基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统的制作方法
【专利说明】基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统
[0001]本发明是申请号为2014103624257、申请号为2014年7月28日、发明名称为“基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统”的专利的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及船舶行驶预警领域，尤其涉及一种基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统。
【背景技术】
[0003]船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。船舶在国防、国民经济和海洋开发等方面都占有十分重要的地位。
[0004]船舶从史前刳木为舟起，经历了独木舟和木板船时代，1879年世界上第一艘钢船问世后，又开始了以钢船为主的时代。船舶的推进也由19世纪的依靠人力、畜力和风力(即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆)发展到使用机器驱动。1807年，美国的富尔顿建成第一艘采用明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号，时速约为8公里/小时。1902?1903年在法国建造了一艘柴油机海峡小船；1903年，俄国建造的柴油机船“万达尔”号下水。20世纪中叶，柴油机动力装置遂成为运输船舶的主要动力装置。英国在1947年，首先将航空用的燃气轮机改型，然后安装在海岸快艇“加特利克”号上，以代替原来的汽油机，其主机功率为1837千瓦，转速为3600转/分，经齿轮减速箱和轴系驱动螺旋桨。60年代先后，又出现了用燃气轮机和蒸汽轮机联合动力装置的大、中型水面军舰。原子能的发现和利用又为船舶动力开辟了一个新的途径。1954年，美国建造的核潜艇“鹦鹉螺”号下水，功率为11025千瓦，航速33公里；1959年，前苏联建成了核动力破冰船“列宁”号，功率为32340千瓦；同年，美国核动力商船“萨瓦纳”号下水，功率为14700千瓦。
[0005]船舶的应用领域可分为民用和军用两方面，在民用方面，根据船舶航运的水域不同，又可划分为内河航运、沿海航运和远洋航运。无论哪一种民用方式，对于船舶的运营商来说，船舶都是一种特殊的大型高价商品，不仅其订造和购买需要谨慎考虑，在购买后的运营时，船舶行驶的安全性尤其需要得到保障，一出现船体碰撞等事故，都会造成巨额损失，为此，船舶制造商纷纷为船舶定制各种行驶预警设备，用于防止各项事故的发生。
[0006]现有技术中，存在一些船舶预警系统，通过对船舶行驶速度的检测，确定当下时亥|J，船舶的行驶速度是否超过当前水域规定的最大行驶速度，并在超过时进行语音报警，提醒驾驶员及时采取措施，对船舶进行减速处理，避免危险事故的发生。
[0007]但是，现有技术中的船舶预警系统检测对象单一，具有以下缺陷:(1)无法根据船舶周围目标距离船体的远近确定船舶的最大行驶速度，无法根据船舶下面水域的具体情况确定船舶的最大行驶速度，造成船舶速度控制模式过于简单，控制效率低下；(2)在驾驶员疲劳时，无法将驾驶员疲劳状态提供给船上人员或船舶管理中心进行预警；(3)在不同的国家航行时，由于各国采用的4G通信标准不同，船舶携带的无线通信设备无法兼容各国通信标准。
[0008]因此，需要一种新型的基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统，克服现有船舶报警系统的监控模式单一、监控效率低下的技术问题，根据不同的水面情况和水下情况，灵活制定允许的最大航行速度，提高航速的控制效率，同时能够将处于危险状况中的行驶速度和驾驶员疲劳状态通过兼容性强的移动通信网络发送给管理部门和其他人员，提高了船舶监控报警系统的智能化水平。
【发明内容】
[0009]为了解决上述问题，本发明提供了一种基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统，通过引入换能器和红外测距传感器分别确定水下和水面的目标状况，从而灵活确定船舶当前允许航行的最大速度，并通过摄像头和图像处理设备对驾驶员面部特征进行分析，提取驾驶员的疲劳状态，以在船舶超速或驾驶员过于疲劳时进行报警，同时，采用FPGA建造了兼容性强的移动通信设备，保证了报警信息的及时传递。
[0010]根据本发明的一方面，提供了一种基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统，所述船舶报警系统包括换能器组件、测距传感器组件、船速检测设备、控制设备和驾驶员状态检测设备，所述控制设备分别与所述换能器组件、所述测距传感器组件、所述船速检测设备和驾驶员状态检测设备连接，基于所述船速检测设备输出的船舶行驶速度控制所述换能器组件的测量精度等级，基于所述换能器组件和所述测距传感器组件的测量结果确定是否对船舶行驶速度报警，还基于所述驾驶员状态检测设备的检测结果确定是否对驾驶员疲劳状态报警。
[0011]更具体地，在所述基于行驶速度和驾驶员疲劳状态的船舶报警系统中，进一步包括，换能器组件，由四个换能器组成，所述四个换能器分别位于船舶船底四角，每一个换能器基于接收到的船舶行驶速度确定测量精度等级，所述测量精度等级包括特等、Ia等、Ib等和二等，所述四个换能器测量到的船舶船底距离水底最近的距离值作为船底目标距离输出；测距传感器组件，由四个红外测距传感器组成，所述四个红外测距传感器分别安装在船舶的四侧，用于分别检测船舶四侧附近出现的目标距离船体的距离，并将船舶四侧附近出现的目标到船体的距离中最近的距离值作为船侧目标距离输出；船速检测设备，检测并输出船舶行驶速度，在船舶行驶速度大于船舶最大允许行驶速度时，发出超速报警信号，在船舶行驶速度恢复到船舶最大允许行驶速度以内时，发出船舶速度正常信号；驾驶员状态检测设备，包括设置在驾驶员驾驶位置上方的摄像头和连接所述摄像头的图像处理设备，所述图像处理设备对所述摄像头拍摄的驾驶员面部图像进行分析以确定驾驶员的疲劳状态，所述驾驶员的疲劳状态包括极度疲劳、疲劳、亚清醒、清醒、极度清醒五个状态；无线数据收发设备，通过FPGA芯片集成LTE标准的移动通信收发接口、WiMax标准的移动通信收发接口和HSPA+标准的移动通信收发接口，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex_7型号的芯片；定位设备，将船舶的定位数据发送给控制设备；控制设备，连接所述换能器组件、所述测距传感器组件、所述船速检测设备、所述驾驶员状态检测设备、所述无线数据收发设备和所述定位设备，基于船底目标距离和船侧目标距离确定船舶最大允许行驶速度，将船速检测设备输出的船舶行驶速度转发给换能器组件，在接收到超速报警信号时，通过无线数据收发设备，将所述船舶行驶速度发送给轮机员的移动终端或船舶管理中心的无线收发平台，将船舶的定位数据转发给船舶管理中心的无线收发平台，在接收到极度疲劳状态或疲劳状态时，通过无线数据收发设备，将所述摄像头拍摄的驾驶员面部图像发送给轮机员的移动终端或船舶管理中心的无线收发平台，将船舶的定位数据转发给船舶管理中心的无线收发平台；显示设备，连接控制设备，用于实时显示船舶四侧附近出现的目标到船体的距离、并实时显示所述四个换能器测量到的距离、船舶行驶速度、船舶最大允许行驶速度、驾驶员的疲劳状态、所述摄像头拍摄的驾驶员面部图像和船舶的定位数据；存储设备，连接控制设备，用于实时存储船舶四侧附近出现的目标到船体的距离、并实时存储所述四个换能器测量到的距离、船舶行驶速度、船舶最大允许行驶速度、驾驶员的疲劳状态、所述摄像头拍摄的驾驶员面部图像和船舶的定位