专利名称：船舶周边水域安全可视化监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可视化监控系统，特别是船舶周边水域安全可视化监控系统。
背景技术：
船舶作为水上运输工具，在世界各地港口间航行，频繁进出内河水域，从 事靠泊作业，沿海和内河水域由于船舶密度大，渔区分布比较复杂；船舶在锚 地作业时，由于锚地水文气象特点，容易发生走锚现象；船舶从事靠泊作业时， 上下船舶的人员多而杂；船舶保安形式严峻，面临海盗和恐怖主义袭击两方面 的威胁，这些都给船舶的安全航行和安全管理工作带来了很大的压力。另集装箱船由于船首结构特点和集装箱装配特点，其盲区较大，为船长的 1.5倍，集装箱船频繁地航行于沿海渔船密集水域、狭水道，并频繁进行靠离 泊作业，雷达在船舶避碰中同样存在不足。由于雷达盲区存在，在应用雷达避 碰时，当他船回波影像向本船雷达盲区靠近时，虽近在咫尺，却无法掌握来船 当时情况；船舶在驶近被居间障碍物遮蔽他船的水道或航道的弯头时，由于雷 达无线电波被阻挡，无法探测到障碍物遮蔽水域通航环境情况；在使用雷达进 行避让时，避让效果在雷达上反应迟钝，普通雷达，进行标绘采取避让行动时 至少要对目标船进行3次以上，每次间隔3min，需要9min的时间，即使使 用ARPA雷达进行观察，目标船舶回波矢量显示也要1 2 min，稳定的矢量显 示要达3 min，他船的方位变化也只能在他船大幅度转向后1 2 min才能测 出；雷达对小物标及对无线电波反射弱的物标可能探测不到，不恰当使用"雨 雪抑制"和"海浪抑制"，以及外界环境干扰均可能丢失部分物标和出现假回 波等现象，这些给船舶的安全营运带来隐患。还有联合国国际海事组织(IMO)在《国际船舶和港口设施保安规则》中有关 船舶保条款中规定，为应对保安事件，要求采取防范措施 控制人员及其物品上船 监控限制区域，确保只有经过授权的人才能进入 监控甲板区域和船舶周围区域 监督货物和船舶备品装卸目前，在航运方面，CCTV系统仅在VTS中心、重要航段和港区管理方面得 到了应用，这些都是在陆地上的应用，船舶上并没有加装用于监视船舶周围水 域的CCTV系统。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种船舶周边水域安全可视化 监控系统。该可视化监控系统将闭路电视系统(CCTV)移植到船舶上，用于船 舶对本船周过水域的安全进行可视化监控。本实用新型所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现 船舶周边水域安全可视化监控系统，包括 设置在船艏、船尾及船舷两侧的摄像部分；设置在驾驶台上和船长房间的显示及记录部分及控制部分；所述控制部分 通过传输部分与所述摄像部分和显示及记录部分连接。本实用新型的摄像部分包括固定在船体上的安装支架和安装在安装支架 上摄像机，在所述摄像机上加装有防护罩。所述安装在船艏的摄像机带有可360度旋转全球全方位云台，且为一体化 彩色摄像机。所述船尾和船舷两侧的摄像机为 一体化彩色摄像机。所述显示与记录部分由监视器、计算机、硬盘录像机、多画面分割器、视 频分配器组成，视频分配器的信号输入端通过所述传输部分与摄像部分连接， 视频分配器采集的视频信号通过数据线传输至计算机，计算机的视频信号输出 口通过多画面分割器传输至监视器，还通过另一视频信号输出口输送至硬盘录 像机进行记录。众所周知，RS-232、 RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是 由电子工业协会(EIA)制订并发布的。RS-232在1962年发布，命名为 EIA-232-E,作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。其传送距离最 大约为15米，最高速率为20kb/s，并且RS-232是为点对点(即只用一对收、 发设备)通讯而设计的。所以，RS232只适合于本地通讯使用。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进 RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传 输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米(速率低于100kb/s时)，并允 许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接 收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围， EIA又于1983年在RS-422基础上制定了 RS-485标准，增加了多点、双向通信 能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力 和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于 EIA提出的建议标准都是以RS作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上 述标准以RS作前缀称谓。