一种自适应拟人商船智能避碰决策系统

摘要

本发明公开了一种自适应拟人商船智能避碰决策系统，包括驾驶系统模块、岸基雷达模块、卫星定位模块、自身定位模块、探测雷达模块、航向测量模块、数据处理模块、避碰决策模块、显示模块、安全警示模块、航向校正模块以及数据记录模块。自身定位模块、探测雷达模块、航向测量模块、避碰决策模块、显示模块、安全警示模块以及数据处理模块均与数据处理模块通信相连。数据处理模块能够接收自身定位模块、探测雷达模块和航向测量模块发送来的信息，并根据这些信息计算并划定出危险区域。驾驶系统模块和航向测量模块均与避碰决策模块通信相连，避碰决策模块可根据数据处理模块划定出的危险区域，通过驾驶系统模块控制商船避开危险区域。

说明书

技术领域

本发明涉及智能船舶技术领域，特别涉及一种自适应拟人商船智能避碰决策系统。

背景技术

在航海助航设备已经普遍使用的今天，船舶碰撞事故仍时有发生。通过对碰撞事故原因调查发现，其中80％以上是由人为因素造成的。即使是经验丰富的船舶驾驶员，由于责任感不足、判断失误等原因，也会造成船舶碰撞事故的发生。何况，现在的情况是航运人才需求量大，年轻的、经验不足的新航员较多。因此，提升船舶和导航设备的智能化程度，减小航行对船舶驾驶员的依赖，是解决人为失误的有效途径，对保障船舶航行安全具有重要意义。

申请号为CN201911145717.4的中国发明专利公开了一种基于岸基雷达的智能船舶避碰辅助决策系统，包括收发模块、数据处理模块和避碰决策模块；收发模块，用于接收并存储指定航行区域内智能船舶感知系统的感知信息和链状岸基雷达系统对指定航行区域的监测信息，以及用于传递船舶避碰方案至指定航行区域内的执行船舶；数据处理模块，用于对感知信息和监测信息进行分析和处理，获得融合数据；避碰决策模块，用于对融合数据进行分析和处理，获取指定航行区域内的船舶避碰方案。上述智能船舶避碰辅助决策系统获取的信息全面、准确且稳定，不仅能够实现船舶的局部避碰，还能够实现有碰撞危险的多船协同的有效避碰。

但是上述的基于岸基雷达的智能船舶避碰辅助决策系统仅仅依靠岸基雷达实现自身的定位，当岸基雷达出现故障导致信号失联时，将导致无法进行自身定位的问题，会使得上述基于岸基雷达的智能船舶避碰辅助决策系统无法进行有效决策，将失去避碰决策功能。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种自适应拟人商船智能避碰决策系统，旨在改善现有的智能船舶避碰辅助决策系统因仅仅依靠岸基雷达实现自身的定位，当岸基雷达出现故障导致信号失联时，将失去避碰决策功能的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种自适应拟人商船智能避碰决策系统，包括驾驶系统模块和岸基雷达模块，还包括：

卫星定位模块；

自身定位模块，用于与岸基雷达模块和卫星定位模块通信相连，以确定自身位置；

探测雷达模块，用于探测商船周围以及商船的航行方向上在雷达的探测范围内是否有可碰撞障碍物，当有可碰撞障碍物时，探测出可碰撞障碍物与商船之间的距离；

航向测量模块，用于测量商船的航向；

数据处理模块，接收自身定位模块、探测雷达模块和航向测量模块发送来的信息，计算并划定出危险区域；

避碰决策模块，与数据处理模块通信相连，根据数据处理模块划定出的危险区域，通过驾驶系统模块控制商船避开危险区域。

通过采用上述技术方案，使得本系统即可通过岸基雷达模块进行商船的定位，又可通过卫星定位模块进行商船的定位，与岸基雷达模块和卫星定位模块的通信连接中，任意一个发生故障，都不会使得避碰决策功无法做出避碰决策，有效提高了本系统使用的安全性和稳定性。

较佳的，所述自身定位模块包括定位芯片单元和通信连接单元，所述定位芯片单元和通信连接单元均设置于商船上，所述定位芯片单元通过通信连接单元与岸基雷达模块和卫星定位模块通信相连。

较佳的，所述探测雷达模块包括海面障碍物探测单元和水下障碍物探测单元，所述海面障碍物探测单元用于探测商船周围以及商船航行方向上的海面上在雷达的探测范围内是否有可碰撞障碍物，当有可碰撞障碍物时，探测出海面上的可碰撞障碍物与商船之间的距离；所述水下障碍物探测单元用于探测商船周围以及商船航行方向上的水下在雷达的探测范围内是否有可碰撞障碍物，当有可碰撞障碍物时，探测出水下的可碰撞障碍物与商船之间的距离。

