一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制方法、装置及系统

1.本发明属于船舶航行安全技术领域，涉及一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制方法、装置及系统。


背景技术：

2.目前，船舶自动靠泊领域依旧在大量使用人工操作或者拖轮辅助，效率较低、成本较高，较易发生危险事故。且船舶靠离泊过程中易受风、流等的影响。而现有的多种监测技术如声纳、红外、雷达、二维激光等具有一定的局限，精度不够高，还较容易受天气影响等，使得船舶智能靠离泊的实时显示与控制不够精确，增加了风险。
3.因此，研发一种安全、自动、高效的船舶智能靠离泊的实时显示与控制系统势在必行。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制方法，包括以下步骤：
5.获取船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况；
6.基于获取船舶靠泊离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况，判断船舶是否可以靠离泊，
7.当判断时船舶允许靠离泊时，对船舶靠离泊的路径进行规划；
8.基于规划出船舶靠离泊的路径以及船舶运动过程中各种参数，判断船舶当前操纵状态下靠离泊是否会发生碰撞事故，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号，控制船舶实现靠离泊。
9.进一步地，基于获取船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况，基于获取的港口泊位情况；
10.对靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况、港口泊位情况、船舶靠离泊的实时路径进行显示。
11.进一步地，所述判断船舶当前操纵状态下靠离泊是否会发生碰撞事故，包括当船舶当前操纵状态下靠离泊不会发生碰撞事故时，则按照当前路径行进；当船舶当前操纵状态下靠离泊即将要发生碰撞事故时，则提前按照不同的等级进行预警警示。
12.进一步地，所述船舶靠离泊过程中的运动信息包括船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度。
13.进一步地，还包括对船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度通过点云解算系统建立对岸坐标系，提取船舶特征点来进行数据处理与解析，然后通过通讯端的ip和端口号采用socket方法进行传输。
14.进一步地，还包括基于根据本船自身运动状况以及周围港口情况，划分本船泊位，将该船的泊位信息对话框的方式弹出。
15.一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制装置，包括：
16.获取模块i：用于获取船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况；
17.获取模块ii：用于获取的港口泊位情况；
18.判断模块：基于获取船舶靠泊离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况，判断船舶是否可以靠离泊，当判断时船舶允许靠离泊时，
19.规划模块：用于对船舶靠离泊的路径进行规划；
20.智能调度模块：用于基于规划出船舶靠离泊的路径以及船舶运动过程中各种参数，判断船舶当前操纵状态下靠离泊是否会发生碰撞事故，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号，控制船舶实现完成靠离泊；
21.显示模块：用于对靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况、港口泊位情况、船舶靠离泊的实时路径进行显示。
22.预警模块：用于当船舶当前操纵状态下靠离泊即将要发生碰撞事故时，则提前按照不同的等级进行预警警示；
23.信息弹窗模块：用于基于根据本船自身运动状况以及周围港口情况，划分本船泊位，将该船的泊位信息对话框的方式弹出。
24.一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制系统，包括传感器组、所述船舶显示控制装置、通讯模块和手机app；
25.所述传感器组采集船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息和港口泊位信息；
26.所述通讯模块接收所述传感器组传送的船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况；
27.所述船舶显示控制装置接收所述通讯模块传送的船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息，基于船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息对船舶能否靠离泊进行判断，当船舶能靠离泊时，对船舶靠离泊的路径进行规划与显示，基于船舶靠离泊的规划路径，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号；
