基于氣體分析的船舶控制裝置的制造方法
【專利說明】基于氣體分析的船舶控制裝置
[0001]本發(fā)明是申請?zhí)枮?014103623004、申請日為2014年7月28日、發(fā)明名稱為“基于氣體分析的船舶控制裝置”的專利的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及船舶控制領域，尤其涉及一種基于氣體分析的船舶控制裝置。
【背景技術】
[0003]船舶，即boats and ships，是各種船只的總稱。船舶是能航行或停泊于水域進行運輸或作業(yè)的交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技術性能、裝備和結構型式，是一種主要在地理水中運行的人造交通工具。另外，民用船一般稱為船，軍用船稱為艦，小型船稱為艇或舟，其總稱為艦船或船艇。內(nèi)部主要包括容納空間、支撐結構和排水結構，具有利用外在或自帶能源的推進系統(tǒng)。外型一般是利于克服流體阻力的流線性包絡，材料隨著科技進步不斷更新，早期為木、竹、麻等自然材料，近代多是鋼材以及鋁、玻璃纖維、亞克力和各種復合材料。
[0004]自古以來，船舶的作用主要體現(xiàn)在運輸和作戰(zhàn)兩方面。在運輸方面，船舶分為客運和貨運兩種模式。無論用于哪個方面，船舶的造價都是一個不小的數(shù)目，如果發(fā)生碰撞或其他事故，由于水面交通的特殊性和水面維修作業(yè)的局限性，維修和維護費用同樣不菲。因此，避免事故的發(fā)生是船舶行駛的主要任務之一，尤其在能見度較低的情況下，需要降低船舶的行駛速度，以提供更多反應時間去觀察水面情況，實現(xiàn)水下水面目標的規(guī)避，同時一些船舶的控制室位置較低，需要根據(jù)控制室的空氣情況及時通風或關閉窗戶，為駕駛員提供一個良好的駕駛環(huán)境。現(xiàn)有技術中存在一些預警的船舶控制方案，但都不是基于氣體檢測來進行船舶控制的。
[0005]因此，需要一種基于氣體分析的船舶控制裝置，克服現(xiàn)有船舶控制系統(tǒng)的無法根據(jù)能見度情況及時調(diào)整航速以及無法根據(jù)控制室氣體情況進行通風控制的技術問題，通過實時檢測船舶附近空氣的能見度，設置船舶最大允許行駛速度并進行航速的自動控制，另外通過控制室內(nèi)外PM2.5濃度的分析確定通風策略，避免航運事故的發(fā)生，保證駕駛?cè)藛T的身心健康不受損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于氣體分析的船舶控制裝置，通過引入散射式能見度觀測儀對船舶行駛環(huán)境的能見度進行有效策略，進而自動控制船舶的行駛速度，通過同時引入室內(nèi)PM2.5檢測設備和室外PM2.5檢測設備實現(xiàn)船舶控制室內(nèi)外的空氣環(huán)境的對比，為駕駛員的通風提供重要參考，提高了船舶行駛控制的自動化程度。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于氣體分析的船舶控制裝置，所述船舶控制裝置包括散射式能見度觀測儀、船舶速度測量設備、船舶驅(qū)動設備和主控設備，所述主控設備分別與所述散射式能見度觀測儀、所述船舶速度測量設備和所述船舶驅(qū)動設備連接，根據(jù)所述散射式能見度觀測儀輸出的能見度確定船舶最大允許行駛速度，基于船舶最大允許行駛速度和所述船舶速度測量設備輸出的當前船舶行駛速度，通過所述船舶驅(qū)動設備進行船舶行駛速度的控制。
[0008]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，進一步包括:散射式能見度觀測儀，包括支架、發(fā)射單元、接收單元和控制單元，所述支架固定在船舶船體頂部上，所述發(fā)射單元、所述接收單元和所述控制單元固定在所述支架上，所述控制單元包括微CPU和通信接口，所述發(fā)射單元和所述接收單元相對放置，所述發(fā)射單元采用GaAs紅外LED作為光源發(fā)射散射光，所述接收單元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制單元分別連接所述發(fā)射單元和所述接收單元，所述微CPU根據(jù)發(fā)射散射光的光強和接收散射光的光強計算能見度，所述通信接口連接所述微CPU以輸出能見度；船舶速度測量設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內(nèi)，實時測量并輸出當前船舶行駛速度；船舶驅(qū)動設備，安裝在船舶船體后端底艙內(nèi)，包括可逆轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機、由可逆轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機所驅(qū)動的分級減速齒輪系、控制可逆轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機與分級減速齒輪系接觸或脫離的摩擦式離合器、驅(qū)動帶有固定槳葉的螺旋槳軸和使得螺旋槳軸減速并保持不動的摩擦式制動器，其中船舶的加速和減速是通過可逆轉(zhuǎn)內(nèi)燃發(fā)動機對螺旋槳的旋轉(zhuǎn)的速度和方向進行作用而控制的，控制時需要離合器與制動器的組合或相繼的操作；室內(nèi)PM2.5檢測設備，安裝在控制室內(nèi)，采用內(nèi)置的濾膜在線采樣器對控制室內(nèi)顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室內(nèi)PM2.5濃度輸出；室外PM2.5檢測設備，安裝在船舶船體上，采用內(nèi)置的濾膜在線采樣器對控制室外大氣中顆粒物進行分析，檢測出其中的PM2.5細顆粒物的濃度，并作為室外PM2.5濃度輸出；主控設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內(nèi)，分別連接所述散射式能見度觀測儀、所述船舶速度測量設備、所述船舶驅(qū)動設備、所述室內(nèi)PM2.5檢測設備和所述室外PM2.5檢測設備，根據(jù)接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度，在當前船舶行駛速度超出船舶最大允許行駛速度時，發(fā)出船舶超速提