船舶智能靠离泊方法、装置及系统与流程

本发明涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种船舶智能靠离泊方法、装置及系统。

背景技术：

船舶在靠离泊过程中，一般由引水员或船长进行操纵，大型船舶还需要拖轮辅助，效率较低、成本较高，而且发生人为事故的风险较高。船舶自动靠离泊则可以很好地解决上述问题。

然而，船舶自动靠离泊需要船舶按照既定路线实时计算船舶推进器的功率和方向，控制船舶的前进，对于海上作业平台的守护船舶，由于海上作业平台需要的货物和油水补给量都比较大，靠泊平台的时间要长，导致船舶的计算负荷较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船舶智能靠离泊方法、装置及系统，以缓解船舶自动靠离泊的计算负荷较大的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊方法，应用于海上控制端，所述方法包括：

接收船舶控制端发送的船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；

基于船舶的运动方程模型，根据所述实时位置信息、所述实时运动参数和所述海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径；

向所述船舶控制端发送所述靠离泊规划路径，以使所述船舶控制端控制船舶根据所述靠离泊规划路径运动。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

根据所述船舶在靠离泊过程中的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数对所述靠离泊规划路径进行修正；

向所述船舶控制端发送修正后的靠离泊规划路径，以使所述船舶控制端控制所述船舶根据所述修正后的靠离泊规划路径运动。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

在接收到所述船舶控制端发送的自动靠离泊请求指令后，基于所述船舶运动方程模型，根据所述实时位置信息、所述实时运动参数和所述海上环境参数对所述船舶进行虚拟靠离泊场景重构；

根据重构的虚拟靠离泊场景判断所述船舶是否满足自动靠离泊条件；

如果是，向所述船舶控制端发送将允许自动靠离泊指令，以使所述船舶控制端激活自动靠离泊系统。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

根据所述船舶在靠泊过程中的实时运动参数判断所述船舶是否偏离靠泊规划路径；

如果是，则向所述船舶发送预警信息。

第二方面，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊方法，应用于船舶控制端，所述方法包括：

获取船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；

向海上控制端发送所述实时位置信息、所述实时运动参数以及所述海上环境参数，以使所述海上控制端基于船舶的运动方程模型，根据所述实时位置信息、所述实时运动参数和所述海上环境参数计算所述船舶的靠离泊规划路径；

接收所述海上控制端发送的所述靠离泊规划路径，控制所述船舶根据所述靠离泊规划路径运动。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

在所述船舶靠离泊过程中，接收所述海上控制端发送的修正后的靠离泊规划路径，控制所述船舶根据所述修正后的靠离泊规划路径运动。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

当所述船舶与海上作业平台的距离达到设定距离时，向所述海上控制端发送自动靠离泊请求指令；

接收所述海上控制端发送的响应所述自动靠离泊请求指令得到的允许自动靠离泊指令，激活自动靠离泊系统。

第三方面，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊装置，应用于海上控制端，所述方法包括：

第一接收模块，用于接收船舶控制端发送的船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；

计算模块，用于基于船舶的运动方程模型，根据所述实时位置信息、所述实时运动参数和所述海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径；

第一发送模块，用于向所述船舶控制端发送所述靠离泊规划路径，以使所述船舶控制端控制船舶根据所述靠离泊规划路径运动。

第四方面，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊系统，包括海上控制端和船舶控制端；

所述船舶控制端，用于获取船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；向海上控制端发送所述实时位置信息、所述实时运动参数以及所述海上环境参数；

所述海上控制端，用于基于船舶的运动方程模型，根据所述实时位置信息、所述实时运动参数和所述海上环境参数计算所述船舶的靠离泊规划路径，向所述船舶控制端发送所述靠离泊规划路径，以使所述船舶控制端控制所述船舶根据所述靠离泊规划路径运动。

