基于多种传感器的航标碰撞监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多种传感器的航标碰撞监测系统，包括：碰撞检测单元，用于测量采集航标船的姿态角信息和加速度信息；测距预警单元，用于测量其它船舶与航标船的距离信息，并将信息通过信息传输单元传输给信息处理和存储单元；信息处理和存储单元，用于接受并处理姿态角信息和加速度信息，测距信息以及图像信息；拍照取证单元，用于获取实时的图像信息；信息传输单元，用于各单元之间的信息传输，并将实时的图像信息传输至航道管理部门；供电单元，用于为系统提供电源。本发明能及时对进入危险距离的船舶进行预警处理，对碰撞进行检测，陀螺仪和加速度传感器的联合判定方法减少了检测误差。
【专利说明】基于多种传感器的航标碰撞监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶安全【技术领域】，尤其涉及一种基于多种传感器的航标碰撞监测系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]航标船是船舶在内河安全航行的重要助航设施，航标船的主要功能是标示航道的方向、界限和碍航物，揭示有关航道信息，为船舶航行指出安全、经济的航道。
[0004]随着我国经济的不断发展，内河航运日渐繁荣，船舶密度逐渐增加，航标碰撞事故时有发生。当前航标船碰撞检测方法一般使用加速度传感器测量航标船加速度信息进而判断航标船是否被撞，然而，只使用单一的传感器使得当航标船受到碰撞之后容易产生极大的误警率，不仅造成航标及航标上设备的损坏，给航标管理部门带来高额的维护费用，而且航标船若被撞后发生故障，不能履行航标的职能时，还会给航运安全带来严重的影响。
[0005]为了解决上述问题，有必要构建一套准确度高、安全性好以及低误警率的航标船碰撞预警及监测系统。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于多种传感器的航标碰撞监测系统。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于多种传感器的航标碰撞监测系统，包括:
碰撞检测单元，用于测量采集航标船的姿态角信息和加速度信息；
测距预警单元，用于测量其它船舶与航标船的距离信息，并将信息通过信息传输单元传输给信息处理和存储单元；
信息处理和存储单元，用于接收并处理碰撞检测单元的姿态角信息和加速度信息，来自雷达的测距信息以及来自拍照取证单元返回的图像信息，并进行处理和存储；具体包括:
碰撞判定装置，根据加速度值和包括航向角、横滚角和俯仰角的姿态角数据，将4个判据分别与对应的阈值相比较，当其中任意两个及以上判据超过对应阀值时，即判定碰撞发生，否则判定碰撞不发生。
[0008]碰撞预警装置，用于当距离超过预设阀值时，发出预警信号；并启动拍照取证单元进行拍照；
拍照取证单元，用于获取实时的图像信息；
信息传输单元，用于各单元之间的信息传输，并将实时的图像信息传输至航道管理部门，并将加速度信息、姿态角信息和测距信息发送至远程服务器的数据库；
供电单元，用于为系统提供电源。
[0009]按上述方案，所述碰撞检测单元包括陀螺仪、加速度传感器和传感器信息采集板；陀螺仪布设在航标船中部甲板下方附近，加速度传感器设置在航标船的船艏、船尾和两舷附近甲板下方的舱室内，所述陀螺仪和加速度传感器均安装在传感器信息采集板上，并分别将姿态角测量值和加速度测量值返给传感器信息采集板。
[0010]按上述方案，所述测距预警单元主要由雷达测距仪组成，雷达测距仪布设于航标船最闻处。
[0011]按上述方案，所述拍照取证单元为多台照相机，照相机的布设位置根据航标船的位置确定:若航标船在河道中间，则航标船周围需设置4至6台照相机；若航标船在靠近岸边，则只需在靠近水面的一边设置2至3台照相机。