28.所述自动系缆装置接收所述船舶显示控制装置发出的控制进行脱缆钩或系缆钩，船舶实现靠离泊；
29.所述手机app端接收所述船舶显示控制装置传送的船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息和获取的港口泊位信息，同样实现基于船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息对船舶能否靠离泊进行判断，当船舶能靠离泊时，对船舶靠离泊的路径进行规划与显示，基于船舶靠离泊的规划路径，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号。
30.本发明提供的一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制方法、装置及系统，来减少事故的发生，实现智能靠离泊工作，使得靠离泊过程更加智能化，便显得尤为重要；该系统通过局域网进行数据传输，手机端app可以更加便捷、智能的显示船舶靠离泊的操作过程，船舶驾驶人员以及引航员等关注手机端的情况就可以很好的操纵整个靠离泊过程；该发明不仅能够避免靠离泊过程中对人员造成的危险，而且在当前疫情条件下更能避免人与人之
间的接触，减少疫情传播与感染的风险，使船舶能够更加安全、智能的完成整个靠离泊过程。
31.该船舶智能靠离泊的实时显示与控制系统，船上显示端与手机端的互联，可以更加便捷、智能的显示船舶靠离泊的整个过程，减少了事故的发生，并且能够协助船舶人员将船舶靠离泊作业变得更加安全、高效、智能。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明的本方法的流程图；
34.图2为本发明的智能靠离泊装置的示意图；
35.图3为本发明的数据处理示意图；
36.图4为本发明的智能靠离泊系统的示意图。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
39.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
40.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
42.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
43.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
44.图1为本发明的本方法的流程图；
45.一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制方法，包括以下步骤：
46.s1：获取船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况；
47.s2：基于获取船舶靠泊离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况，判断船舶是否可以靠离泊，
48.s3：当判断时船舶允许靠离泊时，对船舶靠离泊的路径进行规划；
49.s4：基于规划出船舶靠离泊的路径以及船舶运动过程中各种参数，判断船舶当前操纵状态下靠离泊是否会发生碰撞事故，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号，控制船舶实现靠离泊。
50.步骤s1、s2、s3、s4顺序执行；
51.该方法还包括：
52.基于获取船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况，基于获取的港口泊位情况，该船的泊位信息基于根据本船自身运动状况以及周围港口情况，划分本船泊位，对话框的方式弹出；
53.对靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况、港口泊位情况、船舶靠离泊的实时路径进行显示。
54.船舶海上的环境信息包括风速信息、风向信息、波浪信息、水流的流向流速信息流、潮位信息等信息；
55.所述船舶靠离泊过程中的运动信息包括船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的实时距离、船舶与岸边的角度；
56.基于获取船舶靠泊离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况，通过与预警模块中数据库里的相关知识进行比对，判断当前船舶是否可以靠离泊，一般在天气情况恶劣，周围通航环境复杂，船舶速度过大等情况下都不允许靠离泊；
57.进一步地，所述判断船舶当前操纵状态下靠离泊是否会发生碰撞事故，包括该船舶当前操纵状态下靠离泊不会发生碰撞事故时，则按照当前路径行进；当船舶当前操纵状
态下靠离泊将要发生碰撞事故时，则按照不同的等级进行预警警示；
58.可以通过根据天气状况、周围环境、船舶自身属性速度等与专家知识库里相关的风险判断数据的相关内容来判断船舶当前操纵状态下靠离泊是否会发生碰撞事故；
