船舶安全控制系统、控制方法和船舶与流程

本发明涉及船舶控制领域，尤其是涉及一种船舶安全控制系统、方法和船舶。

背景技术：

船舶在航行时遇到的安全问题众多，目前对于船舶碰撞、搁浅、倾覆和人员侵入等问题通常采用人员眺望的方式进行观察，并根据观察到的情况进行调整船舶姿态等方式从而避免发生。针对船舶上发生的火灾、浸水、设备故障等部分灾害由传感器监测报警后人员介入解决。然而，通过人员介入的方式很大程度依赖于人员的反应速度及应对经验，当船舶上发生紧急的安全事故时，可能由于人员的混乱导致处理效率较低，从而导致安全风险进一步提高，甚至引发重大安全事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船舶安全控制系统、方法和船舶，可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

第一方面，本发明实施例提供一种船舶安全控制系统，系统包括依次连接的传感单元、决策单元、告警单元以及控制单元；传感单元用于采集船舶外部信息及船舶内部信息；决策单元用于根据船舶外部信息和船舶内部信息确定当前船舶的状态信息；告警单元用于在状态信息异常时生成告警信息；控制单元用于接收到告警信息时，向当前船舶的功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对当前船舶进行控制；其中，功能执行系统包括设置于当前船舶的能源动力系统、航行系统和姿态控制系统。

在可选的实施方式中，传感单元包括设置于船舶不同位置的多种第一传感器；第一传感器用于采集船舶外部信息；第一传感器包括以下至少一种：激光雷达、毫米波雷达、全景相机、红外相机、可见光相机、微波传感器；船舶外部信息包括针对船舶外部环境和/或船舶外部状态采集得到的信息；船舶外部环境包括海洋环境信息和天气信息；船舶外部状态包括船舶的正常航行状态和非正常航行状态。

在可选的实施方式中，传感单元还包括设置于船舶不同位置的多种第二传感器；第二传感器用于采集船舶内部信息；第二传感器包括以下至少一种：温度传感器、液位传感器、烟雾传感器、红外相机、可见光相机；船舶内部信息包括针对船舶内部环境和/或船舶内部状态采集得到的信息；船舶内部环境包括船舶各个舱室的温度、液位、烟雾及人员位置；船舶内部状态包括船舶搭载的设备和/或各个系统的运行状态以及搭载的货物状态。

在可选的实施方式中，决策单元还用于当传感单元中的多种传感器针对同一目标得到的采集结果不一致时确定当前船舶的状态信息。

在可选的实施方式中，告警单元用于在状态信息中包含有碰撞状态信息、倾覆状态信息、搁浅状态信息以及海盗威胁信息时发起告警。

在可选的实施方式中，告警单元还用于检测到船舶处于受灾异常状态时发起告警；受灾异常状态包括火灾、浸水、人员入侵、网络入侵和设备系统故障。

第二方面，本发明实施例提供一种船舶安全控制方法，方法通过前述实施方式任一项的船舶安全控制系统执行；方法包括：根据传感单元采集船舶外部信息及船舶内部信息；基于船舶外部信息和船舶内部信息通过决策单元确定当前船舶的状态信息；当状态信息异常时，通过告警单元生成告警信息；基于告警信息，通过控制单元对船舶功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对船舶进行控制。

在可选的实施方式中，当状态信息异常时，通过告警单元生成告警信息的步骤，包括：当状态信息中包含有碰撞状态信息、倾覆状态信息、搁浅状态信息以及海盗威胁信息时，通过告警单元生成第一告警信息，并发起告警；或者，当状态信息包含有受灾异常状态信息时，通过告警单元生成第二告警信息，并发起告警；受灾异常状态信息包括火灾、浸水、人员入侵、网络入侵和设备系统故障。

在可选的实施方式中，基于告警信息，通过控制单元对船舶功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对船舶进行控制的步骤包括：根据不同状态信息对应的告警信息的类型，确定预设的应对措施；通过控制单元基于预设的应对措施对船舶功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对船舶进行控制。

第三方面，本发明实施例提供一种船舶，船舶包括如前述实施方式任一项的船舶安全控制系统，还包括功能执行系统。

本发明提供的船舶安全控制系统、方法和船舶，该船舶安全控制系统包括依次连接的传感单元、决策单元、告警单元以及控制单元，其中，传感单元用于采集船舶外部信息及船舶内部信息，决策单元用于根据船舶外部信息和船舶内部信息确定当前船舶的状态信息，告警单元用于在状态信息异常时生成告警信息，控制单元用于接收到告警信息时，向当前船舶的功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对当前船舶进行控制，功能执行系统包括设置于当前船舶的能源动力系统、航行系统和姿态控制系统。上述船舶安全控制系统通过传感单元采集信息，并根据决策单元进行决策从而确定当前船舶的状态信息，告警单元在状态信息异常时进行告警，进而通过控制单元进行应对性的控制。通过船舶安全系统进行自主的采集、决策、报警以及控制，可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

