一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統的制作方法
【專利摘要】一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，包括船舶監控終端、岸端集控室、無線通訊定位系統。所述岸端集控室設有冗余數據庫服務器、數據綜合分析機、數據顯控終端，冗余數據庫服務器與數據綜合分析機、數據顯控終端通過冗余以太網連接。冗余數據庫服務器通過串口連接UHF發射塔，UHF發射塔向船端發送:差分數據、排擋信息、過閘船舶動態信息。所述無線通訊定位系統包括北斗參考站設備、UHF發射塔；安裝在船端的UHF無線電臺和衛星定位接收機。本實用新型一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，可以使船舶安全快速通過船閘，提高了船閘的運行效率和通過能力。
【專利說明】一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統
【技術領域】
[0001]本實用新型一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，涉及船舶通過船閘的安全導航輔助領域。
【背景技術】
[0002]船舶進閘和在閘室內移泊，前面的船舶觀察前方閘首胸墻、閘門和停靠線，后面的船舶觀察前方的水面或前船。船舶的駕駛難度比較大。首先一般貨船的駕駛艙在船尾，駕駛臺距離船首幾乎有整個船長，少者幾十米、多者一百多米，觀察距離長，加大了駕駛者掌控前端狀況的難度，這也是與汽車和火車比較最明顯的區別。其次，駕駛者視線由船舶吃水深淺和船上貨物高度決定，這些參數不確定性進一步增加了船舶駕引難度。而在閘室內并排行走的兩艘船舶因距離較近可以看清楚彼此，在載重情況相當的情況下，基本能夠做到同步移泊。因此，如果能較好的解決駕駛者對前端障礙物的可見性和存在感，以及清楚地知道前方物體和自己的移動速度，那么前后兩船同步移泊也是可以做到的，也嚴重制約了通航的速度。
[0003]以三峽船閘為例，根據三峽船閘設計要求，三峽通航管理辦法規定，進船閘的航速不得超過I米/秒，出船閘的航速不得超過1.4米/秒，在三峽船閘閘室間移泊的航速不得超過0.6米/秒。在實際運行過程中，以上速度雖然可以保證三峽船閘的運營安全，嚴重制約了三峽船閘的通航能力。要通過縮短移泊時間來提高船閘的通過能力，船舶進出閘和移泊速度是一個主要因素。需要像鐵路和公路精準定位停靠和同步移動一樣，在確保安全的前提下依靠技術進步，在保證船閘安全的情況下，提高通航速度，提升通航能力。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，可以使船舶安全快速通過船閘，提高了船閘的運行效率和通過能力。
[0005]本實用新型采取的技術方案為:一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，包括船舶監控終端、岸端集控室、無線通訊定位系統；所述岸端集控室設有冗余數據庫服務器、數據綜合分析機、數據顯控終端，冗余數據庫服務器與數據綜合分析機、數據顯控終端通過冗余以太網連接。
[0006]冗余數據庫服務器通過RS-485串口連接UHF發射塔，UHF發射塔向船端發送:差分數據、排擋信息、過閘船舶動態信息；
[0007]所述無線通訊定位系統包括北斗參考站設備、UHF發射塔；安裝在船端的UHF無線電臺和衛星定位接收機；
[0008]所述船舶監控終端包括:UHF無線電臺、綜合顯示處理計算機和衛星定位接收機；
[0009]船舶監控終端通過UHF無線電臺連接UHF發射塔。
[0010]所述冗余數據庫服務器通過RS-485串口連接UHF發射塔。
[0011]所述UHF無線電臺通過RS-485串口連接綜合顯示處理計算機。
[0012]所述數據顯控終端連接電視墻。
[0013]本實用新型一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，可使船舶安全快速通過船閘，提高船閘的運行效率。以三峽船閘為例，可縮短船舶過閘間隔時間20多分鐘，使船閘運行閘次提高40%以上，年通過能力提高2000萬噸以上，社會效益明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的工作原理圖。
