专利名称：航道浮标自动避让装置及避让控制方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶航道安全设施，具体涉及一种航道浮标自动避让装置及避让控制方法。
背景技术：
内河大型船舶在航行时依靠河道左右两岸配布的大量航标作为航行标志来确定安全航线，航标配布点或在岸上(岸标)，或在水中(浮标)。在一些航行水域狭窄、航道弯曲半径小的河段内，浮标配布往往比较密集。行驶中的大型船舶在偏离航线时，可能与固定在航道边界的浮标发生碰撞，造成固定浮标的浮具损坏、浮标的系缆绳断裂、或者航行标志损坏，事故一旦发生，需要航道巡检人员在日常巡检工作中发现后进行人工维修复位。如果不及时修复受损航标，必将严重影响航道安全。然而，航道巡检人员往往不能及时得知浮标被撞，在修复过程中，还需要人工重新配布更换新的浮具、缆绳等，工作周期长，不能满足繁忙的航运要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种可以避免船舶与航道浮标发生碰撞的航道浮标自动避让装置及避让方法，提高航道航行的安全保障。本发明的技术方案如下一种航道浮标自动避让装置，包括设置在浮标船上的移动物标监控单元，移动物标监控单元与核心控制逻辑单元连接，核心控制逻辑单元连接设置在浮标船上的缆绳收放控制单元，缆绳收放控制单元连接缆绳绞车的伺服电机，缆绳绞车通过缆绳与锚固装置相连接。进一步，如上所述的航道浮标自动避让装置，其中，所述的移动物标监控单元由若干个朝向不同方位的超声波探测器组成。更进一步，所述的超声波探测器共有8个，在水平方向上呈正八边形分布。进一步，如上所述的航道浮标自动避让装置，其中，所述的核心控制逻辑单元包括用于接收移动物标监控单元所发出信号的信号接收模块，所述的信号接收模块与中央处理器CPU连接，中央处理器CPU还与用于向缆绳收放控制单元发送指令信号的信号发送模块连接。进一步，如上所述的航道浮标自动避让装置，其中，所述的缆绳收放控制单元包括指令信号接收模块和用于控制缆绳绞车伺服电机运转的控制模块。一种航道浮标自动避让控制方法，包括如下步骤(Si)移动物标监控单元按照固定的时间周期不间断的搜索当前浮标附近是否有物标靠近，并向核心控制逻辑单元发送物标搜索信号；(S2)核心控制逻辑单元根据移动物标监控单元传回的信号计算物标移动位置和速度，并判断是否接近系统设定相撞的距离范围门限，如果小于危险距离门限值，则向缆绳收放控制单元发送缆绳释放指令；
(S3)缆绳收放控制单元根据核心控制逻辑单元发送的缆绳释放指令释放浮标的缆绳；(S4)当物标与浮标之间的距离大于安全距离门限值且缆绳处于释放状态时，核心控制逻辑单元向缆绳收放控制单元发送缆绳收缩复位指令；(S5)缆绳收放控制单元根据核心控制逻辑单元发送的缆绳收缩复位指令收绞浮标的缆绳。进一步，如上所述的航道浮标自动避让控制方法，步骤(Si)中，移动物标监控单元向浮标水平方向的8个方位同时发出搜索信号。更进一步，如上所述的航道浮标自动避让控制方法，步骤(Si)中，移动物标监控单元发送的物标搜索信号包括是否发现物标的状态值和物标距离值。进一步，如上所述的航道浮标自动避让控制方法，步骤(S》中，所述的缆绳释放指令包括表示释放避让的指令类型值和缆绳释放长度值；步骤(S4)中，所述的缆绳收缩复位指令包括表示收缩复位的指令类型值和缆绳收缩长度值。本发明的有益效果如下本发明通过移动物标监控单元实时自动监测最近的过往船舶，并向核心控制逻辑单元发送监测信号，判断是否有发生碰撞的可能性；在船舶与浮标即将不可避免地发生碰撞危险之前，通过缆绳收放控制单元的控制，浮标能自动释放系缆绳，随水流移位避开；当船舶通过或危险解除后，系统自动收缩缆绳复位，使浮标回到原来位置。本发明既可避免浮标被撞引起的设备损坏，还能及时恢复航行标志正常状态，大大降低人工劳动强度，减少维护周期，在最短时间内恢复航道通行，提高航道航行的安全保障。
