一种用于智能船舶实船测试的浮标系统及其控制方法与流程

本发明涉及智能船舶测试领域，尤其涉及一种用于智能船舶实船测试的浮标系统及其控制方法。

背景技术：

智能船舶实船测试是船舶出厂使用前的一个重要环节，关系到船舶的安全性，因此要保证测试的全面性，需要各种各样辅助的测试设备。智能船舶在实船测试的过程中，对海洋环境有要求，而且船舶在测试的过程中容易影响到其他过往的船只，从而导致船舶的测试效率低，因此建立一套能够帮助智能船舶进行高效的实船测试的系统是保证智能船舶实船测试场测试效率及测试安全的重要部分。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种用于智能船舶实船测试的浮标系统及其控制方法，旨在解决智能船舶在测试场测试效率低，且存在危险情况出现的问题。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于智能船舶实船测试的浮标系统包括：固定式浮标、可自主移动式浮标以及陆地控制中心；所述固定式浮标包括：多个海洋环境监测浮标和多个边界浮标；所述移动式浮标包括：多个监控浮标和多个障碍物模拟浮标；

多个所述边界浮标分布在预先设定的用于船舶测试的海域的边界上，所述边界浮标上设置有用于警示的警示信号显示模块；

所述海洋监测浮标设置在船舶测试的海域内，所述海洋监测浮标用于对船舶测试海域内的海洋环境的监测；

所述监控浮标设置在船舶测试的海域内，所述监控浮标用于对船舶测试过程进行实时监控，所述监控浮标和障碍物模拟浮标根据陆地控制中心发送的移动指令在船舶测试的海域内自主移动；

所述边界浮标、所述海洋监测浮标、所述监控浮标和所述障碍物模拟浮标均与所述陆地控制中心进行数据交互。

优选地，所述可自主移动式浮标还包括应急浮标；所述应急浮标根据陆地控制中心发送的移动指令在船舶测试的海域内进行自主移动；

且所述应急浮标、所述监控浮标和所述障碍物模拟浮标的颜色和/或结构不同。

优选地，所述固定式浮标还包括多个通信中继浮标，测试海域内以及在测试海域与所述陆地控制中心之间的海域内设置若干个通信中继浮标，用于将任一浮标发送的数据传输至所述陆地控制中心，或者，将所述陆地控制中心发送的数据传输至对应的浮标。

优选地，所述监控浮标、所述障碍物模拟浮标和所述应急浮标上都设置有用于在船舶测试的海域内移动的航行模块。

优选地，所述边界浮标、所述海洋监测浮标、所述通信中继浮标、所述监控浮标、所述障碍物模拟浮标和所述应急浮标上均设置有用于检测所述浮标系统中的浮标是否出现故障的故障报警模块和通信模块，所述故障报警模块通过所述通信模块与所述陆地控制中心进行数据交互。

优选地，所述海洋环境监测浮标设有风速风向监测模块，水文信息监测模块，天气信息监测模块和通信模块，且所述风速风向监测模块、所述水文信息监测模块和所述天气信息监测模块通过通信模块与所述陆地控制中心进行数据交互。

优选地，所述监控浮标上设有视频监控模块，音频监控模块，且所述视频监控模块和所述音频监控模块通过通信模块能够与所述陆地控制中心进行数据交互。

优选地，本发明还提供了一种浮标系统的控制方法，所述浮标系统为上述的浮标系统，所述控制方法包括：

在智能船舶实船测试的海域中分布有多个固定式浮标和多个移动式浮标，所述智能船舶测试过程中，陆地控制中心接收每一个浮标发送的数据；

所述陆地控制中心对接收的数据进行分析，根据智能船舶测试的信息，在确定至少一个可自主移动式浮标位置变化时，向需要进行位置变化的至少一个可自主移动式浮标发送移动指令，所述移动指令包括可自主移动式浮标的标识、移动式浮标的移动信息；

所述至少一个移动式浮标接收移动指令后，确定移动指令中的移动式浮标的标识与自身的标识一致时，根据所述移动信息执行自主移动指令。

优选地，所述控制方法，还包括：

所述固定式浮标中的每一个边界浮标实时获取该边界浮标预设范围内的边界信息，当确定至少一个边界信息中存在测试船舶的信息时，所述边界浮标向测试船舶发送报警信号，并将所述边界信息发送所述陆地控制中心；

