NL1028841C2

NL1028841C2 - Prognosticeren van de koers van een vaartuig.

Info

Publication number: NL1028841C2
Application number: NL1028841A
Authority: NL
Inventors: Peter Van Veen
Original assignee: Alphatron Marine B V
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-10-24
Also published as: EP1714865A1

Description

Prognosticeren van de koers van een vaartuig | De onderhavige uitvinding betreft het prognosticeren j en bij voorkeur visualiseren, bijvoorbeeld in een ! 5 radarscherm, van een koers, bij voorkeur een oriëntatie, van een vaartuig, zoals een riviervrachtschip, een zeilschip, een oceaanvrachtschip, etc..

Het is in de techniek algemeen bekend, dat een schip op koers gehouden wordt op basis van de stuurmanskunsten van 10 de bemanning van een schip of vaartuig. Echter, daarbij is het veelal, in het bijzonder, doch niet uitsluitend, bij binnenvaart gunstig om een voorspelling te kunnen doen over het effect van stromingen, windsnelheden, koersveranderingen, etc., in het bijzonder zo spoedig mogelijk, nadat dergelijke 15 verschijnselen een invloed beginnen te hebben.

De uitvinding is erop gericht om hiervoor een oplossing te bieden.

Aldus wordt volgens de onderhavige uitvinding de oplossing geboden in de vorm van een inrichting volgens 20 conclusie 1, met eventueel een voorkeursuitvoeringsvorm volgens één van de afhankelijke conclusies 2-6, een systeem volgens conclusie 7 en een vaartuig volgens conclusie 8.

Door het gebruik van twee koersmeters op verschillende plaatsen langs de lengte van het vaartuig, kan 25 de koers van elke van deze koersmeters in hoofdzaak onafhankelijk van de andere worden bepaald. Tezamen leveren deze koersmeters signalen, die representatief zijn voor de huidige koers van tenminste twee plaatsen langs de lengte van het schip, op basis waarvan een voorspelling kan worden 30 gedaan over een toekomstige, ofwel geprognosticeerde, positie en oriëntatie van het vaartuig. Daarvoor wordt gebruik gemaakt van rekenmiddelen, die de analoge of digitale signalen van de koersmeters kunnen verwerken. Daarbij worden 1028841 2 de door de koersmeters gemeten koersen van elke koersmeter gebruikt voor het prognosticeren van de positie van elke van de koersmeters na een op voorhand gekozen tijdsverloop. Dit is voor beide koersmeters hetzelfde tijdsverloop. Aldus kan 5 een prognose worden gesteld van de positie en de oriëntatie van het vaartuig na het op voorhand gekozen tijdsverloop, op basis van de voorspelde of geprognosticeerde posities van de afzonderlijke koersmeters en op basis van voorkennis van de plaatsen van die koersmeters langs de lengte van het 10 vaartuig. De aldus geprognosticeerde informatie met betrekking tot de positie en de oriëntatie van het vaartuig kan op diverse manieren worden gebruikt, om het de stuurman van een vaartuig mogelijk te maken inzicht te verkrijgen in de effecten van invloeden, zoals koersveranderingen, 15 stroomsnelheden, windinvloeden, etc..

In een sterk geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm is de inrichting te gebruiken in combinatie met een beeldscherm, bijvoorbeeld een beeldscherm van radarapparatuur, voor het visualiseren van in ieder geval de 20 huidige positie en oriëntatie van een vaartuig ten opzichte van de omgeving daarvan, en dan ook het weergeven op het beeldscherm van toekomstige, geprognosticeerde posities en oriëntaties van het vaartuig, ten opzichte van diezelfde omgeving. Wanneer aldus een stuurman de koers van een 25 vaartuig aanpast, kan hij in zijn radarscherm direct inzage krijgen in het effect van de koersverandering. Ook als de stroomsnelheid verandert, of de windinvloed, kan de stuurman j direct in zijn radarscherm - of enig ander beeldscherm - de j invloed daarvan op de toekomstige positie en oriëntatie van i 30 zijn vaartuig waarnemen. Aldus kan al in een zeer vroeg stadium na een koersverandering, verandering in stroomsnelheid, verandering in weersinvloed, etc., gepaste j 1028841 3 actie worden ondernomen, wanneer de geprognosticeerde positie en oriëntatie van het vaartuig daartoe aanleiding geeft.

