IT202000028616A1 - ASSISTANCE SYSTEM FOR VESSELS DOCKING IN THE PORT - Google Patents
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Description
Descrizione a corredo della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: Description accompanying the patent application for an industrial invention entitled:
TITOLO TITLE
SISTEMA DI ASSISTENZA ALLE MANOVRE DI ATTRACCO DEI NATANTI IN ASSISTANCE SYSTEM FOR VESSELS DOCKING MANEUVERS IN
PORTO PORT
Ambito dell?invenzione Scope of the invention
La presente invenzione ha per oggetto un sistema distribuito ad alta innovazione per la gestione di aree di parcheggio. The present invention relates to a highly innovative distributed system for managing parking areas.
In particolare l?invenzione si riferisce ad un sistema distribuito ad alta innovazione in grado di monitorare gli specchi di acqua antistanti l?area di attracco dei natanti allo scopo di identificare l?oggetto natante (ad esempio nave, barca, ecc.) e dare assistenza allo stesso durante l?operazione di entrata o uscita dall?area di attracco assegnata al natante. In particular, the invention refers to a highly innovative distributed system capable of monitoring the stretches of water in front of the boat docking area in order to identify the boat object (for example ship, boat, etc.) and give assistance to the same during the entry or exit operation from the docking area assigned to the vessel.
Brevi cenni alla tecnica nota Brief outline of the prior art
Come ? noto, nelle aree portuali sono previste le aree di attracco che sono spazi di approdo per natanti. How ? known, in the port areas there are docking areas which are landing places for boats.
Il natante che si avvicina alla zona portuale manovra l?imbarcazione per portarla nell?area di attracco assegnata. The vessel approaching the port area maneuvers the vessel to bring it to the assigned docking area.
Le operazioni e le manovre, in un?area portuale, sono particolarmente complesse in quanto gli spazi sono ridotti e le stazze di molte imbarcazioni sono elevate. Operations and manoeuvres, in a port area, are particularly complex as spaces are limited and the tonnages of many vessels are high.
Soprattutto nel caso di grosse imbarcazioni, ad esempio navi in genere, le manovre risultano complesse in quanto la nave ? dotata di grande inerzia per cui un cambio di direzione per invertire una rotta durante una manovra richiede tempi di risposta da parte della nave piuttosto lunghi. Especially in the case of large boats, for example ships in general, the maneuvers are complex as the ship is? equipped with great inertia so that a change of direction to reverse course during a maneuver requires rather long response times from the ship.
E? dunque importante effettuare una correzione di manovra quanto prima possibile. AND? therefore it is important to make a steering correction as soon as possible.
Allo stato attuale della tecnica di fatto non sono noti sistemi di assistenza all?approdo verso la propria area di attracco e il tutto ? affidato alla strumentazione di bordo della nave e alla capacit? ed esperienza ovviamente del capitano e dell?equipaggio. In the current state of the art, there are no known systems of assistance at landing towards one's own docking area and the whole? entrusted to the instrumentation on board the ship and to the capacity? and obviously experience of the captain and crew.
Tuttavia, purtroppo, sono ben noti eventi di disastri navali dovuti a manovre errate per cui con grossi natanti, ad esempio navi, che sono andate a sbattere contro la banchina dell?attracco, recando enormi danni strutturali e creando un pericolo per le vite umane. However, unfortunately, events of naval disasters due to incorrect maneuvers are well known, with large vessels, for example ships, crashing into the dock, causing enormous structural damage and creating a danger to human lives.
Ci? pu? anche essere dovuto al subentro, nell?area di manovra, di qualche ulteriore natante che transita erroneamente nella zona e che magari viene visualizzato tardi dall?equipaggio. There? can? could also be due to the taking over, in the maneuvering area, of some further vessel which transits erroneously in the area and which perhaps is displayed late by the crew.
Se la manovra viene corretta troppo tardi vi ? il rischio che non si concluda in modo corretto. If the maneuver is corrected too late there ? the risk that it will not end correctly.
Sintesi dell?invenzione Summary of the invention
E? quindi scopo della presente invenzione fornire un sistema di assistenza durante le manovre di attracco di un natante che consenta di superare gli inconvenienti tecnici sopra esposti. AND? therefore, the object of the present invention is to provide an assistance system during the docking maneuvers of a vessel which allows the above mentioned technical drawbacks to be overcome.
In particolare ? scopo della presente invenzione fornire un sistema di assistenza che consenta al natante di poter effettuare un approdo nella propria area di attracco in tutta sicurezza, anche nel caso di subentro improvviso nell?area di manovra di ostacoli ulteriori. Particularly ? The object of the present invention is to provide an assistance system which allows the craft to land in its own docking area in complete safety, even in the event of sudden entry into the maneuvering area of further obstacles.
Questi ed altri scopi sono ottenuti con un arrangiamento in accordo alla rivendicazione 1. These and other objects are obtained with an arrangement according to claim 1.
