專(zhuān)利名稱(chēng)：船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶安全航行技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可以實(shí)時(shí)顯示船舶姿態(tài)，能夠?yàn)榇昂Ｉ习踩鳂I(yè)提供可靠數(shù)據(jù)支持的船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入和對(duì)外經(jīng)濟(jì)交流的加強(qiáng)，船舶運(yùn)輸業(yè)作為國(guó)際貿(mào)易貨物流通的主要渠道，得到了迅猛的發(fā)展。由于船舶運(yùn)輸業(yè)對(duì)大型船艦的需求，伴隨著造船技術(shù)的不斷進(jìn)步，船舶大型化已經(jīng)成為船舶發(fā)展的趨勢(shì)。大型船舶載重大、吃水深、尺度長(zhǎng)、沖程大、慣性大,受海風(fēng)、海浪等因素干擾較大，其干擾反應(yīng)較小型船舶來(lái)的更為強(qiáng)烈。受海風(fēng)、海浪等環(huán)境因素干擾，大型船舶的操縱性能下降，航行姿態(tài)發(fā)生變化，穩(wěn)定性變差，不可避免地產(chǎn)生搖擺，尤其在惡劣的海況條件下，對(duì)船舶的海上作業(yè)造成很大的安全隱患。大量的海損事故顯示，大型船舶在波浪水域航行，船舶搖擺是發(fā)生事故的主要原因。最近幾年，我國(guó)發(fā)生多起大型船舶在大風(fēng)浪中船沉人亡的惡性事故。發(fā)生沉船事故不僅使國(guó)家財(cái)產(chǎn)遭受到損失，而且，造成大量人員傷亡；另一方面，大型船舶在海面上受到大風(fēng)浪影響產(chǎn)生各種搖蕩運(yùn)動(dòng)，會(huì)對(duì)船上設(shè)備的使用、適居性、適航性及安全性等帶來(lái)不利影響。為了保證大型船舶的航行安全，了解當(dāng)前船舶的姿態(tài)，目前國(guó)內(nèi)常用一種傾斜儀設(shè)備來(lái)顯示船舶橫搖姿態(tài)，而縱搖姿態(tài)則沒(méi)有專(zhuān)門(mén)顯示設(shè)備。傾斜儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較`低，特別是在惡劣海況下作業(yè)時(shí)，傾斜儀無(wú)法為用戶(hù)提供精準(zhǔn)的搖擺信息，難以用于人員作業(yè)指導(dǎo)，甚至?xí)尯胶Ｈ藛T產(chǎn)生誤判。因此，目前迫切需要一種能夠?qū)Υ爱?dāng)前姿態(tài)進(jìn)行快速、全面、準(zhǔn)確的測(cè)量的船舶姿態(tài)顯示方法。中國(guó)專(zhuān)利授權(quán)公開(kāi)號(hào)CN202511787U，授權(quán)
公開(kāi)日2012年10月31日公開(kāi)了一種船舶水平姿態(tài)儀，包括單片機(jī)、液晶顯示器、按鍵、通信電平轉(zhuǎn)換模塊、重力加速度傳感器、蜂鳴器和穩(wěn)壓電源模塊，單片機(jī)引腳上的信號(hào)線(xiàn)分別與液晶顯示器、按鍵、通信電平轉(zhuǎn)換模塊、重力加速度傳感器、蜂鳴器相連接；穩(wěn)壓電源模塊通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)、液晶顯示器、通信電平轉(zhuǎn)換模塊、重力加速度傳感器、蜂鳴器相連接，并對(duì)其供電。該實(shí)用新型只用加速度傳感器采集數(shù)據(jù)，具有采集的數(shù)據(jù)參數(shù)單一，顯示的船舶水平姿態(tài)精度低、可靠性差的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的傾斜儀精度低，特別是在惡劣海況下作業(yè)時(shí)，傾斜儀無(wú)法為用戶(hù)提供精準(zhǔn)的搖擺信息，難以用于人員作業(yè)指導(dǎo)，甚至?xí)尯胶Ｈ藛T產(chǎn)生誤判的不足，提供了一種可以實(shí)時(shí)顯示船舶姿態(tài)，能夠?yàn)榇昂Ｉ习踩鳂I(yè)提供可靠數(shù)據(jù)支持的船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，所述船舶的船體上設(shè)有第一微處理器和分別與第一微處理器相連接的衛(wèi)星定位儀、三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、計(jì)算機(jī)和與計(jì)算機(jī)電連接的顯示屏；第一微處理器與計(jì)算機(jī)電連接；三軸地磁傳感器設(shè)于船體的甲板中部；包括如下步驟:
(1-1)在計(jì)算機(jī)中預(yù)先構(gòu)建船舶透視模型，并根據(jù)橫搖角度和縱搖角度及船舶透視模型得到若干個(gè)船舶透視圖像；將每種船舶透視圖像及與其相對(duì)應(yīng)的一組由縱搖角及橫搖角構(gòu)成的查詢(xún)參數(shù)存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)中；預(yù)先在計(jì)算機(jī)中設(shè)定縱搖角及橫搖角的范圍；
(1-2)分別打開(kāi)第一微處理器、衛(wèi)星定位儀、三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、計(jì)算機(jī)和顯示屏的電源，各設(shè)備開(kāi)始工作；
