一种智能航行决策系统及其实现方法与流程

1.本发明涉及智能船舶技术领域，尤其是一种智能航行决策系统及其实现方法。


背景技术：

2.现代船舶朝着大型化、高速化方向发展,船舶数量和水域交通密度及危险货物装载量不断增加，船舶事故时有发生。对驾驶人员来讲，避碰规则和船舶管理的规章制度等，理应是应该共同遵守的行为准则和良好习惯。但是，由于潜意识和潜规则的表现，会经常性地违背严格且安全的行为准则。经验不足而犹豫。有的驾驶员虽然书本知识比较丰富，就是缺乏经验。在海上航行值班遇到来船可能需要避让操作时，心马上就提起来了。在驾驶台满世界的来回走，望远镜频繁的拿起放下。实际上因不知道该采取什么措施好，反映出极其犹豫不定的内心。往往在避碰操作上，害怕、怀疑要采取的行动是否合理而迟疑，不敢果断地采取行动。由于体力、脑力和情感的发挥结果而引起体力和/或智力上的能力降低，其可以影响几乎是所有的体力能力：包括力量、速度、反应时间、协调、决策和平衡。通俗地讲疲劳是一种因持续工作造成体力及工作效率下降的现象。由此可见，人为因素是造成海上船舶碰撞事故的主要原因。因此，如何实现船舶的智能航行以减少船舶碰撞事故是需要解决问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供一种智能航行决策系统及其实现方法，能够辅助驾驶员进行船舶航行决策，保障航行的安全。
4.第一方面，本发明的实施例提供了一种智能航行决策系统，包括：
5.视觉系统，用于获取目标船舶的空间感知信息；其中，所述空间感知信息包括目标船舶与一定范围内的其它船舶和/或障碍物的空间位置及距离；
6.听觉系统，用于获取目标船舶的声音感知信息；其中，所述声音感知信息包括目标船舶一定范围内的声音的方位和幅度；
7.触觉系统，用于获取目标船舶的状态感知信息；其中，所述状态感知信息包括目标船舶的环境状态信息和船舶状态信息；
8.定位系统，用于获取目标船舶的空间坐标信息；
9.交互系统，用于获取海事通信信息；其中，所述海事通信信息包括目标船舶一定范围内的其它船舶的航行信息；
10.自主决策系统，用于根据所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息，结合航行规则以及驾驶经验模型数据向运动系统发送控制信号；
11.运动系统，用于根据自主决策系统的所述控制信号进行目标船舶的航行控制。
12.可选地，所述系统还包括信息理解与转换系统；
13.所述信息理解与转换系统，用于获取目标船舶的驾驶者的语音指令和运动系统的
控制反馈信息；以及对所述语音指令、所述控制反馈信息、所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息进行信息解码以辅助所述自主决策系统。
14.可选地，所述视觉系统包括视频监控系统、雷达系统和声呐系统；
15.所述视频监控系统，用于获取目标船舶一定范围内的视频监控数据；
16.所述雷达系统，用于获取目标船舶一定范围内的雷达数据；
17.所述声呐系统，用于获取目标船舶一定范围内的声纳数据；
18.其中，所述视觉系统通过所述视频监控数据、所述雷达数据和所述声纳数据至少之一确定目标船舶一定范围内的其它船舶和/或障碍物的空间位置及距离。
19.可选地，所述听觉系统包括声音接收器；所述听觉系统通过收集目标船舶一定范围内的声音的方位和幅度辅助确定目标船舶一定范围内的其它船舶的空间位置及距离。
20.可选地，所述触觉系统包括船舶倾斜仪、计程仪、风向风速仪和四角吃水系统；
21.其中，所述环境状态信息包括水流速度和风向及风速，所述船舶状态信息包括船舶倾斜姿态和船舶吃水深度；
22.所述计程仪，用于获取所述水流速度；
23.所述风向风速仪，用于获取所述风向及风速；
24.所述船舶倾斜仪，用于获取所述船舶倾斜姿态；
25.所述四角吃水系统，用于获取所述船舶吃水深度。
26.可选地，所述定位系统通过北斗导航定位系统确定目标船舶的空间坐标信息。
27.可选地，所述交互系统通过船舶自动识别系统辅助目标船舶与一定范围内的其它船舶的海事通信，以获取一定范围内的其它船舶的航行信息；其中，所述航行信息包括船位、航速、航向、船名和呼号。
28.可选地，所述运动系统包括电子海图、推进器遥控系统和自动舵；