Tale arrangiamento di assistenza, per assistere una imbarcazione durante una operazione di avvicinamento ad un?area di attracco, comprende: This assistance arrangement, to assist a vessel during an approach operation to a docking area, includes:
Mezzi di acquisizione di immagine (1) configurati per acquisire una successione di immagini in istanti diversi (t0..tn); Image acquisition means (1) configured to acquire a succession of images at different instants (t0..tn);
Un sistema (10) di elaborazione dati in comunicazione con i detti mezzi di acquisizione di immagini, il detto sistema di elaborazione dati essendo programmato per elaborare le sequenze di immagini riprese dai detti mezzi di acquisizione immagini e comprendendo: A data processing system (10) in communication with said image acquisition means, said data processing system being programmed to process the image sequences taken by said image acquisition means and comprising:
Un modulo di analisi dell?immagine (20) programmato per distinguere, per ogni immagine acquisita ad un certo istante (t), i soggetti (200, 300) presenti nell?immagine rispetto ad uno sfondo ed identificare tra detti soggetti una eventuale imbarcazione (300) in avvicinamento rispetto ad ostacoli (200) fissi o mobili presenti nell?immagine; An image analysis module (20) programmed to distinguish, for each image acquired at a certain instant (t), the subjects (200, 300) present in the image with respect to a background and to identify a possible boat among said subjects ( 300) approaching fixed or mobile obstacles (200) present in the image;
Un modulo di calcolo (30) configurato per ricevere i dati relativi alle immagini elaborate dal detto modulo di analisi dell?immagine e creare, istante per istante (t), un predeterminato percorso di avvicinamento ottimale dell?imbarcazione (300) il quale ? elaborato attraverso la determinazione della posizione spaziale occupata in ogni immagine dalla imbarcazione identificata (300) e dagli eventuali ostacoli (200) che appaiono nelle dette immagini in modo tale da risultare in un percorso dinamicamente modificabile in tempo reale in funzione di una eventuale variazione del numero e/o della posizione degli ostacoli rilevati tra una immagine ad un istante e l?immagine ad un istante successivo; A calculation module (30) configured to receive the data relating to the images processed by said image analysis module and create, instant by instant (t), a predetermined optimal approach path of the boat (300) which ? processed through the determination of the spatial position occupied in each image by the identified vessel (300) and by any obstacles (200) appearing in said images in such a way as to result in a dynamically modifiable path in real time according to a possible change in the number and/or the position of the obstacles detected between an image at one instant and the image at a subsequent instant;
Un sistema video da predisporre in uso sull?imbarcazione in avvicinamento, il detto sistema video visualizzando la sequenza di immagini inquadrate in tempo reale da detti mezzi di acquisizione immagini, su dette immagini essendo visualizzato il detto percorso di avvicinamento elaborato ed essendo individuata istante per istante (t1?tn) la posizione (P1..Pn) occupata dall?imbarcazione, ed in cui viene generato un allarme quando la detta posizione rilevata dell?imbarcazione si trova al di fuori dei limiti delimitanti il detto percorso di avvicinamento elaborato. A video system to be set up for use on the approaching vessel, said video system displaying the sequence of images framed in real time by said image acquisition means, said images being displayed on said processed approach path and being identified instant by instant (t1?tn) the position (P1..Pn) occupied by the boat, and in which an alarm is generated when said detected position of the boat is outside the bounding limits of said elaborated approach path.
In questo modo sono agevolmente risolti tutti i suddetti inconvenienti tecnici. In this way all the aforesaid technical drawbacks are easily resolved.
In particolare, grazie ad una opportuna acquisizione di immagini e ad una loro opportuna elaborazione, si pu? generare in tempo reale un percorso di avvicinamento che pu? essere visualizzato in una inquadratura predisposta a bordo del natante stesso. In particular, thanks to an appropriate acquisition of images and their appropriate processing, you can generate in real time an approach path that can? be viewed in a shot arranged on board the vessel itself.
Di fatto il sistema funziona, per certi versi, in modo similare al sistema di assistenza parcheggi auto in cui una telecamera acquisisce l?immagine. Nel caso della presente invenzione, per?, l?immagine viene elaborata creando un percorso ottimale che viene evidenziato sull?immagine e la cui geometria dipende dalla presenza o meno di ostacoli, alcuni dei quali possono essere fissi (ad esempio altre imbarcazioni ancorate) ed altri possono essere mobili (una imbarcazione che entra nell?area di parcheggio). Ogni sequenza di immagini viene dunque elaborata in modo continuativo e, per ogni elaborazione, vengono individuati gli eventuali ostacoli. Ad ogni immagine corrisponde dunque un percorso ottimale. La sequenza di immagini crea la sequenza del percorso ottimale e dunque la sua possibile evoluzione durante il tempo di manovra. In fact, the system works, in some respects, in a similar way to the car parking assistance system in which a camera acquires the image. In the case of the present invention, however, the image is processed by creating an optimal path which is highlighted on the image and whose geometry depends on the presence or absence of obstacles, some of which may be fixed (for example other anchored boats) and others may be mobile (a boat entering the parking area). Each sequence of images is therefore processed continuously and, for each processing, any obstacles are identified. Therefore, an optimal path corresponds to each image. The sequence of images creates the sequence of the optimal route and therefore its possible evolution during the maneuver time.
Ad esempio, l?immagine all?istante t=0 verr? analizzata per determinare il natante ed ostacoli in modo tale da estrapolare le distanze relative tra loro e costruire un percorso di avvicinamento_0. For example, the image at? instant t=0 will be? analyzed to determine the vessel and obstacles in order to extrapolate the relative distances between them and build an approach path_0.
L?immagine successiva all?instante t=1 viene elaborata alla stessa maniera e se nulla ? cambiato in merito agli ostacoli restituir? un percorso di avvicinamento_1 per t=1 uguale al percorso determinato all?istante t=0. The next image at the instant t=1 is processed in the same way and if nothing ? changed about the obstacles return? an approach path_1 for t=1 equal to the path determined at the instant t=0.