(1-3)衛(wèi)星定位儀獲得當(dāng)前位置的定位數(shù)據(jù)信息，并將定位數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降谝晃⑻幚砥鲀?nèi)，第一微處理器將接收到的定位數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)至第一微處理器的第一寄存器中；(1-4)第一微處理器接收到定位數(shù)據(jù)信息后，第一微處理器開(kāi)始處理三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器檢測(cè)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度、角速度和線(xiàn)加速度的數(shù)據(jù)，得到船體的航向角、縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)；
(1-5)第一微處理器進(jìn)行真北航向角的計(jì)算，第一微處理器將船體的真北航向角、縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)中；
(1-6)計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)在硬盤(pán)中查詢(xún)船舶透視圖像，并將船舶透視圖像顯示在顯示屏上；
(1-7)當(dāng)船舶位置變化后，計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到新的縱搖角及橫搖角態(tài)數(shù)據(jù)，查詢(xún)相應(yīng)的船舶透視圖像。本發(fā)明的船舶姿態(tài)顯示方法不僅要測(cè)量船舶橫搖姿態(tài)，還要對(duì)當(dāng)前船舶的縱搖、航向等船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，并能將測(cè)得的姿態(tài)數(shù)據(jù)直觀顯示出來(lái)，為船舶姿態(tài)的控制操作提供參考，保證船舶海上作業(yè)的安全性。并且，本發(fā)明的船舶姿態(tài)的顯示方法還可以在船舶進(jìn)行貨物裝載時(shí)提供安全支持。大型貨輪進(jìn)行貨物裝載時(shí)，保證貨輪的平衡對(duì)貨輪的安全具有極大意義。大型貨輪載重大，吃水深，貨物裝載量大，在貨物裝載過(guò)程中，需要保證貨輪的平穩(wěn)，若貨物裝載過(guò)程中未能保證船舶的平穩(wěn)，易造成貨輪失去平衡，發(fā)生事故。本方法可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶姿態(tài)，快速了解當(dāng)前船舶姿態(tài)，便于船舶工作人員制定工作安排；利于工作人員展開(kāi)作業(yè)；易于工作人員及時(shí)對(duì)作業(yè)過(guò)程做出調(diào)整，保證船舶的平穩(wěn)，大大增加了作業(yè)的安全性。作為優(yōu)選，所述步驟(1-1)還包括如下步驟:
將船舶透視模型分為6個(gè)部分，分別為左前部、右前部、左中部、右中部、左后部和右后部，根據(jù)船舶的縱搖角度和橫搖角度構(gòu)建透視圖像；
當(dāng)橫搖角度為0°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的左前部、右前部填充紅色，得到船舶前傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)橫搖角度為0°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左后部和右后部填充紅色，得到船舶后傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)縱搖角度為0°并且-30° (橫搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的右前部、右中部和右后部填充紅色，得到船舶右傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)縱搖角度為0°并且0° <橫搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左前部、左中部和左后部填充紅色，得到船舶左傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)-30° (橫搖角度〈0°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的右前部填充紅色，得到船舶右前傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)-30° <橫搖角度〈0°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的右后部填充紅色，得到船舶右后傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)0° <橫搖角度(30°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的左前部填充紅色，得到船舶左前傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)0° <橫搖角度(30°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左后部填充紅色，得到船舶左后傾姿態(tài)透視圖像。作為優(yōu)選， 還包括如下步驟:
(3-1)預(yù)先在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建一個(gè)羅盤(pán)背景圖像，將其存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)內(nèi)的硬盤(pán)中；
(3-2)計(jì)算機(jī)讀取船舶透視圖像，根據(jù)顯示屏的屏幕尺寸調(diào)整圖像比例，將船舶圖像中心與屏幕中心重合，將羅盤(pán)背景圖像在屏幕中進(jìn)行顯示；
(3-3)以羅盤(pán)背景圖像中心處為原點(diǎn)構(gòu)建局部平面坐標(biāo)系(X-Y)，沿屏幕從左到右方向?yàn)閅軸,沿屏眷從下往上方向?yàn)閄軸；
