ES2969911T3 - Sistema y método para asistir con el atraque de una embarcación - Google Patents

Abstract

Sistema y método para ayudar en el atraque de una embarcación 100. El sistema comprende al menos un sensor 110 que es, por ejemplo, una cámara ubicada en la embarcación 100 y una unidad de procesamiento de datos 190 que procesa en tiempo real la posición relativa en 3D entre un primer conjunto de puntos distintos 140 desde la ubicación del muelle y un segundo conjunto de puntos distintos 150 desde un área circundante 120. La posición 3D entre distintos puntos circundantes está básicamente relacionada con la posición 3D de al menos una cámara. Estos son los puntos con los que la invención 10 relaciona el primer conjunto de puntos distintos 140 de la ubicación del muelle, y que se utilizan para poder completar la operación de atraque incluso aunque los puntos de la ubicación del muelle no sean visibles para al menos uno. cámara en la fase final de la operación de atraque. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para asistir con el atraque de una embarcación

Introducción

La presente invención comprende un sistema y un método de asistencia al atraque de una embarcación. Esto se logra en que al menos un sensor y una unidad de procesamiento ubicados en la embarcación detectan la posición relativa en 3D entre la embarcación y puntos distintos en una ubicación del muelle y su área circundante.

Antecedentes

Las operaciones de atraque de embarcaciones pueden dañar tanto la embarcación como el muelle si el capitán no es lo suficientemente preciso. Para la última etapa de una operación de atraque, normalmente se requiere, por ejemplo, para barcos, la asistencia de cuerdas y defensas/boyas. Las condiciones climáticas peligrosas como el viento, la corriente y la oscuridad aumentan el riesgo asociado con la operación de atraque. Entonces, se requiere la asistencia de capitanes y tripulación de muelle experimentados. Es un desafío desarrollar técnicas para brindar asistencia durante el atraque de manera que se pueda reducir al mínimo el número de tripulantes de muelle y cuerdas. Existen muchos tipos diferentes de asistentes de atraque ampliamente conocidos por los profesionales. En el documento EP2878528 se describe una operación de atraque similar.

El documento US 7,561,886 B1 (Gonring) concedido el 14 de junio de 2009 describe un método en el que se puede determinar la posición de una embarcación marítima en relación con un objeto estacionario, como un muelle. Dos sensores de posición están montados en la embarcación marítima y un microprocesador a bordo de la embarcación calcula diferentes distancias y relaciones angulares con respecto a un objeto estacionario, como un muelle. Las dimensiones variables y las relaciones angulares permiten una determinación completa de la ubicación y orientación de una embarcación marítima con respecto al muelle. Esta información puede ser utilizada por un programa de maniobra para permitir que la embarcación agregue una posición aproximadamente igual a la ubicación del muelle. El documento US 7,389,735 B2 (Kaji) concedido el 24 de junio de 2008 describe un dispositivo para asistencia durante el atraque de una embarcación marítima que comprende un medidor de distancia que mide la distancia entre la embarcación marítima y al menos tres puntos de medición definidos alrededor de un muelle de destino, una unidad de evaluación de configuración que evalúa la configuración del muelle de destino basándose en las distancias entre la embarcación marítima y los al menos tres puntos de medición, y una unidad de evaluación de muelle que, basándose en el resultado de la evaluación, evalúa si el muelle candidato es adecuado para el atraque de la embarcación marítima.

El documento US 8,622,778 B1 (Maxwell Tyers), concedido el 7 de enero de 2014, describe un sistema para evitar colisiones de barcos y, en particular, un sistema de atraque automático que consiste en una multitud de sensores que detectan la distancia entre el muelle y la embarcación, donde la información de distancia proporciona retroalimentación a los procesadores de computadora que controlan los motores que conducen la embarcación lateralmente hacia el muelle a una velocidad adecuada, y se detiene cuando se alcanza la distancia preferida del muelle y mantiene esta distancia.

Se describen herramientas de procesamiento de imágenes que pueden ser utilizadas en una operación de atraque, por ejemplo, en las publicaciones:

Bay, H., A. Ess, T. Tuytelaars, and L. Van Gool. "SURF: Speeded Up Robust Features. “Computer Vision and Image Understanding (CVIU)”, Vol. 110, No. 3, pp. 346-359, 2008.

Lowe, David G. “Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints”, International Journal of Computer Vision. Volumen 60, Número 2, pp. 91-110.

Muja, M., y D. G. Lowe. “Fast Matching ofBinary Features”, Conference on Computer and Robot Vision. CRV, 2012. Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Visual_odometry) describe, por ejemplo, la odometría visual y la llamada movimiento propio como dos técnicas de imagen relevantes. La odometría visual es un método para determinar la posición y orientación de una embarcación mediante el análisis de imágenes de cámaras asociadas montadas en la embarcación. El movimiento propio es el movimiento tridimensional de una cámara en un entorno. Dentro de la visión por ordenador, movimiento propio se refiere a estimar el movimiento de la cámara en relación a una escena rígida. El uso de una cámara estereométrica ayuda a reducir errores y además proporciona información de profundidad y escala.

