本發(fā)明涉及一種基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，具體是指一種應(yīng)用于內(nèi)河航道的基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國航運業(yè)的快速發(fā)展，航運日漸趨于大型化、高速化。由于船舶交通密度、危險貨物裝載量的不斷增加，港口航道越來越擁擠，使得船舶航運安全問題更加突出，也嚴重影響著河道和港口的環(huán)境。解決這些問題的一個有效途徑是在岸上建立船舶交通管理系統(tǒng)，簡稱VTS系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備監(jiān)控水域中船舶運動并能有效的控制交通流，從而獲得最大的港口運營效益，同時使船舶交通事故和環(huán)境污染的風(fēng)險減至最小。

但是，傳統(tǒng)的VTS系統(tǒng)雖然功能強大，但是設(shè)備復(fù)雜，廣泛應(yīng)用于海域，且成本昂貴。而針對于內(nèi)河航道時，由于內(nèi)河航道所管理的水域為狹長的河道，管理區(qū)域范圍較小，枝杈河口眾多，碼頭林立，船舶的類型繁多，船舶的密度和動態(tài)與海上環(huán)境相差很大。若在該環(huán)境中仍然采用傳統(tǒng)的VTS系統(tǒng)，在大部分內(nèi)河航道的雷達覆蓋區(qū)沒有船舶航行，勢必會造成資源利用率不高，并且動態(tài)監(jiān)控效果會由于內(nèi)河環(huán)境因素的改變而大大變差。如當(dāng)?shù)厮驙顟B(tài)、違章、風(fēng)、霧、降水、相對濕度、水流速度與地質(zhì)等因素影響雷達子系統(tǒng)的使用性能，包括探測范圍、最大作用距離、最小作用距離、測距誤差、測方位誤差、距離分辨率和可靠性等。因此，一個改進的船舶動態(tài)VTS系統(tǒng)很有存在的必要性。

根據(jù)內(nèi)河航道的自身特點，以及高分辨率的要求，構(gòu)造一個分布式VTS系統(tǒng)。分布式雷達VTS系統(tǒng)主要的變化是雷達子系統(tǒng)，雷達子系統(tǒng)由大量小型化的近距雷達和個別的遠距雷達構(gòu)成，近距雷達具有較高的分辨率，通過聯(lián)網(wǎng)檢測，雷達密集的配置在運河整個航道的周邊。單個雷達作用距離雖比傳統(tǒng)VTS雷達要小，但通過靈活組網(wǎng)、級聯(lián)式設(shè)計，實現(xiàn)整個航道內(nèi)船舶的全程、無盲區(qū)檢測。同時，高分辨率也可以很好的解決內(nèi)河航道船舶密度大的問題。分布式雷達VTS系統(tǒng)更適合內(nèi)河航運的復(fù)雜環(huán)境，能夠滿足對內(nèi)河水域船舶和大橋等安全管理需要，表現(xiàn)出較強的實用性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，滿足內(nèi)河航道環(huán)境復(fù)雜，動態(tài)目標(biāo)分辨率要求高，無盲區(qū)檢測的要求，能較好的適應(yīng)內(nèi)河航道的管理和助航服務(wù)，保證了系統(tǒng)的整體性和一致性。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，包含：信息傳輸子系統(tǒng)，分別與其通信連接的多個分布式雷達子系統(tǒng)、VHF通信子系統(tǒng)、AIS子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)；其中，所述的分布式雷達子系統(tǒng)獲取航道船舶動態(tài)信息，進行記錄存儲，并通過信息傳輸子系統(tǒng)傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)；該分布式雷達子系統(tǒng)包含：級聯(lián)傳輸模塊，與信息傳輸子系統(tǒng)通信連接；多個近距雷達，分別與級聯(lián)傳輸模塊通信連接；遠距雷達，與級聯(lián)傳輸模塊通信連接。

