CN101256721A - 船用搁浅预警*** - Google Patents

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胡勤友
龚安祥
施朝健
杨春
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Abstract

本发明提供一种船用搁浅预警***，用于为航行中的船舶提供搁浅预警，它包括：潮汐表数据模块、电子海图数据模块、定位和导航模块、实时SAGA数据模块、分析处理模块及搁浅预警指示模块；本发明的船用搁浅预警***，利用实时SAGA数据模块，能够确定出一个合适的预警区域，进而通过分析处理模块来实时分析船舶的航行状态，提前进行船舶搁浅预警，从而有效地预防船舶搁浅事件的发生，实现本发明的目的。

Description

船用搁浅预警***
技术领域
本发明涉及一种预警***，特别涉及一种用于提供船舶搁浅预警信息的船用搁浅预警***。
背景技术
随着世界经济的发展及进出口贸易的进一步增加，海上交通运输日益繁忙，大型化、现代化的船舶数量不断增加，使得本来就不宽裕的航道、港口和近岸水域变得更加拥挤，水域交通事故不断出现。尽管各国的统计标准不同，但是有一点是一样的，那就是船舶的碰撞事故的比例是水域交通事故中最高，而仅次于碰撞事故的就是搁浅事故。
众所周知，大型油轮的搁浅事故，造成油轮中的石油泄漏，使生态环境受到严重危害，甚至若干年都无法恢复到原来的状态，直接导致巨大的经济损失和海上巨额保险金的支付。因此，预防船舶搁浅事故具有重大的意义。
目前，对船舶碰撞预警的研究已经有相当的成就，例如船用雷达和ARPA碰撞预警功能、船舶辅助避碰决策***中的碰撞预警功能等。但是有关船舶搁浅的研究却相对滞后。现今，船上用来预防搁浅的设备主要采用回声测深仪，但目前的船用回声测深由于仪只能被安装在离船舶二到三分之一船长并尽可能接近龙骨的位置，且其换能器的发射面、接收面与船底平齐，所测数据只能是船舶当时的所处位置的水深，所显示的水深变化只能是过去的水深变化情况，尽管可以据此推算前方的水深变化情况，但由于水下孤立危险物或水深异常变化区域的存在，这种推算是相当危险的，它可能会导致船舶搁浅，因此并不能较有效地用来预防船舶的搁浅。
随着船舶的大型化和自动化发展，越来越多的大型、自动化程度较高的船舶开始使用电子海图信息与显示***(ECDIS)。部分电子海图信息与显示***已可以提供搁浅预警功能。其主要工作方式是使用人员通过在电子海图上设置安全等深线，一旦船舶穿越安全等深线，***将进行搁浅报警。为了有效预警，使用人员不得不提高安全等深线的水深富裕量，这将导致船舶不能有效使用航道，从而降低运营效率。
然而，在现有VTS***(即船舶交通管理***)中，几乎都没有搁浅预警模块，对于搁浅方面的监控是通过工作人员人工监视其辖区内船舶是否在航道内航行来实现，这无疑会增加工作人员的工作强度，这种方式会因为人为疏忽，导致不能有效进行船舶搁浅预警。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用搁浅预警***，用于为航行中的船舶提供搁浅预警。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种船用搁浅预警***，其特征在于，它包括：
潮汐表数据模块，设置有与船只所在位置相关的潮汐数据；
电子海图数据模块，设置有电子海图的数据；
定位和导航模块，用于测量所述船舶位置和航向的信息；
实时SAGA数据模块，含有特定船舶尺寸以及通过所述定位和导航模块获得的实时船舶速度、航迹向、定位误差等相关的信息并包含有预警区域数据；
分析处理模块，用于分析与处理所述潮汐表数据模块、电子海图数据模块、定位和导航模块、实时SAGA数据模块并做出比较、分析；及
搁浅预警指示模块，将分析处理模块比较、分析的信息显示出来的。
所述定位和导航模块包括有用以确定船舶位置和航迹向信息的卫星定位模块。
所述分析处理模块为应用在微型计算机中的中央处理器。
所述电子海图模块为利用磁记录方式进行存储的计算机硬盘。
所述电子海图模块为利用半导体存储器进行存储且通过USB接口与电脑装置等相连通的闪存盘。
所述电子海图模块为利用表面处理工艺进行存储的光盘。
所述定位和导航模块为隶属于GPS卫星定位***、Galieo卫星定位***、GLONASS卫星定位***、北斗卫星定位***中至少一个的用户接收终端。
所述搁浅预警指示模块为通过液晶显示屏LCD、阴极射线显示屏CRT、发光二极管显示屏LED、电致发光显示屏中至少一个来实现的显示模块。
同样的，所述搁浅预警指示模块也可为包括有发光器件的光照指示模块。
所述光照指示模块中的发光器件为发光灯泡、发光二极管、电致发光材料中的至少一个。
所述搁浅预警指示模块为包括有扬声器与音频信息存储结构的声音指示模块。
