一种智能船舶靠泊辅助系统及方法与流程

本发明涉及船舶航行安全领域，特别是一种基于多种传感器的智能船舶靠泊辅助系统及方法。

背景技术：
对于大型船舶和危险品船舶，安全进出航道和靠泊特别重要。大型船舶在靠泊时，会受到风速、风向、流速、流向等复杂水文气象因素的影响，导致船舶靠岸速度过快或角度过大，进而造成船舶撞击码头设施和装卸设备等安全事故，不仅产生巨大的经济损失，甚至还可能造成人员伤亡。早期的船舶靠泊主要依赖于船长和引航员的经验，靠泊时速度和角度的控制受人为因素影响很大，可靠性较差。因此，为保证大型船舶尤其是危险品船舶的航道航行、靠泊和停泊作业安全，需要使用辅助靠泊系统提供船舶靠泊急需的船舶位置和船舶动态信息，包括：船首和船尾的速度、船舶与码头的距离、船舶与码头的夹角、船舶靠泊后的漂移报警等。随着现代科技的发展，全球部分发达港口的码头已开始安装各种测速仪，或称岸基式靠泊仪，包括声纳靠泊仪、基于红外线的靠泊辅助系统、雷达靠泊仪等。这些靠泊系统均基于测速原理，即测定船舶靠泊时的船速，或多或少的存在着一些问题：声纳靠泊仪作用距离短，只有200米，且极易产生散射、折射、发射等现象，测量精度差；基于红外线的靠泊辅助系统，是将红外探测器安装在码头上测量船舶与码头的距离，并将船舶动态数据通过码头上安装的超大显示屏显示出来，但没有报警功能，因此信息的可读 性受到距离和天气能见度的影响很大；雷达靠泊仪探测船舶与码头之间的距离，但受天气的影响较大，特别是在雨雪天气，雷达回波受到干扰，系统精度大大下降。2011年11月9日公开的公开号为CN102236327A的发明专利“一种船舶激光靠泊监测系统”，包括主控制器、数据交换终端以及码头操作区域，所述主控制器三个输入端分别连接风速风向仪、GPS定位装置及数据交换终端，所述码头操作区域均由嵌入式硬盘与辅助控制器组成，其中的嵌入式硬盘分别接有两个摄像机，其辅助控制器分别接有两个激光传感器。由于此靠泊系统是基于两个固定间距的激光测距仪实现对船头船尾的距离测量，故其检测有效范围受限，仅适合大型船舶，而不适用于中小型船舶的靠泊。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：目前的船舶靠泊辅助系统有效检测范围受限、信息量少、可辨识度受能见度依赖以及缺少智能化的问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：使用由信息实时采集子系统1、数据实时处理子系统2、信息实时发布子系统3三部分组成的智能船舶靠泊辅助系统，通过信息实时采集子系统1实时采集三维激光点云、视频影像、环境参数等数据，环境参数包括温度、风速、风向、能见度、水速、水向、潮位等，由数据实时处理子系统2进行数据实时处理，获取船舶停靠需要的实时船舶距离、靠泊速度、靠泊角度、码头和船舶三维模型、视频影像、环境参数、靠泊建议和预警信息等，再经信息实时发布子系统3以有线和无线网络传输的方式发布到用户和管理终端，从而实现智能船舶辅助靠泊。本发明的内容包括：一种智能船舶靠泊辅助系统。方法包括：一种利 用上述智能船舶靠泊辅助系统进行船舶辅助靠泊的方法。本发明的一种智能船舶靠泊辅助系统由信息实时采集子系统1、数据实时处理子系统2、信息实时发布子系统3三部分组成。所述信息实时采集子系统1由测距与成像模块101和环境监测模块102两部分组成，其中测距与成像模块101包括至少一台激光扫描仪和至少一台高清摄像机，环境监测模块102包括温度传感器、风速风向仪、能见度传感器、流向流速仪、激光潮位计和其他用于监测环境参数的传感器。所述数据实时处理子系统2包括至少一台计算机201、点云数据处理模块202、影像数据处理模块203、环境参数处理模块204、数据分析和预警模块205、一个基础数据库206和一个专家知识库207。数据实时处理子系统2可部署在一台或者多台计算机201上，以提高数据处理的速度和效率。所述基础数据库206用于存储和管理由信息实时采集子系统1采集的原始激光点云、视频影像和环境参数数据以及经点云数据处理模块202、影像数据处理模块203、环境参数处理模块204处理后的得到的各种数据。专家知识库207用于存储和管理船长和引航员以往的经验和知识以及各类船舶靠泊的有效记录，作为智能支撑数据分析和预警模块205。所述点云数据处理模块202用于处理由测距与成像模块101获取的三维激光点云数据，计算实时船舶距离、靠泊速度、靠泊角度、码头和船舶三维模型；所述影像数据处理模块203用于处理由测距与成像模块101获取的实时视频数据；所述环境参数处理模块204用于处理由环境监测模块102获取的环境参数。所述数据分析和预警模块205用于依据专家知识库207的靠泊经验数据和以往该船舶或该船舶靠泊记录数据，对点云数据处理模块202、影像数据处理模块203和环境参数处理模块204处理得到的数据进行分析，推导出安全靠泊的建议和预警信息。