图1为航道浮标自动避让装置原理图；图2为航道浮标自动避让装置的结构示意图；图3为航道浮标自动避让控制方法的流程图；图4为超声波探测器信号的格式示意图；图5为缆绳收放控制指令信号的格式示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。本发明所提供的航道浮标自动避让装置主要由移动物标监控单元、核心控制逻辑单元、缆绳收放控制单元以及缆绳绞车及外部电源等辅助部分组成。其装置原理如图1所示，设置在浮标船上的移动物标监控单元与核心控制逻辑单元连接，向核心控制逻辑单元发送物标信号，核心控制逻辑单元连接设置在浮标船上的缆绳收放控制单元，向缆绳收放控制单元发送控制指令，缆绳收放控制单元连接缆绳绞车的伺服电机，根据指令控制伺服电机的运转。装置的一种具体实现结构如图2所示，在浮标船1上设置移动物标监控单元2的物标探测器，物标探测器可设置系统频率参数，按照固定的时间周期不间断的通过超声波探测器搜索当前浮标附近是否有大型的物标(船舶)，并向系统报告物标距离信号。移动物标监控单元的超声波探测器由8个组成，按正8边形分布，以监控来自不同方位的目标。考虑到本装置对探测精度级别的要求不是很高，并且考虑到本设备推广普及的成本，故本实施例中选择了 8个超声波探测器进行组装，比较经济实用。本领域的技术人员完全可以采用其它类型的物标探测器，例如采用雷达等比较高端的设备进行探测。超声波探测器的信号传至核心控制逻辑单元3的信号接收模块，信号接收模块与中央处理器CPU连接，中央处理器CPU还与用于向缆绳收放控制单元发送指令信号的信号发送模块连接。装置的中央处理器CPU根据移动物标监控单元传回的信号计算某个方位的物标(船舶)移动位置和速度，并判断是否接近系统设定相撞的距离范围门限，如果小于危险距离门限值，向缆绳收放控制单元发送缆绳释放指令，以及缆绳释放的长度指令；如果大于安全距离门限值，向缆绳收放控制单元发送缆绳收缩复位指令。作为一种具体的实现形式，核心控制逻辑单元可以由处理器CPU+8路通信接口组成，通过编程实现对数据信号处理和控制逻辑判断。缆绳收放控制单元4包括指令信号接收模块和用于控制缆绳绞车5的伺服电机运转的控制模块，响应系统核心控制逻辑单元发出的缆绳释放或收缩复位指令，控制绞车伺服电机运转。另外，缆绳收放控制单元还可以设计具有实时向核心控制逻辑单元反馈相关控制信息的功能。作为一种具体的实现形式，缆绳收放控制单元可以由PLC(可编程控制器)+继电器组成，执行核心控制逻辑单元的各种控制指令。缆绳绞车5设置在浮标船1的船头，通过缆绳与设置在水面下方的锚固装置6相连接。当缆绳绞车释放缆绳时，浮标船1能够随水流方向移动；当缆绳绞车收缩缆绳时，浮标船1回到原来的设定位置。另外，浮标船还自带有电源系统-蓄电池7，为自动避让装置提供必要的外部动力供应。航道浮标自动避让装置各功能单元的基本控制流程如图3所示。移动物标监控单元按照一定的周期循环监控航道上是否有物标(船舶)，将探测的物标信号发送给系统核心控制逻辑单元；核心控制逻辑单元根据物标的方位、距离、速度及状态等参数进行判断和计算，以实现设定好的危险距离门限值和安全距离门限值为依据，向缆绳收放控制单元发出缆绳收放控制指令信号；缆绳收放控制单元根据接收到的相关指令进行缆绳绞车的控制。针对一个物标从靠近到远离的完整控制过程，该避让控制方法包括如下步骤(Si)移动物标监控单元按照固定的时间周期不间断的搜索当前浮标附近是否有物标靠近，并向核心控制逻辑单元发送物标搜索信号；(S2)核心控制逻辑单元根据移动物标监控单元传回的信号计算物标移动位置和速度，并判断是否接近系统设定相撞的距离范围门限，如果小于危险距离门限值，则向缆绳收放控制单元发送缆绳释放指令；(S3)缆绳收放控制单元根据核心控制逻辑单元发送的缆绳释放指令释放浮标的缆绳；(S4)当物标与浮标之间的距离大于安全距离门限值且缆绳处于释放状态时，核心控制逻辑单元向缆绳收放控制单元发送缆绳收缩复位指令；(S5)缆绳收放控制单元根据核心控制逻辑单元发送的缆绳收缩复位指令收绞浮标的缆绳。
下面通过具体实施例对本发明的航道浮标自动避让控制方法进行详细描述。实施例8个超声波探测器按正8边形分布，以监控来自水平面内8个不同方位的目标，当然，也可以根据航道的具体情况适当减少某个方位的探测器。各超声波探测器按照系统设定的周期不间断地进行探测，如果超声波探测器的状态值大于0(如1)，表示有物标靠近， 将探测信号发送给系统核心控制逻辑单元。超声波探测器信号的格式可以如图4所示(并不限定于这一种格式)，信号长度为5个字节，其中，第一个字节为状态值，二进制表示，每位数为0或1，0表示探测器没有发现物标，1表示探测器发现物标；后4个字节为物标距离值，为整数型。核心控制逻辑单元根据接收到的探测信号进行数据计算，物标连续移动过程中物标与浮标船之间的距离值小于系统设定的危险距离，如10米，核心控制逻辑单元向缆绳收放控制单元发送缆绳释放指令；物标连续移动过程中物标与浮标船之间的距离值大于系统设定的安全距离，如30米，且缆绳已处于释放状态，系统向缆绳收放控制单元发送缆绳收缩复位指令；缆绳收放控制指令信号的格式如图5所示(并不限定于这一种格式)，信号长度为5个字节，其中，第一个字节为指令类型值，字符型，1表示释放避让，2表示收缩复位； 后4个字节为缆绳收放长度值，整数型。