RS-232、 RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性 做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高 层通信协议。本实用新型的视频分配器为一 RS232-485转换器，是在RS-232基础上开 发的，该视频分配器克服了 RS-232传送距离最大约为15米的缺陷，保证有效 传送距离达300米以上，充分保证本实用新型系统工作的可靠性。该RS232-485转换器包括电源电路、232电平转换电路、485电路，所述 电源电路为无源方式，其输入端与计算机的RS232接口中的4脚(RDT)和7 脚(RTS)连接，窃取电源，该电源电路包括二极管D1、 D2、电阻R1、稳压 二极管D3、滤波电容C6， 二极管D1、 D2的正极分别与计算机的RS232接口 中的4脚(RDT)和7脚(RTS)连接，两者的负极并接后电阻R1的一端， 电阻R1另一端分别接稳压二极管D3的负极和滤波电容C6的一端并输出一电 平VCC; 485电路包括模块MAX485CPA、电阻R2、 R3、 R4、 R5、三极管 Ql，视频信号输入端A、 B接模块MAX485CPA的6、 7脚，电阻R4、 R5的 一端分别接模块MAX485CPA的6、 7脚，电阻R4的另一端接电平VCC, R5 的另一端接地；模块MAX485CPA的8脚接电平VCC， 5脚接地，2、 3脚并 接后接三极管Q1的集电极，三极管Q1的集电极还通过电阻R2接电平VCC， 三极管Q1的基极接电阻R3的一端；232电平转换电路包括模块NIH232、电 容C1、 C2、 C3、 C4、 C5，模块NIH232的1、 3脚之间连接电容C4、 4、 5脚 之间连接电容C5、 10脚、15脚直接接地，6脚通过电容C1接地，2脚接电容 C3的一端，电容C3的另一端和C2的一端接电平VCC，电容C2另一端接地，9脚接电阻R3的另一端，11脚、12脚分别接模块MAX485CPA的1、 4脚， 模块NIH232的8脚和13脚并接后接RS232接口 3脚，模块NIH232的14脚 接RS232接口 2脚。由于PC串口每根线可以提供大约9mA的电流，因此两根线提供的电流足 够供给RS232-485转换器使用了 。经实验，本RS232-485转换器只使用其中一 条线也能够正常工作。使用本RS232-485转换器需注意PC程序必须使串口的 DTR和RTS输出高电平，经过稳压二极管D3稳压后得到VCC，经过实际测 试，VCC电压大约在4.7V左右。因此，电路中要说D3起的作用是稳压还不 如说是限压功能。本实用新型的传输部分包括视频信号传输线路和控制信号传输线路，视频 信号传输线路为同轴电缆，控制信号传输线路采用三芯去台控制线。 由于采用了如上的技术方案，本实用新型具有如下优点1、 消除船舶雷达盲区通过安装在船首尾探头的，能够有效地实时监控到船舶雷达盲区内的所有 动态信息，为驾驶人员正确采取措施提供最详细的图像资料。2、 船舶保安可视化监控系统能够承担起IMO有关船舶保安监控任务，有效地防止相关 保安事件的发生。3、 船舶值更船舶抛起锚作业，利用本实用新型提供的系统可以监控船舶锚链出链长 度、锚链方向等。驾驶员在驾驶台值锚更时可通过该系统能非常及时准确地判 断船舶的锚泊情况，如锚链方向、锚链的松紧情况、是否走锚等，既能保证船 舶锚泊安全，又能有效减轻值更船员的劳动强度。4、 渔区及其他复杂水域中的航行安全船舶航行在渔区及其他复杂水域时，通过本实用新型提供的系统，可以迅 速清晰地观察水域或船舶，便于船员迅速做出反应，为船员操作赢得时间，确 保船舶安全航行。另一方面， 一旦发生海上交通事故，通过该系统的记录盘，为判明事故责任提供非常有价值的第一手资料。5、 事故记录本实用新型提供的系统可以实时记录水域的各种航行信息， 一旦存在船舶碰撞危险，可以调整探头方向，监视来船，记录来船的运动情况，实时记录船舶的碰撞情况，为海事取证收集大量有用的信息，弥补VDR (船舶航行数据记 录仪一船舶黑匣子)的不足。6、 人员管理船舶特殊的环境，船员稍有疏忽，可能会透发事故，为保障船员的人身安 全，利用本实用新型提供的系统监控船员的生活和作业区域，能够有效的防止 这类事故的发生。