所述信息实时发布子系统3包括信息传输装置301和多个信息接收及显示终端302。所述信息传输装置301用于将数据实时处理子系统2得出的 船舶距离、靠泊速度、靠泊角度、三维模型、视频影像、环境参数、靠泊建议和预警信息通过有线和无线数据传输网络发送到所述信息接收及显示终端302。所述信息接收及显示终端302是固定或移动的数据接收及显示装置。固定终端可安置在码头和船舶控制中心的相关部门，移动终端配备给船长、导航员或其他相关工作人员，便于靠泊时随身携带使用。一种智能船舶辅助靠泊方法，步骤如下：步骤S1：信息实时采集子系统1实时采集三维激光点云、视频影像和环境参数数据；步骤S2：将步骤S1中采集的数据通过有线或无线传输的方式发送到数据实时处理子系统2；步骤S3：数据实时处理子系统2进行数据处理，获得实时船舶距离、靠泊速度、靠泊角度、码头和船舶三维模型、视频影像、环境参数、靠泊建议和预警信息；步骤S4：信息实时发布子系统3通过信息传输装置301以有线和无线网络传输的方式将信息发布到各信息接收及显示终端302，辅助靠泊操作；步骤S5：重复步骤S1到步骤S4，进行数据的实时更新，从而实现智能船舶辅助靠泊。本发明的有益效果是：1.本发明适用于任何规模泊位及任何船型，可有效规避其他现有各种方法及系统的局限性和单一性问题。2.本发明充分利用专家知识库207的以往靠泊经验和各类船型的靠泊记录，对于实时的靠泊各参数进行检查，提出相应的靠泊操作建议并提前进行安全预警，从而保障船舶靠泊安全。3.本发明采用高精度、测量范围大的现代激光扫描系统获取准确的基础数据，并由此导出准确客观的船舶靠泊辅助信息，从而更有效地保障船舶靠泊安全。4.本发明充分利用现代有线和无线的通信手段，实现多终端信息接收，且能提供各类数据的融合表达和显示，尤其是为靠泊执行人员提供便携式移动终端，大大有效地支持靠泊的安全操作。5.本发明智能船舶靠泊辅助系统具有很好的开放性和扩展型。在未来出现更高端的环境监测传感器、激光雷达系统或视频监控系统时，均便于集成到本发明的智能船舶靠泊辅助系统中。附图说明图1是本发明的智能船舶靠泊辅助系统的系统结构图。图2是本发明的智能船舶靠泊辅助系统的数据流程图。具体实施方式图1是本发明的智能船舶靠泊辅助系统的系统结构图。智能船舶靠泊辅助系统由信息实时采集子系统1、数据实时处理子系统2、信息实时发布子系统3三部分组成。信息实时采集子系统1包括测距与成像模块101和环境监测模块102，其中测距与成像模块101由至少一台激光扫描仪和至少一台高清摄像机组成，环境监测模块102包括温度传感器、风速风向仪、能见度传感器、流向流速仪、激光潮位计和其他用于监测环境参数的传感器。数据实时处理子系统2包括至少一台计算机201、点云数据处理模块202、影像数据处理模块203、环境参数处理模块204、数据分析和预警模块205、一个基础数据库206和一个专家知识库207。信息实时发布子系统3包括信息传输装置301和多个信息接收及显示终端302。图2是本发明的智能船舶靠泊辅助系统的数据流程图。如图2所示，信息实时采集子系统1中的测距与成像模块101获得三维激光点云和实时视频数据，环境监测模块102获得环境数据，直接存储在数据实时处理子 系统2的基础数据库206中，经点云数据处理模块202、影像数据处理模块203和环境参数处理模块204实现实时处理。点云数据处理模块202处理原始的三维激光点云数据，获得可测量的三维点云模型，通过三维点云模型，可以测量船舶任意一点到码头任意一点的距离，通过时间段内的多个三维点云数据，可计算出船舶靠泊的速度和角度。影像数据处理模块203处理实时视频数据，根据需要，选择不同角度的影像进行对比。环境参数处理模块204用于处理由环境监测模块102获取的环境温度、风速、风向、能见度、流向、流速、潮位等数据，得到各种环境参数。以上各模块处理的结果数据同时存入基础数据库206中，并经数据分析和预警模块205结合专家知识库207中的以往靠泊经验和该船舶或该类型船舶的以往靠泊记录数据进行实时分析，推导出当前靠泊操作建议和预警信息。信息实时发布子系统3将数据实时处理子系统2处理获得的各种数据、靠泊建议和预警信息通过有线和无线数据传输网络进行发送，由信息传输装置301传输到多个信息接收及显示终端302，实现数据的独立、综合和融合显示。信息接收及显示终端302包括码头的大屏幕显示装置、位于船舶控制中心的各部门的计算机、靠泊船舶的控制中心的计算机、船舶工作人员的手机、PDA、平板、导航仪等手持移动设备或其他终端。虽然上文已经根据各种特定的实施例对本发明进行了描述，但本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此凡是按照本发明所述原理进行的修改，都应该理解为包括在本发明的保护范围内。