所述陆地控制中心根据接收的边界信息，确定至少一个边界信息中存在测试船舶的信息时；

所述陆地控制中心向测试船舶发送测试关联指令，所述测试关联指令为所述陆地控制中心根据所述该边界信息的边界浮标的位置信息、边界信息生成的。

优选地，所述控制方法，还包括：

在智能船舶测试过程中，所述陆地控制中心接收至少一个浮标发送的故障信息；

所述陆地控制中心根据接收的故障信息，确定发生故障的浮标是否需要替换，若需要，则向可自主移动式浮标中的至少一个应急浮标发送替换指令，所述替换指令包括：该应急浮标移动到达的位置信息、替换待替换的浮标的标识信息；

接收到替换指令的应急浮标执行所述替换指令。

(三)有益效果

本发明通过不同的浮标组成了一个用于辅助智能船舶实船测试的浮标系统，通过边界浮标界定船舶测试的边界，即限定了船舶的测试的范围，又提醒了其他的船只，使得不会出现航线冲突的情况，同时在边界内设置海洋环境监测浮标，实时检测边界内的海洋环境信息，保证了船舶测试时海洋环境的安全性，同时通过多个障碍物模拟浮标的移动组合模拟不同的障碍物，为船舶提供避障测试，极大地提高了船舶测试效率。

附图说明

图1为本发明一种用于智能船舶实船测试的浮标系统的结构示意图；

图2为本发明中边界浮标的结构示意图；

图3为本发明中海洋监测浮标的结构示意图；

图4为本发明中通信中继浮标的结构示意图；

图5为本发明中监控浮标的结构示意图；

图6为本发明中障碍物模拟浮标的结构示意图；

图7为本发明中应急浮标的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

对于智能船舶的实船测试来说，首先应该保证测试场地能够安全、可靠，从而保证智能船舶测试过程的安全性，其次，为了保证智能船舶能够迅速有效的进行测试，必要的测试辅助设备也是必不可少的，例如不同用途的海洋浮标，而如何将各种不同用途的浮标组成一个整体进行统一的操控管理和监控，充分发挥整个浮标系统的作用对于船舶测试场来说具有至关重要的作用。

本发明提供了一种用于智能船舶实船测试的浮标系统，如图1：为本发明一种用于船舶测试的浮标系统的结构示意图；所示，包括：固定式浮标、移动式浮标以及陆地控制中心；固定式浮标包括：多个海洋环境监测浮标和多个边界浮标；移动式浮标包括：多个监控浮标和多个障碍物模拟浮标。

如图2：本发明中边界浮标的结构示意图；所示，多个边界浮标分布在预先设定的用于船舶测试的海域的边界上，边界浮标上设置有用于警示的警示信号显示模块，边界浮标上还设置有用于采集自身位置的信息采集模块。边界浮标是用于约束船舶的测试海域范围用的浮标，约束在测试的船舶在测试的过程中不超过边界，在测试的船舶不会与其他过往的船舶的航线发生冲突，避免了发生碰撞的危险。

海洋监测浮标设置在船舶测试的海域内，海洋监测浮标用于对船舶测试海域内的海洋环境的监测；通过对海洋环境的监测，能够实时反映测试海域内不同位置的海洋环境信息，即能够保证测试海域内的环境安全和可靠，也可以在不同的海洋环境下，对船舶进行测试，把在测试过程中海洋环境信息和船舶测试数据和一起发送给陆地控制中心，用于研究海洋环境变化对船舶测试的影响。

监控浮标设置在船舶测试的海域内，监控浮标用于对船舶测试过程实时监控，监控浮标和障碍物模拟浮标根据陆地控制中心发送的移动指令在船舶测试的海域内自主移动；具体地，监控浮标对船舶的测试过程进行实时监控，并将实时的监控信息发送给陆地控制中心，陆地控制中心根据接收到的监控信息评价船舶的测试过程。