Bij voorkeur zijn de rekenmiddelen ingericht voor het bepalen van de tenminste ene geprognosticeerde positie en 5 oriëntatie van het vaartuig ten opzichte van een actuele oriëntatie en positie van het vaartuig op een meetmoment van de koersmeters. Aldus kan gebruik worden gemaakt van actuele informatie over positie en oriëntatie en gelijktijdig van toekomstige, geprognosticeerde informatie over de positie en 10 de oriëntatie van het vaartuig om een referentie te verschaffen, welke effecten koersveranderingen, etc. hebben op de geprognosticeerde positie en oriëntatie, in het bijzonder ten opzichte van een dan geldende positie en oriëntatie.

15 In een sterk geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm kunnen de koersmeters plaatsbepalers omvatten, zoals een GPS-ontvanger. Een GPS-ontvanger is in staat om een momentane positie of plaats te bepalen, en als zodanig moet een kort daaraan voorafgaande plaats worden onthouden, bijvoorbeeld in 20 een geheugen, om uit de informatie van een GPS-ontvanger een koers te kunnen destilleren. Daarbij kunnen wederom de rekenmidde-1 en een rol spelen, wanneer deze zijn ingericht voor het vergelijken van de tenminste ene eerdere positie van telkens van de plaatsbepalers in een actuele positie van 25 eenzelfde van de plaatsbepalers, om daaruit de actuele koers van de betreffende plaatsbepaler te verkrijgen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm kan tevens gebruik worden gemaakt van een derde koersmeter. De derde koersmeter kan een back-up zijn voor tenminste één van de eerste twee l 30 koersmeters, bijvoorbeeld in het geval van het falen van één van deze eerste twee koersmeters. Tevens kan een derde koersmeter een rol spelen als centrale koersmeter, midscheeps van het vaartuig, en bij voorkeur ook tussen de twee eerste 1028841 4 koersmeters in, voor het aan de rekenmiddelen doorgeven van een centrale koers van het midscheepse deel van het vaartuig. Aldus wordt wederom een aanvullende referentie verschaft, ten opzichte waarvan de met de koersmeters bepaalde koersen 5 kunnen worden uitgezet ten opzichte van een centrale koers van het midscheepse deel. Als alternatief kan ook gebruik worden gemaakt van de koers van de brug van het schip, of een willekeurig ander belangrijk referentiepunt met betrekking tot het besturen van het vaartuig.

10 Bij voorkeur wordt door de rekenmiddelen rekening gehouden met de plaatsen van de koersmeters langs de lengte van het vaartuig om op basis van de afstand daartussen een controle uit te voeren op de berekende koersen van elke van de koersmeters. Deze afstand tussen de plaatsen van de 15 koersmeters kan namelijk niet variëren, wanneer de koersmeters vast zijn aangebracht aan het vaartuig op de voorhand bekende plaatsen langs de lengte daarvan. De beperking, dat deze afstand niet kan variëren, levert een controle op voor wat betreft de geprognosticeerde posities 20 van de koersmeters.

Ten slotte betreft de onderhavige uitvinding tevens een uitvoeringsvorm, waarbij de rekenmiddelen zijn ingericht om op basis van de op voorhand bekende plaatsen van de koersmeters langs de lengte van het vaartuig en van de 25 geprognosticeerde plaatsen van de koersmeters, een berekening te verrichten voor de geprognosticeerde posities van de boeg en de plecht, in het bijzonder wanneer de eerste twee koersmeters niet op de boeg en de plecht respectievelijk, maar op enige afstand daarvan, zijn aangebracht. Bij voorkeur 30 worden echter de eerste twee koersmeters dicht bij de boeg en de plecht van het vaartuig geplaatst, om rekencapaciteit en geheugenvermogen te sparen, doch het is vrij eenvoudig hiermee rekening te houden voor een vakman.