Se all?istante t=2 subentra un nuovo ostacolo (ad esempio una imbarcazione entra nell?area inquadrata dalle telecamere) allora l?analisi rilever? un nuovo ostacolo e la elaborazione del percorso potrebbe risultare in un percorso di avvicinamento_2 all?istante t=2 diverso da quello precedente. If at the instant t=2 a new obstacle occurs (for example a boat enters the area framed by the cameras) then the analysis will detect? a new obstacle and the processing of the path could result in an approach path_2 at the instant t=2 different from the previous one.
In questo modo, in tempo reale e istante per istante, si costruisce un percorso di avvicinamento ottimale che si pu? modificare dinamicamente in funzione degli ostacoli reali presenti e tale percorso viene restituito su un video istallato a bordo del natante che visualizzer? sull?inquadratura ripresa dalla telecamera la propria posizione e il percorso ottimale, il quale si pu? modificare durante la manovra. In this way, in real time and instant by instant, an optimal approach path is built that can be change dynamically according to the real obstacles present and this path is returned on a video installed on board the vessel that will visualize? on the shot taken by the camera your position and the optimal route, which you can? change during the maneuver.
Questo sistema di assistenza aiuta dunque a visualizzare in maniera dinamica un percorso di avvicinamento. This assistance system therefore helps to visualize an approach path dynamically.
Nel caso in cui si fuoriesca dal percorso ottimale, scatta un allarme. If you go off the optimal path, an alarm is triggered.
Vantaggiosamente il detto modulo di analisi dell?immagine pu? comprendere un sistema ?Computer Vision? a reti neurali della tipologia ?Deep Learning?. Advantageously, the said image analysis module can? understand a ?Computer Vision? to neural networks of the ?Deep Learning? typology.
Questo sistema, gi? di per se pre-esistente, consente di determinare facilmente i soggetti presenti nell?inquadratura, cio? ostacoli e natante, distinguendo il possibile natante dai possibili ostacoli. La rete neurale Deep Learning consente di addestrare il sistema perfezionandolo nel tempo. This system, right? in itself pre-existing, it allows you to easily determine the subjects present in the shot, ie? obstacles and vessel, distinguishing the possible vessel from the possible obstacles. The Deep Learning neural network allows you to train the system by refining it over time.
Vantaggiosamente i detti mezzi di acquisizione di immagine (1) e il detto sistema (10) di elaborazione dati possono essere della tipologia ?Embedded?. Advantageously, said image acquisition means (1) and said data processing system (10) can be of the "Embedded" type.
Ci? rende molto compatto il sistema e dunque lo rende idoneo ad installazioni facili. There? makes the system very compact and therefore makes it suitable for easy installations.
Vantaggiosamente i detti mezzi di acquisizione di immagine (1) possono essere in forma di una o pi? telecamere. Advantageously, said image acquisition means (1) can be in the form of one or more? cameras.
E? anche qui descritto un metodo di assistenza all?approdo per assistere una imbarcazione durante una operazione di avvicinamento nello spazio di parcheggio di un porto, il metodo comprendendo le seguenti fasi: AND? Also described here is a landing assistance method for assisting a vessel during an approach operation in the parking space of a port, the method comprising the following steps:
Acquisizione di una sequenza di immagini ad istanti successivi inquadranti un?area di avvicinamento per una imbarcazione; Acquisition of a sequence of images at successive instants framing an approach area for a vessel;
Elaborazione delle immagini in modo tale da distinguere per ogni immagine ad un predeterminato istante l?eventuale imbarcazione in avvicinamento rispetto ad eventuali ostacoli (200) statici o dinamici presenti nella detta nell?immagine; Processing of the images in such a way as to distinguish for each image at a predetermined instant any vessel approaching any static or dynamic obstacles (200) present in said image;
Generazione istante per istante (t) di un predeterminato percorso di avvicinamento ottimale dell?imbarcazione il quale ? elaborato attraverso la determinazione della posizione spaziale occupata nell?immagine dalla imbarcazione identificata (300) e dagli eventuali ostacoli (200) che appaiono nelle dette immagini in modo tale da risultare in un percorso dinamicamente modificabile in tempo reale in funzione di una variazione del numero e/o della posizione degli ostacoli rilevati tra una immagine ad un istante e l?immagine ad un istante successivo; Generation instant by instant (t) of a predetermined optimal approach path of the boat which ? processed through the determination of the spatial position occupied in the image by the identified vessel (300) and by any obstacles (200) appearing in said images in such a way as to result in a dynamically modifiable path in real time according to a variation of the number and /o the position of the obstacles detected between an image at one instant and the image at a subsequent instant;
Visualizzazione a bordo dell?imbarcazione, su apposito sistema video, della sequenza di immagini inquadrate in tempo reale da detti mezzi di acquisizione immagini, su dette immagini essendo visualizzato il detto percorso di avvicinamento elaborato ed essendo individuata istante per istante (t1?tn) la posizione (P1..Pn) occupata dall?imbarcazione rispetto a detto percorso di avvicinamento elaborato; Display on board the vessel, on a special video system, of the sequence of images framed in real time by said image acquisition means, on said images being displayed the said processed approach path and being identified instant by instant (t1?tn) the position (P1..Pn) occupied by the vessel with respect to said elaborated approach path;
Generazione di un allarme quando la detta posizione rilevata dell?imbarcazione si sposta al di fuori del perimetro delimitante il detto percorso di avvicinamento. Generation of an alarm when said detected position of the vessel moves outside the perimeter delimiting said approach path.
