一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统的制作方法

本发明涉及船舶在泊状态监测技术领域，特别是涉及一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统。

背景技术：

随着港口生产作业从电气化到自动化、智能化的方向发展。对于港口作业过程中的关键环节：装船作业过程，实现对在泊船舶的有效状态监测，是实现以上目标的关键。

通常情况下，在船舶靠港以及作业前中后过程中，是通过放置于船上的船舶倾斜仪进行船体倾斜角度的检测，该方法存在检测精度差、无法实现数据的实时获取、每条船舶的倾斜仪标准不一等问题，尤其是在今后港口逐步实现远程或自动化装船后，无法实时获取船舶姿态将对港口装船作业产生严重影响。因此，本领域亟待解决港口生产作业中无法实时获取船舶当前姿态的技术问题。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的是提供一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统，能够实时得到船舶的当前姿态。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统，所述船舶在泊状态监测系统包括服务端和设置在所述船舶两端的监测终端；所述监测终端包括第一监测终端以及第二监测终端；

所述第一监测终端用于采集所述船舶首端的第一坐标数据，所述第一坐标数据包括第一俯仰数据、第一横滚数据、第一偏航数据、第一坐标和第一角速度；所述第二监测终端用于采集所述船舶尾端的第二坐标数据，所述第二坐标数据包括第二俯仰数据、第二横滚数据、第二偏航数据、第二坐标和第二角速度；

所述第一监测终端和所述第二监测终端均与所述服务端连接；所述服务端用于接收所述第一坐标数据和所述第二坐标数据；

所述服务端内设置有计算模块；所述计算模块用于根据所述第一坐标数据和所述第二坐标数据，获得所述船舶的当前姿态数据，所述当前姿态数据包括：当前俯仰数据、当前横滚数据、当前偏航数据以及当前位置坐标；

所述第一监测终端和所述第二监测终端均包括：陀螺仪、加速度传感器以及北斗定位芯片；

所述陀螺仪用于采集所述船舶的俯仰数据、横滚数据和偏航数据；所述北斗定位芯片用于采集所述陀螺仪的坐标；所述加速度传感器用于采集所述船舶的角速度。

可选的，所述陀螺仪为多轴mems陀螺仪。

可选的，所述第一监测终端和所述第二监测终端均还包括通信模块，利用所述通信模块使监测终端和所述服务端连接。

可选的，所述船舶在泊状态监测系统还包括pc机，所述pc机和所述服务端连接，所述服务端将所述当前姿态数据通过所述pc机进行显示。

可选的，所述第一监测终端和所述第二监测终端均还包括电源管理模块，利用所述电源管理模块为监测终端供电。

可选的，所述船舶在泊状态监测系统还包括报警装置，所述报警装置和所述服务端连接，所述服务端根据所述当前姿态数据和预设姿态阈值控制所述报警装置的开闭。

可选的，所述报警装置为led灯。

可选的，所述第一监测终端和所述第二监测终端均还包括过滤模块，所述过滤模块用于对监测终端采集到的坐标数据进行过滤，并将过滤后的数据利用所述通信模块发送至所述服务端。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明涉及一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统，包括服务端和设置在船舶两端的监测终端；监测终端包括第一监测终端以及第二监测终端；第一监测终端用于采集船舶首端的第一坐标数据；第二监测终端用于采集船舶尾端的第二坐标数据；服务端用于接收第一坐标数据和第二坐标数据；服务端内设置有计算模块；计算模块用于根据第一坐标数据和第二坐标数据，获得船舶的当前姿态数据，第一监测终端和第二监测终端均包括陀螺仪、加速度传感器以及北斗定位芯片；陀螺仪用于采集船舶的俯仰数据、横滚数据和偏航数据；北斗定位芯片用于采集陀螺仪的坐标；加速度传感器用于采集船舶的角速度。根据本发明的上述系统能够得到船舶的当前姿态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统的结构示意图；

符号说明：1、第一监测终端，2、第二监测终端，3、服务端，4、pc机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统，能够得到船舶的当前姿态状态。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种基于多源姿态检测的船舶在泊状态监测系统的结构示意图，如图1所示，本发明所述船舶在泊状态监测系统包括服务端3和设置在所述船舶两端的监测终端，所述监测终端包括第一监测终端1以及第二监测终端2。