因为探测信号是连续进行的，当物标(船舶)开始远离浮标时，这时探测信号可能还是危险距离范围报警，但自动避让装置已经按先前的指令完成了系统指令，这时，系统可以暂缓发送控制指令。也就是说，如果缆绳收放控制单元已经完成系统指令，则暂不发送控制指令。控制绞车释放或收缩缆绳的长度具体值根据系统参数设定。下面举例说明物标的位置和移动速度与缆绳的释放长度和释放速度之间的关系。假如浮标在某个水域，一旦有物标靠近，如果浮标有50米(或缆绳释放长度)漂移范围(主要根据不同水域情况设定)可以保证不被撞损，则需要满足L/S > 1/s ；其中L-开始释放缆绳时，物标距离浮标的距离；S-物标向浮标的移动速度；1-缆绳释放长度；S-绞车释放缆绳的速度；通过上式可见，安全避让的要求是物标靠近的时间要长于缆绳释放的时间。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种航道浮标自动避让装置，其特征在于包括设置在浮标船(1)上的移动物标监控单元O)，移动物标监控单元( 与核心控制逻辑单元C3)连接，核心控制逻辑单元(3) 连接设置在浮标船上的缆绳收放控制单元，缆绳收放控制单元(4)连接缆绳绞车(5)的伺服电机，缆绳绞车(5)通过缆绳与锚固装置(6)相连接。
2.如权利要求1所述的航道浮标自动避让装置，其特征在于所述的移动物标监控单元O)由若干个朝向不同方位的超声波探测器组成。
3.如权利要求2所述的航道浮标自动避让装置，其特征在于所述的超声波探测器共有8个，在水平方向上呈正八边形分布。
4.如权利要求1所述的航道浮标自动避让装置，其特征在于所述的核心控制逻辑单元(3)包括用于接收移动物标监控单元( 所发出信号的信号接收模块，所述的信号接收模块与中央处理器CPU连接，中央处理器CPU还与用于向缆绳收放控制单元(4)发送指令信号的信号发送模块连接。
5.如权利要求1或4所述的航道浮标自动避让装置，其特征在于所述的缆绳收放控制单元(4)包括指令信号接收模块和用于控制缆绳绞车伺服电机运转的控制模块。
6.一种航道浮标自动避让控制方法，包括如下步骤(51)移动物标监控单元按照固定的时间周期不间断的搜索当前浮标附近是否有物标靠近，并向核心控制逻辑单元发送物标搜索信号；(52)核心控制逻辑单元根据移动物标监控单元传回的信号计算物标移动位置和速度， 并判断是否接近系统设定相撞的距离范围门限，如果小于危险距离门限值，则向缆绳收放控制单元发送缆绳释放指令；(53)缆绳收放控制单元根据核心控制逻辑单元发送的缆绳释放指令释放浮标的缆绳；(54)当物标与浮标之间的距离大于安全距离门限值且缆绳处于释放状态时，核心控制逻辑单元向缆绳收放控制单元发送缆绳收缩复位指令；(55)缆绳收放控制单元根据核心控制逻辑单元发送的缆绳收缩复位指令收绞浮标的缆绳。
7.如权利要求6所述的航道浮标自动避让控制方法，其特征在于步骤(Si)中，移动物标监控单元向浮标水平方向的8个方位同时发出搜索信号。
8.如权利要求7所述的航道浮标自动避让控制方法，其特征在于步骤(Si)中，移动物标监控单元发送的物标搜索信号包括是否发现物标的状态值和物标距离值。
9.如权利要求6所述的航道浮标自动避让控制方法，其特征在于步骤(S2)中，所述的缆绳释放指令包括表示释放避让的指令类型值和缆绳释放长度值。
10.如权利要求6所述的航道浮标自动避让控制方法，其特征在于步骤(S4)中，所述的缆绳收缩复位指令包括表示收缩复位的指令类型值和缆绳收缩长度值。
全文摘要
本发明涉及一种船舶航道安全设施，具体涉及一种航道浮标自动避让装置及避让控制方法。该装置包括设置在浮标船上的移动物标监控单元，移动物标监控单元与核心控制逻辑单元连接，核心控制逻辑单元连接设置在浮标船上的缆绳收放控制单元，缆绳收放控制单元连接缆绳绞车的伺服电机，缆绳绞车通过缆绳与锚固装置相连接。本发明既可避免浮标被撞引起的设备损坏，还能及时恢复航行标志正常状态，大大降低人工劳动强度，减少维护周期，在最短时间内恢复航道通行，提高航道航行的安全保障。
文档编号B63B22/16GK102490869SQ20111039760
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者王志祥 申请人:方正国际软件有限公司