，使得无人船的航行风险可被及时评估，并在监控中心得到及时显示和报警，使风险预警更直接有效，提高了监控中心操作人员的监控效率，并且为无人船的安全航行提供保障。

在本实施例中，所述监测系统1主要用于监测并收集无人船及其航线水域的相关数据，如图2所示，包括水温监测仪11、流速监测仪12、气象系统13、AIS系统14和陀螺仪15，其中，所述水温监测仪11用于监测水域水体水温，所述流速监测仪12用于监测水域水体流速流向，所述气象系统13不仅能监测水域当前风速风向，也能接收气象卫星的气象预报数据，所述AIS系统14用于监测水域过往船只的航行动态，所述陀螺仪15用于监测无人船自身的航行姿态。其中，所述水温监测仪11、流速监测仪12、气象系统13、AIS系统14和陀螺仪15还分别与所述控制系统2连接。

所述控制系统2通过数据线与所述监测系统1连接，并接收监测系统1提供的监测数据进行整理，所述评估系统3作为一个功能模块嵌入无人船的控制系统2中，且所述评估系统3根据无人船的出发地、目的地和监测数据对无人船预定航线的危险程度进行评估。如图3所示，所述评估系统3包括水域流场模块31、航线规划模块32和风险评估模块33，其中，所述水域流场模块31以二维/三维水动力模型为基础，根据监测数据对当前时间的水域流场状态实时更新；所述航线规划模块32根据无人船起始点、无人船目标点和当前时间的水域流场状态，规划出无人船计划航线并标注各点的预期航速、航向和到达时间；所述风险评估模块33以贝叶斯网络分析模型为基础，根据无人船的监测数据、当前水域流场状态对无人船当前时间的航行进行风险评估，所述风险评估模块33输出的航行风险指标包括极限航速、极限转舵、倾覆风险值和相撞风险值；其中，贝叶斯网络分析模型具体包括层次分析法、事故树理论、事件树理论、模糊数学法、灰色系统理论等。相应的水域流场模块31、航线规划模块32和风险评估模块33中涉及的计算机程序、算法实现均可参照已有的技术来完成，在此，不在赘述。

除了对无人船当前航行风险进行实时评估，所述评估系统3的各模块还能对无人船计划航线上的未来风险进行提前评估，从而对未来航点风险整体把握。具体的，所述水域流场模块31结合气象预报数据和计划航线上各点的预期到达时间，对计划航线上各点的水域流场按照无人船预期到达的时间点分别进行预估，且每隔3-8min进行一次预估更新；所述风险评估模块33结合气象预报数据、预估的水域流场数据和计划航线上各点的预期速度、预期方向、预期到达时间，对计划航线上各点的风险按照无人船预期到达的时间点分别进行评估，且每隔3-8min进行一次评估更新。

本实施例提供的一种无人船航行风险报警系统中，通过评估系统3中的模块不仅将无人船计划航线的航行风险进行实时评估，同时还提前评估无人船在计划航线上各点的到达时间对应的预估风险，使监控中心不仅能掌握无人船现行航向状态，还能对未来航点运行风险有整体把握，从而提前规避风险事件，有利于正确、及时地调整航行策略。

所述评估系统3完成评估后，所述控制系统2将评估数据通过第一通信系统4和第二通信系统5传送至监控中心，其中，所述第一通信系统4和第二通信系统5为无线电台或北斗通信系统。

所述第二通信系统5与显示系统6连接，并将来自无人船的评估数据发送至显示系统6。所述显示系统6为嵌入式组态软件平台，如图4所示，包括电子海图系统61、数据库62和操作界面63，其中，所述电子海图系统61显示在操作界面63的海图框中，作为无人船航行的背景海图；所述数据库62用于保存通信数据、评估数据和航行状态数据；所述操作界面63为操作员提供人机交互界面，将无人船的计划航线显示出来，并通过图像动态显示航行路线上的风险值。

为了让操作员更有效地注意到航行风险，设置有报警系统7，所述报警系统7作为驱动软件嵌入显示系统6中，根据无人船航行的风险程度实现实时报警。如图5，所述报警系统7包括图形报警模块71和音频报警模块72，其中，所述图形报警模块71用于驱动计划航线图上的各点根据风险等级显示不同颜色并闪烁不同频率，比如，若将风险等级从低到高依次划分为一级、二级、三级，当无人船计划航线上的一点处于一级风险时，该点显示为1Hz黄色闪烁，当处于二级风险时，该点显示为2Hz橙色闪烁，当处于三级风险时，该点显示为3Hz红色闪烁。当无人船航行至高风险等级点时，比如上述的三级风险处，所述音频报警模块72开始启动声音报警，提示操作员注意无人船位于高风险水域。通过上述报警系统7中的图形驱动和音频驱动，操作员不必时刻关注气象数据以及位置等信息，只需设置预警值，由报警系统帮助判断风险并提醒操作人员，有效提高监控中心操作人员的监控效率，极大减轻操作员工作强度，同时也有利于正确、及时地调整航行策略。