59.所示天气状况包括风力情况、降雨、降雪等级等，如风力通常分四个等级：由弱到强分别包括1、平均风达6级及以上；2、平均风达7级及以上；3、平均风达8级及以上，4、平均风达9级及以上；
60.通常天气状况、周围环境、船舶自身属性速度信息等均存储在数据库中；
61.对靠离泊过程中将要发生的碰撞危险进行预警，根据专家知识库里的船舶避碰原理划分危险的等级，高风险，中风险，低风险；并对靠离泊过程中是否会与障碍物，或者其他船舶，以及岸边发生碰撞危险进行预警。
62.进一步地，还包括对船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度进行数据处理与解析，然后通过通讯端的ip和端口号采用socket方法进行传输。
63.所述对船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度进行数据处理与解析通过点云解算系统建立对岸坐标系，提取船舶特征点来进行数据处理与解析；
64.图2为本发明的智能靠离泊的实时显示与控制装置的示意图；
65.一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制装置，包括：
66.获取模块i：用于获取船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况；
67.获取模块ii：用于获取的港口泊位情况；
68.判断模块：基于获取船舶靠泊离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况，判断船舶是否可以靠离泊，当判断时船舶允许靠离泊时，
69.规划模块：用于对船舶靠离泊的路径进行规划；
70.智能调度模块：用于基于规划出船舶靠离泊的路径以及船舶运动过程中各种参数，判断船舶当前操纵状态下靠离泊是否会发生碰撞事故，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号，控制船舶实现完成靠离泊；
71.若允许靠离泊工作时，调度模块根据港口海域的相关信息数据、周围实时的天气状况以及船舶自身的运动参数数据，来对船舶泊位进行智能调度，将泊位信息实时显示在船上显示端和手机端，实时在船上和手机端app上显示规划出船舶靠离泊的最佳路径以及船舶运动过程中各种参数的变化。
72.若判断出即将发生碰撞危险船舶预警模块就会发出警报，并对发生的危险情况进行分级分类，同时会对不同级别和类别的预警设置相应的应急预案来对靠离泊过程中的突发事件的处理进行指导，调整靠离泊过程中的各项参数并显示调整后的最优化的、安全的靠离泊路径，对工作人员的操作进行指导，这一系列的预警信息以及指令操作均会与手机端app同步。
73.显示模块：用于对靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况、港口泊位情况、船舶靠离泊的实时路径进行显示；显示的方式可以是曲线或是动画的形式；所述模块接收数据处理部分解析的靠离泊关键参数，靠离泊关键参数包括船舶首部的速
度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度；
74.所述显示模块包括第一显示模块、第二显示模块和第三显示模块；所述显示模块包括显示屏；
75.所述第一显示模块对对靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况进行显示；实时显示船舶靠离泊的态势以及靠离泊过程中船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度等各种参数情况、靠离泊的动画过程、靠离泊的各种操纵提示步骤
76.所述操纵提示步骤包括根据传过来参数的数据，向左还是向右调整船舶，提示船舶距离岸边的停靠方向；
77.所述第二显示模块对港口泊位情况进行显示；
78.所述第三显示模块对船舶靠离泊的实时路径进行实时显示；
79.所述的港口泊位情况显示通过与第一激光器进行对接，对港口内的泊位情况与手机端进行互联实现实时显示；
80.第一显示模块、第二显示模块和在手机端app通过与船上屏幕进行互动实时显示船舶的运动属性信息、周围海上的环境信息、天气状况等；
81.第三显示模块根据各种实时数据来对船舶的靠离泊路径进行规划并在手机端app与船上显示屏实时显示；
82.预警模块：用于船舶当前操纵状态下靠离泊将要发生碰撞事故时，则按照专家知识库里所给出的相关知识来对当前船舶状态进行预警警示；
83.船舶靠离泊操纵过程中的预警是预警模块中的专家知识库根据对船舶当前的靠离泊操纵状态监测状况，动态预测来及时预警，对船舶靠离泊过程中的预警风险等级(高风险，中风险，低风险)进行判断，通过弹出危险警告窗口和警报声来及时同步到手机端app，根据判断的情况使得操作人员及时采取对应的措施；
84.所述的预警模块包括专家知识库，里面存储与靠离泊有关的船舶参数数据、靠泊策略，环境、天气、船速、航向、距离等的风险判断数据，船舶避碰原理，相关规范，经验等；
85.所述预警模块包括声音预警和显示等级预警；
