基于多種傳感器的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多種傳感器的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，包括：碰撞檢測單元，用于測量采集航標船的姿態(tài)角信息和加速度信息；測距預(yù)警單元，用于測量其它船舶與航標船的距離信息，并將信息通過信息傳輸單元傳輸給信息處理和存儲單元；信息處理和存儲單元，用于接受并處理姿態(tài)角信息和加速度信息，測距信息以及圖像信息；拍照取證單元，用于獲取實時的圖像信息；信息傳輸單元，用于各單元之間的信息傳輸，并將實時的圖像信息傳輸至航道管理部門；供電單元，用于為系統(tǒng)提供電源。本發(fā)明能及時對進入危險距離的船舶進行預(yù)警處理，對碰撞進行檢測，陀螺儀和加速度傳感器的聯(lián)合判定方法減少了檢測誤差。
【專利說明】基于多種傳感器的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶安全【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于多種傳感器的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]航標船是船舶在內(nèi)河安全航行的重要助航設(shè)施，航標船的主要功能是標示航道的方向、界限和礙航物，揭示有關(guān)航道信息，為船舶航行指出安全、經(jīng)濟的航道。
[0004]隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，內(nèi)河航運日漸繁榮，船舶密度逐漸增加，航標碰撞事故時有發(fā)生。當前航標船碰撞檢測方法一般使用加速度傳感器測量航標船加速度信息進而判斷航標船是否被撞，然而，只使用單一的傳感器使得當航標船受到碰撞之后容易產(chǎn)生極大的誤警率，不僅造成航標及航標上設(shè)備的損壞，給航標管理部門帶來高額的維護費用，而且航標船若被撞后發(fā)生故障，不能履行航標的職能時，還會給航運安全帶來嚴重的影響。
[0005]為了解決上述問題，有必要構(gòu)建一套準確度高、安全性好以及低誤警率的航標船碰撞預(yù)警及監(jiān)測系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于多種傳感器的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種基于多種傳感器的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，包括:
碰撞檢測單元，用于測量采集航標船的姿態(tài)角信息和加速度信息；
測距預(yù)警單元，用于測量其它船舶與航標船的距離信息，并將信息通過信息傳輸單元傳輸給信息處理和存儲單元；
信息處理和存儲單元，用于接收并處理碰撞檢測單元的姿態(tài)角信息和加速度信息，來自雷達的測距信息以及來自拍照取證單元返回的圖像信息，并進行處理和存儲；具體包括:
碰撞判定裝置，根據(jù)加速度值和包括航向角、橫滾角和俯仰角的姿態(tài)角數(shù)據(jù)，將4個判據(jù)分別與對應(yīng)的閾值相比較，當其中任意兩個及以上判據(jù)超過對應(yīng)閥值時，即判定碰撞發(fā)生，否則判定碰撞不發(fā)生。
[0008]碰撞預(yù)警裝置，用于當距離超過預(yù)設(shè)閥值時，發(fā)出預(yù)警信號；并啟動拍照取證單元進行拍照；
拍照取證單元，用于獲取實時的圖像信息；
信息傳輸單元，用于各單元之間的信息傳輸，并將實時的圖像信息傳輸至航道管理部門，并將加速度信息、姿態(tài)角信息和測距信息發(fā)送至遠程服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫；
供電單元，用于為系統(tǒng)提供電源。
[0009]按上述方案，所述碰撞檢測單元包括陀螺儀、加速度傳感器和傳感器信息采集板；陀螺儀布設(shè)在航標船中部甲板下方附近，加速度傳感器設(shè)置在航標船的船艏、船尾和兩舷附近甲板下方的艙室內(nèi)，所述陀螺儀和加速度傳感器均安裝在傳感器信息采集板上，并分別將姿態(tài)角測量值和加速度測量值返給傳感器信息采集板。
[0010]按上述方案，所述測距預(yù)警單元主要由雷達測距儀組成，雷達測距儀布設(shè)于航標船最聞處。
[0011]按上述方案，所述拍照取證單元為多臺照相機，照相機的布設(shè)位置根據(jù)航標船的位置確定:若航標船在河道中間，則航標船周圍需設(shè)置4至6臺照相機；若航標船在靠近岸邊，則只需在靠近水面的一邊設(shè)置2至3臺照相機。
[0012]按上述方案，所述碰撞預(yù)警裝置中的預(yù)設(shè)閥值結(jié)合雷達的測距范圍和船舶的回轉(zhuǎn)半徑計算確定。
[0013]按上述方案，所述碰撞判定裝置中的閥值通過對浪涌數(shù)據(jù)和航標船實際受到碰撞的姿態(tài)角數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)分析確定。