所述实时SAGA区域模块由SAGA主区域模块与SAGA误差区域模块两者共同组成。
所述SAGA主区域模块为由SAGA主区域长度和SAGA主区域宽度组成的矩形预警区域。
所述SAGA误差区域模块包括第一SAGA误差区域模块和第二SAGA误差区域模块。
所述第一SAGA误差区域模块和第二SAGA误差区域模块均为扇形预警区域，它们包括大小相同的SAGA误差偏角和SAGA主区域长度。
本发明的船用搁浅预警***，利用实时SAGA数据模块，能够确定出一个合适的预警区域，进而通过分析处理模块来实时分析船舶的航行状态，提前进行船舶搁浅预警，从而有效地预防船舶搁浅事件的发生，实现本发明的目的。
附图说明
图1是本发明所述的船用搁浅预警***的组成结构框图；
图2是本发明中实时SAGA数据模块的结构示意图；
图3是本发明在使用过程中的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
如图1所示，一种船用搁浅预警***100，它包括：潮汐表数据模块400，、电子海图数据模块300、定位和导航模块600、实时SAGA数据模块500、分析处理模块200及搁浅预警指示模块700。
潮汐表数据模块400，设置有与船只所在位置相关的潮汐数据；潮汐表数据模块400中包括有任意时刻的潮高等信息，潮汐表数据模块400的存储结构，与上述的电子海图数据模块300的存储结构相同。
电子海图数据模块300，设置有电子海图的数据；电子海图数据模块300中包括有海洋以及海洋地质相关的各种数据，与海洋相关的数值，比如特定区域的海水深度以及不同季节的海水流向等，而与本发明船用搁浅预警***100特别相关的数值是不同海域海水的深度。与海洋地质相关的各种数据，主要是指海洋下方的海底地质状况，海岸线的地质状况，海洋中的礁石以及其它航海障碍物以及海岛的地质状况等。海洋地质方面的数据，在本发明的船用搁浅预警***100中尤其有用，因为海洋地质状况与轮船搁浅两者密切相关。与本发明直接相关的海洋数值主要是水深、沉船等障碍物，海洋地质主要是海底地质。
电子海图数据模块300采用计算机存储设备进行存储的结构形式。常见的计算机存储设备的存储结构包括：
a、利用磁记录方式进行存储的计算机硬盘；
b、利用半导体存储器进行存储且通过USB接口与电脑装置等相连通的闪存盘；
c、利用表面处理工艺进行存储的光盘。
这三种存储结构都可用于本发明的船用搁浅预警***100的电子海图数据模块300。
定位和导航模块600主要用于测量所述船舶位置和航向，定位和导航模块600包括有用以确定船舶位置和航迹向信息的卫星定位模块610，卫星定位模块610指的是卫星定位***中的用户接收模块。
通常的卫星定位***是由用户接收模块、定位卫星与监控***所共同组成的，用以测定用户位置的***；目前，可供直接选择的卫星定位***是发起于美国的GPS(Global Positioning System，通常简称GPS)全球(卫星)定位***。另外，其它能够实现卫星定位的***，同样也是可以的，比如源自于欧洲的Galieo卫星定位***；源自于俄罗斯的GLONASS(GLObal NAvigationSatellite System全球导航卫星***)卫星定位***，以及源自于中国的北斗卫星定位***等，这些都可以用于本发明的船用搁浅预警***100的定位和导航模块600中。卫星定位模块610是目前海洋轮船的重要甚至主要的定位装置。
本发明所述的卫星定位模块610是一种用户接收模块，应隶属于GPS卫星定位***、Galieo卫星定位***、GLONASS卫星定位***、北斗卫星定位***这四者至少其一。
实时SAGA数据模块500，含有特定船舶尺寸以及通过所述定位和导航模块600获得的实时船舶速度、航迹向、定位误差等相关的信息并包含有预警区域数据；SAGA指的是船舶搁浅预警的搜索区域(Search Area for GroundingAlert)。在下面的图2的详细说明中，会对实时SAGA数据模块500的具体内容作详细的描述。
分析处理模块200，用于分析与处理潮汐表数据模块400、电子海图数据模块300、定位和导航模块600、实时SAGA数据模块500中的信息，并做出比较、分析；在分析、比较上述数据的基础上，在需要向用户传达搁浅预警信息时，直接启动搁浅预警指示模块700，即能把警示信息传达出来。分析处理模块200，适合采用多种运算处理器来实现，比如当前广泛应用在微型计算机中的中央处理器(CPU)等，都是不错的选择。
搁浅预警指示模块700，用于显示船舶搁浅预警信息，利用本发明的分析处理模块200所分析出来的船舶搁浅预警信息，就在该搁浅预警指示模块700中获得显示。搁浅预警指示模块700，通过可以显示屏来实现，在显示屏中显示与船舶搁浅预警相关的信息内容，从而提醒用户。所述的显示屏，具体结构包括液晶显示屏LCD、阴极射线显示屏CRT、发光二极管显示屏LED以及利用电致发光材料实现的电致发光显示屏等，都是不错的选择。