所述的航道船舶動態(tài)信息包含船舶的地理位置、速度、航向和預(yù)警信號。

所述的VHF通信子系統(tǒng)采用語音實現(xiàn)岸臺工作人員與船舶間的實時通信，并通過信息傳輸子系統(tǒng)將語音信息傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)。

所述的AIS子系統(tǒng)提供避免船只碰撞的船舶輔助信息，包含船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和航程數(shù)據(jù)，并通過信息傳輸子系統(tǒng)傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)。

所述的環(huán)境子系統(tǒng)通過氣象衛(wèi)星或環(huán)境感知傳感器獲取環(huán)境信息，并通過信息傳輸子系統(tǒng)傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)。

所述的綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)對接收到的航道船舶動態(tài)信息、語音信息、船舶輔助信息、以及環(huán)境信息進行處理并顯示。

所述的基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)還包含：信息記錄子系統(tǒng)，與綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)通信連接，對接收到的航道船舶動態(tài)信息、語音信息、船舶輔助信息、以及環(huán)境信息進行存儲和備份；船舶數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，與綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)通信連接，對接收到的航道船舶動態(tài)信息、語音信息、船舶輔助信息、以及環(huán)境信息進行內(nèi)部與內(nèi)部之間，或者內(nèi)部與外部之間的傳輸與交互。

所述的級聯(lián)傳輸模塊包含無線傳輸模塊、有線傳輸模塊以及路由器模塊；該級聯(lián)傳輸模塊通過有線傳輸模塊與信息傳輸子系統(tǒng)通信連接，通過無線傳輸模塊分別與各個近距雷達以及遠距雷達通信連接。

所述的近距雷達包含依次連接的天線、頻綜與微波收發(fā)電路、模擬電路、數(shù)字信號處理控制電路，以及分別與數(shù)字信號處理控制電路連接的本地存儲模塊、顯示接口、無線網(wǎng)路模塊和VHF預(yù)警電路。

所述的無線網(wǎng)路模塊實現(xiàn)近距雷達與級聯(lián)傳輸模塊之間的通信連接；所述的VHF預(yù)警電路在網(wǎng)路通信異常時，實現(xiàn)閉環(huán)預(yù)警；所述的本地存儲模塊在網(wǎng)路故障時，臨時存儲記錄雷達數(shù)據(jù)。

綜上所述，本發(fā)明所提供的基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，保證了VTS系統(tǒng)的整體性和一致性，具有良好的擴展性和適用性，通過構(gòu)造基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，滿足內(nèi)河航道環(huán)境復(fù)雜，動態(tài)目標(biāo)分辨率要求高，無盲區(qū)檢測等要求，能較好的適應(yīng)內(nèi)河航道的管理和助航服務(wù)，具有極強的環(huán)境適應(yīng)性和較好的經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的分布式雷達子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中的近距雷達的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中的多個分布式雷達子系統(tǒng)在內(nèi)河航道的布局示意。

具體實施方式

以下結(jié)合圖1～圖4，詳細說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。

如圖1所示，本發(fā)明提供的基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，包含：信息傳輸子系統(tǒng)500，分別與該信息傳輸子系統(tǒng)500通信連接的多個分布式雷達子系統(tǒng)100、VHF通信子系統(tǒng)200、AIS子系統(tǒng)300、環(huán)境子系統(tǒng)400和綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700，以及分別與該綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700通信連接的信息記錄子系統(tǒng)600和船舶數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)800。

所述的分布式雷達子系統(tǒng)100獲取航道船舶動態(tài)信息，進行記錄存儲后，通過信息傳輸子系統(tǒng)500傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700；該分布式雷達子系統(tǒng)100為本發(fā)明的核心部分，通過該子系統(tǒng)可以使整個VTS系統(tǒng)更加適應(yīng)內(nèi)河航道管理。