29.所述电子海图，用于根据所述控制信号进行航迹规划；
30.所述推进器遥控系统，用于根据所述控制信号进行航速控制；
31.所述自动舵，用于根据所述控制信号进行航向控制；
32.其中，所述运动系统根据所述航迹规划、所述航速控制和所述航向控制，进行目标船舶的航行控制。
33.第二方面，本发明实施例提供了一种智能航行决策系统的实现方法，包括：
34.通过视觉系统获取目标船舶的空间感知信息；其中，所述空间感知信息包括目标船舶与一定范围内的其它船舶和/或障碍物的空间位置及距离；
35.通过听觉系统获取目标船舶的声音感知信息；其中，所述声音感知信息包括目标船舶一定范围内的声音的方位和幅度；
36.通过触觉系统获取目标船舶的状态感知信息；其中，所述状态感知信息包括目标船舶的环境状态信息和船舶状态信息；
37.通过定位系统获取目标船舶的空间坐标信息；
38.通过交互系统获取海事通信信息；其中，所述海事通信信息包括目标船舶一定范围内的其它船舶的航行信息；
39.通过自主决策系统根据所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信
息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息，结合航行规则以及驾驶经验模型数据向运动系统发送控制信号；
40.通过运动系统根据自主决策系统的所述控制信号进行目标船舶的航行控制。
41.可选地，方法还包括：
42.通过信息理解与转换系统获取目标船舶的驾驶者的语音指令和运动系统的控制反馈信息；以及对所述语音指令、所述控制反馈信息、所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息进行信息解码以辅助所述自主决策系统。
43.本发明的有益效果为：本发明的智能航行决策系统包括视觉系统，用于获取目标船舶的空间感知信息；其中，所述空间感知信息包括目标船舶与一定范围内的其它船舶和/或障碍物的空间位置及距离；听觉系统，用于获取目标船舶的声音感知信息；其中，所述声音感知信息包括目标船舶一定范围内的声音的方位和幅度；触觉系统，用于获取目标船舶的状态感知信息；其中，所述状态感知信息包括目标船舶的环境状态信息和船舶状态信息；定位系统，用于获取目标船舶的空间坐标信息；交互系统，用于获取海事通信信息；其中，所述海事通信信息包括目标船舶一定范围内的其它船舶的航行信息；自主决策系统，用于根据所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息，结合航行规则以及驾驶经验模型数据向运动系统发送控制信号；运动系统，用于根据自主决策系统的所述控制信号进行目标船舶的航行控制。本发明的智能航行决策系统通过视觉系统、听觉系统、触觉系统、定位系统以及交互系统获取目标船舶的各种航行感知信息，进而通过自主决策系统根据船舶的各种航行感知信息进行自主决策，以控制运动系统实现目标船舶的航行控制，本发明能够通过船舶的航行感知信息辅助驾驶员进行船舶航行决策，保障航行的安全。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
45.图1为本发明实施例提供的智能航行决策系统的整体结构示意图。
具体实施方式
46.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
47.第一方面，本发明的实施例提供了一种智能航行决策系统，包括：
48.视觉系统，用于获取目标船舶的空间感知信息；其中，所述空间感知信息包括目标船舶与一定范围内的其它船舶和/或障碍物的空间位置及距离；
49.听觉系统，用于获取目标船舶的声音感知信息；其中，所述声音感知信息包括目标船舶一定范围内的声音的方位和幅度；
50.触觉系统，用于获取目标船舶的状态感知信息；其中，所述状态感知信息包括目标船舶的环境状态信息和船舶状态信息；
51.定位系统，用于获取目标船舶的空间坐标信息；
52.交互系统，用于获取海事通信信息；其中，所述海事通信信息包括目标船舶一定范围内的其它船舶的航行信息；
53.自主决策系统，用于根据所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息，结合航行规则以及驾驶经验模型数据向运动系统发送控制信号；