其次，搁浅预警指示模块700还可以通过声音指示模块710来实现，声音指示模块710包括有扬声器与音频信息存储结构，不同的预警信息，通过分析处理模块200可调出配套的音频信息存储内容，利用扬声器播放出来。
再次，搁浅预警指示模块700还可以通过光照指示模块720来实现，光照指示模块720是通过发光器件来实现指示目的的；光照指示模块720可通过发光灯泡来实现，比如各种各样的发光灯泡，都是可以的；也可以通过发光二极管来实现；还可以通过电致发光材料来实现；具体实施时，可采用前述三者中的至少其一。
如图2所示，实时SAGA数据模块500包括SAGA主区域模块510和SAGA误差区域模块520，SAGA误差区域模块520包括第一SAGA误差区域模块521和第二SAGA误差区域模块522；其中的船舶800航行在海洋820中，图中的曲线部分为海岸线810；其计算方式如下：
总的计算模块为：
①实时SAGA数据模块500＝SAGA主区域模块510+SAGA误差区域模块520。
其中，SAGA误差区域模块520＝第一SAGA误差区域模块521+第二SAGA误差区域模块522。第一SAGA误差区域模块521＝第二SAGA误差区域模块522。
在计算SAGA主区域模块510和SAGA误差区域模块520时，包括有如下的主要数据：
②SAGA主区域长度530＝船舶800上卫星定位装置天线到船首810的长度+船舶800在预警时间内前进的距离+船舶800上卫星定位装置的定位误差。
③SAGA主区域宽度540＝(船速系数+船舶宽长比)×船舶长度+船舶宽度+船舶卫星定位装置的定位误差。
④误差偏角540＝arcsin(2倍的卫星定位装置的定位误差/SAGA主区域长度530)。
利用上述的计算公式①、②、③、④，可以方便地获得特定时刻下的SAGA主区域模块510和SAGA误差区域模块520，从而获得实时SAGA数据模块500。
需要指出的是，本实施例中的卫星定位装置为GPS卫星定位装置，是卫星定位模块610的一种，其它类型的卫星定位模块610也同样可以。
如图3所示，本发明的船用搁浅预警***100使用方式进行说明。典型的使用方式，共包括有7个步骤，分别是：
步骤900，利用定位和导航模块600为船舶定位和测定航迹向。
该步骤的要点是：利用本发明的定位和导航模块600中的卫星定位模块610，如GPS等，来定出船舶的具***置、航迹向、航速等基本信息；允许存在误差。
步骤910，获得实时SAGA数据模块500。
该步骤的要点是：实时SAGA数据模块500首先与定位和导航模块600中获得的船舶位置、速度、航迹向和它们的误差有关，其次，和船舶宽度、船舶长度等船舶尺寸信息相关。利用上述实时SAGA数据模块500与前面介绍的SAGA模块的计算公式，可获得实时SAGA数据模块500。
步骤920，调用与分析实时SAGA数据模块500、电子海图数据模块300和潮汐表数据模块400。
该步骤的要点是：利用前述的实时SAGA数据模块500和电子海图数据模块300，可以获得SAGA区域(主区域和误差区域之和)内的最小水深数据。该最小水深应在考虑到SAGA区域内可能存在的水下航行障碍物的水深后得出。利用潮汐表数据模块400，可以获得SAGA区域当前的潮汐高度。利用分析处理模块200，调用这三个数据模块进行分析，就可以得出当前SAGA区域内的“潮汐高度和最小海图水深”。
步骤921，得出SAGA区域的最小实际水深。
利用前述的步骤，我们可得到当前时刻下，在SAGA区域的实际最小水深，该最小实际水深＝SAGA区域的潮高+SAGA区域内的最小海图水深+海图深度基准面与潮高基准面的差值。
步骤930，调用与分析实时SAGA数据模块500、电子海图数据模块300和船舶物理信息。
该步骤的要点是：利用实时SAGA数据模块500和电子海图数据模块300，可确定船舶SAGA区域的具***置，以及该位置下的海洋地貌信息、海洋水质信息等。还需要结合船舶的一些具体物理信息，比如船舶的最大吃水等。以此来分析，船舶至少需要多少的水深，才不会发生搁浅事件。
步骤931，确定当前船舶安全行驶所需的安全水深值。
通过前述的步骤930，可计算出船舶不会发生搁浅事件的安全水深值，这是实现搁浅预警的基础。
步骤940，利用分析处理模块200进行数据分析。
该步骤的要点是：通过分析处理模块200，能够有效地将前述步骤获得的“SAGA区域的潮高+SAGA区域最小海图水深+海图深度基准面与潮高基准面的差值”和“安全水深值”进行比较，这样就可以轻易得出船舶的预警状态。
简单地说，在SAGA区域内，如果“SAGA区域的潮高+SAGA区域最小海图水深+海图深度基准面与潮高基准面的差值”大于船舶安全行驶的安全水深值，则搁浅预警状态显视为“安全状态”；如果“SAGA区域的潮高+海图水深+海图深度基准面与潮高基准面的差值”等于或小于船舶安全行驶的安全水深值，则搁浅预警状态显视为“不安全状态”。通过这些分析结果，就可以启动下面的步骤950。
