本發(fā)明涉及船舶操縱技術(shù)領(lǐng)域，具體說是涉及一種船舶自動靠泊系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

船舶作為一種受到環(huán)境因素影響巨大的運(yùn)輸裝備，其對安全性的要求也逐漸提高。目前船員對于船舶狀況、航行狀態(tài)做出判斷的主要依據(jù)還是操作經(jīng)驗(yàn)和理論知識相結(jié)合，容易出現(xiàn)決策失誤，造成不必要的人力、物力或財(cái)力損失。

現(xiàn)今船舶靠離碼頭大多依靠拖輪和船上纜車配合工作，不僅增加了船舶的營運(yùn)成本，也提高了因人為失誤造成損失的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也不符合船舶智能化、自動化的發(fā)展趨勢。因此亟待開發(fā)一種船舶自動靠離碼頭系統(tǒng)以解決船舶系泊自動化程度低，安全性能差等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是要提供一種船舶自動靠泊系統(tǒng)。用于解決船舶在靠泊碼頭時(shí)需要拖船和船上絞車的拖拉的問題，從很大程度上節(jié)約船舶的運(yùn)營成本，并促進(jìn)智能船舶的發(fā)展。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種船舶自動靠泊系統(tǒng)，其特征在于，其包括：測量子系統(tǒng)、自動控制子系統(tǒng)、船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及系統(tǒng)起停裝置；

所述測量子系統(tǒng)包括艏艉測距裝置、船舷測距裝置、碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)、gps定位單元以及環(huán)境監(jiān)測裝置；

所述自動控制子系統(tǒng)對測量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以得到船舶?？克璧拇俸徒嵌?，進(jìn)而控制船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動靠泊；

所述船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括船舶動力裝置以及船舶舵機(jī)裝置；

所述系統(tǒng)起停裝置用以啟動/終止系統(tǒng)動作，其包括設(shè)置于操作臺上的船載終端和設(shè)置于碼頭的現(xiàn)場終端，對于一般船舶，船員根據(jù)所述測量子系統(tǒng)中的gps定位單元得到船舶與碼頭的實(shí)時(shí)距離，操作船載終端控制系統(tǒng)的起停動作，而對于無人船舶，由岸上的控制人員來操作現(xiàn)場終端；

船舶執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括船舶動力裝置以及舵機(jī)裝置；

同時(shí)，所述的測量子系統(tǒng)、自動控制子系統(tǒng)、船舶執(zhí)行機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)起停裝置均與所述自動控制模塊連接。

進(jìn)一步地，所述的船舷測距裝置包括三個(gè)測距單元，分別為設(shè)置于船體前端的第一測距單元、設(shè)置于船體中部的第二測距單元、設(shè)置于船體后端的第三測距單元，所述第一測距單元包括位于船體左側(cè)的第一測距單元ⅰ號測距裝置和位于船體右側(cè)的第一測距單元ⅱ號測距裝置；所述第二測距單元包括位于船體左側(cè)的第二測距單元ⅰ號測距裝置和位于船體右側(cè)的第二測距單元ⅱ號測距裝置，所述第三測距單元包括位于船體左側(cè)的第三測距單元ⅰ號測距裝置和位于船體右側(cè)的第三測距單元ⅱ號測距裝置；

所述的碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)設(shè)置于各個(gè)泊位側(cè)面，用于準(zhǔn)確的測量船舶與待靠泊位的實(shí)時(shí)距離；

所述的環(huán)境監(jiān)測裝置至少包括風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、流速儀、流向儀。

進(jìn)一步地，所述船舶與待靠泊位的實(shí)時(shí)距離包括艏艉測距裝置測得的船頭距離前方物體的距離和船尾距離后方物體的距離、以及3個(gè)測距單元測得的船體前、中、后位置與碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離。

進(jìn)一步地，所述自動控制系統(tǒng)包括至少一臺計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、靠泊控制模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊分別對gps定位單元、船頭測距裝置、船尾測距裝置、船舷測距裝置、艏艉測距裝、環(huán)境監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

所述數(shù)據(jù)分析模塊對經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并給出船舶靠泊所需的船速和角度。

所述靠泊控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊給出的船速和角度，來控制船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動靠泊。