通过采用上述技术方案，不论是海面上有可碰撞障碍物，还是水下有可碰撞障碍物，探测雷达模块都能够检测到，提高了探测雷达模块的检测范围，提高了商船航行的安全性。

较佳的，另外还包括显示模块，所述显示模块与数据处理模块通信相连，所述显示模块用于显示商船的位置信息、危险区域的位置信息、商船的航线信息以及商船的航向信息。

较佳的，所述数据处理模块还通信连接有安全警示模块，当探测雷达模块探测到商船周围以及商船的航行方向上在雷达的探测范围内出现可碰撞障碍物时，探测雷达模块向数据处理模块发出预警信号，数据处理模块接收到探测雷达模块发送来的预警信号后，向安全警示模块发出报警信号，安全警示模块接收到数据处理模块发来的报警信号，向船员发出报警信息。

较佳的，所述安全警示模块包括现场报警单元和远程报警单元，所述现场报警单元发出报警声和报警光进行报警，所述远程报警单元向设定的通信设备发出无线报警信号，向专门人员进行远程报警。

通过采用上述技术方案，使得本系统既具有现场报警功能，又具有远程报警功能，提高了本系统使用的安全性。

较佳的，所述现场报警单元选用声光报警灯，所述远程报警单元选用无线通信设备。

较佳的，所述卫星定位模块包括GPS卫星定位单元和北斗卫星定位单元。

通过采用上述技术方案，自身定位模块可选择通过通信连接单元与GPS卫星定位单元通信相连，也可选择通过通信连接单元北斗卫星定位单元通信相连，提高了卫星定位的准确性、安全性和多样性。

较佳的，所述避碰决策模块还通信连接有航向校正模块，商船因避开数据处理模块划定出的危险区域会导致航向改变，当数据处理模块检测到商船已经避过危险区域时，向避碰决策模块发出航向回正信号，所述避碰决策模块接收到数据处理模块发来的航向回正信号，控制航向校正模块对商船的航向进行校正，使商船回归到预设的航线上继续按照预设航线航行。

通过采用上述技术方案，可有效保证商船的正常航行，可有效避免偏航。

较佳的，所述数据处理模块另外还通信连接有数据记录模块，所述数据记录模块用于记录商船的航行数据，所述航行数据包括商船的预设航线数据、商船的实际航线数据、数据处理模块计算并划定出的危险区域数据。

通过采用上述技术方案，航行过程中或者航行结束后，本系统的设计等相关工程技术人员可通过数据记录模块记录的各项数据，对本系统的实用性和安全性进行评估，并对本系统的反应速度和反应准确度进行针对性的改善。

综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

1、本发明即可通过岸基雷达模块进行商船的定位，又可通过卫星定位模块进行商船的定位，与岸基雷达模块和卫星定位模块的通信连接中，任意一个发生故障，都不会使得避碰决策功无法做出避碰决策，有效提高了本系统使用的安全性和稳定性。

2、探测雷达模块包括海面障碍物探测单元和水下障碍物探测单元，不论是海面上有可碰撞障碍物，还是水下有可碰撞障碍物，探测雷达模块都能够检测到，提高了探测雷达模块的检测范围，提高了商船航行的安全性。

3、自身定位模块可选择通过通信连接单元与GPS卫星定位单元通信相连，也可选择通过通信连接单元北斗卫星定位单元通信相连，提高了卫星定位的准确性、安全性和多样性。

4、数据处理模块通信连接有数据记录模块，数据记录模块用于记录商船的航行数据，航行数据包括商船的预设航线数据、商船的实际航线数据、数据处理模块计算并划定出的危险区域数据。航行过程中或者航行结束后，本系统的设计等相关工程技术人员可通过数据记录模块记录的各项数据，对本系统的实用性和安全性进行评估，并对本系统的反应速度和反应准确度进行针对性的改善。