Vantaggiosamente l?elaborazione delle immagini pu? essere effettuata con sistema ?Computer Vision? a reti neurali della tipologia ?Deep Learning?. Advantageously, image processing can? be carried out with the ?Computer Vision? to neural networks of the ?Deep Learning? typology.
Vantaggiosamente le immagini possono essere acquisite in maniera continuativa. Advantageously, the images can be acquired continuously.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Ulteriori caratteristiche e i vantaggi del presente sistema, secondo l?invenzione, risulteranno pi? chiaramente con la descrizione che segue di alcune sue forme realizzative, fatte a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui: Further characteristics and the advantages of the present system, according to the invention, will be more clearly with the following description of some of its embodiments, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:
- La figura 1 mostra schematicamente una telecamera 1 predisposta ad inquadrare un?area 2 di attracco, la telecamera essendo in comunicazione con un sistema elaboratore che pu? preferibilmente essere integrato nel sistema di telecamera stesso (sistema ?embedded?); - Figure 1 schematically shows a television camera 1 arranged to frame a docking area 2, the television camera being in communication with a computer system which can? preferably be integrated into the camera system itself (?embedded? system);
- La figura 2 schematizza sempre la telecamera che ha un certo angolo di inquadratura e che inquadra un natante 300 in avvicinamento lungo una traiettoria ed in cui sono, a titolo di esempio, riportati ostacoli 200 (fissi o mobili); - Figure 2 again schematises the video camera which has a certain framing angle and which frames an approaching vessel 300 along a trajectory and in which, by way of example, obstacles 200 (fixed or mobile) are shown;
- La figura 3 schematizza il sistema embedded 10 che comprende un sistema di acquisizioni immagini, ad esempio una o pi? telecamere, un modulo 20 di analisi immagini del tipo ad esempio computer vision ed un modulo 30 di calcolo ; - Figure 3 schematises the embedded system 10 which comprises an image acquisition system, for example one or more? video cameras, an image analysis module 20 of the type for example computer vision and a calculation module 30;
- La figura 3A e la figura 3B schematizzano l?operazione a cui ? adibito il modulo di Computer Vision, ovvero l?identificazione degli oggetti presenti istante per istante nell?immagine inquadrata; - Figure 3A and figure 3B schematize the operation to which ? used the Computer Vision module, i.e. the identification of the objects present instant by instant in the framed image;
- La figura 3C si riferisce ad una elaborazione dei dati estrapolati da due immagini successive in cui sono identificati gli oggetti al fine di determinare la traiettoria che istante per istante ? tenuta dal natante identificato rispetto agli altri oggetti presenti; - Figure 3C refers to an elaboration of the data extrapolated from two successive images in which the objects are identified in order to determine the trajectory which instant by instant ? held by the vessel identified with respect to the other objects present;
- La figura 4 mostra un corridoio che delimita una traiettoria ideale calcolata dall?elaboratore in funzione degli oggetti presenti nell?immagine oltre al natante in approccio e mostra un esempio di traiettoria che viene tenuta dal natante in modo tale da mostrare, a titolo di esempio, il caso in cui il natante fuoriesca (in questo caso nel punto P3) dalla traiettoria ideale; - La figura 5 mostra l?immagine di guida che viene inviata su uno schermo predisposto sul natante in avvicinamento che utilizza tale sistema di assistenza; - Figure 4 shows a corridor which delimits an ideal trajectory calculated by the computer as a function of the objects present in the image as well as the approaching vessel and shows an example of a trajectory which is kept by the vessel in such a way as to show, by way of example , the case in which the vessel leaves the ideal trajectory (in this case at point P3); - Figure 5 shows the guidance image which is sent to a screen arranged on the approaching vessel which uses this assistance system;
Descrizione di alcune forme realizzative preferite Description of some preferred embodiments
In accordo all?invenzione ? dunque previsto un sistema della tipologia ?embedded?. According to the invention ? therefore a system of the ?embedded? typology is envisaged.
Un sistema ?embedded?, di per se ben noto, ? un sistema che rientra nella categoria degli IoT (Internet of Things) in quanto ingloba al suo interno tutti i componenti hardware e software necessari a svolgere compiti specifici ed ? in grado di processare localmente grosse quantit? di dati (es: immagini e/o flussi video) senza la necessit? di trasmetterli via Internet ad un server per poi elaborarli. Viene dunque elaborato tutto ?In loco?. An ?embedded? system, in itself well known, ? a system that falls into the category of IoT (Internet of Things) as it incorporates all the hardware and software components necessary to perform specific tasks and ? able to process large quantities locally? data (eg: images and / or video streams) without the need? to transmit them via the Internet to a server and then process them. So everything is processed ?On site?.
I dati elaborati possono poi essere trasmessi, dotando il sistema ?emedded? con noti sistemi di trasmissione dati wireless. The processed data can then be transmitted, providing the system with ?emedded? with known wireless data transmission systems.
In questo modo si ha un notevole risparmio di ingombri e si ottimizza la elaborazione dei dati. In this way there is a considerable saving in space and optimization of data processing.
Il sistema oggetto dell?invenzione ? dunque preferibilmente di tipo ?embedded? anche se un sistema non embedded pu? essere previsto. The system object of the invention ? therefore preferably of type ?embedded? even if a non-embedded system pu? Be expected.
