本發(fā)明涉及船舶操縱技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是涉及一種船舶自動(dòng)靠泊系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

船舶作為一種受到環(huán)境因素影響巨大的運(yùn)輸裝備，其對(duì)安全性的要求也逐漸提高。目前船員對(duì)于船舶狀況、航行狀態(tài)做出判斷的主要依據(jù)還是操作經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)相結(jié)合，容易出現(xiàn)決策失誤，造成不必要的人力、物力或財(cái)力損失。

現(xiàn)今船舶靠離碼頭大多依靠拖輪和船上纜車配合工作，不僅增加了船舶的營(yíng)運(yùn)成本，也提高了因人為失誤造成損失的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也不符合船舶智能化、自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。因此亟待開發(fā)一種船舶自動(dòng)靠離碼頭系統(tǒng)以解決船舶系泊自動(dòng)化程度低，安全性能差等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是要提供一種船舶自動(dòng)靠泊系統(tǒng)。用于解決船舶在靠泊碼頭時(shí)需要拖船和船上絞車的拖拉的問(wèn)題，從很大程度上節(jié)約船舶的運(yùn)營(yíng)成本，并促進(jìn)智能船舶的發(fā)展。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種船舶自動(dòng)靠泊系統(tǒng)，其特征在于，其包括：測(cè)量子系統(tǒng)、自動(dòng)控制子系統(tǒng)、船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及系統(tǒng)起停裝置；

所述測(cè)量子系統(tǒng)包括艏艉測(cè)距裝置、船舷測(cè)距裝置、碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)、gps定位單元以及環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置；

所述自動(dòng)控制子系統(tǒng)對(duì)測(cè)量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以得到船舶?？克璧拇俸徒嵌?，進(jìn)而控制船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)靠泊；

所述船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括船舶動(dòng)力裝置以及船舶舵機(jī)裝置；

所述系統(tǒng)起停裝置用以啟動(dòng)/終止系統(tǒng)動(dòng)作，其包括設(shè)置于操作臺(tái)上的船載終端和設(shè)置于碼頭的現(xiàn)場(chǎng)終端，對(duì)于一般船舶，船員根據(jù)所述測(cè)量子系統(tǒng)中的gps定位單元得到船舶與碼頭的實(shí)時(shí)距離，操作船載終端控制系統(tǒng)的起停動(dòng)作，而對(duì)于無(wú)人船舶，由岸上的控制人員來(lái)操作現(xiàn)場(chǎng)終端；

船舶執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括船舶動(dòng)力裝置以及舵機(jī)裝置；

同時(shí)，所述的測(cè)量子系統(tǒng)、自動(dòng)控制子系統(tǒng)、船舶執(zhí)行機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)起停裝置均與所述自動(dòng)控制模塊連接。

進(jìn)一步地，所述的船舷測(cè)距裝置包括三個(gè)測(cè)距單元，分別為設(shè)置于船體前端的第一測(cè)距單元、設(shè)置于船體中部的第二測(cè)距單元、設(shè)置于船體后端的第三測(cè)距單元，所述第一測(cè)距單元包括位于船體左側(cè)的第一測(cè)距單元ⅰ號(hào)測(cè)距裝置和位于船體右側(cè)的第一測(cè)距單元ⅱ號(hào)測(cè)距裝置；所述第二測(cè)距單元包括位于船體左側(cè)的第二測(cè)距單元ⅰ號(hào)測(cè)距裝置和位于船體右側(cè)的第二測(cè)距單元ⅱ號(hào)測(cè)距裝置，所述第三測(cè)距單元包括位于船體左側(cè)的第三測(cè)距單元ⅰ號(hào)測(cè)距裝置和位于船體右側(cè)的第三測(cè)距單元ⅱ號(hào)測(cè)距裝置；

所述的碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)設(shè)置于各個(gè)泊位側(cè)面，用于準(zhǔn)確的測(cè)量船舶與待靠泊位的實(shí)時(shí)距離；

所述的環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置至少包括風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、流速儀、流向儀。

進(jìn)一步地，所述船舶與待靠泊位的實(shí)時(shí)距離包括艏艉測(cè)距裝置測(cè)得的船頭距離前方物體的距離和船尾距離后方物體的距離、以及3個(gè)測(cè)距單元測(cè)得的船體前、中、后位置與碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離。

進(jìn)一步地，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)包括至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、靠泊控制模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊分別對(duì)gps定位單元、船頭測(cè)距裝置、船尾測(cè)距裝置、船舷測(cè)距裝置、艏艉測(cè)距裝、環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

所述數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并給出船舶靠泊所需的船速和角度。

所述靠泊控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊給出的船速和角度，來(lái)控制船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)靠泊。