54.运动系统，用于根据自主决策系统的所述控制信号进行目标船舶的航行控制。
55.可选地，所述系统还包括信息理解与转换系统；
56.所述信息理解与转换系统，用于获取目标船舶的驾驶者的语音指令和运动系统的控制反馈信息；以及对所述语音指令、所述控制反馈信息、所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息进行信息解码以辅助所述自主决策系统。
57.可选地，所述视觉系统包括视频监控系统、雷达系统和声呐系统；
58.所述视频监控系统，用于获取目标船舶一定范围内的视频监控数据；
59.所述雷达系统，用于获取目标船舶一定范围内的雷达数据；
60.所述声呐系统，用于获取目标船舶一定范围内的声纳数据；
61.其中，所述视觉系统通过所述视频监控数据、所述雷达数据和所述声纳数据至少之一确定目标船舶一定范围内的其它船舶和/或障碍物的空间位置及距离。
62.可选地，所述听觉系统包括声音接收器；所述听觉系统通过收集目标船舶一定范围内的声音的方位和幅度辅助确定目标船舶一定范围内的其它船舶的空间位置及距离。
63.可选地，所述触觉系统包括船舶倾斜仪、计程仪、风向风速仪和四角吃水系统；
64.其中，所述环境状态信息包括水流速度和风向及风速，所述船舶状态信息包括船舶倾斜姿态和船舶吃水深度；
65.所述计程仪，用于获取所述水流速度；
66.所述风向风速仪，用于获取所述风向及风速；
67.所述船舶倾斜仪，用于获取所述船舶倾斜姿态；
68.所述四角吃水系统，用于获取所述船舶吃水深度。
69.可选地，所述定位系统通过北斗导航定位系统确定目标船舶的空间坐标信息。
70.可选地，所述交互系统通过船舶自动识别系统辅助目标船舶与一定范围内的其它船舶的海事通信，以获取一定范围内的其它船舶的航行信息；其中，所述航行信息包括船位、航速、航向、船名和呼号。
71.可选地，所述运动系统包括电子海图、推进器遥控系统和自动舵；
72.所述电子海图，用于根据所述控制信号进行航迹规划；
73.所述推进器遥控系统，用于根据所述控制信号进行航速控制；
74.所述自动舵，用于根据所述控制信号进行航向控制；
75.其中，所述运动系统根据所述航迹规划、所述航速控制和所述航向控制，进行目标船舶的航行控制。
76.第二方面，本发明实施例提供了一种智能航行决策系统的实现方法，包括：
77.通过视觉系统获取目标船舶的空间感知信息；其中，所述空间感知信息包括目标船舶与一定范围内的其它船舶和/或障碍物的空间位置及距离；
78.通过听觉系统获取目标船舶的声音感知信息；其中，所述声音感知信息包括目标船舶一定范围内的声音的方位和幅度；
79.通过触觉系统获取目标船舶的状态感知信息；其中，所述状态感知信息包括目标船舶的环境状态信息和船舶状态信息；
80.通过定位系统获取目标船舶的空间坐标信息；
81.通过交互系统获取海事通信信息；其中，所述海事通信信息包括目标船舶一定范围内的其它船舶的航行信息；
82.通过自主决策系统根据所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息，结合航行规则以及驾驶经验模型数据向运动系统发送控制信号；
83.通过运动系统根据自主决策系统的所述控制信号进行目标船舶的航行控制。
84.可选地，方法还包括：
85.通过信息理解与转换系统获取目标船舶的驾驶者的语音指令和运动系统的控制反馈信息；以及对所述语音指令、所述控制反馈信息、所述空间感知信息、所述声音感知信息、所述状态感知信息、所述空间坐标信息和所述海事通信信息进行信息解码以辅助所述自主决策系统。
86.下面结合一些具体实施例对本发明的实现原理进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