Las soluciones anteriores describen paquetes de sensores con procesamiento de señales asociado que siempre monitorean el punto al que va a atracar. Se producen puntos de posición 3D distintos de la ubicación del muelle con algoritmos conocidos basados en, por ejemplo, coincidencia de plantillas combinada con odometría y movimiento propio, y donde la operación de atraque real puede realizarse automáticamente. Un sistema de este tipo tiene una alta complejidad con muchos componentes avanzados y, por lo tanto, un alto costo.

En un mercado con muchos competidores y una competencia feroz, por lo tanto, en muchos casos es deseable reducir la complejidad y el costo utilizando el menor número de sensores. Sin embargo, esto puede hacer que el paquete de sensores ya no siga o rastree los puntos en los que debe atracar durante toda la operación de atraque, especialmente durante la fase final.

La presente invención puede, mediante el uso de un sensor y una solución de procesamiento relativamente simple, utilizar la posición 3D relativa entre puntos distintos de la ubicación del muelle encontrados en los datos del sensor rastreados en la fase inicial de la operación de atraque y puntos distintos circundantes encontrados en los datos del sensor en una fase final de una operación de atraque. De esta manera, se puede realizar una operación de atraque de forma segura, aunque los puntos de la ubicación del muelle no se puedan encontrar y rastrear en los datos del sensor en la fase final de la operación de atraque.

Es esta característica de la solución la que permite simplificar los sistemas de sensores complejos existentes, que constan de muchos componentes, en una solución económica que incluye un pequeño conjunto de componentes, y en muchos casos solo un sensor, para realizar un atraque asistido seguro de una embarcación.

La invención describe una solución a un problema que no ocurre en soluciones similares conocidas, porque los complejos sistemas de sensores con muchos componentes proporcionarán un monitoreo adecuado y cobertura de la ubicación del muelle durante toda la operación de atraque.

La presente invención también combina, de una manera nueva, los elementos mencionados de coincidencia de plantillas, movimiento propio y odometría dentro del campo de procesamiento de imágenes con los elementos de posicionamiento relativo y apuntamiento dentro del campo de la cibernética.

Breve Descripción de la Invención

La presente invención comprende un sistema y método para asistir con el atraque de una embarcación.

El sistema según la invención se define en la reivindicación 1.

Las características adicionales del sistema se definen en las reivindicaciones dependientes 2-10.

El método según la presente invención se define en la reivindicación 11.

Características adicionales del método se definen en las reivindicaciones dependientes 12-26.

La presente invención puede, mediante el uso de un sensor y una solución de procesamiento relativamente simple, utilizar la posición relativa en 3D entre puntos distintos de una ubicación del muelle encontrada en los datos del sensor y seguida en la fase inicial de la operación de atraque, y puntos distintos circundantes encontrados en los datos del sensor en una fase final de la operación de atraque. De esta manera, se puede realizar una operación de atraque de forma segura, aunque los puntos de la ubicación del muelle no se puedan encontrar y seguir en los datos del sensor en la fase final de la operación de atraque.

Descripción detallada de la invención

La invención se describirá ahora con referencia a las figuras en donde:

La Figura 1a ilustra una embarcación con un sensor en la fase inicial de una operación de atraque;

La Figura 1b ilustra una embarcación con un sensor en una fase tardía de una operación de atraque;

La Figura 2 muestra una visión general de las operaciones de la invención en una modalidad, y

La Figura 3 muestra una visión general de una modalidad del sistema de estructura y organización de las operaciones según la invención.

La Figura 1a ilustra una embarcación 100 con un sensor 110 operando dentro de un sector 130 en una fase temprana de una operación de atraque donde puntos distintos 140 en la ubicación del muelle y puntos distintos 150 del área circundante 120 están dentro del sector 130. Entonces es posible encontrar y seguir puntos posicionados en 3D distintos 140, 150 en los datos del sensor tanto de la ubicación del muelle como del área circundante en el área 120 que cubre tanto el atraque del muelle como el área circundante. El área 120 no tiene limitaciones definidas. En el caso general, una ubicación del muelle puede ser cualquier cosa, desde un muelle hasta una estructura o área de otra embarcación para ser atracada.

El área circundante 120 puede variar generalmente desde estructuras de puerto/muelle hasta el área de superficie circundante con estructuras en otra embarcación que va a atracar.

La Figura 1b ilustra una embarcación 100 con un sensor 110 operando dentro de un sector 130 en la fase final de la operación de atraque. Debido a que la embarcación ha comenzado a acercarse a la ubicación del muelle, solo uno de los puntos 140 se encuentra dentro del sector 130 donde opera el sensor 110.

Para algunas aplicaciones, puede ser suficiente rastrear solo un punto en la ubicación del muelle, por ejemplo, cuando se va a atracar una pasarela desde una embarcación. Sin embargo, esto generalmente no es suficiente para atracar de manera segura, especialmente cuando una embarcación debe atracar de costado, y tal vez también con su parte delantera y/o trasera en una ubicación del muelle. Si no se realiza una operación de atraque precisa, en algunos casos puede causar daños a la embarcación y al muelle.