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一种船舶安全控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种船舶安全控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种船舶安全控制方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种船舶的结构示意图。

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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

考虑到现有的船舶安全控制方式通常采用人员进行观察并在发生安全事故/风险时采用人员介入解决的方式进行应对，然而这种方式往往很大程度依赖于人员的反应速度及应对经验，处理效率较低，安全风险相对较高。针对此问题，本发明实施例提供了一种船舶安全控制系统、方法和船舶，可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

为便于理解，首先对发明实施例提供的一种船舶安全控制系统进行详细介绍，参见图1所示的一种船舶安全控制系统的结构示意图，该系统包括依次连接的传感单元、决策单元、告警单元以及控制单元，其中，传感单元包括设置于船舶不同位置的多种传感器，用于采集船舶外部信息及船舶内部信息，对船舶外部信息与船舶内部信息进行采集时选用的传感器的类型大多不相同，但也可以包括相同类型的传感器，诸如可见光相机、红外相机等。可以理解的是，当可见光相机用于采集船舶外部信息时，可以采集诸如海面环境信息以及海面上其他船舶的航行信息等；当可见光相机用于采集船舶内部信息时，则可以采集船舶上的人员信息、设备信息等。决策单元用于根据船舶外部信息和船舶内部信息确定当前船舶的状态信息，在一种实施方式中，通过对船舶外部信息和船舶内部信息进行告警单元用于在状态信息异常时生成告警信息，告警信息可以是音频播放的方式，也可以是报警灯闪烁+鸣笛的方式，在具体实施时，可以根据异常的状态信息类型进行适应性的选择，这里不作具体限定。控制单元用于接收到告警信息时，向当前船舶的功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对当前船舶进行控制，诸如，当控制单元接收到告警单元进行告警生成告警信息后，可以通过与当前船舶的功能执行系统预先设置的通信方式向功能执行系统下达控制指令，并对该功能执行执行系统的操控权限进行控制，以使船舶针对当前的异常状态进行应对及调整，其中，上述功能执行系统可以包括设置于当前船舶的能源动力系统、航行系统和姿态控制系统。

本发明实施例提供的船舶安全控制系统，通过传感单元采集船舶外部信息和船舶内部信息，并基于船舶外部信息和船舶内部信息通过决策单元进行决策从而确定当前船舶的状态信息，告警单元在状态信息异常时进行告警，进而通过控制单元进行应对性的控制。通过船舶安全系统进行自主的采集、决策、报警以及控制，可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

在一种实施方式中，上述传感单元包括的设置于船舶不同位置的多种传感器包括多种用于采集船舶外部信息的第一传感器，诸如可以包括以下至少一种：激光雷达、毫米波雷达、全景相机、红外相机、可见光相机、微波传感器，在具体应用时，可以根据船舶实际需要采集的信息进行适应性选择，并不仅限于上述提到的第一传感器的类型。船舶外部信息包括针对船舶外部环境和/或船舶外部状态采集得到的信息，船舶外部环境包括海洋环境信息和天气信息，诸如空气温度、湿度，海水温度、盐度、深度，风、浪、流的强度和方向，可见度，天气等环境信息，船舶外部状态包括船舶的正常航行状态和非正常航行状态，也可以理解为其他船舶及障碍物的位置和运动信息。在进行船舶外部信息的采集时，可以只采集船舶外部环境，也可以只采集船舶外部状态，还可以既采集船舶外部环境同时也采集船舶外部状态，从而可以根据上述第一传感器识别上述任一种船舶外部信息。

此外，传感单元还包括的设置于船舶不同位置的多种传感器还包括用于采集船舶内部信息的第二传感器，诸如可以包括以下传感器的至少一种：温度传感器、液位传感器、烟雾传感器、红外相机、可见光相机，在具体应用时，可以根据船舶实际需要采集的信息进行适应性选择，并不仅限于上述提到的第二传感器的类型。船舶内部信息包括针对船舶内部环境和/或船舶内部状态采集得到的信息，船舶内部环境可以包括船舶各个舱室的温度、液位、烟雾及人员位置，船舶内部状态包括船舶搭载的设备和/或各个系统的运行状态以及搭载的货物状态，各个系统的运行状态可以包括能源动力系统、航行系统和姿态控制系统的运行状态，也可以包括其他设置于船舶的系统的运行状态。