[0014]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
1.本系統(tǒng)采用陀螺儀的姿態(tài)角數(shù)據(jù)和加速度傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)合判定碰撞是否發(fā)生，可以更好的避免由于風浪引起的誤報警；
2.如果船舶進入航標船附近危險距離，超過預(yù)設(shè)閥值，本系統(tǒng)將會發(fā)出預(yù)警信息并拍攝照片；若判定碰撞發(fā)生，能夠及時將報警信息和肇事船舶的視頻信息返回給航道管理部門，便于監(jiān)管部門取證進行后期處理工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例的陀螺儀布置圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實施例的加速度傳感器布設(shè)圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實施例的雷達測距儀與照相機布設(shè)圖。

【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]如圖1所示，一種航標船碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，航標船上有碰撞檢測單元和測距預(yù)警單元，碰撞檢測單元由陀螺儀和加速度傳感器聯(lián)合構(gòu)成，測距預(yù)警單元由雷達測距儀構(gòu)成。
[0020]同時，航標船上還設(shè)置有供電單元、拍照取證單元、信息處理和存儲單元以及信息傳輸單兀。
[0021]碰撞檢測單元測量航標船的姿態(tài)角信息和加速度信息，并將這些信息傳輸給信息處理和存儲單元。碰撞檢測單元包括陀螺儀、加速度傳感器和傳感器信息采集板。在航標船中部甲板下方附近布設(shè)陀螺儀，在航標船的船艏、船尾和兩舷附近甲板下方的艙室內(nèi)設(shè)置加速度傳感器，陀螺儀和加速度傳感器均安裝在傳感器信息采集板上，并分別將姿態(tài)角測量值和加速度測量值返給傳感器信息采集板；
如圖2所示，陀螺儀I共一個布置在傳感器信息采集板上并固定于航標船中部甲板下方。
[0022]測距預(yù)警單元測量其它船舶與航標船的距離信息，并將這些信息傳輸給信息處理和存儲單元。測距預(yù)警單元主要由雷達測距儀組成，雷達測距儀布設(shè)于航標船最高處。圖4為雷達測距儀3與照相機4布設(shè)圖。雷達測距儀3布設(shè)于航標船最高處，周圍無障礙物
如圖3所示，加速度傳感器2布設(shè)在艙室里，4個加速度傳感器2布設(shè)在船首、船尾、左舷和右舷的甲板下。
[0023]供電單元主要由太陽能電池板、蓄電池和電源控制器構(gòu)成，其作用是為硬件系統(tǒng)的其他部分提供所需要的直流電；太陽能電池板與電源控制器相連，電源控制器與蓄電池相連，電源控制器與碰撞檢測單元、測距預(yù)警單元、拍照取證單元、信息處理和傳輸系統(tǒng)的各路負載相連；
拍照取證單元主要由照相機4組成，其主要作用是拍攝照片；一般需要設(shè)置多臺照相機進行拍照取證，同時要考慮到航標船的位置:若航標船在和中間，則航標船周圍需設(shè)置4至6臺照相機4 ;若航標船在靠近岸邊，則只需在靠近水面的一邊設(shè)置2至3臺照相機4。
[0024]信息處理和存儲單元接收來自碰撞檢測單元的姿態(tài)角信息和加速度信息，來自雷達的測距信息以及來自拍照取證單元返回的圖像信息，并進行處理和存儲；測距預(yù)警的數(shù)據(jù)來自雷達返回的距離信息，當距離超過預(yù)設(shè)閥值，系統(tǒng)將會判定有碰撞的危險，并啟動照相機進行拍照取證，同時通過3G網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)警，提醒船舶規(guī)避；該預(yù)設(shè)閥值結(jié)合雷達的測距范圍和船舶的回轉(zhuǎn)半徑來計算。通常盡管船舶發(fā)現(xiàn)了礙航物，但由于船舶慣性大，機動性差，最后仍然難以規(guī)避；所以，需要結(jié)合雷達的測距范圍和船舶的回轉(zhuǎn)半徑來計算，確定合適的閥值。
[0025]碰撞判定的數(shù)據(jù)來自于解析加速度采集及航標定位終端報文后得到的加速度值和解析測距測角終端報文后得到的姿態(tài)角數(shù)據(jù):航向角、橫滾角和俯仰角。這4個判據(jù)分別與對應(yīng)的閾值相比較，當其中任意2個及以上的判據(jù)超過閾值時，系統(tǒng)會判定航標船受到了碰撞，否則判定沒有碰撞發(fā)生；需要對浪涌數(shù)據(jù)和航標船實際受到碰撞的姿態(tài)角數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)進行分析，確定合適的閾值；
信息傳輸單元使用GPRS和3G通信技術(shù)，將實時的圖像信息傳輸至航道管理部門，并將加速度信息、姿態(tài)角信息和測距信息發(fā)送至遠程服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫。
