基于水聲信號檢測的落水集裝箱快速探測定位裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及落水集裝箱探測定位技術(shù)，具體的說涉及一種基于水聲信號檢測的落 水集裝箱快速探測定位裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟和貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱運輸方式在各國國民經(jīng)濟發(fā)展中的地位和作用越 來越突出。由于水路運輸相對安全性較高、且運輸費用較低，所以是集裝箱運輸?shù)闹饕绞?之一。在內(nèi)河與近海行駛著為數(shù)眾多的集裝箱運輸船，由于惡劣氣象條件、不利的航道條 件、密集的船舶交通流分布、以及船舶駕駛?cè)藛T的操作失誤等原因，經(jīng)常會造成集裝箱落水 事故。如果不及時打撈沉入水底的集裝箱，不僅會造成貨物損失，還會對航道安全帶來潛在 的危險。值得注意的是，近些年來危險品集裝箱的運量在逐漸增加，這類貨物通常具有腐蝕 性、易燃易爆性、有毒性，一旦落水，將對生態(tài)環(huán)境安全帶來巨大的隱患。因此，對落水集裝 箱及時進行快速探測與打撈具有重大的社會意義。
[0003] 對落水集裝箱進行探測定位是打撈工作的前提，目前人們已經(jīng)提出了多種方法來 實施落水集裝箱的探測定位，這些方法可大體劃分為主動探測和浮標(biāo)定位兩大類。主動探 測類通常采用成像聲納、激光成像技術(shù)對落水集裝箱進行水下探測，由于成像聲納的圖像 分辨率較低，不能準(zhǔn)確判斷水下目標(biāo)的具體性質(zhì)，而水下能見度對激光成像技術(shù)的有效作 用距離有著重要的影響，當(dāng)水下能見度較差時，激光成像技術(shù)的有效作用距離將顯著減小， 使得探測效率無法滿足實際需要。針對成像聲納、激光成像技術(shù)的不足，人們又提出了基于 地磁探測技術(shù)的水下集裝箱主動探測方法，該方法利用集裝箱對地磁的影響，通過磁阻傳 感器探測地磁的變化，從而實現(xiàn)對落水集裝箱的定位，但是這種方法需要兩條并排行駛的 木制船舶攜帶探測裝置，在集裝箱落水區(qū)域進行掃描測量，易受金屬物品干擾，定位效率不 高，還會對正常的通航造成一定的影響，而且在落水集裝箱受水流作用，產(chǎn)生較大的位置改 變時，則需要擴大掃描探測的水域，進一步降低了定位效率。浮標(biāo)定位類主要有兩種方式， 第一種由浮體、錨泊裝置和連接浮體與錨泊裝置的繩索構(gòu)成，當(dāng)發(fā)生集裝箱落水事故時，由 船員迅速將錨泊裝置投向落水集裝箱，錨泊裝置依靠自身的磁力裝置吸附在集裝箱，隨集 裝箱沉入水下，而依靠通過繩索與錨泊裝置相連接的浮體便可對集裝箱進行定位。這種方 式需要船員及時投放定位裝置，在惡劣氣象條件、或是船舶發(fā)生碰撞等不利情況下，船員很 難做到及時投放，從而造成無法定位。第二種采用了入水自動充氣裝置，因此可將定位標(biāo)系 統(tǒng)安裝在集裝箱上，當(dāng)集裝箱落水后，自動充氣裝置為浮標(biāo)充氣，使浮標(biāo)上升至水面，通過 連接于浮標(biāo)與集裝箱之間的繩索便可實現(xiàn)對落水集裝箱的定位。第二種方式避免了投放錨 泊裝置，增加了成功定位的概率，然而，自動充氣裝置的體積較大，每次發(fā)生作用后都需要 更換充氣裝置，而且，以上兩種浮標(biāo)定位方法均需要根據(jù)航路的最大水深合理設(shè)置繩索的 長度，繩索過短會使浮標(biāo)無法浮出水面，失去定位作用，而繩索一般將占據(jù)較大的空間，造 成浮標(biāo)定位類定位裝置體積較大，不便于存放與安裝，此外，落水集裝箱之間的繩索存在發(fā) 生纏繞的可能性，影響定位性能，水中的繩索還可能對船舶的航行安全帶來隱患。
[0004] 針對目前落水集裝箱探測定位技術(shù)存在的不足，提出一種新型的落水集裝箱探測 定位方法，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷是十分有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種新型的基于水聲信號檢測 的落水集裝箱快速探測定位裝置及方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的裝置體積大、操作 不方便、影響通航、效率低等問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0007] 一種基于水聲信號檢測的落水集裝箱快速探測定位裝置，其特征在于：
[0008] 包括：
[0009] 安裝在集裝箱上，用于在集裝箱落水后，發(fā)射相應(yīng)集裝箱定位水聲信號的示位節(jié) 占 .