如图6：本发明中障碍物模拟浮标的结构示意图；所示，障碍物模拟浮标包括用于展示多种轮廓的灯光展示模块和声音展示模块，灯光展示模块能够模拟船舶发出的指示不同信号的各种灯光，声音展示模块能够模拟船舶号笛或其他生物发出的声音，用于提示船舶同时也方便监控浮标对提示声音的采集，当船舶需要进行避障测试时，障碍物模拟浮标在陆地控制中心的控制下通过自身的移动和组合组成模拟障碍物，为船舶提供避障测试服务。

边界浮标、海洋监测浮标、监控浮标和障碍物模拟浮标均与陆地控制中心进行数据交互。

移动式浮标还包括应急浮标；如图7：本发明中应急浮标的结构示意图；所示，应急浮标中包含浮标系统中的各类浮标，即在固定式浮标中的各个浮标中加入了航行模块。应急浮标根据陆地控制中心发送的移动指令在船舶测试的海域内进行自主移动。

且应急浮标、监控浮标和障碍物模拟浮标的颜色和/或结构不同。

船舶测试的过程中，若有浮标出现故障，与出现故障的浮标的类型相同的应急浮标代替出现故障的浮标。应急浮标能够在陆地控制中心的控制下移动至发生故障的浮标的位置，用应急浮标来代替发生故障的浮标，确保测试过程的顺利进行，保证了船舶测试过程的稳定性，使得浮标系统能够持续的作用于船舶的测试过程。

另外，当测试船舶发生故障时，可由应急浮标组成临时界线，提醒其他测试船舶注意。保证发生故障的船舶的安全性。

固定式浮标还包括多个通信中继浮标，测试海域内以及在测试海域与陆地控制中心之间的海域内设置若干个通信中继浮标，用于将任一浮标发送的数据传输至陆地控制中心，或者，将陆地控制中心发送的数据传输至对应的浮标。

在优选的实施方案中，通信中继浮标的通信距离一般为2.5km-3.5km，所以通信中继浮标的通信范围在以其自身为圆心，以2.5km-3.5km为半径的圆，所以测试海域内以及在测试海域与陆地控制中心之间的海域内通信中继浮标的排布方式与排布密度只需要多个通信中继浮标的通信范围叠加后覆盖整个测试海域和测试海域与陆地控制中心之间的海域即可，保证了浮标之间、浮标与陆地控制中心、浮标与测试船舶、陆地控制中心与测试船舶之间的通信。

在优选的实施方案中，如图4：本发明中通信中继浮标的结构示意图；所示，通信中继浮标上设置有移动通信基站模块和视频监控模块，浮标系统中任一浮标发送的数据先传至移动通信基站模块，再由移动通信基站模块将数据传输至陆地控制中心，同理移动通信模块将陆地控制中心发送的数据传输至对应的浮标，在这种实施方式中，通过设置多个通信中继浮标可以实现浮标与陆地控制中心远距离的传输，且数据传输准确。

进一步地，边界浮标、海洋监测浮标、通信中继浮标、监控浮标、障碍物模拟浮标和应急浮标上均设置有用于检测浮标系统中的浮标是否出现故障的故障报警模块和通信模块，故障报警模块通过通信模块与陆地控制中心进行数据交互。监控浮标、障碍物模拟浮标和应急浮标上都设置有用于在智能船舶测试的海域内自主移动的航行模块。航行模块能够接收陆地控制中心的控制指令并进行自主移动，实现了陆地控制中心对可自主移动式浮标的移动控制。

更进一步地，如图3：本发明中海洋监测浮标的结构示意图；所示，海洋环境监测浮标设有风速风向监测模块，水文信息监测模块和天气信息监测模块，且风速风向监测模块、水文信息监测模块和天气信息监测模块通过通信模块与陆地控制中心进行数据交互。

最后，如图5：本发明中监控浮标的结构示意图；所示，监控浮标上设有视频监控模块，音频监控模块，且视频监控模块和音频监控模块通过通信模块能够与陆地控制中心进行数据交互。在监控浮标和通信中继浮标上都设置有视频监控模块，能够在更多的视角下监控智能船舶测试的过程。陆地控制中心对监控浮标发布指令，使监控浮标移动到指定监控位置，实现对整个船舶测试过程的监控，并将监控到的监控信息发送给所述陆地控制中心。陆地控制中心根据接收到的监控信息，评价船舶在测试过程中的安全性。