示信號，并控制船舶驅(qū)動設備減速直到當前船舶行駛速度小于或等于船舶最大允許行駛速度，同時，在室內(nèi)PM2.5濃度大于室外PM2.5濃度時，發(fā)出控制室開窗提示信號，在室內(nèi)PM2.5濃度小于室外PM2.5濃度時，發(fā)出控制室關窗提示信號；導航設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內(nèi)，連接主控設備以將船舶當前位置發(fā)送給主控設備；顯示設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內(nèi)，連接主控設備以實時顯示船舶最大允許行駛速度、當前船舶行駛速度、室內(nèi)PM2.5濃度和室外PM2.5濃度；語音播放設備，安裝在船舶控制室的儀表盤內(nèi)，連接主控設備以實時播放與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件；無線通信設備，安裝在船舶船體前端，連接主控設備，用于將船舶當前位置、能見度和室外PM2.5濃度無線發(fā)送到船舶管理中心；其中，主控設備根據(jù)接收到的能見度確定船舶最大允許行駛速度時，根據(jù)接收到的能見度所處于的能見度等級范圍確定不同的船舶最大允許行駛速度，所述能見度等級范圍包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上。
[0009]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述散射式能見度觀測儀的發(fā)射單元以33度傾角發(fā)射散射光。
[0010]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述語音播放設備還包括內(nèi)置的語音文件存儲單元，用于存儲與船舶超速提示信號、控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號對應的語音提示文件。
[0011]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述散射式能見度觀測儀的控制單元的微CPU和通信接口被封裝在一個控制箱內(nèi)以固定在所述散射式能見度觀測儀的支架上，所述支架垂直固定于船舶船體頂部上。
[0012]更具體地，在所述基于氣體分析的船舶控制裝置中，所述顯示設備接收所述主控設備發(fā)出的控制室開窗提示信號或控制室關窗提示信號，并在所述顯示設備上顯示動態(tài)模擬開窗或關窗動作以對船舶駕駛員進行提醒。
【附圖說明】
[0013]以下將結合附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中:
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的結構方框圖。
[0015]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的散射式能見度觀測儀的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將參照附圖對本發(fā)明的基于氣體分析的船舶控制裝置的實施方案進行詳細說明。
[0017]在船舶的行駛過程中，水面能見度是一個決定船速的重要因素。能見度高的水面，駕駛員可以觀察到很遠的距離，能夠放心地保持高速運行，而在能見度低的水面，駕駛員必須減低速度，以保留足夠的反應時間處理危機。
[0018]能見度，指物體能被正常視力看到的最大距離，也指物體在一定距離時被正常目力看到的清晰程度。能見度在不同環(huán)境中大有不同。在空氣特別干凈的北極或是山區(qū)，能見度能夠達到70?100km，然而能見度通常由于大氣污染以及濕氣而有所降低。煙霧可將能見度降低至零，這對于開車開船來說是非常危險的，同樣在沙塵暴發(fā)生的沙漠地區(qū)以及有森林大火的地方駕車都是十分危險的。雷雨天氣的暴雨不僅使能見度降低，同時由于地面濕滑而不能緊急制動。暴風雪天氣也屬于低能見度的范疇內(nèi)。另外，煙霧、薄霧、霾的環(huán)境下，能見度有所不同。國際上對煙霧的能見度定義為不足lkm，薄霧的能見度為Ikm?2km，霾的能見度為2km?5km。煙霧和薄霧通常被認作是水滴的重要組成部分，霾和煙的粒徑相對要小一些。非常低的能見度，例如，能見度不足100米時，通常能見度被認為為零，在這種情況下道路、航路會被封鎖。
[0019]能夠測量能見度的儀器，被稱為能見度觀測儀。世界上普遍應用的能見度觀測儀主要有透射式和散射式兩種。其中，透射儀因需要基線，占地范圍大，不適用于海岸臺站、燈塔自動氣象站及船舶上，但其具有自檢能力，低能見度下性能好等優(yōu)點而適用于民航系統(tǒng)；散射儀以其體積小和低廉的價格而廣泛應用于碼頭、航空、高速公路等系統(tǒng)。
[0020]除了空氣能見度對航速帶來影響，氣體中的PM2.5濃度也會給船上人員帶來身體傷害，尤其對于控制室處于船體較低位置的情況。這時，需要根據(jù)控制室內(nèi)外PM2.5濃度的對比決定控制室的通風策略。
[0021]本發(fā)明提出的基于氣體分析的船舶控制裝置，能夠根據(jù)空氣能見度自動控制航速，保證船舶的在各種不同能見度的情況下都能安全行駛，同時，能夠為船舶控制室的空氣狀況的改善提供重要參考。
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的結構方框圖，所述船舶控制裝置包括散射式能見度觀測儀1、船舶速度測量設備2、船舶驅(qū)動設備4、主控設備3和供電設備5，所述主控設備3分別與所述散射式能見度觀測儀1、所述船舶速度測量設備2和所述船舶驅(qū)動設備4連接，根據(jù)所述散射式能見度觀測儀I輸出的能見度確定船舶最大允許行駛速度，基于船舶最大允許行駛速度和所述船舶速度測量設備2輸出的當前船舶行駛速度，通過所述船舶驅(qū)動設備4進行船舶行駛速度的控制，所述供電設備5為所述船舶控制裝置中的各個設備進行供電。
[0023]所述船舶控制裝置的各個設備的具體結構如下。
[0024]參見圖2，圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的基于氣體分析的船舶控制裝置的散射式能見度觀測儀的結構示意圖。所述散射式能見度觀測儀I包括支架14、發(fā)射單元11、接收單元12和控制單元