一种锚泊辅助系统的制作方法

本发明属于锚泊技术领域，具体的说是涉及一种锚泊辅助系统。

背景技术：

目前船上没有一种能对抛锚条件进行集中检查功能的设备或系统，但是实际操作中因抛锚操作不当而导致走锚、丢锚和断链等事故时有发生。因此船长或驾驶员在抛锚前需要自行核对各种必须考虑到的抛锚条件，而各项检查所需的数据不能集中显示，有些数据还需要做相应的计算，这样需要花费船长或驾驶员很多精力，在执行检查的同时船长还需要操纵船舶，因此有可能会因对某些项的漏检而导致抛锚事故，或因此给操纵船舶带来风险。

目前很多船用助航仪器中都提供了锚泊监控功能，如GPS、ECDIS或雷达等，但是绝大数的锚泊监控功能的实现是基于船长或驾驶员自行设定监控参数(如锚位和警戒圈半径)来实现的，且不能提供预报警功能，如参数设置不合理则可能出现已经走锚但是设备并不提供警报，或者船舶并未走锚但设备却提供走锚警报的情况，一旦船舶走锚船上将没有足够的时间来处理，监控的可靠性较差。因此，监控参数以及报警或预报警阈值的设置是否合理将影响到锚泊监控的安全。

鉴于以上情况，发明一种能集中显示锚泊作业所需参数，能提供锚泊前检查功能，并在抛锚后能合理地对锚位进行监控的系统非常有必要。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种能够可以较大程度地减少航海人员的工作量，并提高船舶抛锚作业及锚泊监控过程中的安全性的锚泊辅助系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种锚泊辅助系统，其特征在于，包括：

数据获取单元，该单元能够在船舶抛锚前采集相应的抛锚前检测数据；同时所述数据获取单元能够在船舶锚泊过程中实时采集相应的锚泊数据；所述的抛锚前检测数据至少包括当前采样时刻的船舶船位数据、船舶航向数据、船舶航速数据、船舶指定位置点数据以及所述船舶指定位置点周围的海图物标属性数据，该海图物标属性数据至少包括水深数据，并依据ECDIS系统的具体性能确定是否还包括底质和碍锚物数据，所述锚泊数据至少包括当前采样时刻的船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据；

与所述数据获取单元相连接的数据处理单元，该单元能够在接收到所述抛锚前检测数据时对其进行数据格式统一处理后调用操作者预先所设定的抛锚前设置数据进行数据比对，并依据比对结果判定出相应检查结果，以完成船舶抛锚前的检查功能；同时该单元能够在接收到所述锚泊数据时对其进行数据格式统一处理后调用操作者预先所设定的锚泊设置数据进行数据比对，并依据比对结果判定出相应检查结果，以完成船舶锚泊过程中的监控功能；所述的抛锚前设置数据至少包括船舶计划抛锚点的位置数据、船舶最小安全水深数据、船舶可抛锚极限水深数据、抛锚水域流向数据和船舶抛锚航速数据，所述锚泊设置数据至少包括出链长度数据Lc、锚链孔与驾驶台之间的水平距离数据Lv；

以及与所述数据处理单元相连接的显示单元，该单元能够实时对船舶抛锚前的检查过程所涉及到的数据及相应的检查结果进行显示并显示出当前时刻是否可以抛锚或需要人工核对的结论；同时其还能够实时对船舶锚泊过程所涉及到的数据及相应的检查结果进行显示并显示出当前时刻是否存在走锚的结论或相应的预警和警报信息。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述抛锚前检测数据与抛锚前设置数据的数据比对过程包括：

S11、至少比对下述四种数据：即比对抛锚前检测数据中的水深数据是否小于所设定的船舶可抛锚极限水深数据并大于等于船舶最小安全水深数据，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过；比对抛锚前检测数据中的底质数据是否为泥底质、沙底质、泥沙混合底质中的任意一种，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过，同时若ECDIS系统的具体性能不能获得底质数据，则检查结果为需人工核对；比对抛锚前检测数据中的船舶指定位置点的属性是否为不是碍锚物属性，即为锚地属性或锚位属性，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过，同时若ECDIS系统的具体性能不能获得相关的属性数据，则检查结果为需人工核对；比对抛锚前检测数据中的船舶航向数据中实时船首向与所设定的船舶流向的反方向数据之间的差值是否小于20°，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过；比对抛锚前检测数据中的船舶航速数据是否小于等于所设定的船舶抛锚航速数据，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过；

S12、重复S11进行二次比对检查，若各项检查结果均为通过则确定当前的结论为适合抛锚；若各项检查结果存在至少一项检查结果为不通过则确定当前的结论为不适合抛锚；若各项检查结果存在至少一项检查结果为需人工核对则确定当前的结论为需人工核对抛锚条件。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述锚泊数据与锚泊设置数据的数据比对过程包括：