Los puntos distintos posicionados en 3D 150 en el área circundante 120 siempre se encuentran dentro del sector 130 en el que opera el sensor 110. Estos son los puntos a los que la presente invención relaciona los puntos distintos 140 de la ubicación del muelle.

Los puntos 140 son detectados y rastreados en la fase inicial de la operación de atraque. Luego se mantienen durante toda la operación de atraque. Así, la fase final de la operación de atraque puede completarse de manera segura mediante el punto 140 en la ubicación del muelle, incluso si solo se puede encontrar uno de los puntos 140 en este caso en los datos del sensor 110.

En algunos casos, en la fase final de una operación de atraque, los obstáculos en una embarcación 100 o alrededor de una ubicación del muelle pueden bloquear el sector 130 en el que opera el sensor 110. Esto puede hacer que ninguno de los puntos rastreados 140 en la ubicación del muelle pueda ser actualizado utilizando datos del sensor 110. Sin embargo, mediante el método según la invención, la embarcación aún puede atracar de manera segura. La Figura 2 muestra una visión general, de una modalidad de la invención, de tareas u operaciones que la invención puede realizar para procesar datos de sensores. La descripción general comprende tres operaciones 160, 170 y 180 que se colocan una debajo de la otra con flechas entre ellas que apuntan hacia abajo para ilustrar el orden de las operaciones de procesamiento en el tiempo.

En la operación 160, se realizan técnicas para producir puntos distintos en el flujo de datos desde al menos un sensor en relación a la posición propia del sensor. En una modalidad, se puede utilizar un procesamiento básico y bien conocido para establecer las posiciones en 3D de puntos distintos en los datos de los sensores 110.

En la siguiente descripción de la presente invención, se utiliza una cámara como ejemplo de un sensor 110 para establecer puntos distintos en el campo de visión del sensor 110. El campo de visión del sensor significa el área que un sensor puede detectar y generar datos. Esta área entonces corresponde a las "imágenes" que genera un sensor. Una persona experta en la materia entenderá que se pueden utilizar diferentes tipos de sensores para esto. Se describen ejemplos con más detalle a continuación.

Los puntos distintos son procesados mediante lo que se llama coincidencia de plantillas, seleccionando pequeñas partes de una primera imagen que se correlacionan con las siguientes imágenes. Si existe una alta correlación, se establece un punto distinto basado en la ubicación de la plantilla. Los métodos existentes, como el movimiento propio y la odometría, se utilizan luego en los puntos distintos de las imágenes para producir puntos posicionados en 3D distintos.

En la operación 170, se detectan puntos distintos 140, 150 a partir de las imágenes de la ubicación del muelle y el área alrededor 120, como se ilustra en la Figura la. Esto se realiza lo más temprano posible en la operación de atraque para asegurar que estos puntos sean visibles el mayor tiempo posible. Esto para lograr una baja incertidumbre en el procedimiento de asistencia a la operación de atraque. Los puntos distintos 140 de la ubicación del muelle son monitoreados adicionalmente en relación a otros puntos distintos 150 que aparecen en el flujo de datos del al menos un sensor 110.

En una modalidad, un operador puede registrar manualmente un conjunto de puntos 140 que proporcionan una buena representación de la ubicación del muelle y un conjunto de puntos 150 que proporcionan una buena representación del área circundante 120.

En otra modalidad, puede haber un algoritmo que determine automáticamente qué puntos 140 son los más adecuados para representar la ubicación del muelle al que la embarcación 100 debe atracar y qué puntos en el área circundante deben incluirse.

Los puntos registrados se guardan y siguen en una unidad de registro 200 durante toda la operación de atraque, aunque ya no son visibles en las imágenes de las cámaras 110 en la fase final de la operación de atraque. Si aparecen nuevos puntos que muestran nuevos detalles de la ubicación del muelle y el área circundante que son importantes para la operación de atraque, los puntos pueden agregarse a los puntos ya establecidos que muestran la ubicación del muelle. Esto se puede hacer tanto automáticamente como manualmente.

La posición relativa de los puntos detectados en la ubicación del muelle con respecto a los puntos posicionados en 3D circundantes se reserva y se rastrea durante toda la operación de atraque. La Figura visualiza esto mostrando puntos posicionados en 3D distintos 140, 150 en la ubicación del muelle y el área circundante 150.

Primero, se calculan las posiciones relativas a la posición de los sensores/cámaras. Entonces, las posiciones se relacionan con un punto de referencia geométrico en la embarcación 100 basado en la posición relativa de los sensores/cámaras con respecto a un punto de referencia geométrico en la embarcación. En una tercera operación, se calcula la posición relativa entre los puntos 140 y 150. Cada punto 140 está relacionado al menos con uno de los puntos circundantes 150. Si al menos uno de los puntos 140 es visible también en la fase final de la operación de atraque, estos puntos también pueden ser utilizados y relacionados con los otros puntos en la ubicación del muelle que no son visibles en la fase final. Una embarcación 100 siempre tendrá control de su propia posición en relación con la ubicación del muelle y podrá realizar la operación de atraque de manera segura, aunque los puntos 140, o algunos de ellos, no sean visibles para los sensores en la embarcación 100 en la fase final, como se ilustra en la Figura 1b.