7、 货物装卸作业船舶在港装卸作业期间，通过该系统能对船舶舱面以上的货物装卸情况进 行实时监控并记录下来，确保安全作业。由于集装箱船的特点，码头装卸货非常频繁，有时因装卸工人的操作不当， 造成对船舶的损坏，而且值班驾驶员不能在第一时间发现，该系统能提供装卸 货期间完整的图像资料，以便船方向装卸公司提出索赔，充分保护船东的利益。8、 与其它设备优势互补用于船舶航行水域监控的本实用新型提供的系统，通过提供的可视化信 息，给船员直观的信息，可以弥补雷达、AIS、 VHF等设施的不足，并为ECDIS 和IBS等系统提供信息，通过网络传输，该系统也可作为船一岸一体化的子系统。船舶周边水域安全可视化监控系统能够为船舶的安全营运提供有力技术 支持。在船上船舶周边水域安全可视化监控系统，是船舶保安的一项十分有效 的措施；该系统能够有效消除盲区，为船舶有渔区或其它复杂水域航行提供安 全保障；实时记录事故；对船舶装卸安全作业进行有效的监控；对该系统进行 功能扩展，作为船舶数字化航行提供可视化的信息。
图1为本实用新型的船舶周边水域安全可视化监控系统的原理框图。 图2为本实用新型的船舶周边水域安全可视化监控系统工程配置图。 图3为本实用新型的船舶周边水域安全可视化监控系统的摄像机在船上 的分布图，图4为本实用新型的船舶周边水域安全可视化监控系统RS232-485转换器的电原理图。图5为本实用新型船艏的摄像部分的探测效果图I 。图6为本实用新型船艏的摄像部分的探测效果图II 。 图7为本实用新型船艏的摄像部分的探测效果图III。 图8为本实用新型船艏的摄像部分的探测效果图IV。 图9为本实用新型船艏的摄像部分的探测效果图V。 图IO为本实用新型船弦的摄像部分的探测效果图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。参看图1，船舶周边水域安全可视化监控系统，包括摄像部分l、显示与 记录部分2、控制部分3，控制部分3与常规的闭路电视系统中的控制部分的 计算机系统结构完全一样，在此不作详细描述。该控制部分3通过传输部分4 与摄像部分1和显示及记录部分2连接，完成驱动摄像部分1中的云台巡视， 视频切换以及信息处理工作。参看图2和图3，摄像部分1负责摄取现场景物并将其转换为电信号，经传 输部分4将电信号传送到控制部分3，通过解调放大即将电信号转换成图像信 号，送到显示与记录部分2上显示出来。其包括分别安装在船艏、船尾及船舷 两侧的摄像部分ll、 12、 13、 14，所有的摄像部分ll、 12、 13、 14包括固定 在船体上的安装支架和安装在安装支架上摄像机，在摄像机上加装有防护罩。 摄像部分11、 12、 13、 14的具体安装方式为本领域技术人员所熟知，在此不 作详细描述。摄像部分11采用采用全球全方位云台，其摄像机为一体化彩色摄像机并 具有红外功能。由于现有船舶的安装方式因船首没有预设专门位置，采用不完 全固定的安装方式，即基座固定，配备特殊的安装支架，为防止在大风浪中海 浪冲击的影响，可以收回摄像机。对正在建造或大修和船舶，建议在船首设置 专门的位置用于固定安装摄像头。全球全方位云台可进行360度旋转，通过在驾驶台控制云台，摄像机可以 完整地监测到雷达的盲区，船舶靠泊时的出缆方向、锚泊时锚链的方向和受力9情况，甚至可以看到水尺。摄像部分12、 13、 14固定安装，其中13、 14设置在两舷，能够监控到舷 梯口的地方。安装支架顶部可以旋转，因此，摄像部分13、 14可以监测到前 方水域的环境。摄像部分12、 13、 14的摄像机为一体化彩色摄像机并具有红 外功能。摄像部分ll、 12、 13、 14通过接线盒15、 16、 17、 18供给DC12V电源。 显示及记录部分2及控制部分3设置在驾驶台上；传输部分3包括视频信 号传输线路和控制信号传输线路，视频信号传输线路为同轴电缆31，控制信号 传输线路采用RVV6*0.75三芯去台控制线32。电源线33采用两芯电源线。显示与记录部分2由监视器、计算机、硬盘录像机、多画面分割器、视频 分配器组成，视频分配器的信号输入端通过传输部分4与摄像部分1连接，视 频分配器采集的视频信号通过数据线传输至计算机，计算机的视频信号输出口 通过多画面分割器传输至监视器，还通过另一视频信号输出口输送至硬盘录像 机进行记录。因设置了四台摄像机，为有利于值班船员全面巡视，采用全景监视，即让 所有的摄像机信号都能显示在监视器屏幕。本实用新型使用了多画面分割器， 这种设备能够把多路视频信号合成为一路输出，输入一台监视器，这样就可在 屏幕上同时显示多个画面，分割方式采用4画面。