一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统

1.本发明涉及声呐系统领域，具体涉及一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统。


背景技术：

2.声呐是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术，也指利用这种技术对水下目标进行探测（存在、位置、性质、运动方向等）和通讯的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。 随着水下声呐技术的发展，单波束、多波束以及侧扫声呐技术的不断进步，数字点云成像技术，使得河床、海床地形测量成果更直观、更立体的在屏幕上展示。
3.申请号为202210028571.0的专利公开了一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统，涉及船舶航行技术领域。该系统包括：船载前置侧扫声呐采集模块用于采集河床地形数字点云数据，立体视图生成模块用于根据数字点云数据生成船舶正前方河床的3d立体点云视图，通航检测模块用于将3d立体点云视图与标准航道理论尺度进行对照得到对照结果，专用船数据获取模块用于获取侧扫声呐扫测河床地形的实测数据，航道尺度数据计算模块用于得到航道尺度数据，航道尺度数据校验模块用于利用标准航道理论尺度对航道尺度数据进行核验，该系统根据船载侧扫声呐的实测数据得到船舶正前方的航道尺度数据，当船舶通过某个限制水域时，对航道尺度数据进行核验，以确定船舶能否通过。
4.但是，该系统无法根据航道和船舶实时对航道尺度进行检测和船舶航行进行监测，不能准确的给予船舶的信息与警示，易于导致对航道尺度和船舶航行行为误判，进而影响船舶正常行驶。


