一种落水危险品集装箱测距方法及测距系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种落水危险品集装箱测距技术，特别是一种针对利用水声信号处理进行落水危险品集装箱探测定位的测距方法及系统，本发明适用于落水危险品集装箱的精确定位。
【背景技术】
[0002]在危险品货物以集装箱方式通过水路运输的过程中，由于恶劣气象条件、不利的航道状况、密集的船舶交通流分布、以及船舶驾驶人员的操作失误等原因，时常会发生危险品集装箱落水事故。为了避免危险品货物对航行安全、生态环境造成不利影响，必须对落水危险品集装箱进行及时打捞处理。对落水集装箱进行探测定位是打捞工作的前提，基于水声信号处理的危险品集装箱探测定位技术，通过安装在集装箱上的水声定位信标与水面的探测节点间的水声通信，确定定位信标到相应水面探测节点间的距离，如果在事故水域投放的水面探测节点个数不少于3个，便可利用定位算法计算出定位信标的位置坐标，从而确定落水危险品集装箱所在位置。由此看见，确定定位信标到水面探测节点的距离，是实现对落水危险品集装箱定位的关键步骤，常用的方法是水面探测节点依次与水声定位信标进行水声信号通信，进而利用水声信号的传播时间来计算相应水面探测节点与水声定位信标的距离。
[0003]然而，水声通信与射频无线通信在信道传播时延和通信模块功耗等方面存在很大的弊端，如水声信道传播时延远大于射频无线信道的传播时延，且水声通信模块的功耗远大于射频无线通信模块的功耗。因此，对于落水危险品集装箱的探测定位，应尽量减少水声通信的次数，这样既可以缩短探测定位的时间，又可以延长危险品集装箱定位信标的使用寿命O
[0004]本发明针对目前基于水声信号处理的落水危险品集装箱探测定位技术在距离测量中存在的不足，需提出一种高效、节能的落水危险品集装箱测距方法或者设备。
【发明内容】
[0005]鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种以较少的水面探测节点与集装箱定位信标间的水声通信次数获得定位所需要的距离信息的落水危险品集装箱测距方法，以克服现有落水危险品集装箱探测定位技术，特别是基于水声信号处理的落水危险品集装箱探测定位技术中测距方法存在的效率低、节能效果差等缺陷。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案:
[0007]—种落水危险品集装箱测距方法，本方法适用于对安装有水声定位信标的落水危险品集装箱进行测距探测，其特征在于:
[0008]包括如下步骤
[0009]S1、在待探测区域的水面上投放至少3个能够向落水危险品集装箱发送定位命令水声信号的探测节点；
[0010]S2、在各所述探测节点中选定主探测节点，其他探测节点默认为次探测节点；各所述探测节点分别获取各自对应的位置坐标，同时各次探测节点分别将各自所获取的位置坐标发送给主探测节点；
[0011]S3、主探测节点向各次探测节点广播与定位命令水声信号的发送时刻t相关的数据，若各次探测节点接收到所述数据，则分别向主探测节点发送确定性应答信号；
[0012]S4、在到达发送时刻t之前，每隔一定时间间隔主探测节点向各次探测节点广播与定位命令水声信号的发送时刻t相关的数据，直至主探测节点与次探测节点满足应答成功条件，所述应答成功条件是指主探测节点至少收到2个次探测节点所发送确定性应答信号；
[0013]S5、若到达发送时刻t，未满足应答成功条件，则确认应答失败，广播应答失败报文，重新设定发送时刻V并重复S3-S4过程，直至满足应答成功条件；