所述的VHF(Very High Frequency，甚高頻)通信子系統(tǒng)200采用語音這樣一種穩(wěn)定有效的交流手段實現(xiàn)岸臺工作人員與船舶間的實時通信，并通過信息傳輸子系統(tǒng)500將語音信息傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700。

所述的AIS(Automatic Identification System，船舶自動識別系統(tǒng))子系統(tǒng)300提供避免船只碰撞的船舶輔助信息，并通過信息傳輸子系統(tǒng)500傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700；該AIS子系統(tǒng)300達到簡化和催進信息交換的目的。

所述的環(huán)境子系統(tǒng)400通過氣象衛(wèi)星或各種環(huán)境感知傳感器獲取環(huán)境信息，并通過信息傳輸子系統(tǒng)500傳輸至綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700；該環(huán)境子系統(tǒng)400為航道上的船舶提供更好的助航服務(wù)。

所述的綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700對接收到的航道船舶動態(tài)信息、語音信息、船舶輔助信息、以及環(huán)境信息進行處理并顯示。進一步，該綜合信息處理與顯示子系統(tǒng)700還與其他信息收集設(shè)備通信連接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

所述的信息記錄子系統(tǒng)600對接收到的航道船舶動態(tài)信息、語音信息、船舶輔助信息、以及環(huán)境信息進行存儲和備份。

所述的船舶數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)800對接收到的航道船舶動態(tài)信息、語音信息、船舶輔助信息、以及環(huán)境信息進行內(nèi)部與內(nèi)部之間，或者內(nèi)部與外部之間的傳輸與交互，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的貢獻與合理利用。

所述的信息傳輸子系統(tǒng)500采用基于網(wǎng)路的無線傳輸或有線傳輸進行數(shù)據(jù)傳輸通信。

所述的航道船舶動態(tài)信息包含船舶的地理位置、速度、航向和預(yù)警信號；所述的船舶輔助信息包含船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和航程數(shù)據(jù)。

如圖1和圖2所示，所述的分布式雷達子系統(tǒng)100包含：級聯(lián)傳輸模塊103，其與所述的信息傳輸子系統(tǒng)500采用有線網(wǎng)路實現(xiàn)通信連接；多個近距雷達101，分別通過通信模塊與級聯(lián)傳輸模塊103之間采用無線網(wǎng)路實現(xiàn)通信連接；遠距雷達102，通過通信模塊與級聯(lián)傳輸模塊103之間采用無線網(wǎng)路實現(xiàn)通信連接。

所述的級聯(lián)傳輸模塊103是一個雷達數(shù)據(jù)的匯聚點，其包含無線傳輸模塊、有線傳輸模塊以及路由器模塊，通過無線傳輸模塊匯聚各個雷達數(shù)據(jù)(即由各個雷達獲取的航道船舶動態(tài)信息)；采用無線網(wǎng)路更加簡單快速，當(dāng)雷達數(shù)據(jù)匯聚至級聯(lián)傳輸模塊103時，通過有線傳輸模塊將雷達數(shù)據(jù)傳輸至信息傳輸子系統(tǒng)500。

如圖3所示，所述的近距雷達101包含依次連接的天線、頻綜與微波收發(fā)電路、模擬電路、數(shù)字信號處理控制電路，以及分別與數(shù)字信號處理控制電路連接的本地存儲模塊、顯示接口、無線網(wǎng)路模塊和VHF預(yù)警電路。

其中，所述的近距雷達101通過無線網(wǎng)路模塊與級聯(lián)傳輸模塊103通信連接；所述的VHF預(yù)警電路在網(wǎng)路通信異常時，可實現(xiàn)閉環(huán)預(yù)警功能；所述的本地存儲模塊在網(wǎng)路故障時，可臨時存儲記錄雷達數(shù)據(jù)。