步骤950，启动搁浅预警指示模块700。
该步骤的要点是：利用前述的分析结果，可以在搁浅预警指示模块700的不同硬件结构中得到显示。比如，如果搁浅预警指示模块700是通过显示屏来实现的话，在显示屏中就会显示相应的警示信息；如果搁浅预警指示模块700是通过声音指示模块710来实现的话，就会通过警报声或语音做出指示；如果搁浅预警指示模块700是通过发光灯泡、发光二极管LED或电致发光材料来实现的话，就会通过相应的光照做出指示。
利用本发明所述的船用搁浅预警***，能有效地避免船舶搁浅事件，从而保障船员的生命安全和船舶的财产安全。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1、一种船用搁浅预警***，其特征在于，它包括：
潮汐表数据模块，设置有与船只所在位置相关的潮汐数据；
电子海图数据模块，设置有电子海图的数据；
定位和导航模块，用于测量所述船舶位置和航向的信息；
实时SAGA数据模块，含有特定船舶尺寸以及通过所述定位和导航模块获得的实时船舶速度、航迹向、定位误差等相关的信息并包含有预警区域数据；
分析处理模块，用于分析与处理所述潮汐表数据模块、电子海图数据模块、定位和导航模块、实时SAGA数据模块并做出比较、分析；及
搁浅预警指示模块，将分析处理模块比较、分析的信息显示出来的。
2、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述定位和导航模块包括有用以确定船舶位置和航迹向信息的卫星定位模块。
3、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述分析处理模块为应用在微型计算机中的中央处理器。
4、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述电子海图模块为利用磁记录方式进行存储的计算机硬盘。
5、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述电子海图模块为利用半导体存储器进行存储且通过USB接口与电脑装置等相连通的闪存盘。
6、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述电子海图模块为利用表面处理工艺进行存储的光盘。
7、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述定位和导航模块为隶属于GPS卫星定位***、Galieo卫星定位***、GLONASS卫星定位***、北斗卫星定位***中至少一个的用户接收终端。
8、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述搁浅预警指示模块为通过液晶显示屏LCD、阴极射线显示屏CRT、发光二极管显示屏LED、电致发光显示屏中至少一个来实现的显示模块。
9、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述搁浅预警指示模块也可为包括有发光器件的光照指示模块。
10、如权利要求9所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述光照指示模块中的发光器件为发光灯泡、发光二极管、电致发光材料中的至少一个。
11、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述搁浅预警指示模块为包括有扬声器与音频信息存储结构的声音指示模块。
12、如权利要求1所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述实时SAGA区域模块由SAGA主区域模块与SAGA误差区域模块两者共同组成。
13、如权利要求12所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述SAGA主区域模块为由SAGA主区域长度和SAGA主区域宽度组成的矩形预警区域。
14、如权利要求12所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述SAGA误差区域模块包括第一SAGA误差区域模块和第二SAGA误差区域模块。
15、如权利要求14所述的船用搁浅预警***，其特征在于：所述第一SAGA误差区域模块和第二SAGA误差区域模块均为扇形预警区域，它们包括大小相同的SAGA误差偏角和SAGA主区域长度。
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