本發(fā)明另一目的是要提供一種基于上述船舶自動靠泊系統(tǒng)的船舶靠泊方法，其特征在于，包括如下步驟：

s1：當(dāng)gps定位單元檢測到船舶與碼頭間的距離在系統(tǒng)工作范圍內(nèi)時(shí)，船員通過船載終端或者岸上工作人員啟動現(xiàn)場終端以啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)投入工作；

s2：船舷測距裝置將實(shí)時(shí)檢測船舷側(cè)距離碼頭相應(yīng)泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離；艏艉測距裝置實(shí)時(shí)的檢測船舶艏艉方向距離障礙物的距離，保證船舶前后的安全；環(huán)境監(jiān)測裝置會實(shí)時(shí)的檢測環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向；

s3：自動控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊會對測量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，并通過數(shù)據(jù)分析模塊給出靠泊所需的船速和角度，并將船速和角度發(fā)送給靠泊控制模塊實(shí)現(xiàn)對船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以改變船舶的運(yùn)動狀態(tài)，保證船舶可以安全的進(jìn)入相應(yīng)的碼頭泊位；

s4：重復(fù)s1到s3，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更行，對船舶的速度和角度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而實(shí)現(xiàn)船舶的自動靠泊；

s5：靠泊成功后，通過操作船載終端或者現(xiàn)場終端停止系統(tǒng)工作。

進(jìn)一步地，啟動系統(tǒng)前預(yù)先設(shè)定系統(tǒng)動作閾值距離，以確保船舶在靠泊過程中的作業(yè)安全。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明通過gps系統(tǒng)對船舶和碼頭進(jìn)行精確定位，提高船舶靠泊的位置的準(zhǔn)確性；

(2)本發(fā)明在船舶左右舷的前中后分別那裝有測距裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置，可以將船舶各部位的距離和海洋環(huán)境實(shí)時(shí)向自動控制子系統(tǒng)進(jìn)行反饋，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成船舶的自動靠泊；

(3)本發(fā)明不需拖輪、繩索等碼頭設(shè)備，節(jié)約成本，并提高了船舶的運(yùn)營效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明船舶靠泊示意圖；

圖2為本發(fā)明船體布置示意圖；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖。

附圖標(biāo)號說明：

1、船體，2、碼頭，3、駕駛臺，4、系統(tǒng)起停裝置，5.1、船頭測距裝置，5.2、第一測距單元ⅰ號測距裝置，5.3、第一測距單元ⅱ號測距裝置，5.4、第二測距單元ⅰ號測距裝置，5.5、第二測距單元ⅱ號測距裝置，5.6、第三測距單元ⅰ號測距裝置，5.7、第三測距單元ⅱ號測距裝置，5.8、船尾測距裝置，6、泊位標(biāo)記點(diǎn)，7、環(huán)境監(jiān)測裝置。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明具體實(shí)施例如圖1-2所示，一種船舶自動靠離碼頭系統(tǒng)，其包括：測量子系統(tǒng)、自動控制子系統(tǒng)、船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)起停裝置。其中系統(tǒng)起停裝置4包括設(shè)置于船舶駕駛臺的船載終端和設(shè)置于碼頭岸上的現(xiàn)場終端，船載終端和現(xiàn)場終端均用以啟動/終止系統(tǒng)工作，普通船舶靠泊時(shí)使用船載終端控制系統(tǒng)啟停，無人船靠泊時(shí)使用現(xiàn)場終端靠泊，船載終端與現(xiàn)場終端可以互為備用裝置，保證系統(tǒng)的工作性能。測量子系統(tǒng)包括船舷測距裝置5、泊位標(biāo)記點(diǎn)6、gps定位單元環(huán)境監(jiān)測單元7，船舷測距裝置還包括艏艉測距裝置，艏艉測距裝置包括用于測量船頭與障礙物距離的船頭測距裝置5.1以及用于測量船尾與障礙物距離的船尾測距裝置5.2。船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括船舶動力裝置以及船舶舵機(jī)裝置。自動控制子系統(tǒng)對測量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，以得到船舶?？克璧拇俸徒嵌龋M(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動靠泊。同時(shí)，所述的測量子系統(tǒng)、自動控制子系統(tǒng)、船舶執(zhí)行機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)起停裝置均與所述自動控制模塊連接。