[0012]按上述方案，所述碰撞预警装置中的预设阀值结合雷达的测距范围和船舶的回转半径计算确定。
[0013]按上述方案，所述碰撞判定装置中的阀值通过对浪涌数据和航标船实际受到碰撞的姿态角数据和加速度数据分析确定。
[0014]本发明产生的有益效果是:
1.本系统采用陀螺仪的姿态角数据和加速度传感器监测数据联合判定碰撞是否发生，可以更好的避免由于风浪引起的误报警；
2.如果船舶进入航标船附近危险距离，超过预设阀值，本系统将会发出预警信息并拍摄照片；若判定碰撞发生，能够及时将报警信息和肇事船舶的视频信息返回给航道管理部门，便于监管部门取证进行后期处理工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的陀螺仪布置图。
[0016]图3是本发明实施例的加速度传感器布设图。
[0017]图4是本发明实施例的雷达测距仪与照相机布设图。
【具体实施方式】
[0018]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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]如图1所示，一种航标船碰撞监测系统，航标船上有碰撞检测单元和测距预警单元，碰撞检测单元由陀螺仪和加速度传感器联合构成，测距预警单元由雷达测距仪构成。
[0020]同时，航标船上还设置有供电单元、拍照取证单元、信息处理和存储单元以及信息传输单兀。
[0021]碰撞检测单元测量航标船的姿态角信息和加速度信息，并将这些信息传输给信息处理和存储单元。碰撞检测单元包括陀螺仪、加速度传感器和传感器信息采集板。在航标船中部甲板下方附近布设陀螺仪，在航标船的船艏、船尾和两舷附近甲板下方的舱室内设置加速度传感器，陀螺仪和加速度传感器均安装在传感器信息采集板上，并分别将姿态角测量值和加速度测量值返给传感器信息采集板；
如图2所示，陀螺仪I共一个布置在传感器信息采集板上并固定于航标船中部甲板下方。
[0022]测距预警单元测量其它船舶与航标船的距离信息，并将这些信息传输给信息处理和存储单元。测距预警单元主要由雷达测距仪组成，雷达测距仪布设于航标船最高处。图4为雷达测距仪3与照相机4布设图。雷达测距仪3布设于航标船最高处，周围无障碍物
如图3所示，加速度传感器2布设在舱室里，4个加速度传感器2布设在船首、船尾、左舷和右舷的甲板下。
[0023]供电单元主要由太阳能电池板、蓄电池和电源控制器构成，其作用是为硬件系统的其他部分提供所需要的直流电；太阳能电池板与电源控制器相连，电源控制器与蓄电池相连，电源控制器与碰撞检测单元、测距预警单元、拍照取证单元、信息处理和传输系统的各路负载相连；
拍照取证单元主要由照相机4组成，其主要作用是拍摄照片；一般需要设置多台照相机进行拍照取证，同时要考虑到航标船的位置:若航标船在和中间，则航标船周围需设置4至6台照相机4 ;若航标船在靠近岸边，则只需在靠近水面的一边设置2至3台照相机4。
[0024]信息处理和存储单元接收来自碰撞检测单元的姿态角信息和加速度信息，来自雷达的测距信息以及来自拍照取证单元返回的图像信息，并进行处理和存储；测距预警的数据来自雷达返回的距离信息，当距离超过预设阀值，系统将会判定有碰撞的危险，并启动照相机进行拍照取证，同时通过3G网络进行预警，提醒船舶规避；该预设阀值结合雷达的测距范围和船舶的回转半径来计算。通常尽管船舶发现了碍航物，但由于船舶惯性大，机动性差，最后仍然难以规避；所以，需要结合雷达的测距范围和船舶的回转半径来计算，确定合适的阀值。
[0025]碰撞判定的数据来自于解析加速度采集及航标定位终端报文后得到的加速度值和解析测距测角终端报文后得到的姿态角数据:航向角、横滚角和俯仰角。这4个判据分别与对应的阈值相比较，当其中任意2个及以上的判据超过阈值时，系统会判定航标船受到了碰撞，否则判定没有碰撞发生；需要对浪涌数据和航标船实际受到碰撞的姿态角数据和加速度数据进行分析，确定合适的阈值；
