一种船舶倾覆的告警方法与流程

本发明涉及船舶设计制造领域，具体涉及一种船舶倾覆的告警方法。

背景技术

由于船舶在海上作业有易倾覆的特点，因此在现有技术中，为了对船舶的倾覆情况进行远程监测，通常会在船舶上安装监测设备，以通过重力传感器对船舶的重力加速度测量数据的变化，判断出船舶是否发生倾覆。

但是，由于海面情况复杂多变，船舶在行驶过程中易受到海浪、风暴等自然现象的扰动，因此在船舶受到剧烈冲击时，固接于船舶上的重力传感器所检测到的重力加速度值会出现异常，进而使得监管设备出现误判发出错误的告警信号。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种船舶倾覆的告警方法，以对船舶倾覆情况进行实时监测，并提高其准确性。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一技术方案，关于一种船舶倾覆的告警方法，通过固接于船体上的重力加速度传感器实时测量基于船体静止不变的正交三轴坐标系下的三轴重力加速度值，如在人为设定的时间段内连续出现三轴重力加速度值所合成的输出向量与船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值所合成的基准向量间的夹角大于或等于设定值，则通过远程无线通讯方式发出倾覆告警。

基于第一技术方案，还优选地设有关于船舶倾覆的告警方法的第二技术方案，其设计为：当所述输出向量的模值与基准向量的模值之间的误差大于或等于10％时，则视为三轴重力加速度值所合成的输出向量与船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值所合成的基准向量间的夹角小于设定值的情况。

基于第一或第二技术方案，还优选地设有第三技术方案，其设计为：每隔人为设定的期间测量和存储所述的三轴重力加速度值，并对每一轴的重力加速度值通过以下方式进行滤波得出该轴的重力加速度输出值，再将三轴的重力加速度输出值转化为所述的正交三轴坐标系下的输出向量，具体步骤如下：

步骤1：计算从某一轴方向上所测量的k次重力加速度的均值和测量方差mcn；

步骤2：计算估计方差ec，公式如下：

ecn＝(1-kgn-1)ecn-1+rand

其中，ecn为本次的估计方差，kgn-1为上一次的卡尔曼增益，ecn-1为上一次的估计方差，rand为随机数；

步骤3：计算卡尔曼增益kg，公式如下：

其中，kgn为本次的卡尔曼增益，ecn为本次的估计方差，mcn为本次的测量方差；

步骤4：计算估计值ev，公式如下：

evn＝ovn-1+kgn(mvn-ovn-1)

其中，evn为本次的估计值，ovn-1为上一次测量的输出值，mvn为本次的测量值；

步骤5：计算输出值，公式如下：

ovn＝a*evn+(1-a)*ovn-1

其中，ovn为本次的重力加速度的输出值，a为一阶滤波的滤波系数；

在初始计算时，估计方差ec的初始值为随机数rand,该随机数的具体取值为最近k个测量值的均值的10％；估计值ev和输出值ov的初始值均为船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值。

由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有的如下有益效果：

1、在第一技术方案及基于或用于第一技术方案的其他技术方案中，通过固接于船体上的重力加速度传感器实时测量基于船体静止不变的正交三轴坐标系下的三轴重力加速度值，并以人为设定的时间段内是否连续出现三轴重力加速度值所合成的输出向量与船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值所合成的基准向量件的夹角大于或等于设定值作为判定标准，来控制船舶是否要通过远程无线通讯方式发出倾覆告警信号，该方法不仅提高了告警信号传送的及时性和准确性，还减小或消除了因误判所会带来的影响，因此该方法较现有技术而言，更加地科学合理。

2、在第二技术方案及基于或用于第二技术方案的其他技术方案中，之所以需要对输出向量的模值与基准向量的模值之间的误差进行限定，是为了去除一些因扰动而产生的不正常的输出值，因此通过误差限定的方法剔除一些不必要的数据，以加快后续的工作的进程，进而提高系统的及时性和准确性。

3、在第三技术方案及基于或用于第三技术方案的其他技术方案中，提供了一种滤波的具体方法，之所以每隔人为设定的期间测量和存储所述的三轴重力加速度值，并对每一轴的重力加速度值进行滤波后，再将三轴的重力加速度输出值转化为正交三轴坐标系下的输出向量，是为了后续系统对人为设定的时间段内连续出现三轴重力加速度值所合成的输出向量与船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值所合成的基准向量间夹角的比较做准备，该方法有利于提高后续判定船舶是否倾覆进程的准确性。

4、在步骤3中通过对卡尔曼增益进行改进使其变成根号的形式，采用此计算方法提高了系统的及时性。

5、在步骤4中用一阶滤波后的ovn-1而不是自身值evn-1作为反馈，采用此计算方法增加了输出数据的稳定性。

6、在步骤5中多加了一阶滤波，使得输出数据更加收敛，有利于数据的稳定输出且更接近真实值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例关系示意图；