S21、基于所述船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据计算出实时船位和与抛锚时船位间的距离值D；同时基于所设定的出链长度数据Lc、锚链孔与驾驶台之间的水平距离数据Lv计算出锚泊警戒圈半径R；其中，锚泊警戒圈半径R＝Lc+2Lv，为船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据的纬度差，D_λ为船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据的经度差，为船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据的平均纬度；

S21、比较所计算出的D与R之间的大小关系：

若D＜R则检查结果为锚泊正常；若D＝R则检查结果为走锚临界状态；若D＞R则检查结果为走锚；若D＜R且D值在一定时间段内连续增加，则检查结果为走锚预警状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明可以较大程度地减少航海人员的工作量，将抛锚作业前的各项检查和锚泊监控过程中需要的各种资源进行整合，集中显示，直观地给出判断结果，并提供预警和警报，其可以作为目前船上主要导助航设备中的一个功能模块，也可作为独立的设备，其可以拓展目前船上主要导助航设备的功能并很大程度地提高船舶抛锚作业及锚泊监控过程中的安全。

附图说明

图1为本发明所述系统结构框图；

图2为本发明所述系统结构框架实例图；

图3为本发明所述系统抛锚前检查功能所对应的工作过程实例图；

图4为本发明所述系统锚泊监控功能所对应的工作过程实例图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

基于现有技术的不足之处，本发明所涉及的锚泊辅助系统其主要有两个功能，一是实现抛锚前检查，并提供指导性的结论；二是实现锚泊过程中的监控。

所述系统其可以作为一台独立的设备也可作为目前船上主要导助航设备(如ECDIS、雷达、GPS等)的一个功能模块，其数据获取单元所采集的相关数据可以从相互独立的且能够提供船舶位置和航速数据的定位设备、提供船舶航向的罗经设备及提供如所述船舶指定位置点周围的水深和海图物标属性数据等数据的ECDIS(即电子海图显示与信息系统)设备上获得，也可以从ECDIS系统(该系统能够与罗经设备、定位设备进行信息交互并调用相关数据)上获得，亦可以采用其他方式获取相关数据。

基于上述原理以及图1‐图2，则所述系统，包括：

(1)数据获取单元，该单元能够在船舶抛锚前采集相应的抛锚前检测数据；同时所述数据获取单元能够在船舶锚泊过程中实时采集相应的锚泊数据；所述的抛锚前检测数据至少包括当前采样时刻的船舶船位数据、船舶航向数据、船舶航速数据、船舶指定位置点数据以及所述船舶指定位置点周围的海图物标属性数据，该海图物标属性数据至少包括水深数据，并依据ECDIS系统的具体性能确定是否还包括底质和碍锚物数据，所述锚泊数据至少包括当前采样时刻的船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据；

(2)与所述数据获取单元相连接的数据处理单元，该单元能够在接收到所述抛锚前检测数据时对其进行数据格式统一处理后调用操作者预先所设定的抛锚前设置数据(可由用户通过数据获取单元自行设定)进行数据比对，并依据比对结果判定出相应检查结果，以完成船舶抛锚前的检查功能；同时该单元能够在接收到所述锚泊数据时对其进行数据格式统一处理后调用操作者预先所设定的锚泊设置数据进行数据比对，并依据比对结果判定出相应检查结果，以完成船舶锚泊过程中的监控功能；所述的抛锚前设置数据至少包括船舶计划抛锚点的位置数据、船舶最小安全水深数据、船舶可抛锚极限水深数据、船舶流向数据和船舶抛锚航速数据，所述锚泊设置数据至少包括出链长度数据Lc、锚链孔与驾驶台之间的水平距离数据Lv；

其中所述船舶可抛锚极限水深数据按照下式计算得到：

P为船舶的锚机额定起锚能力，单位为N；M_a为船舶的锚在空气中的重量，单位为Kg；M_c为每米锚链在空气中的重量，单位为Kg/m；f为锚链与锚链筒外口的摩擦力，单位为N；d为锚链孔至水面的距离，单位为m；α为船舶的锚机拉力的年损耗率，单位为％，且5年内按照每年比上年损耗5％计算；μ为锚链与锚链筒外口间的摩擦系数；N为锚链筒外口所受的正压力，单位为N；θ为锚链垂直时与锚链孔轴线的夹角，单位为°；L为锚链筒外口至锚机链轮间的直线距离；H_max为锚泊极限水深值，单位为m。

所述船舶流向数据按照计划抛锚位置的实际流向进行设定；所述船舶抛锚航速数据为适应船舶抛锚时的合适航速；所述船舶最小安全水深数据设置为船舶抛锚前最大吃水值与富余水深之和。