通信中继浮标主要用于作为移动通信的传输，此外还能够对测试过程进行相应的监控。另外当发生危险时可由陆地控制中心通过通信中继浮标利用4g、5g等手段实现对测试船舶的远程遥控驾驶，保证测试船舶的安全。

海洋环境监测浮标主要对海洋环境进行监测，能够实时反映测试场不同位置的环境及水文信息，保证测试环境安全可靠。

边界浮标是约束测试场范围用的浮标，能够给各类船舶提供警示作用。

监控浮标主要用来实现对测试过程的监控，并将实时监控画面传回陆地控制中心，同时能够收集及播放相应的音频信号。

应急浮标包括海洋环境监测应急浮标、边界应急浮标、障碍物模拟应急浮标和监控模拟应急浮标五类浮标，当其他浮标出现故障时，与出现故障的浮标的类型相同的应急浮标代替出现故障的浮标，确保测试过程的顺利进行。用应急浮标代替出现故障的浮标，完成相应的测试后，需要换下应急浮标并对出现故障的浮标进行检修。应急浮标自身结构简单，不能长时间稳定使用，只能暂时的代替其他出现故障的浮标，但其自身的造价便宜，所以极大的保证了船舶的测试正常运行。

障碍物浮标主要通过自身移动和组合模拟各类不同的障碍物，节省测试过程中的障碍物布置时间，提高测试的流畅性，提高测试效率。

本发明还提供了一种浮标系统的控制方法，其中浮标系统为上述的浮标系统，控制方法包括：

在船舶测试的海域中分布有多个固定式浮标和多个可自主移动式浮标，船舶测试过程中，陆地控制中心接收每一个浮标发送的数据；

陆地控制中心对接收的数据进行分析，根据船舶测试的信息，在确定至少一个移动式浮标位置变化时，向需要进行位置变化的至少一个可自主移动式浮标发送移动指令，移动指令包括可自主移动式浮标的标识、移动式浮标的移动信息；

至少一个可自主移动式浮标接收移动指令后，确定移动指令中的移动式浮标的标识与自身的标识一致时，根据移动信息执行移动。

在优选的实施方案中，控制方法还包括：

固定式浮标中的每一个边界浮标实时获取该边界浮标预设范围内的边界信息，当确定至少一个边界信息中存在测试船舶的信息时，边界浮标向测试船舶发送报警信号，并将边界信息发送陆地控制中心；

陆地控制中心根据接收的边界信息，确定至少一个边界信息中存在测试船舶的信息时；

陆地控制中心向测试船舶发送测试关联指令，测试关联指令为陆地控制中心根据该边界信息的边界浮标的位置信息、边界信息生成的。

边界浮标检测到在其预设范围内有测试船舶后，第一时间向测试船舶发送报警信号，保证了测试船舶的安全性，以及信息传递的及时性。以及提醒测试船舶执行后续的测试关联指令。

船舶在接收到测试关联指令后，根据船舶测试的要求执行相应的动作，测试关联指令可以为提示船舶需要进行回转返回边界内，也可以是提示船舶距离边界的距离已经在设定的预警值内，需要减速；还可以是需要验证相应的边界浮标是否正常工作，船舶需要越过边界进行验证。

在优选的实施方案中，控制方法还包括：

在船舶测试过程中，陆地控制中心接收至少一个浮标发送的故障信息；

陆地控制中心根据接收的故障信息，确定发生故障的浮标是否需要替换，若需要，则向移动式浮标中的至少一个与发生故障的浮标的类型对应的应急浮标发送替换指令，替换指令包括：该应急浮标移动到达的位置信息、替换待替换的浮标的标识信息；

接收到替换指令的应急浮标执行替换指令。当应急浮标执行替换指令后，应急浮标会到达待替换的浮标所在的位置，且该应急浮标的标识会替换为待替换的浮标的标识，这样做有利于陆地控制中心对该应急浮标的辨识，有利于整个浮标系统的整体运行和对浮标系统的控制。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。