图2为低功耗处理器连接关系示意图；

图3为高性能处理器唤醒电路示意图；

图4为高性能处理器唤醒电路示意图；

图5为传感器电路示意图；

图6为通讯模块电路示意图。

具体实施方式

下面将给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，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作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。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

如图1所示，本发明实施例包括船舶监管装置10和管理平台20。其中，船舶监管装置10固定连接于船舶本体上，并通过其上的电源模块3充电。而管理平台20则一般设置于岸上的渔业监督部门或边防部门。这里所说的船舶，是指不带发电设备的渔船，例如舢板等。

其中，船舶监管装置10包括第一处理器1、第二处理器2、电源模块3、传感模块4和通讯模块5，它们之间电连接。

第一处理器1属于低功耗处理器，如图2所示，在本实施例中，采用芯片u6，具体型号为nrf51822。第二处理器2属于高性能处理器，其功耗小于第一处理器1，如图3所示，在本实施例中，采用芯片u1,具体型号为stm32f107vct6。

第一处理器1通过控制电源模块3向第二处理器2供电来唤醒第二处理器2。具体的电路如图4所示。在图4中，第一处理器1的第41管脚发出控制信号cpu_3v3_en，该控制信号用于控制电源模块3的一个芯片u4使能，芯片u4的具体型号为rt8008。在芯片u4工作时，电池电源vbat转换为供第二处理器2工作的电源cpu_3v3。通过这种方式，第一处理器1得以唤醒第二处理器2。

第一处理器1和传感模块4电连接，用于处理传感模块4发送的传感信息并判断是否符合特定条件，在本实施例中，所述的传感模块4采用六轴传感器，其中三轴作为重力加速度传感器，通过将该三轴重力加速度传感器固接于船体上，以实时测量基于船体静止不变的正交三轴坐标系下的三轴重力加速度值该三轴重力加速度传感器对基于船体静止不变的正交三轴坐标系下的三轴重力加速度的值和船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值。这里所说的特定条件是指在人为设定的时间段内连续出现三轴重力加速度值所合成的输出向量和船体正常水平状态下的三轴重力加速度值所合成的基准向量间的夹角是否大于或等于设定值。图5示出了传感模块4的电路图，其中，三轴重力传感器的测量信息是通过传感模块4的芯片u9(具体信号fx0s8700cq)的6号管脚发送信号sda_6a至第一处理器1的第7管脚。

第二处理器2和通讯模块5电连接，用于向管理平台20上报定位信息或报警，其还通过通讯模块5接收管理平台20的指令并执行。如图6所示，通讯模块5通过gprs通信芯片cm180，通信芯片的第11、12、13、14和16管脚分别接第二处理器2的第55、56、59、58和54管脚，以实现第二处理器2和管理平台20的信息互通。

在本发明中，船舶倾覆的告警方法是通过固接于船体上的三轴重力加速度传感器实时测量基于船体静止不变的正交三轴坐标系下的三轴重力加速度值，所述的第一处理器1每隔人为设定的期间测量和存储所述的三轴重力加速度值，并对每一轴的重力加速度值进行滤波，得出该轴的重力加速度输出值，再将三轴的重力加速度输出值转化为正交三轴坐标系下的输出向量；其中，滤波算法的具体步骤如下：

步骤1：计算从某一轴方向上所测得的k次重力加速度的均值和测量方差mcn；

步骤2：计算估计方差ec，公式如下：

ecn＝(1-kgn-1)ecn-1+rand

其中，ecn为本次的估计方差，kgn-1为上一次的卡尔曼增益，ecn-1为上一次的估计方差，rand为随机数；

步骤3：计算卡尔曼增益kg，公式如下：

其中，kgn为本次的卡尔曼增益，ecn为本次的估计方差，mcn为本次的测量方差；

步骤4：计算估计值ev，公式如下：

evn＝ovn-1+kgn(mvn-ovn-1)

其中，evn为本次的估计值，ovn-1为上一次测量的输出值，mvn为本次的测量值；

步骤5：计算输出值，公式如下：

ovn＝a*evn+(1-a)*ovn-1

其中，ovn为本次的输出值，a为一阶滤波的滤波系数；

在初始计算时，估计方差ec的初始值为随机数rand,该随机数的具体取值范围为最近k个测量值的均值的10％；估计值ev和输出值ov的初始值均为船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值。

进一步地，经过上述的滤波后，当所述输出向量的模值与基准向量的模值之间的误差大于或等于10％时，则视为三轴重力加速度值所合成的输出向量与船体处于正常水平状态下的三轴重力加速度值所合成的基准向量间的夹角小于设定值的情况；如在人为设定的时间段内连续出现三轴重力加速度值所合成的输出向量的夹角大于或等于设定值的情况，则通过远程无线通讯方式发出倾覆告警，具体的告警方式是通过第一处理器1唤醒第二处理器2，第二处理器2通过通讯模块5向远程发出倾覆告警信号。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。