所述第一监测终端1用于采集所述船舶首端的第一坐标数据，所述第一坐标数据包括第一俯仰数据、第一横滚数据、第一偏航数据、第一坐标和第一角速度；所述第二监测终端2用于采集所述船舶尾端的第二坐标数据，所述第二坐标数据包括第二俯仰数据、第二横滚数据、第二偏航数据、第二坐标和第二角速度。

所述第一监测终端1和所述第二监测终端2均与所述服务端3连接；所述服务端3用于接收所述第一坐标数据和所述第二坐标数据。

所述服务端3内设置有计算模块；所述计算模块用于根据所述第一坐标数据和所述第二坐标数据，获得所述船舶的当前姿态数据，所述当前姿态数据包括：当前俯仰数据、当前横滚数据、当前偏航数据以及当前位置坐标。

所述第一监测终端1和所述第二监测终端2均包括：陀螺仪、加速度传感器以及北斗定位芯片；所述陀螺仪用于采集所述船舶的俯仰数据、横滚数据和偏航数据；所述北斗定位芯片用于采集所述陀螺仪的坐标；所述加速度传感器用于采集所述船舶的角速度。

具体的，所述第一监测终端1包括第一陀螺仪、第一加速度传感器以及第一定位装置；所述第一陀螺仪用于采集所述船舶首端的第一俯仰数据、第一横滚数据和第一偏航数据；所述第一定位装置用于采集所述第一陀螺仪的第一坐标；所述第一加速度传感器用于采集所述船舶首端的第一角速度；所述第一监测终端1将采集到的所述第一俯仰数据、所述第一横滚数据、所述第一偏航数据、所述第一坐标和所述第一角速度发送至所述服务端3。

所述第二监测终端2包括第二陀螺仪、第二加速度传感器以及第二定位装置；所述第二陀螺仪用于采集所述船舶尾端的第二俯仰数据、第二横滚数据和第二偏航数据；所述第二定位装置用于采集所述第二陀螺仪的坐标；所述第二加速度传感器用于采集所述船舶尾端的第二角速度；所述第二监测终端2将采集到的所述第二监测终2端将采集到的所述第二俯仰数据、所述第二横滚数据、所述第二偏航数据、所述第二坐标和所述第二角速度发送至所述服务端3。

作为一种可选的实施方式，本发明所述陀螺仪为多轴mems陀螺仪。

具体的，多轴mems陀螺仪是一种先进的用于姿态测量的数字化传感器，可通过加载气压计及磁力计信息，检测多达9轴的姿态信号，并且测量精度稳定，信号可实时输出，结合高精度北斗定位技术，可以在可控范围内对船舶坐标系进行转换。因此，在港口智能化作业过程中基于多源姿态检测的泊位监测系统，会为港口作业模式带来提升，并解决作业过程中的关键问题。

本发明利用多轴mems陀螺仪获取靠泊船舶的俯仰、横滚、偏航三类姿态数据，并通过与mems陀螺仪安装于同一监测终端内部的双冗余高精度北斗定位数据，获取以mems陀螺仪为中心的坐标位置。

作为一种可选的实施方式，本发明所述第一监测终端1和所述第二监测终端2均还包括通信模块，利用所述通信模块使监测终端和所述服务端3连接。

具体的，所述第一监测终端1还包括第一通信模块，利用所述第一通信模块使所述第一监测终端1和所述服务端3连接。

所述第二监测终端2还包括第二通信模块，利用所述第二通信模块使所述第二监测终端2和所述服务端3连接。

作为一种可选的实施方式，本发明所述船舶在泊状态监测系统还包括pc机4，所述pc机4和所述服务端3连接，所述服务端3将所述当前姿态数据通过所述pc机4进行显示。

具体的，服务端3对接收到的冗余数据进行差分处理，处理后的信息通过opc传入到plc供使用终端使用，同时plc作为服务结点，也可供三维pc机4显示终端使用，pc机4为在线显示端，显示端通过opc从plc结点采集数据刷新，以三维的方式实时显示船舶当前姿态。