1028841 5

Zoals hiervoor reeds is opgemerkt betreft de onderhavige uitvinding tevens een systeem en een vaartuig, waarbij het systeem een inrichting kan omvatten met tevens radarapparatuur met een beeldscherm. Het beeldscherm kan 5 dienen voor het binnen een bereik om het vaartuig heen j visualiseren van de omgeving van het vaartuig. Tussen de | inrichting en de radarapparatuur kan dan een koppeling zijn aangebracht voor het op het beeldscherm visualiseren van de ene geprognosticeerde positie en oriëntatie van het vaartuig, 10 zodat in het zichtveld van het op het radarbeeldscherm geprojecteerd bereik om het vaartuig heen, ook de geprognosticeerde positie en oriëntatie van het vaartuig kunnen worden weergegeven. Aldus is snel en duidelijk weer te geven op welke wijze de positie en oriëntatie en dus de koers 15 van het schip worden beïnvloed door koersveranderingen, stromingen en windinvloeden. Een vaartuig kan zijn uitgerust met een inrichting volgens de onderhavige uitvinding en als zodanig dus ook een vaartuig volgens de onderhavige uitvinding zijn, waarbij de met de inrichting verkregen 20 gegevens op enigerlei wijze kenbaar kunnen worden gemaakt, zonder enige beperking, aan de stuurman, maar dit gebeurt met voorkeur, doch niet uitsluitend, middels een systeem met een radarbeeldscherm.

Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht 25 aan de hand van de beschrijving van enkele figuren van een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, waarin:

Fig. l een radarbeeld toont in een systeem volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 2 een schematische weergave toont van de 30 invoerparameter, die samenhangen met het in fig. 1 getoonde beeld; 1028841 6

Fig. 3 een tabel toont voor het verkrijgen van het in fig. 1 getoonde beeld op basis van de in fig. 2 getoonde parameters;

Fig. 4A, 4B en 4C een opeenvolging van radarbeelden 5 in de tijd tonen in overeenstemming met fig. 1;

Fig. 5 een ander radarbeeld toont in een systeem volgens de onderhavige uitvinding, dan fig. 1; en

Fig. 6 weer een ander radarbeeld toont.

Fig. 1 toont, in samenhang met fig. 2 en 3, een 10 radarbeeld 1. Daarin is een schip 2 weergegeven in de omgeving daarvan. Zo zijn oevers 3 getoond van een waterweg 4, waarin het schip 2 vaart.

Het schip 2 omvat een achterplecht 5 en een boeg 6.

Op of bij de achterplecht 5 en de boeg 6 zijn koersmeters 15 geplaatst, die kunnen zijn vormgegeven als plaatsbepalers, zoals GPS-ontvangers. Door GPS-ontvangers kunnen plaatsbepalingen worden uitgevoerd, die kunnen worden gerelateerd aan recente, voorgaande plaatsbepalingen om de koers van de achterplecht 5 en de boeg 6 van het schip 2 op 20 enig moment te bepalen. Uit de bepaalde koers kan vervolgens een prognose worden gesteld van de verwachte posities van de achterplecht 5 en de boeg 6.

In het radarbeeld 1 in een systeem volgens de onderhavige uitvinding, zijn de geprognosticeerde plaatsen 25 van de achterplecht 5 en van de boeg 6 op discrete momenten in de toekomst uitgezet in de vorm van stippen 7 voor de achterplecht 5 en stippen 8 voor de boeg 6. Opgemerkt wordt, dat deze stippen 7, 8 met een interpolatieproces tevens in het radarbeeld 1 kunnen worden weergegeven in de vorm van 30 doorgaande, vloeiende lijnen.

