本發(fā)明涉及船舶靠泊輔助系統(tǒng)，尤其涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

伴隨世界經(jīng)濟(jì)和國際貿(mào)易的快速發(fā)展，海上貨物運(yùn)輸量在全球整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)中所占份額不斷增大，為適應(yīng)國際海上貿(mào)易需求的不斷增加，船舶數(shù)量、噸位日益增大，對(duì)運(yùn)輸效率也提出了更高的要求。在船舶日益大型化、進(jìn)出港口效率亟待提高的現(xiàn)狀下，同時(shí)也受到現(xiàn)有船舶船型肥大，質(zhì)量大、慣性大、機(jī)動(dòng)操縱性差，停車沖程較大，并且耗用時(shí)間較長，停船性能、航向穩(wěn)定性以及舵效較差等特點(diǎn)的制約，一套高效率、高安全性的船舶靠泊輔助系統(tǒng)對(duì)于提升船舶靠泊速率、增加港口營運(yùn)效率、最大化的提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

船舶的運(yùn)動(dòng)離不開受到的力及運(yùn)動(dòng)慣性，力和慣性使船舶產(chǎn)生移動(dòng)及偏轉(zhuǎn)。在船舶靠泊過程中，大多靠船長和引航員的航行經(jīng)驗(yàn)，估測(cè)本船的速度，船岸距離等并判斷船舶的運(yùn)動(dòng)將會(huì)如何變化，然后進(jìn)行操舵。此過程由船長，引航員，船工水手等協(xié)同完成，大多憑借經(jīng)驗(yàn)操作，容易出現(xiàn)大的偏差，是發(fā)生安全事故主要原因之一。

現(xiàn)代船舶越來越大型化、高速化，大型船舶靠泊的安全系數(shù)日益降低，為了增加大型船舶靠泊的安全性和有效性，人們投入了大量精力進(jìn)行大型船舶靠泊輔助系統(tǒng)的研發(fā)。以前的靠泊輔助系統(tǒng)大都是岸基產(chǎn)品，但是岸基靠泊輔助系統(tǒng)存在一定的局限性，如聲波靠泊系統(tǒng)易受到水面波和底部反射波的影響；雷達(dá)靠泊系統(tǒng)易受障礙物的影響；激光靠泊系統(tǒng)易受光線的散射、雜散光線的干擾等。

現(xiàn)有專利(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410011806.0)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺陷在于：只能利用激光傳感器、監(jiān)控器及GPS完成輔助靠泊，不能根據(jù)船舶本身的操縱特點(diǎn)和港內(nèi)船舶操縱存在的困難。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有專利的缺點(diǎn)，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)駕駛?cè)说鸟{駛知識(shí)庫、感知設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信完成船舶的高效靠泊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

安裝在船上的激光測(cè)距模塊、六自由度傳感器模塊、視頻模塊、處理模塊、無線通信模塊、AIS模塊和GPS模塊；所述激光測(cè)距模塊、六自由度傳感器模塊、視頻模塊、無線通信模塊、AIS模塊和GPS模塊分別與處理模塊的輸入端連接；

所述激光測(cè)距模塊設(shè)置在船頭和船尾，用于實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量船艏艉距岸距離；

所述六自由度傳感器模塊，用于測(cè)量船舶運(yùn)動(dòng)加速度、線速度和角速度；

所述AIS模塊，用于記錄船舶航向、航速信息；

所述視頻模塊，用于獲取船舶靠泊過程中的動(dòng)態(tài)圖像，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶周圍航行環(huán)境及船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；還用于監(jiān)測(cè)駕駛員操作行為，并根據(jù)安全航行操作知識(shí)庫判斷駕駛員是否基于良好船藝和航行規(guī)則完成安全靠離泊；所述安全航行操作知識(shí)庫為基于船藝和航行規(guī)則建立的用以分析駕駛員駕駛行為的安全航行經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫；

所述顯示模塊，用于集成顯示各模塊綜合信息，可實(shí)現(xiàn)靠泊過程動(dòng)態(tài)可視化。

按上述方案，所述處理模塊用于根據(jù)船舶實(shí)時(shí)動(dòng)靜態(tài)信息，挖掘靠泊港口數(shù)據(jù)信息，從激光測(cè)距雷達(dá)、六自由度傳感器、視頻攝像頭、船載VHF、AIS和GPS等輸入信息篩選及融合處理獲得船岸距離、船舶姿態(tài)、船舶線速度、船舶角速度、船舶加速度、視頻圖像、通訊信息、AIS信息、GPS信息，指導(dǎo)船舶駕駛員安全得完成靠泊。