技术实现要素：

5.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统：通过声呐采集模块采集第一航行参数，数据分析模块根据第一航行参数获得监调系数，根据监调系数生成停航指令，控制船舶停止行驶，之后通过声呐采集模块采集第二航行参数，还用于根据第二航行参数获得航监系数，根据航监系数生成报警指令，并对船舶进行提示，解决了现有的基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统无法根据航道和船舶实时对航道尺度进行检测和船舶航行进行监测，不能准确的给予船舶的信息与警示，易于导致对航道尺度和船舶航行行为误判，进而影响船舶正常行驶的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统，包括声呐采集模块、数据分析模块、航行管理平台、监测调节模块以及预警报警模块；所述声呐采集模块用于采集第一航行参数和第二航行参数，第一航行参数包括波时差bs、波速值bv、船高值cg以及浸深值js，第二航行参数包括波时比bb、船道比cd，并将第
一航行参数和第二航行参数发送至数据分析模块；所述数据分析模块用于根据第一航行参数获得监调系数jt，根据监调系数jt生成停航指令和监调指令，还用于根据第二航行参数生成报警指令，并将监调指令、监调系数jt发送至航行管理平台，将停航指令、报警指令发送至预警报警模块；所述航行管理平台用于接收到监调指令后根据监调系数jt获得预设监调角度，并将预设监调角度发送至监测调节模块；所述监测调节模块用于根据预设监调角度调节航行声呐的角度，角度调节完毕后生成完成信号，并将完成信号发送至声呐采集模块；所述预警报警模块用于接收到停航指令后响起停止航行语音播报，接收到报警指令后响起报警铃声警报。
7.作为本发明进一步的方案：所述声呐采集模块采集第一航行参数的过程如下：将竖直安装在船舶底部的声呐标记为航深声呐，将水平安装在船舶底部四侧的声呐标记为航宽声呐，将倾斜安装在船舶底部四侧的声呐标记为航行声呐；实时采集航深声呐产生的超声波的发射时刻和超声波反射波的接收时刻，并将其分别标记为发波时刻fs和接波时刻js，获取发波时刻fs和接波时刻js的时间差，并将其标记为波时差bs；获取航深声呐产生的超声波的传播速率，并将其标记为波速值bv；获取船舶的高度以及船舶浸没于液面以下的深度，并将其分别标记为船高值cg以及浸深值js；将波时差bs、波速值bv、船高值cg以及浸深值js发送至数据分析模块。
8.作为本发明进一步的方案：所述声呐采集模块采集第二航行参数的过程如下：获取单位时间内航行声呐产生的超声波的发波时刻fs和接波时刻js的时间差，并将其按照时间先后顺序依次标记为波时差bsj，j=1、
……
、n，n为自然数；将波时差bsi代入公式得到波时比bb；将船舶航行的方向两侧的航宽声呐标记为测宽声呐，分别获取两侧测宽声呐产生反射波的位置，并将其标记为测宽点，获取两个测宽点之间的横向距离，并将其标记为测宽值ck；获取船舶轮廓的最大长度，并将其标记船宽值ck；获取船宽值ck、测宽值ck之间的比值，并将其标记为船道比cd；将波时比bb、船道比cd发送至数据分析模块。
9.作为本发明进一步的方案：所述数据分析模块生成停航指令和监调指令的过程如下：将波时差bs、波速值bv、船高值cg以及浸深值js代入公式得到监调系数jt；将监调系数jt与预设监调阈值jty进行比较：若监调系数jt≤预设监调阈值jty，则生成停航指令，并将停航指令发送至预警报警模块；
若监调系数jt＞预设监调阈值jty，则生成监调指令，并将监调指令、监调系数jt发送至航行管理平台。
10.作为本发明进一步的方案：所述数据分析模块生成报警指令的过程如下：将波时比bb与预设波时比阈值bby进行比较，将船道比cd与预设船道比阈值cdy进行比较；若波时比bb＜预设波时比阈值bby或者船道比cd＞预设船道比阈值cdy，则生成报警指令，并将报警指令发送至预警报警模块；若波时比bb≥预设波时比阈值bby且船道比cd≤预设船道比阈值cdy，则将波时比bb、船道比cd代入公式得到航监系数hj，其中q1、q2分别为波时比bb、船道比cd的预设权重系数，且q1＞q2＞1，取q1=1.89，q2=1.22；将航监系数hj与预设航监系数hjy进行比较：若航监系数hj＜预设航监系数hjy，则生成报警指令，并将报警指令发送至预警报警模块。
11.作为本发明进一步的方案：所述航行管理平台获得预设监调角度的过程如下：将监调角度值jji对应的监调系数jt的取值区间标记为监调区间jqi，其中，监调角度值jji满足0
°
≤监调角度值jji≤90
°
，i=1、
……
、n，n为自然数；设置监调区间jqi=[jta，jtb），其中，b=a+1，b＞a≥1；接收到监调指令后将监调系数jt与监调角度值jji进行匹配：若监调系数jt∈[jta，jtb），则将监调区间jqi对应的监调角度值jji标记为预设监调角度；将预设监调角度发送至监测调节模块。
[0012]
本发明的有益效果：本发明的一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统，通过声呐采集模块采集第一航行参数，数据分析模块根据第一航行参数获得监调系数，监调系数用于衡量船舶与航道的适应情况，若是监调系数小于等于预设监调阈值，则表示船舶过大或者航道过小，使得该船舶不适于行驶于该航道，根据监调系数生成停航指令，控制船舶停止行驶，若是监调系数大于预设监调阈值则根据监调系数对航行声呐的角度进行调节，使得航行声呐的角度自动适合于不同的航道，避免不同航道时采集相同数据导致对航道尺度检测和船舶航行情况存在较大的误差，影响船舶正常行驶，之后通过声呐采集模块采集第二航行参数，还用于根据第二航行参数获得航监系数，航监系数用于衡量船舶航行监测状态，若是航监系数小于预设航监系数，表示船舶航行过程中航道的变化存在航道变窄、航道深度变浅以及航道存在异物的情况，生成报警指令，并对船舶进行提示；该基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统通过监调系数在船舶行驶前对航道进行检测，通过航监系数在船舶行驶时对航道以及船舶航行状态进行检测，在监调系数、航监系数两者的协同作用下，精确的对航道尺度检测和船舶航行状态进行监测以及提醒，保证了船舶的正常行驶。