本發(fā)明另一目的是要提供一種基于上述船舶自動(dòng)靠泊系統(tǒng)的船舶靠泊方法，其特征在于，包括如下步驟：

s1：當(dāng)gps定位單元檢測(cè)到船舶與碼頭間的距離在系統(tǒng)工作范圍內(nèi)時(shí)，船員通過(guò)船載終端或者岸上工作人員啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)終端以啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)投入工作；

s2：船舷測(cè)距裝置將實(shí)時(shí)檢測(cè)船舷側(cè)距離碼頭相應(yīng)泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離；艏艉測(cè)距裝置實(shí)時(shí)的檢測(cè)船舶艏艉方向距離障礙物的距離，保證船舶前后的安全；環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置會(huì)實(shí)時(shí)的檢測(cè)環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向；

s3：自動(dòng)控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊會(huì)對(duì)測(cè)量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析模塊給出靠泊所需的船速和角度，并將船速和角度發(fā)送給靠泊控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以改變船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，保證船舶可以安全的進(jìn)入相應(yīng)的碼頭泊位；

s4：重復(fù)s1到s3，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更行，對(duì)船舶的速度和角度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)靠泊；

s5：靠泊成功后，通過(guò)操作船載終端或者現(xiàn)場(chǎng)終端停止系統(tǒng)工作。

進(jìn)一步地，啟動(dòng)系統(tǒng)前預(yù)先設(shè)定系統(tǒng)動(dòng)作閾值距離，以確保船舶在靠泊過(guò)程中的作業(yè)安全。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明通過(guò)gps系統(tǒng)對(duì)船舶和碼頭進(jìn)行精確定位，提高船舶靠泊的位置的準(zhǔn)確性；

(2)本發(fā)明在船舶左右舷的前中后分別那裝有測(cè)距裝置和環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，可以將船舶各部位的距離和海洋環(huán)境實(shí)時(shí)向自動(dòng)控制子系統(tǒng)進(jìn)行反饋，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成船舶的自動(dòng)靠泊；

(3)本發(fā)明不需拖輪、繩索等碼頭設(shè)備，節(jié)約成本，并提高了船舶的運(yùn)營(yíng)效益。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明船舶靠泊示意圖；

圖2為本發(fā)明船體布置示意圖；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1、船體，2、碼頭，3、駕駛臺(tái)，4、系統(tǒng)起停裝置，5.1、船頭測(cè)距裝置，5.2、第一測(cè)距單元ⅰ號(hào)測(cè)距裝置，5.3、第一測(cè)距單元ⅱ號(hào)測(cè)距裝置，5.4、第二測(cè)距單元ⅰ號(hào)測(cè)距裝置，5.5、第二測(cè)距單元ⅱ號(hào)測(cè)距裝置，5.6、第三測(cè)距單元ⅰ號(hào)測(cè)距裝置，5.7、第三測(cè)距單元ⅱ號(hào)測(cè)距裝置，5.8、船尾測(cè)距裝置，6、泊位標(biāo)記點(diǎn)，7、環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明具體實(shí)施例如圖1-2所示，一種船舶自動(dòng)靠離碼頭系統(tǒng)，其包括：測(cè)量子系統(tǒng)、自動(dòng)控制子系統(tǒng)、船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)起停裝置。其中系統(tǒng)起停裝置4包括設(shè)置于船舶駕駛臺(tái)的船載終端和設(shè)置于碼頭岸上的現(xiàn)場(chǎng)終端，船載終端和現(xiàn)場(chǎng)終端均用以啟動(dòng)/終止系統(tǒng)工作，普通船舶靠泊時(shí)使用船載終端控制系統(tǒng)啟停，無(wú)人船靠泊時(shí)使用現(xiàn)場(chǎng)終端靠泊，船載終端與現(xiàn)場(chǎng)終端可以互為備用裝置，保證系統(tǒng)的工作性能。測(cè)量子系統(tǒng)包括船舷測(cè)距裝置5、泊位標(biāo)記點(diǎn)6、gps定位單元環(huán)境監(jiān)測(cè)單元7，船舷測(cè)距裝置還包括艏艉測(cè)距裝置，艏艉測(cè)距裝置包括用于測(cè)量船頭與障礙物距離的船頭測(cè)距裝置5.1以及用于測(cè)量船尾與障礙物距離的船尾測(cè)距裝置5.2。船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括船舶動(dòng)力裝置以及船舶舵機(jī)裝置。自動(dòng)控制子系統(tǒng)對(duì)測(cè)量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，以得到船舶停靠所需的船速和角度，進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)靠泊。同時(shí)，所述的測(cè)量子系統(tǒng)、自動(dòng)控制子系統(tǒng)、船舶執(zhí)行機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)起停裝置均與所述自動(dòng)控制模塊連接。