附图说明

图1是本发明一种自适应拟人商船智能避碰决策系统的系统结构框图；

图2是本发明一种自适应拟人商船智能避碰决策系统的自身定位模块的结构框图；

图3是本发明一种自适应拟人商船智能避碰决策系统的探测雷达模块的结构框图；

图4是本发明一种自适应拟人商船智能避碰决策系统的卫星定位模块的结构框图；

图5是本发明一种自适应拟人商船智能避碰决策系统的安全警示模块的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，一种自适应拟人商船智能避碰决策系统，包括驾驶系统模块、岸基雷达模块、卫星定位模块、自身定位模块、探测雷达模块、航向测量模块、数据处理模块、避碰决策模块、显示模块、安全警示模块、航向校正模块以及数据记录模块。其中，自身定位模块、探测雷达模块、航向测量模块、避碰决策模块、显示模块、安全警示模块以及数据处理模块均与数据处理模块通信相连。航向测量模块用于测量商船的航向。数据处理模块能够接收自身定位模块、探测雷达模块和航向测量模块发送来的信息，并根据这些信息计算并划定出危险区域。驾驶系统模块和航向测量模块均与避碰决策模块通信相连，避碰决策模块可根据数据处理模块划定出的危险区域，通过驾驶系统模块控制商船避开危险区域。

请参考图1、图2和图4，自身定位模块与岸基雷达模块和卫星定位模块通信相连。自身定位模块包括定位芯片单元和通信连接单元，定位芯片单元和通信连接单元均设置于商船上，定位芯片单元通过通信连接单元与岸基雷达模块和卫星定位模块通信相连，用于确定自身位置。由于定位芯片单元是安装在商船上的，所以定位芯片单元的位置即是商船的位置，确定了定位芯片单元的位置即是确定了商船的位置。卫星定位模块包括GPS卫星定位单元和北斗卫星定位单元，定位芯片单元可选择通过通信连接单元与GPS卫星定位单元通信相连，也可选择通过通信连接单元北斗卫星定位单元通信相连，提高了卫星定位的准确性、安全性和多样性。

请参考图1和图3，探测雷达模块包括海面障碍物探测单元和水下障碍物探测单元，海面障碍物探测单元用于探测商船周围以及商船航行方向上的海面上在雷达的探测范围内是否有可碰撞障碍物，当有可碰撞障碍物时，探测出海面上的可碰撞障碍物与商船之间的距离。水下障碍物探测单元用于探测商船周围以及商船航行方向上的水下在雷达的探测范围内是否有可碰撞障碍物，当有可碰撞障碍物时，探测出水下的可碰撞障碍物与商船之间的距离。所以，不论是海面上有可碰撞障碍物，还是水下有可碰撞障碍物，探测雷达模块都能够检测到，提高了探测雷达模块的检测范围，提高了商船航行的安全性。

请参考图1，显示模块与数据处理模块通信相连，商船驾驶员可通过显示模块实时查看商船的位置信息、危险区域的位置信息、商船的航线信息以及商船的航向信息，以便于商船驾驶员对本系统能否正常控制商船避开可碰撞障碍物进行监督和校正。当探测雷达模块探测到商船周围以及商船的航行方向上在雷达的探测范围内出现可碰撞障碍物时，探测雷达模块向数据处理模块发出预警信号，数据处理模块接收到探测雷达模块发送来的预警信号后，向安全警示模块发出报警信号。安全警示模块包括现场报警单元和远程报警单元，现场报警单元为声光报警灯，远程报警单元为无线通信设备。当安全警示模块接收到数据处理模块发来的报警信号后，现场报警单元发出报警声和报警光进行报警，远程报警单元向设定的通信设备发出无线报警信号，向专门人员进行远程报警。

请参考图1，避碰决策模块通信连接有航向校正模块，商船因避开数据处理模块划定出的危险区域会导致航向改变，当数据处理模块检测到商船已经避过危险区域时，向避碰决策模块发出航向回正信号，避碰决策模块接收到数据处理模块发来的航向回正信号，控制航向校正模块对商船的航向进行校正，使商船回归到预设的航线上继续按照预设航线航行。如此可有效保证商船的正常航行，可有效避免偏航。

请参考图1，数据处理模块通信连接有数据记录模块，数据记录模块用于记录商船的航行数据，航行数据包括商船的预设航线数据、商船的实际航线数据、数据处理模块计算并划定出的危险区域数据。航行过程中或者航行结束后，本系统的设计等相关工程技术人员可通过数据记录模块记录的各项数据，对本系统的实用性和安全性进行评估，并对本系统的反应速度和反应准确度进行针对性的改善。

本发明的工作原理：本发明同时设置有岸基雷达模块和卫星定位模块，使得本系统即可通过岸基雷达模块进行商船的定位，又可通过卫星定位模块进行商船的定位，与岸基雷达模块和卫星定位模块的通信连接中，任意一个发生故障，都不会使得避碰决策功无法做出避碰决策，有效提高了本系统使用的安全性和稳定性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。