具體來說，碼頭各個(gè)泊位均具有一個(gè)特定的泊位標(biāo)記點(diǎn)6，其用于準(zhǔn)確的測量船舶1距離其待靠碼頭2的實(shí)時(shí)距離；所述的船舷測距裝置包括三個(gè)測距單元，分別為設(shè)置于船體前端的第一測距單元、設(shè)置于船體中部的第二測距單元、設(shè)置于船體后端的第三測距單元，每個(gè)單元至少具有一臺激光測距儀。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方案，本實(shí)施例中每個(gè)測距單元優(yōu)選采用兩個(gè)對稱設(shè)置于船舶兩側(cè)船舷的激光測距儀。第一測距裝置組包括位于船體左側(cè)的第一測距裝置組ⅰ號激光測距儀5.2和位于船體右側(cè)的第一測距裝置組ⅱ號激光測距儀5.3，所述第二測距裝置組包括位于船體左側(cè)的第二測距裝置組ⅰ號激光測距儀5.4和位于船體右側(cè)的第二測距裝置組ⅱ號激光測距儀5.5，所述第三測距裝置組包括位于船體左側(cè)的第三測距裝置組ⅰ號激光測距儀5.6和位于船體右側(cè)的第三測距裝置組ⅱ號激光測距儀5.7；另外艏艉測距裝置包擴(kuò)分別設(shè)置于船頭的船頭激光測距儀5.1和設(shè)置于船尾的船尾激光測距儀5.8，因此本實(shí)施例中在船舷周圍共設(shè)置八臺激光測距儀。

在船舶進(jìn)行自動靠泊時(shí)，所述船舶1與碼頭2間的距離信號包括船頭測距裝置5.1測得的船頭距離前方物體的距離、船尾測距裝置5.8測得的船尾距離后方物體的距離、以及3個(gè)測距單元測得的船體前、中、后位置與碼頭2相應(yīng)標(biāo)記點(diǎn)的距離。

環(huán)境監(jiān)測裝置包括風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、流速儀、流向儀以及其他用于檢測海洋環(huán)境的傳感器，用以獲取靠泊環(huán)境信息，包括風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向等一系列的環(huán)境參數(shù)。

所述自動控制系統(tǒng)包括至少一臺計(jì)算機(jī)、4個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、以及靠泊控制模塊。4個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊分別對gps定位單元、船舷測距裝置、艏艉測距裝、環(huán)境監(jiān)測裝置采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理。數(shù)據(jù)分析模塊對處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，并給出船舶靠泊做需要的船速和角度?？坎纯刂颇K根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊給出的船速和角度，控制船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動靠泊；

作為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本實(shí)施列中各泊位設(shè)置三個(gè)碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)，將船舷側(cè)的三個(gè)測距單元與各泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離進(jìn)行平均處理，以獲得船舶距離碼頭的精確實(shí)時(shí)距離。

本發(fā)明還提供一種基于上述船舶自動靠泊系統(tǒng)的船舶靠泊方法，其特征在于，包括如下步驟：

s1：當(dāng)gps定位單元檢測到船舶與碼頭間的距離在系統(tǒng)工作范圍內(nèi)時(shí)，船員通過船載終端或者岸上工作人員啟動現(xiàn)場終端以啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)投入工作；

s2：船舷測距裝置將實(shí)時(shí)檢測船舷側(cè)距離碼頭相應(yīng)泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離；艏艉測距裝置實(shí)時(shí)的檢測船舶艏艉方向距離障礙物的距離，保證船舶前后的安全；環(huán)境監(jiān)測裝置會實(shí)時(shí)的檢測環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向；

s3：自動控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊會對測量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，并通過數(shù)據(jù)分析模塊給出靠泊所需的船速和角度，并將船速和角度發(fā)送給靠泊控制模塊實(shí)現(xiàn)對船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以改變船舶的運(yùn)動狀態(tài)，保證船舶可以安全的進(jìn)入相應(yīng)的碼頭泊位；

s4：重復(fù)s1到s3，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更行，對船舶的速度和角度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而實(shí)現(xiàn)船舶的自動靠泊；

s5：靠泊成功后，通過操作船載終端或者現(xiàn)場終端停止系統(tǒng)工作。

啟動系統(tǒng)前預(yù)先設(shè)定系統(tǒng)動作閾值距離，以確保船舶在靠泊過程中的作業(yè)安全。

本發(fā)明在船舶左右舷的前中后分別那裝有測距裝置，可以將船舶各部位的距離實(shí)時(shí)的傳輸給自動控制模塊，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成船舶的自動靠離碼頭；并通過gps系統(tǒng)對船舶和碼頭進(jìn)行精確定位，提高船舶靠泊的位置的準(zhǔn)確性。本發(fā)明不需拖輪、繩索等碼頭設(shè)備，節(jié)約成本，且結(jié)構(gòu)新穎、使用方便、安全可靠、適于廣泛推廣以提升航運(yùn)領(lǐng)域的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。