De stippen 7, 8 voor respectievelijk de geprognosticeerde posities van de achterplecht 5 en de boeg 6, komen overeen met de verwachte posities van de 1028841 7 achterplecht 5 en de boeg 6 op discrete momenten in de tijd, te weten in de toekomst, vandaar dat het hier een set geprognosticeerde posities van de achterplecht 5 en de boeg 6 betreft, op basis van momentane, koersen van de achterplecht 5 5 en de boeg 6, zoals die zijn, op het moment waarop het radarbeeld 1 wordt gevormd. Dat wil zeggen, dat de geprognosticeerde toekomstige posities 7, 8 van de achterplecht 5 en de boeg 6 niet vast liggen en als er veranderingen optreden in de stroom, windinvloed, of een met 10 het stuur van het vaartuig 2 veranderde koers, ook deze geprognosticeerde posities 7, 8 van de achterplecht 5 en boeg 6 zullen veranderen.

In fig. 2 zijn de momentane koersen van de achterplecht 5 en van de boeg 6 weergegeven. Opgemerkt wordt, 15 dat in fig. 2 tevens nog een derde parameter is weergegeven, en dat is de midscheepse koers, die met een afzonderlijke, aanvullende koersmeter of plaatsbepaler (GPS-ontvanger) kan worden vastgesteld, of met meer voorkeur wordt berekend of verkregen uit de koersen van de koersmeters bij de boeg 6 en 20 de achterplecht 5. Op basis van de drie parameters, die in fig. 2 zijn weergegeven, kunnen de toekomstige posities van de achterplecht 5 en de boeg 6 worden berekend, en dat gebeurt in de hier getoonde uitvoeringsvorm in een tabel, zoals die in fig. 3 is getoond. Daarbij wordt in de 25 berekeningen, die leiden tot de in fig. 3 getoonde waardes, rekening gehouden met de parameters in fig. 2, die door de koersmeters of plaatsbepalers worden verschaft aan rekenmiddelen, die vervolgens dienen om de in fig. 3 getoonde waardes in de tabel te berekenen.

30 De meest linker kolom van de tabel in fig. 3 betreft een progressie in de tijd. De geprognosticeerde posities van de achterplecht 5 en van de boeg 6, die in de tabel worden berekend, strekken zich tot 185 sec. in de toekomst uit.

1028841 8

In fig. 2 zijn drie parameters gegeven, te weten verplaatsing van de boeg 6 in de X-richting, daaronder verplaatsing van het vaartuig in de Y-richting, en daar weer onder verplaatsing van de achterplecht in de X-richting.

5 Daaruit worden twee waardes berekend, te weten de verplaatsing van de boeg 6 in de Y-richting en de rotatie van het vaartuig 2, op basis van de in fig. 2 getoonde parameters. Daarbij wordt de verplaatsing van de boeg 6 in de X-richting aangeduid als K, verplaatsing van het vaartuig 2 10 in de Y-richting aangeduid als L, en verplaatsing van de achterplecht 5 in de X-richting als M. Daarbij kan tevens rekening worden gehouden met de lengte van het schip, die wordt aangeduid als N.

De verplaatsing van de boeg in de Y-richting A wordt 15 als volgt berekend: A = L-N+(Na2-(K-M)a2)a0.5 (1)

Daarmee is ook de rotatie van het schip in graden B 20 te berekenen als: B = ATAN((K-M)/(A+N-L)) (2)

Opgemerkt wordt, dat de rotatie B van het schip per 25 seconde is, en dat (rekening houdend met afrondingsfouten) de progressieve rotatie van het schip is uiteengezet in de tweede kolom van de tabel van fig. 3 op basis van de volgende formule: 30 C[t] = C [t-1] + B (3)

Daaropvolgend kunnen de X-coördinaat D en Y-coördinaat E van de boeg 6 van het schip 2 op een willekeurig 1028841 9 moment t iteratief worden bepaald aan de hand van de volgende formules: D [t ] = D [ t — 1 ] + K*COS(C[t-l] ) + A*SIN(C[t-l] ) (4) 5 E [t] = Ett-1] + A*COS(C[t-l] ) - K*SIN(C [t-1] ) (5)

Tevens kunnen de X-coördinaat F en de Y-coördinaat G van de achterplecht 5 van het schip 2 op een willekeurig 10 moment t iteratief worden bepaald aan de hand van de hiernavolgende formules: F[t] = F[t-1] + M*C0S(C [t-1]) + L*SIN(C[t-1]) (6) 15 G [t] = G [t-1] + L*COS (C [t-1] ) - M*SIN (C [t-1] ) (7)

