基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于物聯(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。本發(fā)明專利技術(shù)提供的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)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。

Ship berthing assistance system based on Internet of things

The invention discloses a ship berthing auxiliary system based on IOT technology, the system includes: laser ranging module, installed on the boat with six degrees of freedom sensor module, video module, processing module, wireless communication module, AIS module and GPS module; the laser ranging module, sensor module, video with six degrees of freedom module, wireless communication module, AIS module and GPS module and processing module are respectively connected with the input end. The ship berthing auxiliary system provided by the invention is based on IOT technology using local network or Internet communication technology to the information of each sensor, controller information, port information, shipping information and driver information together, realize the ship berthing information, intelligent and remote, with the driver safety operation of knowledge base, realize the dynamic process of berthing visual monitoring, so as to ensure the safety of ship berthing ship, improve port efficiency.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)
本專利技術(shù)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)。
技術(shù)介紹
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?zhí)枺?01410011806.0)監(jiān)測系統(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。本專利技術(shù)針對現(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)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)。本專利技術(shù)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；所述激光測距模塊設(shè)置在船頭和船尾，用于實(shí)現(xiàn)高精度測量船艏艉距岸距離；所述六自由度傳感器模塊，用于測量船舶運(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)測駕駛員操作行為，并根據(jù)安全航行操作知識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。本專利技術(shù)產(chǎn)生的有益效果是：本專利技術(shù)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)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，附圖中：圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例的STM32F103C8T6引腳圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例的船舶動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)預(yù)測監(jiān)控靠泊流程圖；圖中：1-激光測距第一監(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-激光測距第二監(jiān)控器；7-安全航行操作知識庫；8-AIS模塊；9-GPS模塊。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)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，對本專利技術(shù)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)施例僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。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、激光測距第二監(jiān)控器6、安全航行操作知識庫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、安全航行操作知識庫8、AIS模塊9、GPS模塊10。將兩臺SKD-1200激光測距監(jiān)控器1和激光測距監(jiān)控器6，于船頭、船尾各置一臺，并與STM32F10中央處理模塊4相連接，高精度測量船艏艉距岸距離，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測得線速度、加速度和角速度(相對于地心)，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WIFI攝像頭IPC-T8613-Q1視頻模塊監(jiān)測駕駛員操作行為，并根據(jù)安全航行操作知識庫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)屬于本專利技術(shù)所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：安裝在船上的激光測距模塊、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；所述激光測距模塊設(shè)置在船頭和船尾，用于實(shí)現(xiàn)高精度測量船艏艉距岸距離；所述六自由度傳感器模塊，用于測量船舶運(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)測駕駛員操作行為，并根據(jù)安全航行操作知識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。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：安裝在船上的激光測距模塊、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；所述激光測距模塊設(shè)置在船頭和船尾，用于實(shí)現(xiàn)高精度測量船艏艉距岸距離；所述六自由度傳感器模塊，用于測量船舶運(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)測駕駛員操作行為，并根據(jù)安全航行操作知識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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶靠泊輔助系統(tǒng)，其...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳志軍，薛杰，吳超仲，呂能超，孟柯，楊曼，
申請(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北,42