现有的无人船航行系统中，通常仅从无人船一侧进行风险监测及预警，监测范围不够全面，具有单一性。为了让无人船航行风险得到更全面有效的监测，结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案：所述监测系统1还包括摄像头、声呐或雷达，所述报警系统还包括无人机和/或水域侦察船，以配合无人船进行更全面的实地风险监测。具体的，所述监测系统1在无人船的水面以上部分设置摄像头或雷达，以采集无人船及其周围水域的水上部分图像，在无人船的水下部分设置摄像头或声呐，以采集无人船及其周围水域的水下部分图像，所述摄像头、声呐或雷达实时向监控中心发送采集的图像；当监控中心获取到疑似海域有情况的图像时，则调配负责该区域的无人机和/或水域侦察船，针对图像中的疑似情况进行实地风险监测，并将风险监测结果及时反馈至无人船的控制系统2，通过评估系统3来完成对两侧或三侧监测数据的综合评估，增强了无人船风险监测和风险评估的准确性，对无人船航行风险有了更全面的掌握。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实用新型实施例2还提供了一种运用所述报警系统中的评估系统3对无人船航行风险进行评估的方法，如图6所示，具体包括以下步骤：

步骤201，所述水域流场模块31对当前时间的水域流场状态进行实时更新。具体的，所述水域流场模块31以二维/三维水动力模型为基础，根据监测系统1提供的监测数据对当前时间的水域流场状态实时更新。

步骤202，所述航线规划模块32规划出航线并标注各点的预期航速、航向和到达时间。具体的，所述航线规划模块32根据无人船起始点、无人船目标点和步骤201中实时更新的当前水域流场状态，规划出无人船计划航线，并标注航线上各点的预期航速、航向和到达时间

步骤203，所述风险评估模块33对当前时间的全水域航行进行风险评估。具体的，所述风险评估模块33以贝叶斯网络分析模型为基础，根据监测系统1提供的监测数据和步骤201中实时更新的当前水域流场状态，对当前时间无人船的全水域航行规划进行风险评估。其中，评估得到的航行风险指标包括极限航速、极限转舵、倾覆风险值和相撞风险值。

步骤204，所述水域流场模块31对计划航线上各点未来的水域流场提前预估。具体的，所述水域流场模块31结合气象预报数据和步骤202中得到的计划航线上各点的预期到达时间，对计划航线上各点的未来水域流场按照无人船预期到达的时间点分别进行预估，即在空域和时域进行综合预估，并且为了预估的准确性和时效性，每隔3-8min进行一次预估更新。

步骤205，所述风险评估模块33对计划航线上各点未来的航行风险提前评估。具体的，所述风险评估模块33结合气象预报数据、步骤204中预估的水域流场数据和步骤202中得到的计划航线上各点的预期速度、预期方向、预期到达时间，对计划航线上各点的未来风险按照无人船预期到达的时间点分别进行评估，即在空域和时域进行综合评估，并且为了评估的准确性和时效性，每隔3-8min进行一次评估更新。

实施例3：

在实施例1和实施例2的基础上，本实用新型实施例3还提供了一种所述无人船航行风险报警系统的报警方法及流程，如图7所示，具体包括以下步骤：

步骤301，所述监测系统1监测并收集无人船及其航行水域的相关数据。具体的，所述水温监测仪11监测水域水体水温，所述流速监测仪12监测水域水体流速流向，所述气象系统13监测水域当前风速风向并接收气象卫星的气象预报数据，所述AIS系统14监测水域过往船只的航行动态，所述陀螺仪15监测无人船自身的航行姿态。

步骤302，所述控制系统2接收并整理步骤301中的监测数据。

步骤303，所述评估系统3根据无人船出发点、目标点以及步骤302中整理的监测数据，对无人船航行进行风险评估。具体的，所述风险评估既包括对当前时间全水域航行的风险评估，又包括对计划航线上各点未来的风险评估，具体评估步骤及方法如实施例2中所述，此处不再赘述。