In tutti i suddetti casi, il sistema prevede mezzi di acquisizione immagini 1, ad esempio in forma di una o pi? telecamere. In all of the aforesaid cases, the system provides image acquisition means 1, for example in the form of one or more? cameras.
Dette telecamere vengono posizionate in predeterminati punti su un molo 100 o un?area di attracco di imbarcazioni in genere (un pontile o similari) in modo tale da inquadrare un certo specchio d?acqua 2 antistante una zona di approdo del natante. Said television cameras are positioned in predetermined points on a pier 100 or a mooring area for boats in general (a wharf or the like) so as to frame a certain body of water 2 in front of a landing area of the boat.
Il sistema di telecamere, come poi descritto nel seguito della presente descrizione, include un sistema di elaborazione dati ed un sistema di analisi delle immagini per poter effettuare le operazioni descritte. The video camera system, as later described in the continuation of the present description, includes a data processing system and an image analysis system in order to be able to carry out the operations described.
Il sistema embedded in cui le telecamere includono hardware e software relativo alla elaborazione dati, cio? elaborazione immagini ed elaborazione/invio flusso dati ? preferito. The embedded system in which the cameras include hardware and software related to data processing, cio? image processing and data flow processing/sending ? favorite.
Tuttavia, per come gi? detto, tali sistemi software ed hardware potrebbero essere comunque separati dalle telecamere e dislocati in punti diversi. However, for how already? said, these software and hardware systems could still be separated from the cameras and located in different points.
In accordo alla figura 1 ? dunque schematicamente rappresentata un?area di approdo 100, ovvero una area di un molo 100, di un pontile o zona in genere che rappresenta una zona di attracco per un natante, ad esempio una nave o una qualsiasi imbarcazione. According to figure 1 ? therefore schematically represented a landing area 100, or an area of a pier 100, of a wharf or area in general which represents a docking area for a vessel, for example a ship or any boat.
In accordo all?invenzione, la figura 1 schematizza dunque una telecamera 1 la quale inquadra una certa zona antistante l?approdo 100 e tale zona viene schematizzata con un cono 2. In accordance with the invention, figure 1 therefore schematizes a video camera 1 which frames a certain area in front of the landing place 100 and this area is schematized with a cone 2.
Sempre come mostrato in figura 1 la telecamera ? in comunicazione con un elaboratore 3 il quale per come sopra detto, nella configurazione preferita dell?invenzione, pu? essere un sistema integrato alla telecamera facente dunque parte nel complesso del cosiddetto sistema ?embedded?. Again as shown in figure 1, the camera? in communication with a processor 3 which, as stated above, in the preferred configuration of the invention, can? be a system integrated with the camera which is therefore part of the so-called ?embedded? system.
La figura 2 schematizza dunque un natante 300 e, a titolo di esempio, vengono riportati degli ostacoli 200 lungo il percorso di avvicinamento che possono essere qualsiasi tipo di oggetto presente nello specchio d?acqua, ad esempio altre imbarcazioni che sostano nell?area, pali emergenti dall?acqua ecc, sia fissi che mobili. Figure 2 therefore schematizes a vessel 300 and, by way of example, obstacles 200 are shown along the approach path which can be any type of object present in the body of water, for example other vessels that stop in the area, poles emerging from the water, etc., both fixed and mobile.
Nell?esempio non limitativo di figura 2, sono stati rappresentati una successione di tali ostacoli 200 presenti sia sulla destra che sulla sinistra dell?imbarcazione a definire un corridoio di ingresso fisso. E? chiaro che la predisposizione e il numero di ostacoli riportato in figura 2 ? solo indicativo e non limitativo per la presente invenzione. In the non-limiting example of figure 2, a succession of such obstacles 200 present both on the right and on the left of the boat have been represented to define a fixed entrance corridor. AND? clear that the arrangement and the number of obstacles shown in figure 2 ? only indicative and not limiting for the present invention.
La telecamera (una o pi? di una) ? dunque predisposta in modo tale da avere una predeterminata inquadratura che inquadra interamente una possibile area di approdo di un natante. The camera (one or more than one) ? therefore arranged in such a way as to have a predetermined framing which entirely frames a possible landing area for a vessel.
L?immagine viene dunque elaborata in tempo reale, cio? istante per istante, al fine di determinare un percorso di avvicinamento ottimale e identificare il natante nell?immagine. The image is therefore processed in real time, ie? instant by instant, in order to determine an optimal approach path and identify the vessel in the image.
Il tutto ? dunque elaborato nella seguente maniera. The whole ? therefore elaborated in the following way.
Come schematizzato in figura 3, il sistema 10, preferibilmente del tipo ?embedded?, include dunque telecamera/e, un modulo di analisi immagine ed un modulo di calcolo. As schematized in figure 3, the system 10, preferably of the "embedded" type, therefore includes camera(s), an image analysis module and a calculation module.
Il modulo di analisi immagine ? preferibilmente del tipo ?Computer Vision? il quale ? dunque dotato di apposito software di analisi immagine di per se gi? noto e disponibile in commercio in varie versioni. The image analysis module ? preferably of the type ?Computer Vision? who ? therefore equipped with a special image analysis software per se already? known and commercially available in various versions.
Ad esempio, a livello Hardware ? possibile usare il sistema SOM Nvidia della serie Jetson. For example, at the Hardware level ? You can use Nvidia's Jetson series SOM system.