Dan is verder nog mogelijk om een controle te verrichten, dat de berekeningen en prognoses een juist resultaat hebben opgeleverd, door middel van de 20 hiernavolgende formule voor het berekenen van de afstand tussen de koersmeters of plaatsbepalers (GPS-ontvangers) bij de achterplecht 5 en de boeg 6: H [t ] = ( (D[t]-F[t] )A2+(E[t] -G[t] )a2) a0.5 (8) 25

Deze waarde van H[t] is opgegeven in de meest rechter kolom van de tabel in fig. 3 en dient te alle tijden overeen te komen met de lengte van de afstand tussen de plaatsbepalers, die op voorhand bekend is. Indien hier 30 ongelijkheid is, is er sprake van een fout, en deze kan aan een gebruiker van het systeem worden medegedeeld.

Het zal duidelijk, dat als in de parameters uit fig.

2 een waarde K, L of M verandert, daarmee tevens de waarde 1028841 10 van de rotatie van het schip B wordt gevarieerd, en dat op basis daarvan alle waardes C in de tabel ook een verandering ondergaan. Aldus heeft een dergelijke parameterverandering ook direct invloed op de X-coördinaat van de boeg D, de Y-5 coördinaat van de boeg E, de X-coördinaat van de achterplecht F en de Y-coördinaat van de achterplecht G, hetgeen zijn weerslag in de in de tabel van fig. 3 berekende waardes.

Aldus kan een totaal ander traject worden verkregen met andere uitgangswaardes van de parameters K, L en M, die 10 met de plaatsbepalers (GPS-ontvangers) bij de achterplecht 5 en de boeg 6 van het schip kunnen worden ingegeven.

Dergelijke andere trajecten zijn bijvoorbeeld weergegeven in fig. 5 en 6, doch zonder tabel als die van fig. 3, maar met een met fig. 2 overeenkomende aanduiding van de parameters K, 15 L en M.

In fig. 4A, 4B en 4C is overigens ook getoond, op welke manier het radarbeeld 1 van fig. 1 in de tijd verandert, waarbij dezelfde sets stippen 7, 8 als in fig. 1 zijn afgebeeld. Het zal duidelijk zijn, dat de weergave van 20 de omgeving verandert, en dat telkens het schip 2 centraal staat in de weergave op het radarscherm, en dat het schip daarbij een traject doorloopt, zoals dat in fig. 1 ook is weergegeven, mits de parameters K, L en M niet veranderen.

Ten overvloede wordt nog opgemerkt, dat in de weergaven van 25 fig. 4A, 4B en 4C ook nog stippen 7, 8 staan, die

overeenkomen met posities van de achterplecht 5 en de boeg 6 uit het verleden, ten opzichte van het moment, waarop de beelden fig. 4A, 4B en 4C worden gegenereerd, doch dit is I

gedaan voor de duidelijkheid en om te tonen op welke manier 30 in de tijd de beelden kunnen veranderen, zonder het geprognosticeerde traject van het schip 2 aan te tasten, voor zover de parameters K, L en M niet variëren.

1028841 11 ί

Opgemerkt wordt, dat de koersmeters of plaatsbepalers (GPS-ontvangers) bij de achterplecht 5 en de boeg 6 ook op afstand van de achterplecht 5 en de boeg 6 kunnen zijn gelegen. Het is dan vrij eenvoudig om hiermee rekening te 5 houden bij het uitzetten van de koersen van de achterplecht 5 en de boeg 6 in het radarbeeld 1 van b.v. fig. 1. Dit wordt als eenvoudig aangemerkt, omdat als de oriëntatie van het schip 2 op enig moment bekend is aan de hand van de geprognosticeerde posities van de koersmeters, de posities 10 van de achterplecht 5 en de boeg 6 eenvoudig te berekenen zijn op basis van de dan bekende oriëntatie van het schip en de afstand van de koersmeters ten opzichte van de bijbehorende achterplecht 5 en boeg 6.