[0014]S6、在满足应答成功条件且到达发送时刻t或者V时，主探测节点发送定位命令水声信号并记录被探测的落水危险品集装箱的水声定位信标反馈的定位响应信号到达的时刻T;同时满足应答成功条件的各次探测节点在到达发送时刻t或者V时，分别记录被探测的落水危险品集装箱的水声定位信标反馈的定位响应信号到达的时刻IV，其中，? = 1...Ν，N值按照满足应答成功条件的次探测节点的数量进行设定;所述定位响应信号是指被探测落水危险品集装箱的水声定位信标成功接收到主探测节点发送的定位命令水声信号并经过其内部的水声通信单元收发切换时延A t后所反馈的定位响应水声信号，Δ t为固定时间长度，且假定各所述探测节点均已知At;
[0015]S7、各次探测节点分别将所记录被探测的落水危险品集装箱的水声定位信标反馈的定位响应信号到达的时刻T/发送给主探测节点；如果N = 2，则主探测节点利用三边测量法计算被探测的落水危险品集装箱的位置坐标，如果N>2，则主探测节点利用基于多边测量法的极大似然定位算法计算被探测的落水危险品集装箱的位置坐标。
[0016]进一步的，各所述探测节点均包括水声换能器I以及探测节点控制单元，所述探测节点控制单元包括:供电模块1、嵌入式微处理器1、水声通信单元1、射频无线通信单元及GPS模块;所述嵌入式微处理器I为中央控制中心，通过所述水声通信单元I连接水声换能器I，以完成定位命令水声信号的发送及定位响应信号的接收过程;所述GPS模块用于实时获取各自对应的位置坐标，所述射频无线通信单元用于完成各所述探测节点之间的数据通信过程。
[0017]进一步的，所述落水危险品集装箱的水声定位信标包括水声换能器I1、供电模块11、嵌入式微处理器11、水声通信单元II以及落水检测单元、参数配置接口 ；所述嵌入式微处理器II为中央控制中心，通过所述水声通信单元II连接水声换能器II，以完成定位命令水声信号的接收及定位响应信号的发送过程;所述落水检测单元用于检测是否发生落水事故，当危险品集装箱发生落水事故时，所述落水检测单元通过嵌入式微处理器II触发水声通信单元工作；所述参数配置接口用于水声定位信标接收外部配置参数，如ID号、货物类型。
[0018]本发明的另一目的是要提供一种以较少的水面探测节点与集装箱定位信标间的水声通信次数获得定位所需要的距离信息的落水危险品集装箱测距系统:
[0019]一种落水危险品集装箱测距系统，其特征在于:
[0020]包括
[0021]至少3个投放于在待探测区域的水面上的，能够向落水危险品集装箱发送定位命令水声信号的探测节点;所述探测节点包括已获取各自对应的位置坐标主探测节点以及次探测节点，所述主探测节点在获取各次探测节点的位置坐标后向各次探测节点广播与定位命令水声信号的发送时刻相关的数据，并在满足应答成功条件且到达发送时刻时，发送定位命令水声信号并记录被探测的落水危险品集装箱的水声定位信标反馈的定位响应信号到达的时刻；同时所述主探测节点在获取各次探测节点所记录的被探测的落水危险品集装箱的水声定位信标反馈的定位响应信号到达的时刻后，利用三边测量法或基于多边测量法的极大似然定位算法计算被探测的落水危险品集装箱的位置坐标;各所述次探测节点分别向主探测节点发送各自对应的位置坐标并在接收到与定位命令水声信号的发送时刻相关的数据时，分别向主探测节点发送确定性应答信号；同时在满足应答成功条件并到达发送时刻时，分别记录被探测的落水危险品集装箱的水声定位信标反馈的定位响应信号到达的时刻并向主探测节点发送所记录的被探测的落水危险品集装箱的水声定位信标反馈的定位响应信号到达的时刻；
[0022]以及安装于危险品集装箱上的水声定位信标，所述水声定位信标能够接收定位命令水声信号，并发送定位响应信号;所述定位响应信号是指被探测落水危险品集装箱的水声定位信标成功接收到主探测节点发送的定位命令水声信号并经过收发切换时延A t后所反馈的定位响应水声信号，A t为固定时间长度，且假定各所述探测节点均已知Δ to
[0023]进一步的，主探测节点是由各探测节点随机选定，并在落水集装箱的探测过程中可以根据需要进行动态调整，其他探测节点默认为次探测节点。