通过上述第一传感器和第二传感器组成的传感单元，本发明实施例提供的船舶安全控制系统可以进一步参见如图2所示的另一种船舶安全控制系统的结构示意图，图中传感器类型仅作示意，不作具体限定。上述决策单元还用于当传感单元中的多种传感器针对同一目标得到的采集结果不一致时确定当前船舶的状态信息。针对同一目标得到的采集结果不一致的情况可以理解为，如果以采集船舶外部信息为例，当多个摄像头同时感知到某个物体但感知的结果不同，或者，部分传感器感知到某障碍物其他传感器未感知到该障碍物的情况，此时可以通过一定的信息融合方法确定当前障碍物的实际状况，信息融合方式并非本发明保护的重点，在此不再赘述。

考虑到船舶在航行时可能会遇到多种安全风险，诸如碰撞、倾覆、搁浅、海盗威胁等，因此告警单元用于在状态信息中包含有碰撞状态信息、倾覆状态信息、搁浅状态信息以及海盗威胁信息时发起告警，可以采用语音播报、警示灯、鸣笛等方式进行告警，在一种实施方式中，还可以进一步对上述异常状态进行告警，诸如，当决策单元确定当前船舶发生碰撞时，告警单元可以进行告警，还可以对实际的碰撞位置、严重程度(可以预先设置异常等级)等进行详细播报。

此外，告警单元还用于检测到船舶处于受灾异常状态时发起告警，该受灾异常状态可以包括火灾、浸水、人员入侵、网络入侵和设备系统故障等，当船舶处于受灾异常情况时，可以通过广播等方式将具体的灾害、灾害发生位置及受灾情况进行告警。通过这种方式可以使船上各部分人员获知船舶受灾情况，提升人员的警惕性，还可以是控制单元根据告警信息进行针对性控制，从而使船舶恢复安全行驶状态。

综上，本实施例提供的船舶安全控制系统，可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

针对上述提供的船舶安全控制系统，本发明实施例提供一种船舶安全控制方法，该方法通过前述实施方式任一项的船舶安全控制系统执行，为便于理解，参见如图3所示的一种船舶安全控制方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤s302至步骤s308：

步骤s302，根据传感单元采集船舶外部信息及船舶内部信息。

船舶外部信息可以包括诸如空气温度、湿度，海水温度、盐度、深度，风、浪、流的强度和方向，可见度，天气等外部环境信息以及其他船舶及障碍物的位置和运动信息等外部状态信息。船舶内部信息可以包括诸如船舶各个舱室的温度、液位、烟雾及人员位置等信息以及船舶搭载的设备和系统运行状态以及搭载的货物状态信息。

步骤s304，基于船舶外部信息和船舶内部信息通过决策单元确定当前船舶的状态信息。

在一种实施方式中，决策单元可以通过对船舶外部信息或船舶内部信息进行计算，并根据计算得到的结果确定当前船舶所处的状态信息，该状态信息诸如可以包括船舶的航行状态信息、人员状态信息、设备状态信息等。

步骤s306，当状态信息异常时，通过告警单元生成告警信息。

在一种实施方式中，当上述状态信息发生异常时，诸如发生碰撞、倾覆、搁浅以及海盗威胁或者处于火灾、浸水等受灾状态时，通过告警单元生成告警信息，该告警信息可以采用语音、警示灯或鸣笛的形式生成，此处不作具体限制。

步骤s308，基于告警信息，通过控制单元对船舶功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对船舶进行控制。

在一种实施方式中，功能执行系统可以包括能源动力系统、航行系统、姿态控制系统，根据生成的告警信息的类型确定需要控制的系统，诸如，当处于应急避碰状态时，可以通过控制能源动力系统采取减速措施，当航向和艏向控制功能失效，可以通过控制航行系统对船舶采取减速或停车操作，当船舶航行姿态发生偏移时，可以通过控制姿态控制系统进行姿态调整等。

本发明实施例提供的船舶安全控制方法，通过传感单元采集船舶外部信息和船舶内部信息，并基于船舶外部信息和船舶内部信息通过决策单元进行决策从而确定当前船舶的状态信息，告警单元在状态信息异常时进行告警，进而通过控制单元进行应对性的控制。通过船舶安全系统进行自主的采集、决策、报警以及控制，可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

考虑到在实际航行时，船舶会受到多种不同的安全风险，因此上述当状态信息异常时，通过告警单元生成告警信息可以进一步如下两种方式：

(1)当状态信息中包含有碰撞状态信息、倾覆状态信息、搁浅状态信息以及海盗威胁信息时，通过告警单元生成第一告警信息，并发起告警。该第一告警信息可以包括语音播报、警示灯、鸣笛等信息，在一种实施方式中，还可以进一步对上述异常状态进行告警，诸如，当决策单元确定当前船舶发生碰撞时，告警单元可以进行告警，还可以对实际的碰撞位置、严重程度(可以预先设置异常等级)等进行播报。