La operación 180 en la Figura 2 describe las operaciones que pertenecen a la fase final de la operación de atraque. Es decir, donde la embarcación se mueve hasta la ubicación del muelle. Todos los puntos distintos registrados ahora se utilizan para establecer una visión general de dónde se encuentra la ubicación del muelle en relación con la embarcación. Las distancias relativas entre todos los puntos 140 en la ubicación del muelle y los puntos distintos circundantes 150 se tienen en cuenta. Los puntos distintos visibles del entorno 150 están relacionados con la posición de la cámara. Basándose en estos puntos, se puede estimar la ubicación del muelle con respecto a la embarcación 100 y la embarcación 100 puede atracar de manera segura, aunque los puntos distintos de la ubicación del muelle ya no sean visibles en las imágenes de las cámaras.

La Figura 3 muestra en una modalidad una visión general de las unidades del sistema donde los sensores 110 están conectados a una unidad de procesamiento de datos 190. Los sensores 110 pueden ser cualquier tipo de dispositivos de medición capaces de producir datos de medición de puntos distintos de un área donde ellos mismos no se encuentran. Ejemplos de tales dispositivos de medición son todos los tipos de cámaras (ópticas, infrarrojas, ultravioleta), láseres, radares y RF pasivos.

De esto se entiende que se pueden implementar combinaciones de diferentes sensores en la solución de acuerdo con la presente invención.

En una modalidad, algunos de los sensores 110 pueden ser del tipo panorámico/inclinación/zoom que pueden ser controlados por el operador a través de un dispositivo de control y monitoreo o automáticamente. Esto puede ser flexible en relación a qué lado de la embarcación se va a atracar en la ubicación del muelle. En la fase inicial de la operación de atraque, la embarcación se orienta de manera que sea más apropiado mover las cámaras en dirección hacia adelante, y luego en una etapa posterior de la operación de atraque, dirigir las cámaras hacia el costado de la embarcación al acercarse a la ubicación del muelle.

En otra modalidad, los sensores 110 están girando. Proporciona detección en ambos lados de la embarcación 100 tanto para el atraque como para una comprensión completa de la situación del entorno.

En una tercera modalidad, los sensores 110 se colocan en una formación circular o sectorial y tienen una cobertura simultánea de hasta 360 grados alrededor de la embarcación 100. Esto puede satisfacer necesidades especiales relacionadas con la transferencia rápida de embarcaciones o cambios ambientales rápidos.

En una cuarta modalidad, algunos de los sensores 110 son cámaras estereométricas. En la unidad de procesamiento de datos 190, se puede aplicar la plantilla de una de las dos cámaras asociadas a una cámara estereométrica a una imagen de la otra cámara para recuperar el punto distinto. La triangulación es, por lo tanto, una herramienta importante para ayudar a calcular la posición tridimensional del punto distinto en relación a la cámara estereométrica, de modo que el proceso se ejecute más rápido y se reduzca la incertidumbre a un nivel aceptable. Los datos de los sensores 110 son, en una modalidad de la unidad de procesamiento de datos 190, recopilados, coordinados y procesados utilizando coincidencia de plantillas, movimiento propio y odometría para producir puntos posicionados en 3D distintos. La unidad de procesamiento de datos 110 también puede, a través de conexiones, recuperar puntos distintos de dispositivos de registro y rastreo para utilizarlos en algoritmos de procesamiento de datos y devolver posiciones actualizadas. La unidad de procesamiento de datos 190 también puede proporcionar comandos de control a los sensores desde un operador o de forma automática. En muchos casos, también puede ser suficiente producir puntos distintos posicionados en 2D, indicados como distancia y rumbo. Para los sensores no imaginarios, se pueden establecer puntos distintos, por ejemplo, mediante sensores que miden la dirección y/o la distancia a puntos distintos que se pueden utilizar en algoritmos de triangulación. Ejemplos de sensores pueden ser láser, RF pasivo y radar de pulso Doppler. Para los sensores que también miden la velocidad relativa entre el sensor y puntos distintos, las mediciones de velocidad también pueden incluirse en los algoritmos de procesamiento de datos para ayudar a mejorar la precisión y calidad.

Puntos distintos de la ubicación del muelle y el área circundante 120 pueden, en una modalidad de la unidad de procesamiento de datos 190, ser dispuestos automáticamente o por el operador en dos conjuntos, donde un conjunto de puntos distintos proviene de la ubicación del muelle 140 y el segundo conjunto de puntos distintos proviene del área circundante 150.

La unidad de procesamiento de datos 190 transmite dos veces puntos posicionados en 3D distintos a la unidad de registro 200, el primer conjunto contiene puntos de la ubicación del muelle y el otro conjunto contiene puntos del área circundante.