(3-4)根據(jù)真北航向角，將船舶透視圖像向Y軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，同時(shí)在圖像上方顯示真北航向角數(shù)據(jù)；
(3-5)接收到新的真北航向角數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)新的真北航向角數(shù)據(jù)，重新將船舶透視圖像向Y軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，同時(shí)在圖像上方顯示航向角數(shù)據(jù)。作為優(yōu)選，所述計(jì)算機(jī)與報(bào)警器電連接，報(bào)警器包括報(bào)警燈和報(bào)警喇叭；還包括如下步驟:
計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)，判斷船舶是否超過(guò)預(yù)設(shè)的縱搖角及橫搖角；當(dāng)船舶的縱搖角及橫搖角中的至少一個(gè)不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警器的喇叭及報(bào)警燈發(fā)出聲、光警示
曰 作為優(yōu)選，縱搖角的范圍為-30°至30°。作為優(yōu)選，橫搖角的范圍為-30°至30°。因此，本發(fā)明具有如下有益效果:(1)測(cè)量的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確；(2)測(cè)量的數(shù)據(jù)更全面；
(3)可實(shí)時(shí)顯示船舶姿態(tài)，為船舶航行、裝卸貨物和進(jìn)港等提供安全支持；(4)電子羅盤(pán)可用于航向顯示，當(dāng)裝置發(fā)生傾斜時(shí)也可正常工作，進(jìn)一步提高了船舶航行的安全性和可靠性。


圖1是本發(fā)明的一種原理框 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的一種流程 圖3是本發(fā)明的一種船舶透視模型示意圖。圖中:第一微處理器1、衛(wèi)星定位儀2、三軸地磁傳感器3、三軸陀螺儀4、三軸加速度傳感器5、計(jì)算機(jī)6、顯示屏7、報(bào)警器8。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。如圖1所示的實(shí)施例是一種船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，所述船舶的船體上設(shè)有第一微處理器I和分別與第一微處理器相連接的衛(wèi)星定位儀2、三軸地磁傳感器3、三軸陀螺儀4、三軸加速度傳感器5、計(jì)算機(jī)6和與計(jì)算機(jī)電連接的顯示屏7 ;第一微處理器與計(jì)算機(jī)電連接；三軸地磁傳感器設(shè)于船體的甲板中部；計(jì)算機(jī)與報(bào)警器8電連接，報(bào)警器包括報(bào)警燈和報(bào)警喇叭。如圖2、圖3所示，包括如下步驟:
步驟100，在計(jì)算機(jī)中預(yù)先構(gòu)建船舶透視模型，將船舶透視模型分為6個(gè)部分，分別為左前部、右前部、左中部、右中部、左后部和右后部，根據(jù)船舶的縱搖角度和橫搖角度構(gòu)建船舶透視圖像；
當(dāng)縱搖角度為0°并且0° <橫搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左前部、左中部和左后部填充紅色，得到船舶左傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)-30° (橫搖角度〈0°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的右前部填充紅色，得到船舶右前傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)-30° <橫搖角度〈0°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的右后部填充紅色，得到船舶右后傾姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)0° <橫搖角度(30°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的左前部填充紅色，得到船舶左前傾 姿態(tài)透視圖像；
當(dāng)0° <橫搖角度(30°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左后部填充紅色，得到船舶左后傾姿態(tài)透視圖像。將8種船舶姿態(tài)透視圖像及與其相對(duì)應(yīng)的一組由縱搖角及橫搖角構(gòu)成的查詢(xún)參數(shù)存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)中；預(yù)先在計(jì)算機(jī)中設(shè)定縱搖角及橫搖角的范圍；當(dāng)縱搖角及橫搖角中的至少一個(gè)不在-30°至30°范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警器發(fā)出聲、光報(bào)警信息；
步驟200，分別打開(kāi)第一微處理器、衛(wèi)星定位儀、三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、計(jì)算機(jī)和顯示屏的電源，各設(shè)備開(kāi)始工作；
步驟300，假設(shè)衛(wèi)星定位儀獲得當(dāng)前位置A的定位數(shù)據(jù)信息為經(jīng)度:120.1997緯度:30.2176。定位數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降谝晃⑻幚砥鲀?nèi)，第一微處理器將接收到的定位數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)至第一微處理器的第一寄存器中；