信息传输单元使用GPRS和3G通信技术，将实时的图像信息传输至航道管理部门，并将加速度信息、姿态角信息和测距信息发送至远程服务器的数据库。
[0026]在本实施例中，信息处理和存储单元采用一台工控机；
航标船碰撞监测系统的具体执行过程是:工控机接收来自加速度传感器的实时的加速度数据、来自陀螺仪的实时姿态角数据、来自雷达测距仪的实时测距信息以及来自拍照取证单元的实时图像数据。工控机接收到这些数据后，分为3个部分同时进行处理。第I部分，处理加速度数据和姿态角数据，进行碰撞判定；第二部分，处理测距数据，判定是否预警；第3部分，通过信息传输单元将实时的图像数据传输至航道管理部门监控端。一旦检测到碰撞，工控机会把报警信息发送至远程服务器数据库，而航道管理部门的监控端是实时访问服务器，几乎就在同一时间就能接收到报警信息；一旦检测到有船舶靠近，则图像采集设备会拍摄照片并存储在工控机中，并通过3G技术将照片写入服务器数据库并进行预警，监控端可以访问查看到碰撞发生前的照片。
[0027]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于多种传感器的航标碰撞监测系统，包括: 碰撞检测单元，用于测量采集航标船的姿态角信息和加速度信息； 测距预警单元，用于测量其它船舶与航标船的距离信息，并将信息通过信息传输单元传输给信息处理和存储单元； 信息处理和存储单元，用于接收并处理碰撞检测单元的姿态角信息和加速度信息，来自雷达的测距信息以及来自拍照取证单元返回的图像信息；具体包括: 碰撞判定装置，根据加速度值和包括航向角、横滚角和俯仰角的姿态角数据，将4个判据分别与对应的阈值相比较，当其中任意2个及以上的判据超过阈值时，判定航标船受到了碰撞，否则判定没有碰撞发生； 碰撞预警装置，用于当距离超过预设阀值时，发出预警信号；并启动拍照取证单元进行拍照； 拍照取证单元，用于获取实时的图像信息； 信息传输单元，用于各单元之间的信息传输，并将实时的图像信息传输至航道管理部门，并将加速度信息、姿态角信息和测距信息发送至远程服务器的数据库； 供电单元，用于为系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的航标碰撞监测系统，其特征在于，所述碰撞检测单元包括陀螺仪、加速度传感器和传感器信息采集板；陀螺仪布设在航标船中部甲板下方附近，加速度传感器设置在航标船的船艏、船尾和两舷附近甲板下方的舱室内，所述陀螺仪和加速度传感器均安装在传感器信息采集板上，并分别将姿态角测量值和加速度测量值返给传感器信息采集板。
3.根据权利要求1所述的航标碰撞监测系统，其特征在于，所述测距预警单元主要由雷达测距仪组成，雷达测距仪布设于航标船最高处。
4.根据权利要求1所述的航标碰撞监测系统，其特征在于，所述拍照取证单元为多台照相机，照相机的布设位置根据航标船的位置确定:若航标船在河道中间，则航标船周围需设置4至6台照相机；若航标船在靠近岸边，则只需在靠近水面的一边设置2至3台照相机。
5.根据权利要求1所述的航标碰撞监测系统，其特征在于，所述碰撞预警装置中的预设阀值结合雷达的测距范围和船舶的回转半径计算确定。
6.根据权利要求1所述的航标碰撞监测系统，其特征在于，所述碰撞判定装置中的阀值通过对浪涌数据和航标船实际受到碰撞的姿态角数据和加速度数据分析确定。
【文档编号】G08G3/02GK104269075SQ201410541196
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】尹奇志, 丁开淼, 赵光普, 田竹刚, 黄刚, 初秀民, 严新平 申请人:武汉理工大学