Vi sono diversi OEM (Original Equipment Manufacturing) che realizzano sistemi embedded utilizzando tali SOM (System On Module). There are several OEMs (Original Equipment Manufacturing) that build embedded systems using these SOMs (System On Modules).
Per quanto riguarda la parte software sono utilizzabili tecniche di Object Detection che usano reti neurali di tipo Deep Learning (ad es. Yolo). As far as the software part is concerned, Object Detection techniques can be used that use Deep Learning type neural networks (e.g. Yolo).
Il deep learning, dunque le reti neurali, sono sistemi di per se gi? noti e, per come sopra detto, gi? in commercio e dunque non verranno qui ulteriormente dettagliati. Deep learning, therefore neural networks, are systems in themselves already? known and, as mentioned above, already? on the market and therefore will not be further detailed here.
Il modulo di analisi di immagine, preferibilmente comprendente una programmazione del tipo Computer Vision a reti neurali di tipo Deep Learning, ? dunque in grado di analizzare l?immagine istante per istante e dunque fornire per ogni istante i soggetti presenti nell?immagine (natante, eventuali ostacoli, ecc). The image analysis module, preferably comprising programming of the Computer Vision type with Deep Learning type neural networks, ? therefore able to analyze the image instant by instant and therefore provide for each instant the subjects present in the image (vessel, possible obstacles, etc.).
Il sistema di analisi all?immagine serve per elaborare l?immagine e poter dunque identificare gli oggetti presenti nell?inquadratura, come schematicamente indicato in figura 3A. The image analysis system serves to process the image and therefore be able to identify the objects present in the shot, as schematically indicated in figure 3A.
L?identificazione degli oggetti, e dunque l?analisi dell?immagine, avviene ad ogni istante e dunque viene elaborato ogni ?frame? di immagine istante per istante (da t0 a tn). The identification of the objects, and therefore the analysis of the image, takes place at every moment and therefore every ?frame? of image instant by instant (from t0 to tn).
La figura 3B mostra dunque una immagine acquisita ad un istante (t) qualsiasi relativa all?esempio di figura 2 ed evidenzia dunque il natante, in un predeterminato istante di acquisizione immagine, e gli eventuali ostacoli. Figure 3B therefore shows an image acquired at any instant (t) relating to the example of figure 2 and thus highlights the vessel, at a predetermined instant of image acquisition, and any obstacles.
Il software di Computer Vision ? dunque programmato allo scopo proprio di riconoscimento nell?immagine degli oggetti presenti nell?area dell?immagine, in tal caso natante ed ostacoli. The computer vision software ? therefore programmed for the purpose of recognition in the image of the objects present in the area of the image, in this case vessel and obstacles.
Facendo una analisi di immagini in successione si riesce a fare una analisi dinamica, ovvero riportare modifiche dello scenario in evoluzione. By carrying out an analysis of images in succession, it is possible to carry out a dynamic analysis, i.e. report changes to the evolving scenario.
Come da figura 3C, la identificazione degli oggetti nelle immagini consente al modulo di calcolo di poter elaborare istante per istante (dunque per ogni immagine ripresa) la posizione occupata dal natante durante l?avvicinamento rispetto ad eventuali ostacoli presenti nella scena (ad esempio una imbarcazione che taglia il percorso all?improvviso). As shown in figure 3C, the identification of the objects in the images allows the calculation module to be able to process instant by instant (therefore for each image taken) the position occupied by the vessel during the approach with respect to any obstacles present in the scene (for example a boat that cuts the path suddenly).
La figura 3C schematizza infatti un esempio di una successione di due immagini (IMM.1) ed (IMM.2), ben inteso che durante una manovra di avvicinamento la sequenza di immagini prevede un numero di acquisizioni ben pi? alto delle due immagini di esempio riportate in figura 3C. In fact, figure 3C schematizes an example of a succession of two images (IMM.1) and (IMM.2), it being understood that during an approach maneuver the sequence of images requires a much higher number of acquisitions. top of the two example images shown in Figure 3C.
Tuttavia, riferendosi all?esempio di due immagini di figura 3C, ogni immagine viene elaborata dal modulo di analisi immagine che identifica gli oggetti. Ogni immagine elaborata dal modulo di analisi immagine, o comunque i dati di identificazione dei soggetti rilevati, vengono elaborati ulteriormente dal modulo di calcolo che, noti gli oggetti, determina le distanze tra di loro, in particolare distanza tra il natante identificato e gli eventuali ostacoli identificati. However, referring to the example of two images in figure 3C, each image is processed by the image analysis module which identifies the objects. Each image processed by the image analysis module, or in any case the identification data of the detected subjects, are further processed by the calculation module which, once the objects are known, determines the distances between them, in particular the distance between the identified vessel and any obstacles identified.
L?esempio dunque di figura 3C riporta due immagini in due istanti successivi (t1, t2) ben inteso che, come detto, le acquisizioni sono molto pi? numerose per cui con immagini in istanti (t1, t2?tn) e gli ostacoli presenti tra un istante e il successivo possono essere diversi, se gli ostacoli sono ad esempio dinamici (cio? mobili). Therefore, the example of figure 3C shows two images in two successive instants (t1, t2) it is well understood that, as mentioned, the acquisitions are much more? numerous therefore with images in instants (t1, t2?tn) and the obstacles present between one instant and the next can be different, if the obstacles are for example dynamic (ie mobile).