作为一种可选的实施方式，本发明所述第一监测终端1和所述第二监测终端2均还包括电源管理模块，利用所述电源管理模块为监测终端供电。

具体的，所述第一监测终端1还包括第一电源管理模块，利用所述第一电源管理模块为所述第一监测终端1供电。

所述第二监测终端2还包括第二电源管理模块，利用所述第二电源管理模块为所述第二监测终端2供电。

具体的，电源管理模块提供了电源的开关机、充放电、电池保护功能，能够做到系统的24小时稳定运行不断电。

作为一种可选的实施方式，本发明所述船舶在泊状态监测系统还包括报警装置，所述报警装置和所述服务端3连接，所述服务端3根据所述当前姿态数据和预设姿态阈值控制所述报警装置的开闭。所述报警装置为led灯。

具体的，对所述当前姿态数据中的当前俯仰数据、当前横滚数据、当前偏航数据以及当前位置坐标进行超限阈值设定，超出阈值则红灯报警显示。

作为一种可选的实施方式，本发明所述第一监测终端1和所述第二监测终端2均还包括过滤模块，所述过滤模块用于对监测终端采集到的坐标数据进行过滤，并将过滤后的数据利用所述通信模块发送至所述服务端3。

本发明还包括手机配置端，手机配置端用于对姿态进行现场配置，主要配置内容为：现场无线通信模块的连接内容，服务端3的ip地址和服务端3的远端端口，同时手机配置端也可以对姿态进行水平校准。

具体的，利用安放于靠泊船舶首尾的两台高精度基于多轴mems陀螺仪配合加速度传感器以及北斗定位技术为一体的监测终端，对船舶三维空间状态以及定位及高程状态进行实时测量，主要参数有厘米级直角坐标定位信息、0.1度级xy轴倾斜角信息、0.1度级z轴船舶方向信息。

第一监测终端1和第二监测终端2放置于船舶首尾之前，在地面完成初始调零，使之与大地基准面保持平行状态，将该状态记录于监测终端的存储器中。

将第一监测终端1和第二监测终端2采集的数据，即俯仰数据、横滚数据、偏航数据、坐标和角速度按照其放置位置为原点状态进行二进制对位、二进制十进制转换、平滑滤波，冗余分析等方法解算，得出船体沿以码头泊位方向为y轴，海测方向为x轴，高程方向为z轴的坐标系下的船舶在当前状态下的俯仰、横滚、偏航三种状态及位置信息姿态测量数据。

对被监测泊船舶的态测量数据通过数据跳变阈值比对法进行异常测量数据处理并去噪，从而获得该被测船舶的俯仰、横滚、偏航三种状态及位置信息姿态测量数据的稳定可靠数据。

在满足采样精度的前提下对去噪后的数据进行二次采样处理，经该处理后数据量得以降低，从而降低计算机对数据处理能力的要求。

所述计算模块对所得到的二次采样后姿态数据中俯仰、横滚、偏航、角速度、位置数据通过三角函数换算，作为输入参数输入到三维建模软件预先生成的船舶三维模型中，将船舶的俯仰、横滚、偏航三种状态予以在三维模型中可视化显示，并得出该监测船舶相对与泊位的停靠位置状态。

本发明适用于港口自动化作业领域，尤其涉及在散货物料装船过程中，对于船舶在泊状态进行监测。

与目前通过船舶自身倾斜仪以及人员在现场实时观测的方法相比，本发明受客观因素及人员因素影响较小，获取的数据具有更实时的反馈和更高的精度。同时，避免了因现场装船指导员通过对讲设备与中控操作员之间的语音沟通所导致的信息交流不畅问题。另外本发明的硬件成本较低，可靠性高，具备更高的推广价值。因此，在今后自动化无人化散杂货港口作业中，本发明可完全满足对散杂货船舶装船全过程的自动化监控，具备较高的实际使用意义。

本发明针对散杂货港口装船过程中的船舶在泊状态进行监测，实现对装船机远程或无人化装船过程中对所装船舶的自身姿态进行测量与分析并反馈的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。