步驟400，第一微處理器接收到定位數(shù)據(jù)信息后，第一微處理器開(kāi)始處理三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器檢測(cè)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度(Hx、Hy、Hz),角速度(gx、gy、gz)和線(xiàn)加速度(ax、ay、az)的數(shù)據(jù)，得到船體的航向角、縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)；
此處使用三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，加速度計(jì)測(cè)量三維坐標(biāo)中三軸的加速度值；陀螺儀測(cè)量沿三軸旋轉(zhuǎn)的角速度值。在測(cè)量船舶姿態(tài)角度過(guò)程中，準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)地獲得船舶的姿態(tài)角度，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。盡管單一的電系統(tǒng)傳感器就可以單獨(dú)進(jìn)行姿態(tài)角度測(cè)量，但是其準(zhǔn)確性主要取決于慣性器件的精度，單從改善硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝方面很難有大幅度的提高，并且系統(tǒng)誤差會(huì)隨時(shí)間積累，不適用于長(zhǎng)時(shí)間載體姿態(tài)的確定。所以，使用單一傳感器難以得到相對(duì)真實(shí)的姿態(tài)角度。出于對(duì)姿態(tài)角度測(cè)量準(zhǔn)確性的考慮，采用對(duì)多傳感器信號(hào)進(jìn)行融合處理的方法，來(lái)獲得最優(yōu)姿態(tài)角度。采用一階互補(bǔ)濾波的方法進(jìn)行信號(hào)融合處理，獲得最優(yōu)姿態(tài)角度。其優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算量較小，可以運(yùn)行在小型微處理器中，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。首先，測(cè)得陀螺儀X軸的靜態(tài)飄移值Gry_0fTSet_X，測(cè)量方法是:將陀螺儀敏感軸水平放置靜止時(shí)的讀數(shù)，此處將零點(diǎn)偏移值是水平、垂直、倒置，分別取1024次，作平均值得到結(jié)果:
Gry_offset_X = 45。同理，測(cè)得陀螺儀X軸的靜態(tài)飄移值Gry_offset_Y:
Gry—offset—Y = 271。通過(guò)查詢(xún)官方數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)算陀螺儀比例值Gyr_Gain:
Gyr_Gain = 1/131 = 0.00763。通過(guò)查詢(xún)官方數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)算加 速度計(jì)比例值A(chǔ)CC_Gain:
ACC_Gain = 1/16384 = 0.000061。設(shè)定一階互補(bǔ)濾波權(quán)重取值K_x = 0.715 ；K_y = 1.3。讀取六軸讀數(shù)；角速度數(shù)據(jù)(陀螺儀數(shù)據(jù))讀數(shù)分別為:7、62、80 ;加速度數(shù)據(jù)讀數(shù)分別為:8497,4554,13233 ；
根據(jù)加速度計(jì)讀數(shù)，將Y軸的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為加速度(g):
Y_Accelerometer = ay * ACC_Gain;
故 Y_Accelerometer = 0.277794
根據(jù)加速度計(jì)讀數(shù)，將Z軸的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為加速度(g):
Z_Accelerometer = az * ACC_Gain;
故 Z_Accelerometer =0.807213
根據(jù)加速度計(jì)讀數(shù)，將X軸的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為加速度(g):
X_Accelerometer = ax * ACC_Gain;
故 X_Accelerometer = 0.518317
通過(guò)加速度儀獲得相對(duì)于Z-X面的角度值angleA_X:
angleA_X= arctan(Y_Accelerometer/ Z_Accelerometer)* (180)/ n ；
故 angleA_X = 1088.068。
通過(guò)加速度儀獲得相對(duì)于Z-Y面的角度值angleA_Y:
angleA_Y= arctan(X_Accelerometer/ Z_Accelerometer)* (180)/ n ；
故 angleA_Y= 1873.848°
陀螺儀X軸通過(guò)靜態(tài)誤差修正后的角速度讀數(shù): gx _revised = gx + Gry_offset_X;
故 gx _revised = 52 ；
陀螺儀Y軸通過(guò)靜態(tài)誤差修正后的角速度讀數(shù): gy _revised = gy + Gry_offset_Y;
故 gy _revised = 333
陀螺儀X軸修正后的角速度讀數(shù)轉(zhuǎn)換為向前的角速度(° /s):omega—X= Gyr—Gain* gs —revised;