[0026]在本實施例中，信息處理和存儲單元采用一臺工控機；
航標船碰撞監(jiān)測系統(tǒng)的具體執(zhí)行過程是:工控機接收來自加速度傳感器的實時的加速度數(shù)據(jù)、來自陀螺儀的實時姿態(tài)角數(shù)據(jù)、來自雷達測距儀的實時測距信息以及來自拍照取證單元的實時圖像數(shù)據(jù)。工控機接收到這些數(shù)據(jù)后，分為3個部分同時進行處理。第I部分，處理加速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，進行碰撞判定；第二部分，處理測距數(shù)據(jù)，判定是否預(yù)警；第3部分，通過信息傳輸單元將實時的圖像數(shù)據(jù)傳輸至航道管理部門監(jiān)控端。一旦檢測到碰撞，工控機會把報警信息發(fā)送至遠程服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，而航道管理部門的監(jiān)控端是實時訪問服務(wù)器，幾乎就在同一時間就能接收到報警信息；一旦檢測到有船舶靠近，則圖像采集設(shè)備會拍攝照片并存儲在工控機中，并通過3G技術(shù)將照片寫入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫并進行預(yù)警，監(jiān)控端可以訪問查看到碰撞發(fā)生前的照片。
[0027]應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多種傳感器的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，包括: 碰撞檢測單元，用于測量采集航標船的姿態(tài)角信息和加速度信息； 測距預(yù)警單元，用于測量其它船舶與航標船的距離信息，并將信息通過信息傳輸單元傳輸給信息處理和存儲單元； 信息處理和存儲單元，用于接收并處理碰撞檢測單元的姿態(tài)角信息和加速度信息，來自雷達的測距信息以及來自拍照取證單元返回的圖像信息；具體包括: 碰撞判定裝置，根據(jù)加速度值和包括航向角、橫滾角和俯仰角的姿態(tài)角數(shù)據(jù)，將4個判據(jù)分別與對應(yīng)的閾值相比較，當其中任意2個及以上的判據(jù)超過閾值時，判定航標船受到了碰撞，否則判定沒有碰撞發(fā)生； 碰撞預(yù)警裝置，用于當距離超過預(yù)設(shè)閥值時，發(fā)出預(yù)警信號；并啟動拍照取證單元進行拍照； 拍照取證單元，用于獲取實時的圖像信息； 信息傳輸單元，用于各單元之間的信息傳輸，并將實時的圖像信息傳輸至航道管理部門，并將加速度信息、姿態(tài)角信息和測距信息發(fā)送至遠程服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫； 供電單元，用于為系統(tǒng)提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述碰撞檢測單元包括陀螺儀、加速度傳感器和傳感器信息采集板；陀螺儀布設(shè)在航標船中部甲板下方附近，加速度傳感器設(shè)置在航標船的船艏、船尾和兩舷附近甲板下方的艙室內(nèi)，所述陀螺儀和加速度傳感器均安裝在傳感器信息采集板上，并分別將姿態(tài)角測量值和加速度測量值返給傳感器信息采集板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述測距預(yù)警單元主要由雷達測距儀組成，雷達測距儀布設(shè)于航標船最高處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述拍照取證單元為多臺照相機，照相機的布設(shè)位置根據(jù)航標船的位置確定:若航標船在河道中間，則航標船周圍需設(shè)置4至6臺照相機；若航標船在靠近岸邊，則只需在靠近水面的一邊設(shè)置2至3臺照相機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述碰撞預(yù)警裝置中的預(yù)設(shè)閥值結(jié)合雷達的測距范圍和船舶的回轉(zhuǎn)半徑計算確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航標碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述碰撞判定裝置中的閥值通過對浪涌數(shù)據(jù)和航標船實際受到碰撞的姿態(tài)角數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)分析確定。
【文檔編號】G08G3/02GK104269075SQ201410541196
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】尹奇志, 丁開淼, 趙光普, 田竹剛, 黃剛, 初秀民, 嚴新平 申請人:武漢理工大學