按上述方案，所述處理模塊中設(shè)置均值濾波單元，用于消除波浪震蕩以及主機(jī)震蕩所引起的六自由度傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)誤差。

按上述方案，所述處理模塊為STM32F10X中央處理模塊。

按上述方案，所述顯示模塊用于集成顯示各模塊綜合信息，顯示船舶運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)圖像、船岸安全距離監(jiān)控信息、開源海圖軟件OPENCPN中繪制的動(dòng)態(tài)船岸圖像。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)把各傳感器信息、控制器信息、港口信息、船舶信息和駕駛員信息聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)船舶靠泊的信息化、遠(yuǎn)程化和智能化，結(jié)合駕駛員安全航行操作知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)靠泊過程動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控，從而保障船舶靠泊的安全性，提高船舶進(jìn)出港口的效率。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的STM32F103C8T6引腳圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的船舶動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)監(jiān)控靠泊流程圖；

圖中：1-激光測(cè)距第一監(jiān)控器；2-六自由度傳感器模塊；3-視頻模塊；4-中央處理模塊；5-無線通信模塊；6-激光測(cè)距第二監(jiān)控器；7-安全航行操作知識(shí)庫；8-AIS模塊；9-GPS模塊。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本實(shí)施例的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，包括安裝在船上的激光測(cè)距第一監(jiān)控器1、六自由度傳感器模塊2、視頻模塊3、中央處理模塊4、無線通信模塊5、激光測(cè)距第二監(jiān)控器6、安全航行操作知識(shí)庫7、AIS模塊8、GPS模塊9。

其中，STM32F10X中央處理模塊4的輸入端分別連接激光測(cè)距第一監(jiān)控器1和6、六自由度傳感器模塊2、視頻模塊3、無線通信模塊5、安全航行操作知識(shí)庫8、AIS模塊9、GPS模塊10。

將兩臺(tái)SKD-1200激光測(cè)距監(jiān)控器1和激光測(cè)距監(jiān)控器6，于船頭、船尾各置一臺(tái)，并與STM32F10中央處理模塊4相連接，高精度測(cè)量船艏艉距岸距離，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的兩點(diǎn)定位以及安全距離的監(jiān)控。以便船舶在實(shí)際的靠泊中，對(duì)航向的改變和余速的控制提供依據(jù)。通過六自由度傳感器MPU6050模塊2測(cè)得線速度、加速度和角速度(相對(duì)于地心)，并通過旋轉(zhuǎn)矩陣算法將其轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航平面內(nèi)，船舶的速度則通過積分加速度獲得。在STM32主控板內(nèi)設(shè)置均值濾波算法，以消除波浪震蕩以及主機(jī)震蕩所帶來的誤差。結(jié)合無線WIFI攝像頭IPC-T8613-Q1視頻模塊獲取船舶靠泊過程中的動(dòng)態(tài)圖像，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶周圍航行環(huán)境及船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，給船長、引航員操舵提供數(shù)據(jù)上以及可視化的指導(dǎo)，使得靠泊過程更為安全穩(wěn)定。駕駛臺(tái)WIFI攝像頭IPC-T8613-Q1視頻模塊監(jiān)測(cè)駕駛員操作行為，并根據(jù)安全航行操作知識(shí)庫8判斷駕駛員是否基于良好船藝和航行規(guī)則完成安全靠離泊。采用物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)，由下位機(jī)精確采集船舶運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)的I²C通信傳輸?shù)絊TM32F10X中央處理模塊4中進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、融合處理，處理后的數(shù)據(jù)通過WSN-02無線通信模塊5傳輸給上位機(jī)(PC或其他手持設(shè)備)的軟件中進(jìn)行下一步處理。在上位機(jī)處理后，形成動(dòng)態(tài)的船岸圖像、船舶運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)圖像以及船岸安全距離監(jiān)控，指導(dǎo)船舶駕駛員安全得完成靠泊。結(jié)合AIS模塊9及GPS模塊10信息，在上位機(jī)軟件中挖掘靠泊港口數(shù)據(jù)信息并在開源海圖OPENCPN中繪出船岸圖像，顯示船(船艏和船艉)岸距離。通過在上位機(jī)軟件中設(shè)置中斷與循環(huán)，完成對(duì)船舶靠泊過程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而輔助船舶安全靠、離港口。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。