使用多画面分割器可在一台 监视器上同时观看多路摄像机信号，而且它还可以用一台录像机同时录制多路 视频信号。有些较好的多画面分割器还具有单路回放功能，即能选择同时录下 的多路信号视频信号的任意一路在监视器上满屏播放。视频分配器可将一路视频信号转变成多路信号，输送到多个监视器进行监 视。该视频分配器为一 RS232-485转换器，是在RS-232基础上开发的，该视 频分配器克服了 RS-232传送距离最大约为15米的缺陷，保证有效传送距离达 300米以上，充分保证本实用新型系统工作的可靠性。该RS232-485转换器包括电源电路、232电平转换电路、485电路，所述 电源电路为无源方式，其输入端与计算机的RS232接口中的4脚(RDT)和7 脚(RTS)连接，窃取电源，该电源电路包括二极管D1、 D2、电阻R1、稳压 二极管D3、滤波电容C6， 二极管D1、 D2的正极分别与计算机的RS232接口 中的4脚(RDT)和7脚(RTS)连接，两者的负极并接后电阻R1的一端，电阻R1另一端分别接稳压二极管D3的负极和滤波电容C6的一端并输出一电 平VCC; 485电路包括模块MAX485CPA、电阻R2、 R3、 R4、 R5、三极管 Ql，视频信号输入端A、 B接模块MAX485CPA的6、 7脚，电阻R4、 R5的 一端分别接模块MAX485CPA的6、 7脚，电阻R4的另一端接电平VCC， R5 的另一端接地；模块MAX485CPA的8脚接电平VCC， 5脚接地，2、 3脚并 接后接三极管Q1的集电极，三极管Q1的集电极还通过电阻R2接电平VCC， 三极管Q1的基极接电阻R3的一端；232电平转换电路包括模块NIH232、电 容C1、 C2、 C3、 C4、 C5，模块NIH232的1、 3脚之间连接电容C4、 4、 5脚 之间连接电容C5、 10脚、15脚直接接地，6脚通过电容C1接地，2脚接电容 C3的一端，电容C3的另一端和C2的一端接电平VCC，电容C2另一端接地， 9脚接电阻R3的另一端，11脚、12脚分别接模块MAX485CPA的1、 4脚， 模块NIH232的8脚和13脚并接后接RS232接口 3脚，模块NIH232的14脚 接RS232接口 2脚。由于PC串口每根线可以提供大约9mA的电流，因此两根线提供的电流足 够供给RS232-485转换器使用了 。经实验，本RS232-485转换器只使用其中一 条线也能够正常工作。使用本RS232-485转换器需注意PC程序必须使串口的 DTR和RTS输出高电平，经过稳压二极管D3稳压后得到VCC，经过实际测 试，VCC电压大约在4.7V左右。因此，电路中要说D3起的作用是稳压还不 如说是限压功能。上面描述的232电平转换电路也可以直接使用MAX232集成电路。本实用新型还可以作如下的改进1、防震、防水、防盐雾、防锈蚀船舶航行过程中，尤其是在大风浪中航行时，震动很厉害，摄像机获取的 图像不稳定，也会损害数字硬盘录像机和驾驶室的终端显示设备。解决方法， 在硬盘录像机和驾驶室的终端显示设备处设置防震垫。室外的探头均选择防水性较好的设备，室外接头的电源插座，设计水密的 不锈接线盒。对受海浪和盐雾影响较为严重的船首的摄像机，采用便携式的，当在风浪 较大的外海航行时，取下该摄像机。为有效的防锈蚀，所有的安装支架都进行了有效的防锈处理。摄像部分11的摄像机受环境影响最为厉害，在摄像机外安装防护罩，内设 降温风扇、遮阳罩、加热器、雨刷等，以应室外温、湿度等环境的变化。为防止大风浪强烈冲击探头，摄像部分ll、 12的摄像机采用便携式，需要使用时， 必须连接传输线和电源，还需要临时固定好，而船首和船尾因位置特殊，探头 安置不当，不但会损坏摄像机，而且可能影响到船舶的甲板操作。2、传输部分的布置现有的船舶都没有敷设备用的线缆，尤其是没有敷 设用于CCTV系统专用的双绞线、同轴电缆。因船体结构对强度的特殊要求， 不能随意开口打洞，因此敷设传输线是一个难题。在敷设过程中，不但要考虑 船舶上现要线路会对CCTV系统信号产生干扰，而且要最大限度的减小开口打 洞的数量，同时线路的敷设不应对船舶的外观形象产生较大的破坏。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优 点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实 施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神 和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入 要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书 及其等效物界定。