En la unidad de registro 200, en una modalidad, se registran de forma manual o automática, en relación a la posición de los sensores, los puntos seleccionados o todos los puntos del primer conjunto y del segundo conjunto.

En otra modalidad, cada uno de los puntos del primer conjunto también se registra en relación con cada uno de los puntos del segundo conjunto. Esto permite posicionar la embarcación contra los puntos del primer conjunto, aunque no puedan registrarse en la fase final de la operación de atraque.

En una tercera modalidad, cada uno de los puntos del primer conjunto solo se registra en relación con cada uno de los puntos del segundo conjunto, para minimizar el uso de electrónica y así hacer que el producto sea menos costoso.

La selección y registro pueden llevarse a cabo en una etapa temprana de la operación de atraque, pero también es posible que un operador o automáticamente contribuya con nuevos puntos durante la operación de atraque. Los criterios de selección pueden, en una modalidad de la invención, ser que los puntos deben estar dentro de un rango determinado. En otra modalidad, puede ser que el operador/algoritmo estime que los puntos se superponen con la naturaleza del muelle. Un requisito adicional puede ser también que los puntos deben ser observados al menos un cierto número de veces después de la primera observación y/o que deben haber sido observados durante al menos un período determinado entre la primera y última observación.

En algunos casos, como cuando se va a atracar un puente de pasarela desde la embarcación, es suficiente registrar el punto que se superpone con el dispositivo físico en la ubicación del muelle que se va a conectar al buque, como en el ejemplo mencionado, que es el extremo delantero del puente de pasarela. En otros casos, cuando la embarcación debe atracar su costado a un muelle, puede ser necesario sobre representar el lado del muelle con varios puntos.

En otra modalidad, la asignación de procesamiento entre la unidad de procesamiento de datos 190 y la unidad de registro 200 es realizada por la unidad de registro 200, que organiza puntos distintos en dos conjuntos, donde un conjunto de puntos distintos proviene de la ubicación del muelle y el segundo conjunto de puntos distintos proviene del área circundante 120. El paso adicional de seleccionar puntos de los dos conjuntos puede entonces evitarse. Esto puede ser en algunas situaciones una forma racional de hacerlo. Entonces, se pueden ahorrar tiempo y recursos. Otras situaciones pueden aprovechar la organización preliminar que tiene lugar en la unidad de procesamiento de datos 190, y se realiza un registro de puntos distintos seleccionados en la unidad de registro 200. Una primera unidad de rastreo 210 está conectada a la unidad de registro 200, la cual está siguiendo los puntos registrados del primer conjunto de puntos desde la ubicación del muelle. Una segunda unidad de rastreo 220 está conectada a la unidad de registro 200, la cual está siguiendo los puntos registrados del segundo conjunto de puntos del área circundante. Las unidades de rastreo 210 y 220 también están conectadas de manera que los puntos seguidos por la unidad de rastreo 210 también pueden estar relacionados con los puntos siguientes en la segunda unidad de rastreo 220. Además, tanto las unidades de rastreo 210, 220 están conectadas a la unidad de procesamiento de datos 190 para que la unidad de procesamiento de datos 190 pueda utilizar los puntos registrados rastreados en algoritmos de procesamiento de datos y actualizar los puntos rastreados en los dispositivos de rastreo.

En una modalidad, los puntos registrados pueden ser seguidos y actualizados en la primera unidad de rastreo 210 mediante, por ejemplo, el uso de técnicas y tablas de filtro de Kalman. De manera similar, los puntos registrados pueden ser seguidos y actualizados en la segunda unidad de rastreo 220.

Una unidad de cálculo de distancia 230 está conectada a las primera y segunda unidades de rastreo 210, 220. En una modalidad, se calcula la distancia desde la embarcación hasta cada uno de los puntos seleccionados del primer conjunto de puntos 140 utilizando la posición relativa a los puntos seleccionados en el segundo conjunto de puntos 150 combinada con la posición de los puntos en el segundo conjunto de puntos con respecto a la posición de los sensores 110 mediante la estimación del desplazamiento relativo entre los puntos en el segundo conjunto.

En otra modalidad, se calcula la distancia desde la embarcación 100 hasta cada uno de los puntos seleccionados del primer conjunto de puntos 140 utilizando mediciones anteriores de los puntos en relación con las posiciones de los sensores 110. Dado que la embarcación 100 se está moviendo con el tiempo, esto también incluye el uso de las mediciones de la posición de la embarcación 100 a lo largo de su trayectoria 100 en relación con las posiciones de los sensores 110.

En una tercera modalidad, se utilizan los puntos seleccionados del primer conjunto de puntos 140 relacionados con las posiciones del sensor en conjunto con los puntos seleccionados del segundo conjunto de puntos 150. El desplazamiento del sensor 110 se estima utilizando los puntos seleccionados en el segundo conjunto de puntos 150. Basándose en esta estimación, se corrige la posición de los puntos seleccionados en el primer conjunto de puntos 140, aunque no se pueden encontrar en los datos del sensor en la fase final de la operación de atraque.