步骤304，所述显示系统6接收无人船信息，并实时显示无人船的计划航线和航行状态。具体的，所述无人船信息包括步骤302中整理的监测数据和步骤303得到的评估结果，通过第一通信系统4和第二通信系统5传送至监控中心的显示系统6。其中，所述数据库62将接收到的通信数据、评估数据和航行状态数据保存起来；无人船所在水域的电子海图显示在操作界面63的海图框中，作为无人船航行的背景海图；所述操作界面63将无人船的计划航线显示出来，并显示航行上各点的预期评估信息，比如预期水域流场状态、预期到达时间以及预期风险等。

步骤305，所述报警系统7根据无人船的航行风险程度进行图形报警和/或音频报警。具体的，所述图形报警模块71驱动计划航线图上的各点根据风险等级显示不同颜色并闪烁不同频率，比如，若将风险等级从低到高依次划分为一级、二级、三级，当无人船计划航线上的一点处于一级风险时，该点显示为1Hz黄色闪烁，当处于二级风险时，该点显示为2Hz橙色闪烁，当处于三级风险时，该点显示为3Hz红色闪烁；当无人船航行至高风险点时，比如上述的三级风险处，所述音频报警模块72开始启动声音报警，提示操作员注意无人船位于高风险水域，以便操作员正确、及时地调整航行策略。

结合本实用新型实施例，还存在一种优选的实现方案，在上述步骤301的进行过程中，所述无人机和/或水域侦察船方面也在同步工作。具体的，所述监测系统1中的摄像头、声呐或雷达实时采集无人船及其航行水域的图像信息，并实时向监控中心发送图像，当监控中心获取的图像为正常状态时，则继续按照上述步骤所述，由步骤301直接进入步骤302；当监控中心获取到疑似海域有情况的图像时，则调配负责该区域的无人机和/或水域侦察船，针对图像中的疑似情况进行实地风险监测，并将监测结果及时反馈至控制系统2，则此时步骤302中所述的监测数据既包括无人船获取的监测数据，还包括无人机和/或水域侦察船提供的监测数据，即两侧或三侧共同的监测数据，然后继续进行后续的步骤303、步骤304和步骤305，此处不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人船航行风险报警系统，其特征在于，包括安装在无人船上的监测系统(1)、控制系统(2)、评估系统(3)、第一通信系统(4)和安装在监控中心的第二通信系统(5)、显示系统(6)和报警系统(7)，其中，所述第一通信系统(4)和第二通信系统(5)实现无人船和监控中心之间的通信连接；

所述控制系统(2)分别与监测系统(1)和第一通信系统(4)连接，所述控制系统(2)中设有评估系统(3)；

所述显示系统(6)与第二通信系统(5)连接，所述显示系统(6)中设有报警系统(7)。

2.根据权利要求1所述的无人船航行风险报警系统，其特征在于，所述监测系统(1)包括水温监测仪(11)、流速监测仪(12)、气象系统(13)、AIS系统(14)和陀螺仪(15)，分别用于监测水域水体水温、水域水体流速流向、水域当前风速风向及气象预报数据、水域过往船只航行动态和无人船自身航行姿态；其中，所述水温监测仪(11)、流速监测仪(12)、气象系统(13)、AIS系统(14)和陀螺仪(15)还分别与所述控制系统(2)连接。

3.根据权利要求2所述的无人船航行风险报警系统，其特征在于，所述监测系统(1)还包括摄像头、声呐或雷达，所述摄像头、声呐或雷达用于采集无人船及其周围水域的图像信息。

4.根据权利要求3所述的无人船航行风险报警系统，其特征在于，还包括无人机和/或水域侦察船，所述无人机和/或水域侦察船用于对有疑似情况的海域进行实地风险监测以辅助无人船。

5.根据权利要求1所述的无人船航行风险报警系统，其特征在于，所述评估系统(3)包括水域流场模块(31)、航线规划模块(32)和风险评估模块(33)。

6.根据权利要求1所述的无人船航行风险报警系统，其特征在于，所述显示系统(6)包括电子海图系统(61)、数据库(62)和操作界面(63)，其中所述电子海图系统(61)显示在操作界面(63)的地图框中，所述数据库(62)中保存有通信数据、评估数据和航行状态数据，所述操作界面(63)为操作员提供人机交互界面，并将计划航线以及对应风险动态显示。

7.根据权利要求1所述的无人船航行风险报警系统，其特征在于，所述报警系统(7)包括图形报警模块(71)和音频报警模块(72)，其中，所述图形报警模块(71)驱动计划航线图上的点根据风险等级显示不同颜色并闪烁不同频率，所述音频报警模块(72)在无人船航行至高风险等级点时启动。

8.根据权利要求1所述的无人船航行风险报警系统，其特征在于，所述第一通信系统(4)和第二通信系统(5)为无线电台或北斗通信系统。