附图说明
[0013]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0014]
图1是本发明中一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统的原理框图。
具体实施方式
[0015]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]
实施例1：请参阅图1所示，本实施例为一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统，包括声呐采集模块、数据分析模块、航行管理平台、监测调节模块以及预警报警模块：声呐采集模块，用于采集第一航行参数和第二航行参数，第一航行参数包括波时差bs、波速值bv、船高值cg以及浸深值js，第二航行参数包括波时比bb、船道比cd，并将第一航行参数和第二航行参数发送至数据分析模块；数据分析模块，用于根据第一航行参数获得监调系数jt，根据监调系数jt生成停航指令和监调指令，还用于根据第二航行参数生成报警指令，并将监调指令、监调系数jt发送至航行管理平台，将停航指令、报警指令发送至预警报警模块；航行管理平台，用于接收到监调指令后根据监调系数jt获得预设监调角度，并将预设监调角度发送至监测调节模块；监测调节模块，用于根据预设监调角度调节航行声呐的角度，角度调节完毕后生成完成信号，并将完成信号发送至声呐采集模块；预警报警模块，用于接收到停航指令后响起停止航行语音播报，接收到报警指令后响起报警铃声警报。
[0017]
实施例2：请参阅图1所示，本实施例为一种基于声呐技术的航道尺度检测和船舶航行监测系统的工作过程，包括如下步骤：步骤一：声呐采集模块将竖直安装在船舶底部的声呐标记为航深声呐，将水平安装在船舶底部四侧的声呐标记为航宽声呐，将倾斜安装在船舶底部四侧的声呐标记为航行声呐；步骤二：声呐采集模块实时采集航深声呐产生的超声波的发射时刻和超声波反射波的接收时刻，并将其分别标记为发波时刻fs和接波时刻js，获取发波时刻fs和接波时刻js的时间差，并将其标记为波时差bs；步骤三：声呐采集模块获取航深声呐产生的超声波的传播速率，并将其标记为波速值bv；步骤四：声呐采集模块获取船舶的高度以及船舶浸没于液面以下的深度，并将其分别标记为船高值cg以及浸深值js；步骤五：声呐采集模块将波时差bs、波速值bv、船高值cg以及浸深值js发送至数据分析模块；步骤六：数据分析模块将波时差bs、波速值bv、船高值cg以及浸深值js代入公式
得到监调系数jt；步骤七：数据分析模块将监调系数jt与预设监调阈值jty进行比较：若监调系数jt≤预设监调阈值jty，则生成停航指令，并将停航指令发送至预警报警模块；若监调系数jt＞预设监调阈值jty，则生成监调指令，并将监调指令、监调系数jt发送至航行管理平台；步骤八：航行管理平台将监调角度值jji对应的监调系数jt的取值区间标记为监调区间jqi，其中，监调角度值jji满足0
°
≤监调角度值jji≤90
°
，i=1、
……
、n，n为自然数；步骤九：航行管理平台设置监调区间jqi=[jta，jtb），其中，b=a+1，b＞a≥1；步骤十：航行管理平台接收到监调指令后将监调系数jt与监调角度值jji进行匹配：若监调系数jt∈[jta，jtb），则将监调区间jqi对应的监调角度值jji标记为预设监调角度；步骤十一：航行管理平台将预设监调角度发送至监测调节模块；步骤十二：监测调节模块接收到预设监调角度后根据预设监调角度调节航行声呐的角度，角度调节完毕后生成完成信号，并将完成信号发送至声呐采集模块；步骤十三：声呐采集模块获取单位时间内航行声呐产生的超声波的发波时刻fs和接波时刻js的时间差，并将其按照时间先后顺序依次标记为波时差bsj，j=1、
……
、n，n为自然数；步骤十四：声呐采集模块将波时差bsi代入公式得到波时比bb；步骤十五：声呐采集模块将船舶航行的方向两侧的航宽声呐标记为测宽声呐，分别获取两侧测宽声呐产生反射波的位置，并将其标记为测宽点，获取两个测宽点之间的横向距离，并将其标记为测宽值ck；步骤十六：声呐采集模块获取船舶轮廓的最大长度，并将其标记船宽值ck；步骤十七：声呐采集模块获取船宽值ck、测宽值ck之间的比值，并将其标记为船道比cd；步骤十八：声呐采集模块将波时比bb、船道比cd发送至数据分析模块。
[0018]
步骤十九：数据分析模块将波时比bb与预设波时比阈值bby进行比较，将船道比cd与预设船道比阈值cdy进行比较；若波时比bb＜预设波时比阈值bby或者船道比cd＞预设船道比阈值cdy，则生成报警指令，并将报警指令发送至预警报警模块；若波时比bb≥预设波时比阈值bby且船道比cd≤预设船道比阈值cdy，则将波时比bb、船道比cd代入公式得到航监系数hj，其中q1、q2分别为波时比bb、船道比cd的预设权重系数，且q1＞q2＞1，取q1=1.89，q2=1.22；步骤二十：数据分析模块将航监系数hj与预设航监系数hjy进行比较：若航监系数hj＜预设航监系数hjy，则生成报警指令，并将报警指令发送至预警报
警模块；步骤二十一：预警报警模块接收到停航指令后响起停止航行语音播报，接收到报警指令后响起报警铃声警报。
[0019]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0020]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。