[0010] 至少三個設(shè)置在水面上，用于定時向監(jiān)控中心反饋各自當(dāng)前位置信息的探測節(jié) 點；同時各所述探測節(jié)點還用于檢測是否收到所述示位節(jié)點發(fā)送的定位水聲信號，若收到 所述定位水聲信號則各所述探測節(jié)點分別根據(jù)定位水聲信號計算其與落水集裝箱距離，并 將各自對應(yīng)的距離信息以及各自當(dāng)前位置信息一并發(fā)送至監(jiān)控中心；
[0011] 以及監(jiān)控中心，該監(jiān)控中心在接收到各所述探測節(jié)點反饋的其與落水集裝箱的距 離信息以及當(dāng)前位置信息后，選擇三組信息利用三點定位算法計算落水集裝箱的位置坐 標(biāo)，并將計算結(jié)果反饋至人機界面進行顯示。
[0012] 進一步的，所述示位節(jié)點包括落水檢測傳感器、落水檢測接口電路、嵌入式微處理 器、水聲信號收發(fā)接口電路、水聲換能器以及電池供電單元；其中，所述落水檢測傳感器用 于在集裝箱落水時，通過落水檢測接口電路向嵌入式微處理器發(fā)送落水狀態(tài)信號；所述嵌 入式微處理器在接收到所述落水狀態(tài)信號后由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，通過水聲信號收發(fā) 接口電路控制水聲換能器發(fā)送定位水聲信號。
[0013] 進一步的，所述探測節(jié)點由浮體和檢測系統(tǒng)組成，所述檢測系統(tǒng)包括電池供電單 元、GPS定位單元、水聲換能器、水聲信號收發(fā)接口、嵌入式微處理器、射頻通信單元以及天 線；其中，所述GPS定位單元用于實時獲取本身位置信息，并定時向監(jiān)控中心發(fā)送自身位置 信息；所述水聲換能器用于探測接收來自于落水集裝箱上的示位節(jié)點的定位水聲信號并通 過水聲信號收發(fā)接口將所述定位水聲信號反饋至嵌入式微處理器；所述嵌入式微處理器檢 測是否收到所述示位節(jié)點發(fā)送的定位水聲信號，若收到所述定位水聲信號則所述嵌入式微 處理器根據(jù)接收到的定位水聲信號計算其與落水集裝箱距離，并獲取GPS定位單元獲取的 當(dāng)前本身位置信息后，將對應(yīng)的距離信息以及當(dāng)前位置信息一并通過射頻通信單元以及天 線發(fā)送至監(jiān)控中心。
[0014] 進一步的，所述監(jiān)控中心包括無線收發(fā)單元、測控計算機以及人機界面；其中，所 述測控計算機通過無線收發(fā)單元接收來自各個探測節(jié)點的探測數(shù)據(jù)，并選擇三組探測數(shù)據(jù) 利用三點定位算法計算該落水集裝箱的位置坐標(biāo)，并將計算結(jié)果反饋至人機界面進行顯 示，指導(dǎo)實施集裝箱打撈工作；所述探測數(shù)據(jù)即為各所述探測節(jié)點反饋的其與落水集裝箱 的距離信息以及當(dāng)前位置信息。
[0015] 同時本發(fā)明還提供了一種基于水聲信號檢測的落水集裝箱快速探測定位方法，其 特征在于：
[0016] 包括如下步驟：
[0017] ⑴、預(yù)裝示位節(jié)點：將所述示位節(jié)點安裝在集裝箱外部、且不影響集裝箱運輸?shù)奈?置；該示位節(jié)點處于休眠狀態(tài)，以節(jié)省電池能量，一旦發(fā)生集裝箱落水事故，即由休眠狀態(tài) 轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，發(fā)射相應(yīng)落水集裝箱定位水聲信號；
[0018] ⑵、投放探測節(jié)點：在事故水域的一定范圍內(nèi)，以均勻分布的方式投放至少3個探 測節(jié)點，所述探測節(jié)點首先獲取本身位置信息，并定時向監(jiān)控中心反饋各自當(dāng)前位置信息； 同時各所述探測節(jié)點還用于檢測是否收到所述示位節(jié)點發(fā)送的定位水聲信號，若收到所述 定位水聲信號則各所述探測節(jié)點分別根據(jù)定位水聲信號計算其與落水集裝箱距離，并將各 自對應(yīng)的距離信息以及各自當(dāng)前位置信息一并發(fā)送至監(jiān)控中心；
[0019] ⑶、計算落水集裝箱的位置坐標(biāo)：通過監(jiān)控中心接收到各所述探測節(jié)點反饋的其 與落水集裝箱的距離信息以及當(dāng)前位置信息后，選擇三組信息利用三點定位算法計算落水 集裝箱的位置坐標(biāo)，并將計算結(jié)果反饋至人機界面進行顯示。
[0020] 進一步的，所述示位節(jié)點包括落水檢測傳感器、落水檢測接口電路、嵌入式微處理 器、水聲信號收發(fā)接口電路、水聲換能器以及電池供電單元；其中，所述落水檢測傳感器用 于在集裝箱落水時，通過落水檢測接口電路向嵌入式微處理器發(fā)送落水狀態(tài)信號；所述嵌 入式微處理器在接收到所述落水狀態(tài)信號后由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，通過水聲信號收發(fā) 接口電路控制水聲換能器發(fā)送定位水聲信號。
[0021] 進一步的，所述探測節(jié)點由浮體