所述的近距雷達101具有覆蓋范圍小、作用距離近、目標(biāo)分辨率高、數(shù)據(jù)可存儲的特點，能較好地實現(xiàn)對內(nèi)河局部航道上船舶目標(biāo)的精確監(jiān)控，解決了傳統(tǒng)的VTS系統(tǒng)監(jiān)測雷達對內(nèi)河或港道內(nèi)的密集船舶無法實現(xiàn)精確分辨的問題；單個雷達具有存儲記錄功能，當(dāng)網(wǎng)路故障時，可將獲取的雷達數(shù)據(jù)進行臨時存儲；單個雷達還具有VHF電路模塊，當(dāng)網(wǎng)路故障時，可實現(xiàn)報警功能，使得工作機制可靠穩(wěn)定；雷達數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)路模塊傳輸通信，方便組網(wǎng)施工，安裝位置靈活；通過近距雷達的靈活組網(wǎng)布局，可以有效的適應(yīng)內(nèi)河或港道這類水面較窄，河道彎曲遮擋等環(huán)境特點，實現(xiàn)無盲區(qū)的監(jiān)測。

本實施例中，所述的近距雷達101的具體指標(biāo)如下：

工作頻段：24.150GHz；

單機最大作用距離：2km；

目標(biāo)的距離成像分辨率：優(yōu)于1.5m；

方位分辨率：優(yōu)于0.3°；

測速精度：優(yōu)于0.5km/h；

多目標(biāo)數(shù)：128個；

數(shù)據(jù)刷新時間：<200ms；

數(shù)據(jù)本地記錄時間：7天。

所述的遠距雷達102具有覆蓋范圍大，作用距離遠，目標(biāo)分辨率低的特點，能應(yīng)用在內(nèi)河或港道中的湖泊、濕地等水域范圍寬廣的區(qū)域，與近距雷達101復(fù)合使用，構(gòu)成一個新式的分布式雷達子系統(tǒng)。

本實施例中，所述的遠距雷達102是傳統(tǒng)的VTS系統(tǒng)中應(yīng)用的雷達，具體指標(biāo)如下：

單機最大作用距離：100km；

目標(biāo)的距離成像分辨率：優(yōu)于25m；

方位分辨率：優(yōu)于1°；

多目標(biāo)數(shù)：256個。

因此，本發(fā)明提供的分布式雷達子系統(tǒng)100的目標(biāo)分辨率高，可以很好的分辨兩個距離較近的船只；雷達的組網(wǎng)級聯(lián)方式為無線網(wǎng)路，方便雷達的靈活安裝及施工；通過實際選點布局，可以實現(xiàn)對復(fù)雜內(nèi)河航道的無盲區(qū)監(jiān)測。

如圖4所示，為本實施例中，本發(fā)明中的多個分布式雷達子系統(tǒng)100在內(nèi)河航道的布局示意圖，通過合理的安放雷達，可以實現(xiàn)對環(huán)境復(fù)雜的內(nèi)河航道無盲區(qū)、高分辨率的監(jiān)控，更加適應(yīng)內(nèi)河航道的管理體系。

本發(fā)明所述的基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：應(yīng)用于內(nèi)河航道管理，可適應(yīng)內(nèi)河航道環(huán)境復(fù)雜的特點，具有較高的距離和方位分辨率；單個雷達具有單獨閉環(huán)工作的可靠機制，結(jié)合VHF子系統(tǒng)、AIS子系統(tǒng)、水文氣象子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)等，對內(nèi)河水域的船舶進行交通信息控制，實現(xiàn)對船舶交通的動態(tài)管理。

本發(fā)明所述的基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，保證了VTS系統(tǒng)的整體性和一致性，具有良好的擴展性和適用性，通過構(gòu)造基于分布式雷達的VTS系統(tǒng)，滿足內(nèi)河航道環(huán)境復(fù)雜，動態(tài)目標(biāo)分辨率要求高，無盲區(qū)檢測等要求，能較好的適應(yīng)內(nèi)河航道的管理和助航服務(wù)，具有極強的環(huán)境適應(yīng)性和較好的經(jīng)濟效益。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。