Opgemerkt wordt, dat na kennisneming van de 15 voorgaande beschrijving van een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, zich vele alternatieve en aanvullende uitvoeringsvormen aan de vakman zullen opdringen, die alleen niet zijn gelegen binnen de beschermingsomvang volgens de bijgevoegde conclusies, als dergelijke uitvoeringsvormen in 20 tegenspraak zijn met de aldus in de conclusies gegeven definities en/of de essentie of geest daarvan. Zo is het mogelijk, dat nog meer koersmeters worden toegepast dan twee of drie, en kunnen andere visualiseringsmiddelen worden gebruikt dan een radarscherm, maar het geïntegreerd 25 implementeren van de onderhavige uitvinding in een radarapparaat met beeldscherm verdient wel grote voorkeur.

1028841

Claims

1. Inrichting voor het prognosticeren van althans de oriëntatie van een vaartuig, omvattende: 5. ten minste twee koersmeters op verschillende plaatsen langs de lengte van het vaartuig; - rekenmiddelen welke zijn verbonden met de koersmeters voor het op basis van door de koersmeters gemeten koersen van elke van de koersmeters genereren van ten minste één 10 geprognosticeerde positie van elke van de koersmeters na een op voorhand gekozen tijdsverloop, en voor het op basis van voorkennis van de posities van de koersmeters langs de lengte van het vaartuig bepalen van ten minste één geprognosticeerde positie en oriëntatie van het vaartuig.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de rekenmiddelen zijn ingericht voor het bepalen van de ten minste ene geprognosticeerde positie en oriëntatie van het vaartuig ten opzichte van een actuele oriëntatie en positie van het vaartuig op een meetmoment van de koersmeters.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de koersmeters plaatsbepalers omvatten, zoals GPS-ontvangers, verder omvattende ten minste één geheugen voor het behoud van ten minste één eerdere positie van elke van de plaatsbepalers, en waarbij de rekenmiddelen zijn ingericht 25 voor het vergelijken van de ten minste ene eerdere positie van telkens één van de plaatsbepalers en een actuele positie van eenzelfde van de plaatsbepalers om daaruit de actuele koers van de betreffende plaatsbepaler te verkrijgen.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, verder 30 omvattende ten minste één derde koersmeter, waarbij de derde koersmeter er één is uit de groep, welke omvat: een back-up van ten minste één van de eerste twee koersmeters; en een aanvullende centrale koersmeter, welke midscheeps van het 1 0 28 8 . vaartuig is gepositioneerd voor het aan de rekenmiddelen doorgeven van een centrale koers van het midscheepse deel van het vaartuig, etcetera.

5. Inrichting volgens ten minste één van de 5 voorgaande conclusies, waarbij de rekenmiddelen zijn ingericht om op basis van de op voorhand bekende plaatsen van de koersmeters langs de lengte van het vaartuig en aldus de afstand daartussen een controle op de betrouwbaarheid van de ten minste ene geprognosticeerde positie van elke van de 10 koersmeters ten opzichte van elkaar te verrichten.

6. Inrichting volgens ten minste een van de voorgaande conclusies, waarbij de rekenmiddelen zijn ingericht om op basis van de op voorhand bekende plaatsen van de koersmeters langs de lengte van het vaartuig en van de 15 geprognosticeerde plaatsen van de koersmeters geprognosticeerde posities van de boeg en de plecht te genereren.

7. Systeem, omvattende: een inrichting volgens ten minste één van de voorgaande conclusies 1-6; en 20 radarapparatuur met een beeldscherm voor het binnen een bereik om het vaartuig heen visualiseren van de omgeving van het vaartuig, verder omvattende een koppeling tussen de inrichting en de radarapparatuur voor het op het beeldscherm van de radarapparatuur visualiseren van de ten minste ene 25 geprognosticeerde positie en oriëntatie van het vaartuig.

8. Vaartuig, omvattende een drijflichaam, zoals een romp, en een actieve aandrijving als een motor of passieve aandrijving als een zeil, en een inrichting volgens ten minste één van de voorgaande conclusies 1-6 of een systeem 30 volgens conclusie 7. 1 02884 i