在可选的实施方式中，所述船舶控制端包括：

位置参考模块，用于获取船舶的实时位置信息；

海上环境感知模块，用于获取海上环境参数；

船舶状态检测模块，用于获取所述船舶的实时运动参数；

自动靠离泊处理模块，用于通过通信模块向所述海上控制端发送所述实时位置信息、所述实时运动参数以及所述海上环境参数，接收所述海上控制端发送的所述靠离泊规划路径；

动力定位模块，用于根据所述靠离泊规划路径控制所述船舶的推进器的功率及转向。

本发明实施例提供的上述船舶智能靠离泊方法、装置及系统，由海上控制端接收船舶控制端发送的船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；基于船舶的运动方程模型，根据实时位置信息、实时运动参数和海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径；向船舶控制端发送靠离泊规划路径，以使船舶控制端控制船舶根据靠离泊规划路径运动。通过海上控制端对船舶进行靠离泊路径规划，缓解船舶的数据处理压力，降低其计算负荷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的船舶智能靠离泊方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一船舶智能靠离泊方法流程图；

图3为本发明实施例提供的船舶智能靠离泊装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的船舶智能靠离泊系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1示出了本发明实施例提供的船舶智能靠离泊方法流程图。参照图1，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊方法，由海上作业平台的海上控制端执行以下步骤：

步骤s101，接收船舶控制端发送的船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；

步骤s102，基于船舶的运动方程模型，根据实时位置信息、实时运动参数和海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径；

步骤s103，向船舶控制端发送靠离泊规划路径，以使船舶控制端控制船舶根据靠离泊规划路径运动。

上述实时运动参数包括船舶的运动方向、速度和加速度等，海上环境参数包括风、浪、流等环境参数。根据实时位置信息和实时运动参数可以得到船舶的纵向运动位移、横向运动位移以及艏摇运动方向参数值，将这些参数和海上环境参数代入船舶的运动方程模型，如下式(1)所示，根据式(1)计算出船舶的各个推进器的推进力及力矩，即得到靠离泊规划路径，当船舶靠泊时，计算得到船舶的靠泊规划路径，当船舶离泊时，计算得到船舶的离泊规划路径。船舶控制端可以计算按照靠离泊规划路径运动的艏摇方向变化、需要分配各推进器的推进力及转向等。

其中，txi、tyi和mzi分别为各个推力器在纵向、横向以及艏摇方向上产生的力和力矩；nt为推力器数目；fwvx、fwvy和mwvz为波浪漂移作用引起的力和力矩，即二阶平均漂移力；fcx、fcy和mcz为海流力和力矩；fwdx、fwdy和mwdz为风力和力矩；如果作业任务能够产生水平力，fopx、fopy和mopz则为作业水平力和力矩。

本发明实施例通过海上控制端对船舶进行靠离泊路径规划，缓解船舶的数据处理压力，降低其计算负荷。并且，便于海上控制端对多个船舶进行靠离泊路径规划。当海上环境比较恶劣时，通过上述船舶智能靠离泊方法可以实现无人作业船的自主靠离泊。

在一些实施例中，由于海上的环境比较复杂且多变，为了避免多变的环境影响船舶靠离泊，需要对靠离泊规划路径进行修正，因此，上述船舶智能靠离泊方法还包括以下步骤：

步骤1)根据船舶在靠离泊过程中的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数对靠离泊规划路径进行修正；

步骤2)向船舶控制端发送修正后的靠离泊规划路径，以使船舶控制端控制船舶根据修正后的靠离泊规划路径运动。

具体的，根据船舶在靠离泊过程中的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数确定船舶的靠离泊实际路径，进而得到靠离泊实际路径与靠离泊规划路径的偏差，通过改变推进器实时的推力分布来修正偏差值。

在一些实施例中，为了确保靠离泊过程的安全可靠，当船舶需要靠泊时，船舶控制端在船舶与海上作业平台之间的距离达到一定距离后，向海上作业平台发送是否可以激活自动靠离泊系统的请求指令；当船舶需要离泊时，也向海上作业平台发送是否可以激活自动靠离泊系统的请求指令，此时，海上控制端还可以执行以下步骤：