[0015]圖2為本實用新型的船舶監控終端界面顯示圖。
[0016]圖3為本實用新型的雙定位接收天線定位測向法示意圖。
[0017]圖4為本實用新型的船端安全間隔及停靠點控制演示圖。
【具體實施方式】
[0018]一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，包括船舶監控終端、岸端集控室、無線通訊定位系統。所述岸端集控室采用冗余以太網絡，設有冗余數據庫服務器、數據綜合分析機、數據顯控終端，冗余數據庫服務器與數據綜合分析機，數據顯控終端通過冗余以太網連接，所述數據顯控終端可以連接電視墻。冗余數據庫服務器通過RS-485串口連接UHF發射塔，UHF發射塔向船端發送:差分數據、排擋信息、過閘船舶動態信息。所述無線通訊定位系統包括北斗參考站設備、UHF發射塔；安裝在船端的UHF無線電臺和基于北斗的多系統多頻雙RTK衛星定位接收機。
[0019]船舶監控終端包括:UHF無線電臺、綜合顯示處理計算機和衛星定位接收機；船舶監控終端通過UHF無線電臺連接UHF發射塔。所述冗余數據庫服務器通過RS-485串口連接UHF發射塔。所述UHF無線電臺通過RS-485串口連接綜合顯示處理計算機。
[0020]如圖1所示，船端的RTK衛星定位接收機在接收衛星信號的同時，通過UHF無線電臺，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標，以此實現一種船舶通過船閘的安全導航方法:
[0021]1、根據船舶的位置，以及冗余數據庫服務器在待閘時下達的該閘室的精確排擋圖及排擋信息:包括船號、長度、寬度、吃水、噸位、載重，實時算出船舶的相對于閘室的相對位置。
[0022]2、根據本船的實時位置信息可以計算出船速，計算到船舶在當前情況下超速，則進行聞売閃光提不。
[0023]3、將本船的實時位置信息通過UHF無線通訊上傳到冗余數據庫服務器，冗余數據庫服務器根據排擋情況，將該閘室相鄰船舶的位置信息，通過UHF無線通訊實時下發到本船，本船根據本地存儲的排擋信息，通過船舶模型數據(船舶的長度、寬度及北斗高精度天線安裝位置)，可以在北斗高精度接收機實現厘米級定位時，確定本船的準確位置，實時定位位置精度在2CM以內，速度精度在0.03m/s，通過在船上安裝2個北斗高精度接收機天線(距離在2米以上，與船首方向在同一直線上)，可以實現方向精度在0.1度以內，從而保障每艘船舶得到精度符合要求的本船實時位置信息，并每秒通過UHF無線通訊網絡上傳UHF發射塔的中心臺并轉發至各同時過閘船舶，從而根據排檔信息計算各船舶的安全距離，并通過方向和速度信息進行預測，進行過閘位置監控和預測，并將各船舶過閘時的實時位置信息在船舶監控終端顯示。如果船間距小于安全間隔或船舶超過安全速度，可以在船舶監控終端的軟件界面上進行聲光報警或語音提示。
[0024]4、如圖2所示，船舶監控終端根據排擋情況，計算出本船的虛擬移泊停靠位置，以人性化的界面，引導船舶向該位置停靠。根據待閘時下達的該閘室的精確排擋圖及排擋信息，計算出船舶在行進到該虛擬移泊位置，語音提示該船離虛擬移泊位置的精確距離。到達虛擬移泊位置后，高亮顯示該船的可用纜樁范圍，避免模棱兩可的系纜情況發生，提高系纜效率。
[0025]5、由于船舶的載重情況不同，導致船舶的慣性不同以及船本身的可操控性及船長的駕駛水平不同，故其加減速的距離、時間也不同。在駕引初期，可以讓船長自己輸入一個可控的安全距離，加減速時間和勻速速度。船舶過閘過程中，在船端界面實時顯示該船處于移泊的速度距離曲線，一段時間后，根據數據庫記錄的該船舶過閘數據進行分析、給出該船不同載重下的一個指導的加減速的距離、時間、勻速速度，對船舶過閘過程實現精確指導駕引。
[0026]6、船端的綜合處理計算機屏幕上就能實時動態顯示船的方向，船長參照圖上的虛擬停靠位置和當前船舶艏向，以及偏航窗口顯示的偏航量來調整船舶艏向，直到按照預定方向行駛到預定位置。本實用新型具備以下功能:
[0027]船岸端共同實現船舶待閘輔助導航:
[0028]為了實現船舶待閘輔助功能，在錨地待閘時，船舶監控終端的軟件處于“待閘模式”，船端軟件在該模式下將過閘計劃、前閘次船舶在航道的位置信息、前方氣象水文信息，顯示在船端界面上，輔助船舶按時待閘。
[0029]船舶實時艏向測量功能:
[0030]采用雙定位接收天線定位法，即在過閘船上安裝一臺多系統多頻雙RTK衛星定位接收機，該定位接收機上可部署兩個接收天線，兩個接收天線離開一定距離。兩個接收天線連線最好是與船舷平行或重直，在船端測量定位軟件中輸入定位工作船的船型尺寸，兩個接收天線部署在工作船中的位置，設置主、副工作點。這樣在計算機屏幕上就能實時動態解算并實時顯示工作船的位置和方向。安裝方法如圖3所示。
[0031]該測向單元的兩個天線，從功能上分為主天線和從天線，通過對兩個天線接收到的衛星信號進行處理，獲得以兩個天線連線為基準的航向、或航向的垂直方向，并能輸出主天線的位置信息。在主天線出故障后，可將從天線設置為主天線。該設計不但能夠在設備完好的情況下測船舶位置、艏向，而且在主天線故障后，降功能使用:只測船舶位置不測船舶艏向，提高了定位功能的冗余度。
[0032]船端實現對船舶過閘時的駕引:
[0033]在駕駛艙LCD顯示屏上設置閘室，閘首、閘墻電子圖和顯示船、與閘墻精確對位的實時數據、移泊船舶頭尾的距離、移泊船舶與閘首的距離等。實時顯示本船與他船的實時位置、艏向和軌跡。船長參照圖4上的虛擬停靠位置和當前船舶艏向，以及偏航窗口顯示的偏航量來調整船舶艏向，直到按照預定方向行駛到預定位置。加強集中監控系統、現地控制系統、通航信號燈、過閘船舶與待閘船舶之間的信息聯絡，提高高過閘效率。
[0034]數據服務及分析功能:
[0035]建立船舶基礎數據、運行數據庫、分析系數據庫，實現對上述數據庫的管理，船舶過閘時運動軌跡以及開關門、充放水、系纜等數據的實時記錄，根據排檔情況下發同閘室船的位置、船速、間距等信息。對船舶過閘過程進行數據分析，結合運行數據對排檔，對每艘船的移泊情況進行評估，以便進行排擋方案推薦、或人工排擋后的過閘效率評估。
[0036]系統在“錨地待閘”模式下，可以顯示前閘次船舶的電子江圖位置跟蹤信息以及當前船舶裝載狀態下的技術性能、所處水域的水位、流量、氣象信息。船長即可根據所獲取的有效信息對從錨地到虛擬待閘區域的這一過程進行自主把控。最大程度上避免“閘等船”的情況發生，提聞待閘效率。
[0037]系統在“過閘模式”下，過閘輔助功能包括船閘電子地圖，精確排擋圖形顯示本船與同時過閘船舶動態顯示，包括:船速、船間距，操控提醒，危險提醒，提醒方式包括文字、圖標、顏色、聲音等。船舶在限制速度下運行，具有自動報警、提醒減速和停靠等功能。
【權利要求】
1.一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，包括船舶監控終端、岸端集控室、無線通訊定位系統；其特征在于，所述岸端集控室設有冗余數據庫服務器、數據綜合分析機、數據顯控終端，冗余數據庫服務器與數據綜合分析機、數據顯控終端通過冗余以太網連接； 冗余數據庫服務器通過RS-485串口連接UHF發射塔，UHF發射塔向船端發送:差分數據、排擋信息、過閘船舶動態信息； 所述無線通訊定位系統包括北斗參考站設備、UHF發射塔；安裝在船端的UHF無線電臺和衛星定位接收機； 所述船舶監控終端包括:UHF無線電臺、綜合顯示處理計算機和衛星定位接收機； 船舶監控終端通過UHF無線電臺連接UHF發射塔。
2.根據權利要求1所述一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，其特征在于，冗余數據庫服務器通過RS-485串口連接UHF發射塔。
3.根據權利要求1所述一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，其特征在于，UHF無線電臺通過RS-485串口連接綜合顯示處理計算機。
4.根據權利要求1所述一種船舶通過船閘的安全導航輔助系統，其特征在于，所述數據顯控終端連接電視墻。
【文檔編號】G08G3/00GK204257002SQ201420398102
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】許傳洲, 陳亞杰, 曹光榮, 陳冬梅, 郁宏偉, 駱國輝, 趙明亮, 張巖, 程航 申請人:中國長江三峽集團公司