故 omega—X= 0.39676 (° /s)
陀螺儀Y軸修正后的角速度讀數(shù)轉(zhuǎn)換為向前的角速度(° /s): omega—Y= Gyr—Gain* gy —revised; 2.54079 故 omega—Y=2.54079 (° /s)
計(jì)算時(shí)間的微分值dt:
dt =當(dāng)前時(shí)間-上一次采樣時(shí)間；(單位:秒)
設(shè)置陀螺儀、加速度計(jì)的更新率為50hz，采樣間隔為0.02s。dt = 0.02s。 通過(guò)陀螺儀X軸算得的計(jì)算角度:
陀螺儀X軸在采樣時(shí)間內(nèi)的角度: angle_dt—X = omega—X * dt;
故 angle—dt—X = 0.0079352°
通過(guò)陀螺儀Y軸算得的角速度計(jì)算角度:
陀螺儀Y軸在采樣時(shí)間內(nèi)的角度: angle—dt—Y = omega—Y * dt; 0.0508158 故 angle—dt—Y = 0.0508158°
開(kāi)始進(jìn)行融合濾波: angle_Xn = angle_Xn_1 + (Gyr_Gain 氺(gx + Gry_offset_X))氺 dt; angle_Y n =angle_Y n_: + (Gyr_Gain 氺(gy + Gry_offset_Y)) * dt;
由于初始 angle_Xn_!> angle_Y n_:為 0,此處 angle_Xn、angle_Y n 等于 0.0079352。與
0.0508158° 。計(jì)算陀螺儀的權(quán)值-X軸角度值:A_X= K_x/ (K_x+ dt);
A_X=0.986
計(jì)算陀螺儀的權(quán)值:Y軸角度值:A_Y= K_y/ (K_y+ dt);
A_Y=0.985
進(jìn)行一階互補(bǔ)濾波，輸出值為角度(單位:° ):
angle_X= A_X* (angle_X+ omega_X* dt)+ (1_A_X)* angleA_X;
angle_Y= A_Y*(angle_Y+omega_Y*dt)+(1_A_Y)*angleA_Y;
得到的縱搖角與橫搖角的值:
縱搖角:angle_X = 15.24。，橫搖角:angle_Y = 28.16。。地磁數(shù)據(jù)Hx、Hy、Hz 讀數(shù)分別為:30、-236、-447 ；
使用下式將磁阻傳感器的測(cè)量值從載體投影至地平面，
權(quán)利要求
1.一種船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，所述船舶的船體上設(shè)有第一微處理器(I)和分別與第一微處理器相連接的衛(wèi)星定位儀(2)、三軸地磁傳感器(3)、三軸陀螺儀(4)、三軸加速度傳感器(5)、計(jì)算機(jī)(6)和與計(jì)算機(jī)電連接的顯示屏(7);第一微處理器與計(jì)算機(jī)電連接；三軸地磁傳感器設(shè)于船體的甲板中部；其特征是，包括如下步驟: (1-1)在計(jì)算機(jī)中預(yù)先構(gòu)建船舶透視模型，并根據(jù)橫搖角度和縱搖角度及船舶透視模型得到若干個(gè)船舶透視圖像；將每種船舶透視圖像及與其相對(duì)應(yīng)的一組由縱搖角及橫搖角構(gòu)成的查詢(xún)參數(shù)存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)中；預(yù)先在計(jì)算機(jī)中設(shè)定縱搖角及橫搖角的范圍； (1-2)分別打開(kāi)第一微處理器、衛(wèi)星定位儀、三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、計(jì)算機(jī)和顯示屏的電源，各設(shè)備開(kāi)始工作； (1-3)衛(wèi)星定位儀獲得當(dāng)前位置的定位數(shù)據(jù)信息，并將定位數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降谝晃⑻幚砥鲀?nèi)，第一微處理器將接收到的定位數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)至第一微處理器的第一寄存器中；(1-4)第一微處理器接收到定位數(shù)據(jù)信息后，第一微處理器開(kāi)始處理三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器檢測(cè)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度、角速度和線(xiàn)加速度的數(shù)據(jù)，得到船體的航向角、縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)； (1-5)第一微處理器進(jìn)行真北航向角的計(jì)算，第一微處理器將船體的真北航向角、縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)中； (1-6)計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)在硬盤(pán)中查詢(xún)船舶透視圖像，并將船舶透視圖像顯示在顯示屏上； (1-7)當(dāng)船舶位置變化后，計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到新的縱搖角及橫搖角數(shù)據(jù)，查詢(xún)相應(yīng)的船舶透視圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，其特征是，所述步驟(1-1)還包括如下步驟: 將船舶透視模型分為6個(gè)部分，分別為左前部、右前部、左中部、右中部、左后部和右后部，根據(jù)船舶的縱搖角度和橫搖角度構(gòu)建透視圖像； 當(dāng)橫搖角度為0°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的左前部、右前部填充紅色，得到船舶前傾姿態(tài)透視圖像； 