步骤a)在接收到船舶控制端发送的自动靠离泊请求指令后，基于船舶运动方程模型，根据实时位置信息、实时运动参数和海上环境参数对船舶进行虚拟靠离泊场景重构；

步骤b)根据重构的虚拟靠离泊场景判断船舶是否满足自动靠离泊条件，例如，判断船舶作业是否安全；

步骤c)如果满足自动靠离泊条件，向船舶控制端发送将允许自动靠离泊指令，以使船舶控制端激活自动靠离泊系统。

步骤d)如果不满足自动靠离泊条件，向船舶控制端发送拒绝自动停泊指令，此时，可以由海上控制端控制船舶的操控系统，对船舶停靠进行控制。

在一些实施例中，海上控制端还可以根据船舶在靠泊过程中的实时运动参数判断船舶是否偏离靠泊规划路径；如果是，则向船舶发送预警信息。

海上控制端通过实时接收船舶在靠泊过程中的运动方向、速度、加速度等信息，监测船舶偏离靠泊规划路径是否超过某一阈值(可以是速度、加速度、位移的变化阈值)，评估船舶靠泊过程中对海上作业平台的影响，主要反映在靠泊速度及靠泊撞击力上(通过船舶加速度、推力，采用能量法评估)，当偏离靠泊规划路径或者靠泊速度过快或者可能的撞击力过大时，判断可能出现危险情况，及时向船舶发送预警信息，停止靠泊过程，或者由船上人员及时介入，进行手柄操作。

需要说明的是，上述船舶智能靠离泊方法不仅适用于船舶靠离泊海上作业平台，也适用于船舶靠离泊基地码头。

本发明实施例采用海上作业平台的海上控制端集成靠离泊路径规划功能，综合考虑海上风浪流等复杂环境参数，实时修正靠离泊规划路径，并实时反馈给船舶，使船舶实时调整靠离泊方案，降低了船舶计算处理负荷，提升了控制精度。

如图2所示，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊方法，由船舶控制端执行以下步骤：

步骤s201，获取船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；

步骤s202，向海上控制端发送实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数，以使海上控制端基于船舶的运动方程模型，根据实时位置信息、实时运动参数和海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径；

步骤s203，接收海上控制端发送的靠离泊规划路径，控制船舶根据靠离泊规划路径运动。

在具体实施中，船舶控制端在接收到海上控制端发送的靠离泊规划路径后，获得沿靠离泊规划路径的艏摇方向变化、需要分配各推进器的推进力及转向，并将相关控制信号传输到船舶的推进器控制系统，控制船舶按照靠离泊规划路径完成靠离泊过程。

另外，船舶控制端也可以根据获取的纵向运动位移、横向运动位移和艏摇运动方向参数值，以及风、浪、流等环境参数，将这些参数输入到构建的船舶纵向运动、横向运动以及艏摇运动三个自由度的运动方程模型，基于该模型，计算船舶沿靠离泊规划路径的艏摇方向变化、需要分配各推进器的推进力及转向。

在一些实施例中，由于海上的环境比较复杂且多变，在船舶靠离泊过程中，为了避免多变的环境影响船舶靠离泊，需要对靠离泊规划路径进行修正，因此，海上控制端根据船舶在靠离泊过程中的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数对靠离泊规划路径进行修正后，向船舶控制端发送修正后的靠离泊规划路径，船舶控制端接收海上控制端发送的修正后的靠离泊规划路径，控制船舶根据修正后的靠离泊规划路径运动。

另外，当船舶的预定靠离泊航线上存在障碍物时，例如其他船舶，海上控制端还可以获取障碍物位置信息，根据障碍物位置信息进一步修正靠离泊规划路径。

船舶控制端在接收到海上控制端发送的修正后的靠离泊规划路径后，按照修正后的靠离泊规划路径调整艏摇方向变化、需要分配各推进器的推进力及转向，并将相关控制信号传输到船舶的推进器控制系统，控制船舶按照修正后的靠离泊规划路径完成靠离泊过程。