(3)以及与所述数据处理单元相连接的显示单元，该单元能够实时对船舶抛锚前的检查过程所涉及到的数据及相应的检查结果进行显示并显示出当前时刻是否可以抛锚或需要人工核对的结论；同时其还能够实时对船舶锚泊过程所涉及到的数据及相应的检查结果进行显示并显示出当前时刻是否存在走锚的结论或相应的警报信息。所述显示单元用以完成抛锚前的检查数据的显示及各项比较检查的数据、比较检查的结果以及是否适合抛锚或需要人工核对的结论的显示；以及锚泊监控的相关参数，如抛锚时的船位、警戒圈和实时的D值进行集中显示并将比较后的结果实时显示，最终提供是否走锚的结论或相应的警报。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述抛锚前检测数据与抛锚前设置数据的数据比对过程包括：

S11、至少比对下述四种数据：即比对抛锚前检测数据中的水深数据是否小于所设定的船舶可抛锚极限水深数据并大于等于船舶最小安全水深数据，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过；比对抛锚前检测数据中的底质数据是否为泥底质、沙底质、泥沙混合底质中的任意一种，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过，同时若ECDIS系统的具体性能不能获得底质数据，则检查结果为需人工核对；比对抛锚前检测数据中的船舶指定位置点的属性是否为不是碍锚物属性，即是否为锚地属性或锚位属性，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过，同时若ECDIS系统的具体性能不能获得相关的属性数据，则检查结果为需人工核对；比对ECDIS抛锚前检测数据中的船舶航向数据中实时船首向与所设定的船舶流向的反方向数据之间的差值是否小于20°，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过；比对抛锚前检测数据中的船舶航速数据是否小于等于所设定的船舶抛锚航速数据，是则检查结果为通过，否则检查结果为不通过；

S12、重复S11进行二次比对检查，若各项检查结果均为通过则确定当前的结论为适合抛锚；若各项检查结果存在至少一项检查结果为不通过则确定当前的结论为不适合抛锚；若各项检查结果存在至少一项检查结果为需人工核对则确定当前的结论为需人工核对抛锚条件。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述锚泊数据与锚泊设置数据的数据比对过程包括：

S21、基于所述船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据计算出实时船位和与抛锚时船位间的距离值D；同时基于所设定的出链长度数据Lc、锚链孔与驾驶台之间的水平距离数据Lv计算出锚泊警戒圈半径R；其中，锚泊警戒圈半径R＝Lc+2Lv，其中，为船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据的纬度差，D_λ为船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据的经度差，为船舶实时船位数据以及抛锚时的船位数据的平均纬度；

S21、比较所计算出的D与R之间的大小关系：

若D＜R则检查结果为锚泊正常；若D＝R则检查结果为走锚临界状态；若D＞R则检查结果为走锚；若D＜R且D值3分钟内一直增加，则检查结果为走锚预警状态。

本发明所述系统的工作过程为：如图3，若进行抛锚前检查功能即至少完成四项检测：水深项检查：将计划抛锚点的电子海图水深与设置的可抛锚极限水深进行比较，如前者小于后者则显示“√”，否则显示“×”；底质和碍锚物项检查：将设定的抛锚点与电子海图物标属性查询功能相结合，如底质为岩石、或该点附近有海底电缆，管线等则显示“×”，否则显示“√”，如查询到该点位于海图上划定的锚地内，直接显示“√”，如电子海图在选定抛锚位置处没有底质的相关资料则显示“—”，表示需要航海人员自行核对；航向的检查：根据设置菜单中设置的流向进行，当航向与流向的反方向偏差不超过20°时，检查结果显示为“√”，否则显示“×”；航速的检查：根据设置菜单中设置的抛锚航速进行，如当时航速小于等于设置的抛锚航速，检查结果显示为“√”，否则显示“×”。

同时当所有项检查后如有其中一项或多项出现“×”，则结论为“不适合抛锚”，如每项检查结果都为“√”，则结论为“可以抛锚”；如检查结果出现“—”项，则结论为“需要人工核对该项”。

如图4，若执行锚泊监控功能，通过显示单元的监控界面显示有一虚线圆，即锚泊警戒圈，圆心为按下“抛锚”键时系统提供的船位，半径R为出链长度与2倍的锚链孔与驾驶台之间的距离；显示区域内，显示每隔5秒系统提供的船位，并连成线，便于值班人员直观地了解本船的运动轨迹，该轨迹连续显示过去12小时的船位；同时本系统每隔5秒记录一个系统提供的实时船位并计算到圆心位置的距离值D；如D值小于R值且无规律性变化，则判断为锚泊正常，如D值小于R值但3分钟内一直增加，则提供视觉上的预报警，提示有走锚的可能性；如D值大于R值，则提示走锚并提供声光警报。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。