具體來(lái)說(shuō)，碼頭各個(gè)泊位均具有一個(gè)特定的泊位標(biāo)記點(diǎn)6，其用于準(zhǔn)確的測(cè)量船舶1距離其待靠碼頭2的實(shí)時(shí)距離；所述的船舷測(cè)距裝置包括三個(gè)測(cè)距單元，分別為設(shè)置于船體前端的第一測(cè)距單元、設(shè)置于船體中部的第二測(cè)距單元、設(shè)置于船體后端的第三測(cè)距單元，每個(gè)單元至少具有一臺(tái)激光測(cè)距儀。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方案，本實(shí)施例中每個(gè)測(cè)距單元優(yōu)選采用兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置于船舶兩側(cè)船舷的激光測(cè)距儀。第一測(cè)距裝置組包括位于船體左側(cè)的第一測(cè)距裝置組ⅰ號(hào)激光測(cè)距儀5.2和位于船體右側(cè)的第一測(cè)距裝置組ⅱ號(hào)激光測(cè)距儀5.3，所述第二測(cè)距裝置組包括位于船體左側(cè)的第二測(cè)距裝置組ⅰ號(hào)激光測(cè)距儀5.4和位于船體右側(cè)的第二測(cè)距裝置組ⅱ號(hào)激光測(cè)距儀5.5，所述第三測(cè)距裝置組包括位于船體左側(cè)的第三測(cè)距裝置組ⅰ號(hào)激光測(cè)距儀5.6和位于船體右側(cè)的第三測(cè)距裝置組ⅱ號(hào)激光測(cè)距儀5.7；另外艏艉測(cè)距裝置包擴(kuò)分別設(shè)置于船頭的船頭激光測(cè)距儀5.1和設(shè)置于船尾的船尾激光測(cè)距儀5.8，因此本實(shí)施例中在船舷周圍共設(shè)置八臺(tái)激光測(cè)距儀。

在船舶進(jìn)行自動(dòng)靠泊時(shí)，所述船舶1與碼頭2間的距離信號(hào)包括船頭測(cè)距裝置5.1測(cè)得的船頭距離前方物體的距離、船尾測(cè)距裝置5.8測(cè)得的船尾距離后方物體的距離、以及3個(gè)測(cè)距單元測(cè)得的船體前、中、后位置與碼頭2相應(yīng)標(biāo)記點(diǎn)的距離。

環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置包括風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、流速儀、流向儀以及其他用于檢測(cè)海洋環(huán)境的傳感器，用以獲取靠泊環(huán)境信息，包括風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向等一系列的環(huán)境參數(shù)。

所述自動(dòng)控制系統(tǒng)包括至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)、4個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、以及靠泊控制模塊。4個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊分別對(duì)gps定位單元、船舷測(cè)距裝置、艏艉測(cè)距裝、環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理。數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)處理過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，并給出船舶靠泊做需要的船速和角度。靠泊控制模塊根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊給出的船速和角度，控制船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)靠泊；

作為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本實(shí)施列中各泊位設(shè)置三個(gè)碼頭泊位標(biāo)記點(diǎn)，將船舷側(cè)的三個(gè)測(cè)距單元與各泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離進(jìn)行平均處理，以獲得船舶距離碼頭的精確實(shí)時(shí)距離。

本發(fā)明還提供一種基于上述船舶自動(dòng)靠泊系統(tǒng)的船舶靠泊方法，其特征在于，包括如下步驟：

s1：當(dāng)gps定位單元檢測(cè)到船舶與碼頭間的距離在系統(tǒng)工作范圍內(nèi)時(shí)，船員通過(guò)船載終端或者岸上工作人員啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)終端以啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)投入工作；

s2：船舷測(cè)距裝置將實(shí)時(shí)檢測(cè)船舷側(cè)距離碼頭相應(yīng)泊位標(biāo)記點(diǎn)的距離；艏艉測(cè)距裝置實(shí)時(shí)的檢測(cè)船舶艏艉方向距離障礙物的距離，保證船舶前后的安全；環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置會(huì)實(shí)時(shí)的檢測(cè)環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向；

s3：自動(dòng)控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊會(huì)對(duì)測(cè)量子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析模塊給出靠泊所需的船速和角度，并將船速和角度發(fā)送給靠泊控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)船載執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以改變船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，保證船舶可以安全的進(jìn)入相應(yīng)的碼頭泊位；

s4：重復(fù)s1到s3，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更行，對(duì)船舶的速度和角度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)靠泊；

s5：靠泊成功后，通過(guò)操作船載終端或者現(xiàn)場(chǎng)終端停止系統(tǒng)工作。

啟動(dòng)系統(tǒng)前預(yù)先設(shè)定系統(tǒng)動(dòng)作閾值距離，以確保船舶在靠泊過(guò)程中的作業(yè)安全。

本發(fā)明在船舶左右舷的前中后分別那裝有測(cè)距裝置，可以將船舶各部位的距離實(shí)時(shí)的傳輸給自動(dòng)控制模塊，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成船舶的自動(dòng)靠離碼頭；并通過(guò)gps系統(tǒng)對(duì)船舶和碼頭進(jìn)行精確定位，提高船舶靠泊的位置的準(zhǔn)確性。本發(fā)明不需拖輪、繩索等碼頭設(shè)備，節(jié)約成本，且結(jié)構(gòu)新穎、使用方便、安全可靠、適于廣泛推廣以提升航運(yùn)領(lǐng)域的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。