En una cuarta modalidad, se combinan las técnicas de las primeras, segundas y terceras modalidades para lograr una mayor precisión.

Los vectores diferenciales entre las posiciones de los puntos seleccionados de los primer y segundo conjuntos de puntos 140, 150 se transfieren a una tercera unidad de rastreo 240. Esto puede, en una modalidad, también almacenar actualizaciones anteriores y tiene retroalimentación hacia la unidad de cálculo de distancia 230. En una modalidad, la unidad de cálculo de distancia 230 también puede estimar vectores diferenciales medios basados en las actualizaciones de los vectores diferenciales almacenados en la tercera unidad de rastreo 240. Esto puede en muchos casos proporcionar una estimación de distancia más precisa entre la embarcación y la ubicación del muelle que utilizando las últimas actualizaciones.

La presente invención también puede ser utilizada para otras operaciones, como al pasar por arrecifes y bancos peligrosos u otras embarcaciones más pequeñas en aquellos casos en los que se puedan obtener datos de estos a través de los sensores en pasajes cercanos.

Una unidad de evaluación 250 está conectada a la unidad de rastreo 240. Esto evalúa la calidad de los vectores diferenciales rastreados en la tercera unidad de rastreo 240 basándose en criterios dados y tiene retroalimentación tanto a la unidad de rastreo 240 como a la unidad de procesamiento de datos 190. En una modalidad, el criterio puede ser que los vectores diferenciales no deben cambiar más que un valor especificado para las operaciones de atraque. Sin embargo, puede haber otros requisitos de cambio relacionados con otras formas de evaluación en un caso general, como, por ejemplo, al pasar otras embarcaciones. Si no se cumplen los criterios de las actualizaciones, el vector diferencial puede ser eliminado de una tabla de rastreo en la tercera unidad de rastreo 240 y/o que un área circundante no sea escaneada/actualizada por la unidad de procesamiento de datos 190.

Puntos posicionados en 3D (posiblemente distancia y dirección), video, distancia a la ubicación del muelle y la información asociada son, en una modalidad de la invención, transmitidos a un dispositivo de monitoreo y control a través de un dispositivo de comunicación.

Un dispositivo para controlar y monitorear se encuentra, en una modalidad, a bordo de la embarcación. Un operador a bordo de la embarcación puede entonces operar manualmente los sensores.

En otra modalidad, las instalaciones de control y monitoreo están adicionalmente en, o solo en, la ubicación del muelle y área circundante. Esto también permite el control de la embarcación y la operación de atraque para un operador que no está a bordo.

En una tercera modalidad, el dispositivo de control también se encuentra en ubicaciones distintas a la ubicación del muelle y su área circundante. El dispositivo de comunicación utiliza la tecnología de comunicación disponible para que la información de los dispositivos mostrados en la Figura 3 pueda ser transmitida a una ubicación remota. Esto puede, en una aplicación marítima, permitir el uso de un piloto que pueda proporcionar información sobre el carril de navegación a las tripulaciones a bordo de una embarcación para que se pueda realizar una maniobra segura de la embarcación. Un servicio piloto puede ser centralizado de manera que más embarcaciones puedan obtener información del mismo piloto. Varios pilotos también pueden quedarse en la misma ubicación donde pueden ayudarse mutuamente en situaciones difíciles. Especialmente en situaciones donde la embarcación pasa por canales estrechos con orillas y arrecifes submarinos peligrosos. Entonces, puede proporcionar una mayor seguridad cuando más pilotos y profesionales pueden contribuir. Entonces es importante que las imágenes transmitidas brinden la mayor cobertura completa posible.

La invención permite que la información de posicionamiento en 3D de la embarcación con respecto a puntos de posicionamiento 3D distintos que representan arrecifes/bancos peligrosos esté disponible para un piloto, aunque no sean visibles en las imágenes. Esto puede deberse, por ejemplo, al hecho de que la embarcación en la fase final del paso está muy cerca de los objetos y, por lo tanto, no es visible porque están por debajo del campo de visión de la cámara, pero han sido visibles para la cámara en la fase anterior de la operación de paso.

En una cuarta modalidad, el dispositivo de control y monitoreo se automatiza sin un monitor para el operador. A continuación, se lleva a cabo un atraque autónomo de una embarcación a una ubicación del muelle basado en información y directivas obtenidas de los controladores de tráfico locales o autoridades. Se puede asignar un ID en un muelle deseado. A continuación, se busca automáticamente en una base de datos información estática específica sobre el muelle complementada con información dinámica de los propios sensores (y posiblemente otros sensores en tiempo real), y en función de esto y de la posición de atraque, se añadirá una ruta para atracar la embarcación, y donde la ruta y la operación de atraque se guían según el sistema y el método de la invención, asistiendo así en un atraque seguro de la embarcación.