86.信息弹窗模块：用于基于根据本船自身运动状况以及周围港口情况，显示本船泊位，将该船的泊位信息对话框的方式弹出，方便式在船上的显示屏上和手机端app端同步显示给工作人员，实现对港口作业任务的智能动态调度；
87.图3为本发明的数据处理示意图；该装置还包括数据处理模块对船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度进行数据处理与解析，
88.数据处理模块通过点云数据解算系统进行靠离泊关键参数的实时计算(通过点云解算系统建立对岸坐标系，提取船舶特征点来进行数据处理与解析)，通过通讯端的ip和端口号采用socket方法进行实时传输的；
89.图4为本发明的智能靠离泊实时显示与控制系统的示意图；一种船舶智能靠离泊的实时显示与控制系统，包括传感器组、所述船舶显示控制装置、通讯模块、自动系缆装置和手机app；
90.所述传感器组采集船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息和港口的泊位信息；
91.所述传感器组包括第一激光传感器、第二激光传感器还有水文气象传感器；
92.所述激光传感器采集船舶靠离泊过程中的运动信息即船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度；
93.所述第一激光传感器采集港口的泊位信息；
94.所述水文气象传感器采集船舶海上的环境信息、天气状况信息；
95.所述通讯模块接收所述传感器组传送的船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况；
96.所述船舶显示控制装置接收所述通讯模块传送的船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息，基于船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息对船舶能否靠离泊进行判断，当船舶能靠离泊时，对船舶靠离泊的路径进行规划与显示，基于船舶靠离泊的规划路径，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号；
97.所述自动系缆装置接收所述船舶显示控制装置发出的控制进行脱缆钩或系缆钩，船舶实现靠离泊；
98.到达岸边一定距离时会触发自动系缆装置并将信号发送给脱缆钩，手机端app弹出自动系缆提示然后进入自动系缆操作，实现了整个靠泊的自动化，过程的动态远程可视化监控。
99.所述手机app端接收所述船舶显示控制装置传送的船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息和获取的港口泊位信息，同样实现基于船舶靠离泊过程中的运动信息以及船舶海上的环境信息、天气状况信息对船舶能否靠离泊进行判断，当船舶能靠离泊时，对船舶靠离泊的路径进行规划与显示，基于船舶靠离泊的规划路径，实时调整靠离泊过程中的各项参数，发出控制信号。
100.船舶的靠离泊操纵实施以下步骤：
101.步骤1)船舶进港前在船上显示端的屏幕上和手机端app同步显示当前船舶的实时运动态势，接收并处理船舶的实时位置信息、船舶属性信息以及周围海上各种环境参数、天气状况等信息；
102.步骤2)当船舶准备靠离泊时，进入靠离泊状态时，此时船舶的预警模块根据当前实时的天气状况、周围的海况环境数据、以及船舶自身的参数数据等因素来对船舶是否可以靠离泊作业进行判断预警；
103.步骤3)当前环境允许靠离泊作业时，智能调度模块通过与第一激光传感器进行对接，来对船舶泊位进行智能调度，将泊位信息实时在船上显示端和手机端app显示。
104.步骤4)屏幕上接收到泊位信息指令后，开始进行作业，此时根据船上显示端和手机端的船舶各种参数信息，时刻关注船舶靠离泊的路径变化情况以及船舶运动过程中各种参数的变化情况。当界面提示进行靠离泊操纵时，点击进入靠离泊操纵模块；
105.步骤5)船舶靠离泊操纵模块进行作业时，通讯端通过ip和端口号采用socket方法接收激光传感器端的数据，并将接收到的初始数据传输给数据处理部分；
106.步骤6)数据处理部分接收到初始数据，在数据处理部分通过点云数据解算系统进行靠离泊关键参数的实时计算，获得靠离泊关键参数数据船舶首部的速度、船舶尾部的速度、船舶与岸边码头的距离、船舶与岸边的角度；
107.步骤7)数据处理部分通过通讯端将获得的靠离泊关键参数数据传递给船上显示端和手机端，并将船舶根据获得靠离泊关键参数数据的实时运动状态以动画的形式在船上显示端和手机端进行实时显示；
108.步骤8)全程实时显示船舶靠离泊的态势以及各种参数情况，以及靠离泊的各种操纵提示步骤均会在船上显示端和手机端app；
109.步骤9)若此过程中发生碰撞风险则进入船舶靠离泊预警模块的操纵过程中预警部分，对船舶靠离泊过程中的预警风险等级进行判断并及时采取对应的措施；
110.步骤10)当船舶到达岸边一定距离时触发自动系缆装置并将信号发送给脱缆钩，手机端弹出自动系缆提示然后进入自动系缆操作；
111.步骤11)船上显示端与手机端对船舶靠离泊的操作进行实时显示。当屏幕界面弹出已完成靠离泊操纵，则结束操纵，该系统实现了整个靠泊过程的动态远程可视化监控。
112.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。