Il modulo di analisi immagine elabora dunque (n) immagini in (n) istanti diversi al fine di estrapolare per ogni immagine ad un certo istante (t) natante ed ostacoli. The image analysis module therefore processes (n) images in (n) different instants in order to extrapolate for each image at a certain instant (t) the vessel and obstacles.
Tali immagini agli istanti (tn) che sono state elaborate, ed in cui sono dunque identificati, grazie a tale elaborazione, gli oggetti presenti, vengono inviate al modulo di calcolo. These images at the instants (tn) which have been processed, and in which the objects present are therefore identified, thanks to this processing, are sent to the calculation module.
L?identificazione degli oggetti implica che il sistema riconosce il natante in movimento da altri oggetti (ad esempio ostacoli fissi, natanti ancorati). Object identification implies that the system recognizes the moving vessel from other objects (eg fixed obstacles, anchored vessels).
Il modulo di calcolo elabora in questo modo un percorso di avvicinamento ottimale e geo-localizza il natante istante per istante nel percorso. In this way, the calculation module elaborates an optimal approach path and geo-locates the vessel instant by instant along the route.
Pi? in particolare, la conoscenza della posizione del natante e degli ostacoli in ogni immagine, consente di costruire per ogni immagine un percorso di avvicinamento il quale si pu? modificare in funzione di modifiche di posizione e/o numero di ostacoli presenti su una immagine successiva. Pi? in particular, the knowledge of the position of the boat and of the obstacles in each image, allows to build an approach path for each image which can be modify according to changes in position and/or number of obstacles present on a subsequent image.
Le traiettorie (cio? il percorso) vengono dunque calcolate a partire delle informazioni che provengono dalla combinazione degli output del modulo di object detection, che attraverso un?analisi e un addestramento opportuno realizzato a priori sulle tipologie di oggetti presenti nel contesto di riferimento, ? in grado di supportare il motore di tracciatura nella maniera pi? opportuna. The trajectories (that is, the path) are therefore calculated starting from the information that comes from the combination of the outputs of the object detection module, which through an analysis and appropriate training carried out beforehand on the types of objects present in the reference context,? able to support the tracing engine in the most? timely.
Il modulo di calcolo che riceve l?informazione inerente la posizione istante per istante del natante rispetto all?ambiente circostante calcola dunque, istante per istante, la traiettoria che sta seguendo il natante. The calculation module that receives the information concerning the position instant by instant of the vessel with respect to the surrounding environment therefore calculates, instant by instant, the trajectory that the vessel is following.
Il sistema ? inoltre in grado di collezionare nel tempo le statistiche sulle traiettorie fornendo feedback in tempo reale sull?eventuale presenza di ostacoli o situazioni di pericolo improvvise. The system ? it is also able to collect trajectory statistics over time, providing real-time feedback on the possible presence of obstacles or sudden danger situations.
Come mostrato in figura 3C, infatti, sono indicati due istanti diversi in cui il natante passa dalla posizione P1 alla posizione P<1>? e sono evidenziate le distanze calcolate (a<1>, d<2 >a?1..d1?1, a1-1 ecc.) del natante dagli ostacoli circostanti che sono stati rilevati nelle due immagini. As shown in figure 3C, in fact, are two different instants indicated in which the vessel passes from position P1 to position P<1>? and the calculated distances (a<1>, d<2 >a?1..d1?1, a1-1 etc.) of the vessel from the surrounding obstacles that have been detected in the two images are highlighted.
Il modulo di calcolo, dunque elabora in funzione degli ostacoli riconosciuti una traiettoria ideale che ? rappresentata schematicamente in figura 4 con un corridoio campito. The calculation module, therefore, elaborates an ideal trajectory in function of the recognized obstacles which ? schematically represented in figure 4 with a filled corridor.
Lo stesso elaboratore di calcolo che riceve le immagini istante per istante dal modulo di elaborazione delle immagini calcola la posizione occupata dal natante durante il suo avanzamento e verifica facilmente se, come da figura 4, il natante mantiene la traiettoria ottimale oppure no. The same calculation processor which receives the images instant by instant from the image processing module calculates the position occupied by the vessel during its advance and easily verifies whether, as in figure 4, the vessel maintains the optimal trajectory or not.
Nell?esempio di figura 4, infatti, si evidenzia una posizione (P3) in cui il natante ? uscito dal corridoio ideale. In the example of figure 4, in fact, a position (P3) is highlighted in which the vessel is? out of the ideal corridor.
Il percorso ideale pu? modificarsi istante per istante in funzione di nuovi ostacoli che subentrano nell?immagine per cui l?immagine di figura 4 ? da intendersi in un percorso ottimale che si ha ad un certo istante t1 e il quale percorso potrebbe modificarsi ad un diverso istante successivo t(1+n), con n>0. The ideal path can change instant by instant as a function of new obstacles that occur in the image for which the image in figure 4 ? to be understood in an optimal path which occurs at a certain instant t1 and which path could change at a different subsequent instant t(1+n), with n>0.
L?elaborazione del percorso ottimale, il quale ? funzione degli ostacoli rilevati, viene inviato via schermo al natante stesso, ad esempio con un invio in modalit? wireless utilizzando ad esempio la rete internet o altri sistemi wireless di invio dati. The elaboration of the optimal path, which ? function of the obstacles detected, it is sent via screen to the vessel itself, for example with a sending in mode? using, for example, the internet network or other wireless data transmission systems.