87.参照图1，本发明提出一种智能航行决策系统，在一定程度上，代替驾驶员做出更加正确的决策，保障航行的安全。能够通过船载视频监控系统、毫米波雷达(恶劣天气中探测能力强)、前视声呐、侧扫声呐、激光雷达(测量准确度高)形成船舶的视觉系统；通过声音接收器收集船舶外部的船舶鸣笛、噪声等声音形成船舶的听觉系统；通过船舶倾斜仪感知船舶姿态、计程仪感知水流速度、风向风速仪感知风向，通过四角吃水系统感知船舶吃水深度，进而形成船舶的的触觉系统；通过北斗导航仪形成船舶定位系统；通过甚高频无线电话(vhf)实现与其他船只进行语言通话及信息交流,ais实现船和岸、船和船之间的海事安全与通信(ais常由vhf通信机、定位仪和与船载显示器及传感器等相连接的通信控制器组成，能自动交换船位、航速、航向、船名、呼号等重要信息。装在船上的ais在向外发送这些信息的同时，同样接收vhf覆盖范围内其他船舶的信息，从而实现了自动应答。此外，作为一种开放式数据传输系统,它可与雷达等终端设备和internet实现连接，构成海上交管和监视网络，是不用雷达探测也能获得交通信息的有效手段，可以有效减少船舶碰撞事故)，形成船舶的交互系统；通过电子海图进行航迹规划、推进器遥控系统控制航速、自动舵控制船舶的航向形成船舶的运动控制系统。以上各个感知、控制系统通过信息汇总，通过信息理解与转换，实现船舶行为认知和航行态势认知，决策系统通过系统内部设置的决策模型根据船舶的感知系统的感知信息进行自主决策，控制运动系统实现自主决策航行。
88.视觉系统通过视频监控系统、雷达系统(两种雷达相辅相成，取长补短)、声呐系统多系统综合全方位感知船舶周围其他船舶航行状态，判断本船与其他船舶的空间位置及距
离。通过监测数据的实时更新，根据位置、距离、航速、航向判断是否会出现碰撞的可能。
89.听觉系统通过声音接收器，判断船舶周围航行中声音的方位和幅度，确定船舶与其他船舶位置关系，辅助视觉系统。
90.触觉系统通过船舶倾斜仪感知船舶姿态、计程仪感知水流速度、风向风速仪感知风向，通过四角吃水系统感知船舶吃水深度，综合判断船舶自身所处的环境及自身状态。
91.定位系统通过北斗导航定位系统确定船舶所处的具体空间坐标。
92.交互系统通过甚高频电话实现与其他船只进行语言通话及信息交流，辅助视觉听觉系统的，同时可以对外传达本船的状况，获取来自外部的配合。信息理解与转换系统通过安装在驾控台上方的声音接收器采集船长语音信息，通过信息理解与转换系统内置的船舶人工智能系统解读信息(触发条件使用甚高频电话的通话的同时采集解决语言)，通过信息理解转换系统转换成相应的系统语言。
93.信息理解与转换系统采集来自于各个系统的感知数据、控制数据，对信息进行统一解码。
94.船舶行为认知及航行态势认知基于对解码信息的处理，综合分析。
95.自主决策系统依赖于航行规则、驾驶经验模型数据库、船舶行为及态势的分析。综合信息进行研判，操控运动系统控制船舶的航行及避碰。
96.综上所述，本发明提供了一种智能航行决策系统及其实现方法，通过视觉系统、听觉系统、触觉系统、定位系统以及交互系统获取目标船舶的各种航行感知信息，进而通过自主决策系统根据船舶的各种航行感知信息进行自主决策，以控制运动系统实现目标船舶的航行控制，本发明能够通过船舶的航行感知信息辅助驾驶员进行船舶航行决策，保障航行的安全。
97.此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
98.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-on ly memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
99.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件
或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电流的离散逻辑电流，具有合适的组合逻辑门电流的专用集成电流，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
100.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。
101.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
102.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。