(2)当状态信息包含有受灾异常状态信息时，通过告警单元生成第二告警信息，并发起告警；受灾异常状态信息包括火灾、浸水、人员入侵、网络入侵和设备系统故障，该第二报警信息可以为通过广播将具体的灾害、灾害发生位置及受灾情况进行告警的信息。

在一种实施方式中，当船舶面临碰撞、搁浅、倾覆等威胁，船舶安全控制系统(也可以称为全船综合安全管控系统)发出报警，提醒并要求人员介入进行威胁规避。当船舶发生火灾、浸水、人员入侵、网络入侵和设备系统故障等灾害，全船综合安全管控系统发出报警，提醒并要求人员介入控制灾害的发展。当人员在一定的时间内未对报警进行响应或未直接采取控制措施，全船安全综合管控系统根据灾害的实际情况采取相应的管控措施，规避或限制灾害的发生并约束灾害造成的影响。

上述基于告警信息，通过控制单元对船舶功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对船舶进行控制的步骤可以包括如下步骤1和步骤2：

步骤1，根据不同状态信息对应的告警信息的类型，确定预设的应对措施。上述不同状态信息诸如可以包括碰撞、搁浅、倾覆、火灾、浸水、人员入侵、网络入侵、设备系统故障，针对不同状态信息确定的应对措施包括如下措施：

(1)碰撞：根据实际船舶状况，采取原速航行、原地定位、降速、应急停车等措施。具体实现方式为：根据障碍物的具体位置和运动信息，依据海上避碰规则，系统计算生成绕行方案的轨迹和每个轨迹点的运动状态。从距离障碍物的最小距离、避碰时间、与原轨迹的差别等角度综合考虑，从而选择最安全(也即距离障碍物的距离最小)、高效(也即避碰时间以及回到原航行计划轨迹的时间)的避碰方法。

(2)搁浅：根据实际船舶状况，采取原地定位、降速、应急停车、倒车等措施。

(3)倾覆：控制姿态控制系统、压载系统或货物系统，调整船舶浮态。当船舶遇到恶劣海况面临倾覆风险，有以下方法调整：1)、通过调整向压载舱或风暴压载舱注入压载水提升船舶稳性；2)、调配船舶内部的压载水分布；3)、使用减摇鳍等减摇装置；4)、对于液货船，可以调整液货物的分布调整姿态。通过这种方式，可以直接通过船舶安全控制系统进行操作，从而可以避免倾覆发生，并且船舶安全控制系统通过计算自动调整，可以进一步提升姿态控制的准确性。

(4)火灾：控制消防系统，根据人的位置判断惰性气体、水灭火等措施的适用性。还可以采用控制门窗开关、空调系统、通风系统等。通过图像识别人员位置或人员佩戴手环等信息收发装置的方式感知人员所在的舱室位置。可以设置当确定有人在的处所时，不能采用惰性气体灭火。在无人场所，可以关闭舱室的通风，灌入堕气进行灭火。

(5)浸水：控制舱底系统或应急抽排水装置进行排水。

(6)人员入侵：引导船员避险，控制门窗开关保护船员和主要设备系统安全。

(7)网络入侵：切断自动控制权限，请求人员操纵或按既定程序由安全综合管控系统发布操纵指令。

(8)设备系统故障：评估系统的失效状态，根据失效情况采取应对措施。

步骤2，通过控制单元基于预设的应对措施对船舶功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对船舶进行控制。

应当注意的是，上述应对措施(1)至(8)均为预先设置于船舶安全控制系统中，由船舶安全控制系统的控制单元基于预设的应对措施对船舶功能执行系统下发控制指令，以通过功能执行系统对船舶进行控制。通过这种方式，可以使船舶自主决策面对安全风险时的应对策略提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

综上所述，本发明实施例提供的喜欢船舶安全控制方法可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

本发明实施例提供了一种船舶，参见如图4所示的一种船舶的结构示意图，该船舶包括如前述实施方式任一项的船舶安全控制系统，还包括功能执行系统，该功能执行系统包括能源动力系统、航行系统、姿态控制系统，能源动力系统用于当系统发生故障，主机需要采取减速措施时，判断当前船舶是否处于应急避碰状态，如处于应急避碰状态则不减速，如正常航行状态则离开航道进行减速。航行系统(艏向和艏向控制)用于当航向和艏向控制功能失效，船舶采取减速或停车操作。姿态控制系统(压载控制)用于当姿态控制系统失效，船舶采用降速停车等操作，避免波浪对船舶稳性造成威胁。

本实施例所提供的船舶，通过设置有船舶安全控制系统，以及与该船舶安全控制系统相连接的功能执行系统(能源动力系统、航行系统、姿态控制系统)，可以在无需人员介入的情况下针对船舶安全风险进行自主决策及应对，提升了船舶安全控制能力，进而为船舶的无人化及自主化奠定了基础。

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。