當(dāng)橫搖角度為0°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左后部和右后部填充紅色，得到船舶后傾姿態(tài)透視圖像； 當(dāng)縱搖角度為0°并且-30° (橫搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的右前部、右中部和右后部填充紅色，得到船舶右傾姿態(tài)透視圖像； 當(dāng)縱搖角度為0°并且0° <橫搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左前部、左中部和左后部填充紅色，得到船舶左傾姿態(tài)透視圖像； 當(dāng)-30° (橫搖角度〈0°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的右前部填充紅色，得到船舶右前傾姿態(tài)透視圖像； 當(dāng)-30° <橫搖角度〈0°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的右后部填充紅色，得到船舶右后傾姿態(tài)透視圖像； 當(dāng)0° <橫搖角度(30°并且-30° (縱搖角度〈0°時(shí)，將船舶透視模型的左前部填充紅色，得到船舶左前傾姿態(tài)透視圖像； 當(dāng)0° <橫搖角度(30°并且0° <縱搖角度(30°時(shí)，將船舶透視模型的左后部填充紅色，得到船舶左后傾姿態(tài)透視圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，其特征是，還包括如下步驟: (3-1)預(yù)先在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建一個(gè)羅盤(pán)背景圖像，將其存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)內(nèi)的硬盤(pán)中； (3-2)計(jì)算機(jī)讀取船舶透視圖像，根據(jù)顯示屏的屏幕尺寸調(diào)整圖像比例，將船舶圖像中心與屏幕中心重合，將羅盤(pán)背景圖像在屏幕中進(jìn)行顯示； (3-3)以羅盤(pán)背景圖像中心處為原點(diǎn)構(gòu)建局部平面坐標(biāo)系(X-Y)，沿屏幕從左到右方向?yàn)閅軸,沿屏眷從下往上方向?yàn)閄軸； (3-4)根據(jù)真北航向角，將船舶透視圖像向Y軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，同時(shí)在圖像上方顯示真北航向角數(shù)據(jù)； (3-5)接收到新的真北航向角數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)新的真北航向角數(shù)據(jù)，重新將船舶透視圖像向Y軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，同時(shí)在圖像上方顯示航向角數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，所述計(jì)算機(jī)與報(bào)警器(8)電連接，報(bào)警器包括報(bào)警燈和報(bào)警喇叭；其特征是，還包括如下步驟: 計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)，判斷船舶是否超過(guò)預(yù)設(shè)的縱搖角及橫搖角；當(dāng)船舶的縱搖角及橫搖角中的至少一個(gè)不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警器的喇叭及報(bào)警燈發(fā)出聲、光警示曰
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，其特征是，縱搖角的范圍為-30°至30°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，其特征是，橫搖角的范圍為-30°至30°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種船舶姿態(tài)顯示裝置的顯示方法，所述船舶的船體上設(shè)有第一微處理器和分別與第一微處理器相連接的衛(wèi)星定位儀、三軸地磁傳感器、三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、計(jì)算機(jī)和與計(jì)算機(jī)電連接的顯示屏；第一微處理器與計(jì)算機(jī)電連接；三軸地磁傳感器設(shè)于船體的甲板中部；包括如下步驟在計(jì)算機(jī)中預(yù)先構(gòu)建船舶透視模型，并根據(jù)橫搖角度和縱搖角度及船舶透視模型得到若干個(gè)船舶透視圖像。本發(fā)明具有測(cè)量的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確；測(cè)量的數(shù)據(jù)更全面；可實(shí)時(shí)顯示船舶姿態(tài)，為船舶航行、裝卸貨物和進(jìn)港等提供安全支持；電子羅盤(pán)可用于航向顯示，當(dāng)裝置發(fā)生傾斜時(shí)也可正常工作，進(jìn)一步提高了船舶航行的安全性和可靠性的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B63B39/00GK103241347SQ201310041388
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者周海鋒, 王若愚, 白植湖, 范振華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所北侖科學(xué)藝術(shù)實(shí)驗(yàn)中心