La información estática puede ser mapas con información sobre las diferentes partes del mapa, información sobre la ruta de navegación, información sobre balizas, información de balizas de radio en varios puntos para posicionamiento óptico/radar e información sobre el tráfico actual. La información dinámica de los propios sensores o de otros sensores puede ser el radar de la embarcación, los sensores electro-ópticos de la embarcación - VIS, IR, LRF, LADAR, radar y sensores EO de otros buques o sensores EO de buques en el puerto/muelle. La posición del muelle por parte de los controladores de tráfico/autoridades puede basarse en un muelle fijo, uno o más muelles alternativos o en la situación actual y/o una optimización.

Claims (26)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para asistir con el atraque de una embarcación (100), que comprende:

- al menos un sensor (110) dispuesto en la embarcación (100) para proporcionar datos de medición de puntos distintos desde una ubicación del muelle y su área circundante (120);

- una unidad de procesamiento de datos (190) conectada al menos a un sensor (110) para procesar un primer conjunto de puntos distintos (140) en la ubicación del muelle y un segundo conjunto de puntos distintos (150) en el área circundante (120), el primer y segundo conjuntos de puntos distintos (140, 150) se representan por sus coordenadas 3D con relación a la posición del sensor (110);

- una unidad de registro (200) conectada a la unidad de procesamiento de datos (190) que registra al menos un primer punto en el primer conjunto de puntos distintos (140) y al menos un segundo punto en el segundo conjunto de puntos distintos (150);

- una primera unidad de rastreo (210) conectada a la unidad de registro (200) que realiza un rastreo del al menos un primer punto registrado en el primer conjunto de puntos distintos (140);

- una segunda unidad de rastreo (220) conectada a la unidad de registro (200) que realiza un rastreo del al menos un segundo punto registrado en el segundo conjunto de puntos distintos (150), caracterizado porque

- las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220) están conectadas entre sí y a la unidad de procesamiento de datos (190), y cuando el al menos un primer punto registrado y rastreado en el primer conjunto de puntos distintos (140) de la ubicación del muelle ya no se puede rastrear en una fase final del atraque, el al menos un primer punto registrado y rastreado en el primer conjunto de puntos distintos (140) se actualiza en la unidad de procesamiento de datos (190), representado por coordenadas 3D relativas a al menos un segundo punto registrado y rastreado en el segundo conjunto de puntos distintos (150);

- una unidad de cálculo de distancia (230) está conectada a las primera y segunda unidades de rastreo (210,220) que calculan la distancia entre la embarcación (100) y la ubicación del muelle utilizando actualizaciones de las coordenadas 3D de ambos conjuntos de puntos distintos (140, 150) obtenidos de las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220).

2. El sistema según la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende una tercera unidad de rastreo (240) conectada a dicha unidad de cálculo remota (230) para mantener y rastrear vectores de posición diferencial entre puntos actualizados de las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220).

3. El sistema según la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende una unidad de evaluación (250) conectada a dicha tercera unidad de rastreo (240) y a dicha unidad de procesamiento de datos (190) para evaluar la calidad de los vectores de posición diferencial y capaz de proporcionar mensajes a la tercera unidad de rastreo (240) para eliminar los vectores rastreados, y para informar a la unidad de procesamiento de datos (190) para que limite el área de enfoque si no se logra una calidad suficiente.

4. El sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un sensor (110) es una cámara de inclinación/zoom/panorámica.

5. El sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un sensor (110) es un sensor giratorio.

6. El sistema según una de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado porque el al menos un sensor (110) es una cámara estereométrica.

7. El sistema según una de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado porque el al menos un sensor (110) está dispuesto para detectar eventos en un ángulo de visión de hasta 360 grados.

8. El sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque varios sensores (110) están ubicados en una formación circular para poder detectar eventos con un ángulo de visión de hasta 360 grados.

9. El sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende al menos un dispositivo de comunicación para transferir las coordenadas 3D del al menos un primer punto del primer conjunto de puntos distintos (140) y el al menos un segundo punto detectado en el segundo conjunto de puntos distintos (150), así como distancias calculadas y datos del sensor a una ubicación para controlar y monitorear la operación de atraque.

10. El sistema según la reivindicación 9, caracterizado porque la ubicación para controlar y monitorear comprende un dispositivo de control y monitoreo para mostrar selectivamente video en tiempo real de la al menos una cámara y mostrar selectivamente puntos posicionados en 3D (140, 150) proyectados y resaltados en el video en tiempo real seleccionado.