权利要求1. 船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在于，包括设置在船艏、船尾及船舷两侧的摄像部分；设置在驾驶台和船长房间的显示及记录部分及控制部分；所述控制部分通过传输部分与所述摄像部分和显示及记录部分连接。
2、 根据权利要求1所述的船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在于，所述摄像部分包括固定在船体上的安装支架和安装在安装支架上摄像机， 在所述摄像机上加装有防护罩。
3、根据权利要求2所述的船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在 于，所述安装在船艏的摄像机带有可360度旋转全球全方位云台，且为一体化 彩色摄像机。
4、 根据权利要求2所述的船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在 于，所述船尾和船舷两侧的摄像机为一体化彩色摄像机。
5、 根据权利要求1所述的船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在 于，所述显示与记录部分由监视器、计算机、硬盘录像机、多画面分割器、视 频分配器组成，视频分配器的信号输入端通过所述传输部分与摄像部分连接， 视频分配器采集的视频信号通过数据线传输至计算机，计算机的视频信号输出 口通过多画面分割器传输至监视器，还通过另一视频信号输出口输送至硬盘录 像机进行记录。
6、 根据权利要求5所述的船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在 于，所述视频分配器为一RS232-485转换器。
7、 根据权利要求6所述的船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在 于，所述RS232-485转换器包括电源电路、232电平转换电路、485电路，所 述电源电路的输入端与计算机的RS232接口中的4脚和7脚连接，窃取电源， 该电源电路包括二极管D1、 D2、电阻R1、稳压二极管D3、滤波电容C6， 二 极管D1、D2的正极分别与计算机的RS232接口中的4脚RDT和7脚RTS 连接，两者的负极并接后电阻R1的一端，电阻Rl另一端分别接稳压二极管 D3的负极和滤波电容C6的一端并输出一电平VCC; 485电路包括模块 MAX485CPA、电阻R2、 R3、 R4、 R5、三极管Ql,视频信号输入端A、 B接 模块MAX485CPA的6、 7脚，电阻R4、 R5的一端分别接模块MAX485CPA的6、7脚，电阻R4的另一端接电平VCC，R5的另一端接地;模块MAX485CPA 的8脚接电平VCC， 5脚接地，2、 3脚并接后接三极管Q1的集电极，三极管 Ql的集电极还通过电阻R2接电平VCC，三极管Ql的基极接电阻R3的一端； 232电平转换电路包括模块NIH232、电容C1、 C2、 C3、 C4、 C5，模块NIH232 的l、 3脚之间连接电容C4、 4、 5脚之间连接电容C5、 10脚、15脚直接接地， 6脚通过电容Cl接地，2脚接电容C3的一端，电容C3的另一端和C2的一端 接电平VCC，电容C2另一端接地，9脚接电阻R3的另一端，11脚、12脚分 别接模块MAX485CPA的1 、4脚，模块NIH232的8脚和13脚并接后接RS232 接口 3脚，模块NIH232的14脚接RS232接口 2脚。
8、根据权利要求1所述的船舶周边水域安全可视化监控系统，其特征在 于，传输部分包括视频信号传输线路和控制信号传输线路，视频信号传输线路 为同轴电缆，控制信号传输线路采用三芯去台控制线。
专利摘要本实用新型公开的船舶周边水域安全可视化监控系统，包括设置在船艏、船尾及船舷两侧的摄像部分；设置在驾驶台上和船长房间的显示及记录部分及控制部分；所述控制部分通过传输部分与所述摄像部分和显示及记录部分连接。本实用新型能够为船舶的安全营运提供有力技术支持。在船上船舶周边水域安全可视化监控系统，是船舶保安的一项十分有效的措施；该系统能够有效消除盲区，为船舶有渔区或其它复杂水域航行提供安全保障；船舶值更；实时记录事故；对船舶装卸安全作业进行有效的监控；对该系统进行功能扩展，为船舶数字化航行提供可视化的信息。
文档编号G07C5/08GK201117017SQ200720069578
公开日2008年9月17日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者伍生春, 平 卜, 王则胜, 飞 苏, 金永兴, 陈锦标 申请人:上海海事大学