在一些实施例中，船舶控制端还可以执行以下步骤：

步骤1)当船舶与海上作业平台的距离达到设定距离时，向海上控制端发送自动靠离泊请求指令；

步骤2)接收海上控制端发送的响应自动靠离泊请求指令得到的允许自动靠离泊指令，激活自动靠离泊系统。

具体的，船舶控制端根据船舶当前位置获取与海上作业平台之间的距离，当该距离到达设定距离之后，向海上作业平台发送是否可以激活自动靠离泊系统的请求指令，海上作业平台接收到该指令后，判断船舶当前作业是否安全，如果是安全的情况下，则向船舶控制端发送允许自动靠离泊指令，船舶控制端接收到允许自动靠离泊指令之后，自动激活自动靠离泊系统。

如图3所示，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊装置，应用于海上控制端，包括：

第一接收模块31，用于接收船舶控制端发送的船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；

计算模块32，用于基于船舶的运动方程模型，根据实时位置信息、实时运动参数和海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径；

第一发送模块33，用于向船舶控制端发送靠离泊规划路径，以使船舶控制端控制船舶根据靠离泊规划路径运动。

在一些实施例中，装置还包括：

修正模块，用于根据所述船舶在靠离泊过程中的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数对所述靠离泊规划路径进行修正；

第二发送模块，用于向所述船舶控制端发送修正后的靠离泊规划路径，以使所述船舶控制端控制所述船舶根据所述修正后的靠离泊规划路径运动。

在一些实施例中，装置还包括：

场景重构模块，用于在接收到所述船舶控制端发送的自动靠离泊请求指令后，基于所述船舶运动方程模型，根据所述实时位置信息、所述实时运动参数和所述海上环境参数对所述船舶进行虚拟靠离泊场景重构；

第一判断模块，用于根据重构的虚拟靠离泊场景判断所述船舶是否满足自动靠离泊条件；

指令发送模块，用于如果是，向所述船舶控制端发送将允许自动靠离泊指令，以使所述船舶控制端激活自动靠离泊系统。

在一些实施例中，装置还包括：

第二判断模块，用于根据所述船舶在靠泊过程中的实时运动参数判断所述船舶是否偏离靠泊规划路径；

预警发送模块，用于如果是，则向所述船舶发送预警信息。

如图4所示，本发明实施例提供一种船舶智能靠离泊系统，包括海上控制端和船舶控制端；

船舶控制端41，用于获取船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；向海上控制端发送实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；

海上控制端42，用于基于船舶的运动方程模型，根据实时位置信息、实时运动参数和海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径，向船舶控制端发送靠离泊规划路径，以使船舶控制端控制船舶根据靠离泊规划路径运动。

在一些实施例中，船舶控制端41包括：

位置参考模块411，用于获取船舶的实时位置信息；

海上环境感知模块412，用于获取海上环境参数；

船舶状态检测模块413，用于获取船舶的实时运动参数；

自动靠离泊处理模块414，用于通过通信模块向海上控制端发送实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数，接收海上控制端发送的靠离泊规划路径；

动力定位模块415，用于根据靠离泊规划路径控制船舶的推进器的功率及转向。

具体的，海上环境感知模块412例如可以包括风速风向仪、浮标/波浪雷达等，用于感知海上外部的风、浪、流环境参数，位置参考模块411采用gps定位得到船舶的实际位置信息，根据gps定位信息确定船舶纵向运动位移、横向运动位移以及艏摇运动方向，动力定位模块415利用传统的动力计算模型使得船舶控制船舶各推进器的功率及转向，进而控制船舶在低速下跟踪预定的航迹运动。

自动靠离泊处理模块414分别与动力定位模块415、位置参考模块411、海上环境感知模块412、船舶状态检测模块413连接，并且通过通信模块与海上控制端进行通信，例如，通信模块与海上控制端可以通过vsat(verysmallapertureterminal，微型地球站)通信方式进行通信。

本发明实施例提供的上述船舶智能靠离泊方法、装置及系统，由海上控制端接收船舶控制端发送的船舶的实时位置信息、实时运动参数以及海上环境参数；基于船舶的运动方程模型，根据实时位置信息、实时运动参数和海上环境参数计算船舶的靠离泊规划路径；向船舶控制端发送靠离泊规划路径，以使船舶控制端控制船舶根据靠离泊规划路径运动。通过海上控制端对船舶进行靠离泊路径规划，缓解船舶的数据处理压力，降低其负荷量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。