L?imbarcazione, dotata di schermo ricevente, come mostrato in figura 5, visualizzer? l?immagine della telecamera su cui viene costruito il percorso ideale delimitato da linee (ad esempio due parallele come mostrato in figura 5). The boat, equipped with a receiving screen, as shown in figure 5, will display? the camera image on which the ideal path delimited by lines is constructed (for example two parallel lines as shown in figure 5).
Viene poi visualizzato istante per istante il natante nell?immagine e nel caso in cui il natante esce fuori dai limiti della traiettoria ideale, il sistema suona un allarme richiedendo una correzione che pu? essere accompagnata anche da una indicazione vocale. The vessel in the image is then displayed instant by instant and if the vessel goes outside the limits of the ideal trajectory, the system sounds an alarm requesting a correction that can also be accompanied by a vocal indication.
La figura 5 mostra, a titolo di esempio, un?area campita che rappresenta la traiettoria ideale e una ulteriore aria campita esterna a quest?ultima che rappresenta un?area fuori traiettoria. Figure 5 shows, by way of example, a fielded area which represents the ideal trajectory and a further fielded area outside the latter which represents an area outside the trajectory.
Quindi, secondo un diagramma di flusso di funzionamento del sistema: So, according to a system operation flowchart:
Una o pi? telecamere sono poste per acquisire immagini nel tempo relative ad un?area di ?parcheggio? per una imbarcazione. One or more? cameras are placed to acquire images over time relating to a ?parking? area? for a boat.
Ogni immagine viene elaborata con un sistema di ?Computer Vision? e sistema neurale Deep Learning che consente di determinare i soggetti inquadrati nelle immagini, ad esempio un natante in avvicinamento ed altri ostacoli presenti nella inquadratura. Each image is processed with a ?Computer Vision? and Deep Learning neural system that allows to determine the subjects framed in the images, for example an approaching boat and other obstacles present in the frame.
Il sistema computer vision ? dunque in grado di verificare se nell?immagine inquadrata relativa ad un?area di ?parcheggio? ? in avvicinamento un natante e quali ostacoli diversi dal natante sono presenti. The computer vision system? therefore able to verify if in the framed image relative to a ?parking? ? approaching a vessel and which obstacles other than the vessel are present.
Ogni immagine elaborata, istante per istante, viene inviata al modulo elaboratore il quale, in funzione degli ostacoli presenti, elabora ad ogni istante l?immagine ricevuta creando un percorso dinamico ideale di avvicinamento per il natante. Each image processed, instant by instant, is sent to the processor module which, depending on the obstacles present, processes the received image at every instant, creating an ideal dynamic approach path for the vessel.
Il natante viene geo-localizzato rispetto al percorso ideale e il percorso ideale viene modificato dinamicamente in funzione dell?esito di elaborazione delle immagini provenienti dal modulo di elaborazione delle immagini. The vessel is geo-localized with respect to the ideal route and the ideal route is dynamically modified according to the outcome of the processing of the images coming from the image processing module.
L?elaboratore verifica istante per istante la posizione occupata dal natante e verifica se il natante mantiene la traiettoria ottimale calcolata. The computer verifies instant by instant the position occupied by the vessel and verifies whether the vessel maintains the calculated optimal trajectory.
Quando viene rilevata una posizione del natante al di fuori dei limiti del percorso ottimale calcolato, scatta un allarme, ad esempio di tipo sonoro. When a vessel position outside the limits of the calculated optimal route is detected, an alarm is triggered, for example of an audible type.
Il tutto si traduce dunque in una schermata video in real time che riceve l?imbarcazione la quale visualizza sul proprio schermo la propria geo-localizzazione rispetto ad un percorso ideale di avvicinamento che ovviamente non ? statico ma pu? modificarsi ed ? dunque dinamico. All this therefore translates into a real-time video screen that receives the boat which displays its geo-location on its screen with respect to an ideal approach path which obviously is not? static but can? change and ? therefore dynamic.
Il percorso ideale pu? essere delimitato da linee di un certo colore e nel caso in cui l?imbarcazione geo-localizzata rispetto a tale percorso fuoriesce dal percorso ottimale, allora si genera un allarme. The ideal path can be delimited by lines of a certain color and if the boat geo-located with respect to this route goes outside the optimal route, then an alarm is generated.
In questo modo l?imbarcazione ha un ausilio per l?approdo che aiuta ad evitare ostacoli fissi o dinamici che possono essere potenzialmente sul percorso di avvicinamento. In this way the boat has a landing aid that helps to avoid fixed or dynamic obstacles that may potentially be in the approach path.
La comprensione della scena inquadrata ? in tempo reale (?real time?). Questo significa che tutti gli oggetti vengono riconosciuti sulla scena in modo continuo. Per cui, se un natante si avvicina nel mio spazio di manovra, il sistema lo rileva e lo segnala. The understanding of the framed scene? in real time (?real time?). This means that all objects in the scene are recognized continuously. Therefore, if a boat approaches in my maneuvering space, the system detects it and signals it.
In una ulteriore variante dell'invenzione si pu? prevedere l'integrazione di ulteriori sensori di prossimit? volti a fornire informazioni di supporto al modulo principale di analisi di immagini in caso di condizioni di scarsa visibilit? dovuta a condizioni atmosferiche o contingenti avverse. In a further variant of the invention it is possible to provide for the integration of additional proximity sensors? aimed at providing support information to the main image analysis module in case of poor visibility conditions? due to adverse weather or contingent conditions.
Claims (8)
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