11. Un método para asistir con el atraque de una embarcación (100) a una ubicación del muelle:

- proporcionando datos de medición de puntos distintos en una ubicación del muelle y su área circundante utilizando al menos un sensor (110) dispuesto en la embarcación (100);

- procesando un primer conjunto de puntos distintos (140) en la ubicación del muelle y un segundo conjunto de puntos distintos (150) en el área circundante (120) en una unidad de procesamiento de datos (190) y representando los primer y segundo conjuntos de puntos distintivos (140, 150) por sus coordenadas 3D relativas a la posición del sensor (110);

- registrando al menos un primer punto en el primer conjunto de puntos distintos (140) en una unidad de registro (200), conectada a la unidad de procesamiento de datos (190), y al menos un segundo punto en el segundo conjunto de puntos distintos (150);

- rastreando el al menos un primer punto registrado en el primer conjunto de puntos distintos (140) en una primera unidad de rastreo (210) conectada a la unidad de registro (200);

- rastreando el al menos un segundo punto registrado en el segundo conjunto de puntos distintos (150) en una segunda unidad de rastreo (220) conectada a la unidad de registro (200),

caracterizado porque

- cuando el al menos un primer punto registrado y rastreado en el primer conjunto de puntos distintos (140) en la ubicación del muelle ya no se puede rastrear en una fase final del atraque, actualizar, en la unidad de procesamiento de datos (190), el al menos un primer punto registrado y rastreado en el primer conjunto de puntos distintos (140) por sus coordenadas 3D en relación con el al menos un segundo punto registrado y rastreado en el segundo conjunto de puntos distintos (150), en donde las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220) están conectadas entre sí y a la unidad de procesamiento de datos (190);

- calcular la distancia entre la embarcación (100) y la ubicación del muelle en una unidad de cálculo de distancia (230) conectada a las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220) utilizando las actualizaciones de coordenadas 3D de ambos conjuntos de puntos distintos (140, 150) obtenidas de las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220).

12. El método según la reivindicación 11, caracterizado por mantener y rastrear vectores de posición diferencial entre puntos actualizados de las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220) en una tercera unidad de rastreo (240) conectada a dicha unidad de cálculo de distancia (230).

13. El método según la reivindicación 12, caracterizado por evaluar la calidad de los vectores de posición diferencial en una unidad de evaluación (250) conectada a la tercera unidad de rastreo (240) y a la unidad de procesamiento de datos (190), y proporcionar instrucciones al tercer dispositivo de rastreo (240) para eliminar los vectores rastreados, y para proporcionar mensajes a la unidad de procesamiento de datos (190) para reducir el área de enfoque, si no se logra una calidad suficiente.

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por el uso de una cámara de inclinación/zoom/panorámica como el al menos un sensor (110).

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por utilizar una cámara giratoria como el al menos un sensor (110).

16. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por el uso de una cámara estereométrica como el al menos un sensor (110).

17. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado por disponer el al menos un sensor (110) de manera que pueda detectar eventos en un ángulo de visión de hasta 360 grados.

18. El método según la reivindicación 17, caracterizado por disponer varios sensores (100) de manera que se encuentren ubicados en formación circular para permitir la detección de eventos con un ángulo de visión de hasta 360 grados.

19. El método según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado por transmitir las coordenadas 3D del al menos un primer punto en el primer conjunto de puntos distintos (140), y registrar al menos un segundo punto en el segundo conjunto de puntos distintos (150), así como distancias calculadas y datos del sensor, a una ubicación para controlar y monitorear la operación de atraque, y donde esto se realiza mediante al menos un dispositivo de comunicación.

20. El método según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado por mostrar selectivamente un video en tiempo real desde la cámara en un dispositivo de control y monitoreo en una ubicación para controlar y monitorear la operación de atraque, y mostrar selectivamente los primer y segundo conjuntos de puntos distintos (140, 150) proyectados y resaltados en el video en tiempo real seleccionado.

21. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, caracterizado porque el al menos un primer y al menos un segundo punto del primer y segundo conjunto de puntos distintos (140, 150) registrados en la unidad de grabación (200) son realizados por un operador.

22. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 21, caracterizado por determinar la distancia entre la embarcación y la ubicación del muelle mediante el cálculo de vectores diferenciales entre las actualizaciones de puntos de las primera y segunda unidades de rastreo (210, 220) en combinación con la distancia estimada entre la embarcación y los puntos de la segunda unidad de rastreo (220).

23. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 21, caracterizado por determinar la distancia entre la embarcación y la ubicación del muelle mediante el cálculo de vectores diferenciales promedio entre las actualizaciones de vectores no eliminados en la tercera unidad de rastreo (240) en combinación con la distancia estimada entre la embarcación y los puntos de la segunda unidad de rastreo (220).

24. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 23, caracterizado por encontrar una estimación mejorada de la distancia entre la embarcación y la ubicación del muelle mediante la corrección de las coordenadas 3D de los puntos de la unidad de rastreo (210) basándose en la estimación del desplazamiento del sensor (110) mediante el uso del desplazamiento relativo entre los puntos de la segunda unidad de rastreo (220) entre sí.

25. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 24, caracterizado por mostrar puntos posicionados en 3D distintos que muestran arrecifes y bancos con marcas físicas para estos además del primer conjunto de puntos distintivos (140) desde la ubicación del muelle.

26. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 25, caracterizado por realizar el atraque autónomo de una embarcación a una ubicación del muelle basado en mediciones de distancia calculadas, así como en información y directivas obtenidas de controladores de tráfico locales o autoridades, y donde esto se realiza en el dispositivo de control y monitoreo.