CN110427038A - 一种无人船全自动靠泊***及靠泊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人船全自动靠泊***及靠泊方法,靠泊***包括测量***、自动控制***、靠泊执行***、靠泊执行装置和远程监控***;所述测量***用于对船舶的位置、动态和周围环境的监测;所述自动控制***对测量***采集数据实时处理得到船舶停靠所需的船速和角度,控制靠泊执行机构装置实现船舶的自动靠泊;所述靠泊执行***包括船舶动力***和靠泊执行***;所述靠泊执行装置包括船舶动力装置和靠泊装置。所述远程监控***可在岸基工作站远程对船舶进行监测和控制。本发明通过GPS、雷达***对船舶和泊位进行精确定位,提高船舶靠泊位置的准确性,并实时对船舶及靠泊周围的环境进行实时监测和控制。
Description
技术领域
本发明涉及无人船舶自动控制技术领域,具体说是涉及无人船全自动靠泊***及靠泊方法。
背景技术
现今船舶靠泊码头采用传统的拖轮和船上缆车配合动作,增加了人员成本,并且效率较低,还有可能因为人为失误而造成损失,安全性能差。智能化一直是船舶发展的趋势,近年来,随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新理念、新技术的突飞猛进,船舶自动化水平不断提高,无人船艇的实现有了科技支撑,也使无人驾驶船舶航行于全球有了实现的可能性。
发明内容
为克服现有技术的缺陷,本发明提供一种无人船全自动靠泊***及靠泊方法,在满足无人航行运输的前提下,结合物联网技术数据,增强无人船靠泊的灵活性和可靠性,使其更适合未来无人船水运的发展需求。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供的一种无人船全自动靠泊***,包括测量***、自动控制***、靠泊执行***、靠泊执行装置和远程监控***,所述的测量***、靠泊执行***和远程监控***均与自动控制***连接,所述靠泊执行装置与靠泊执行***连接,
所述测量***,用于采集船舶的位置及动态数据,并对周围的环境的进行监测;
所述自动控制***,用于对测量***采集的数据进行实时处理,得到船舶停靠所需的船速和角度,发送船舶靠泊的控制信号至靠泊执行***实现船舶的自动靠泊;
所述靠泊执行***,用于接收并处理发送船舶靠泊的控制信号,并控制靠泊执行装置执行靠泊动作;
所述靠泊执行装置,用于接收靠泊执行***的船舶靠泊的控制信号,控制船舶靠泊;
所述远程监控***,用于在岸基工作站远程无线通讯对船舶进行监测和选择控制,并采用无线通讯方式与自动控制***进行通信;
所述自动控制***包括计算机、数据处理模块、数据分析模块、靠泊控制模块和远程无线通讯模块;
所述数据处理模块,用于对测量***采集的数据进行处理;
所述数据分析模块,对经过处理的数据进行分析,根据艏艉两个测距传感器及GPS定位的信息得出船与泊位距离,计算出船身与泊位的角度及船位与泊位间的距离,并给出船舶靠泊所需的船速和角度,其中船速根据船位与泊位之间的距离在***中逐级设定;
所述靠泊控制模块,根据数据分析模块给出的船速和角度,控制船载执行机构装置以实现船舶的自动靠泊;
所述远程无线通讯模块,与远程监控***无线连接,用于对自动控制***的数据与岸基工作站实现数据互联,从而使岸基工作台实时监控船舶动态;
所述远程监控***被配置为岸基工作站,通过岸基工作站监控船舶的靠泊情况。
作为优选的技术方案,所述测量***包括GPS、雷达、船舶测距装置、风向风速仪和摄像机,所述GPS、雷达、船舶测距装置、风向风速仪、摄像机均设置在船体上。
作为优选的技术方案,所述船舶测距装置安装在船舷前后位置,数量为两个或两个以上。
作为优选的技术方案,所述船速根据不同船型大小按照《港口工程载荷规范》设定。
作为优选的技术方案,当船舶控制在最低的靠泊速度后,所述靠泊控制模块根据通过测量***获取相关船舶位置信息,以及获取侧推、舵机信息,将船体调整到最佳靠泊位置。
作为优选的技术方案,所述靠泊执行***包括船舶动力***以及靠泊***;
所述船舶动力***,用于控制船舶速度、船体与泊位的距离及平衡度,所述船舶动力***通过测量***获取相关船舶位置信息,去控制船速,以及侧推、舵机,将船体调整到最佳靠泊位置;
所述靠泊***,用于控制靠泊装置的执行,当船体调整到最佳靠泊位置后,所述靠泊***给靠泊装置发出指令,控制三个靠泊臂伸展,并控制磁力吸盘,吸附于泊位上。
作为优选的技术方案,所述靠泊执行装置包括船舶动力装置和靠泊装置;所述船舶动力装置包括船舶本身配置的侧推和舵机;所述靠泊装置包括靠泊臂和磁力吸盘,所述磁力吸盘用于通电产生磁力,并磁附在船体泊位上,通过靠泊臂和磁力吸盘实现船体靠泊。
作为优选的技术方案,所述靠泊臂包括船艏靠泊臂、船舯靠泊臂和船艉靠泊臂,所述磁力吸盘包括船艏靠泊磁力吸盘,船舯靠泊磁力吸盘和船艉靠泊磁力吸盘,所述船艏靠泊臂与船艏靠泊磁力吸盘相对应,所述船舯靠泊臂与船舯靠泊磁力吸盘相对应,船艉靠泊臂与船艉靠泊磁力吸盘相对应,通过靠泊臂和磁力吸盘实现船体的靠泊。
本发明还提供了一种无人船全自动靠泊***的靠泊方法,具体步骤如下所述:
利用GPS定位及雷达测量船舶与待靠泊位的航行距离,使船舶根据距离按照设定的速度参数逐渐减速向靠泊目标航行;
到达靠泊有效距离后,自动控制***启动靠泊执行装置,控制船舶动力装置,并通过船舷的两个以上的测距传感器,使船舶艏艉与泊位平行;
启动靠泊执行***,自动控制***通过测距传感器实时监测船舶与泊位的距离,并通过风向风速度数据实时处理得出船舶速度和角度,启动船舶动力***和靠泊***使船舶向泊位靠拢,最终使靠泊装置的磁力吸盘吸附在泊位上;
自动***控制通过无线传输到远程监测控制***,在岸基工作站实时监测船舶靠泊动态,并选择远程控制船舶。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
(1)本发明采用了一种自动靠泊方法,解决了现在有船舶自动靠泊的技术问题,达到了船舶无人操纵自主驾驶的效果,另外本发明通过GPS、雷达***对船舶和泊位进行精确定位,提高船舶靠泊的位置的准确性。
(2)本发明在船舶舷侧的前后装有两个测距装置,可以将船舶各部位与泊位的距离实时向自动控制子***进行反馈,从而控制执行机构完成船舶的自动靠泊;
(3)本发明完全自主自动控制,真正意义上实现无人船的***功能。
(4)本发明可远程监控,对实时对船舶及靠泊周围的环境进行实时监测和控制。
附图说明
图1为本发明无人船全自动靠泊***的结构示意图;
图2为本发明无人船全自动靠泊方法的流程图。
其中,附图标号说明如下所述:
1、船体,2、船体泊位,3-1、船艏靠泊臂,3-2船舯靠泊臂,3-3、船艉靠泊臂,4-1、船艏靠泊磁力吸盘,4-2、船舯靠泊磁力吸盘,4-3、船艉靠泊磁力吸盘,5-1、船艏测距装置,5-2、船艏测距装置,6、自动控制***,7、风向风速仪,8、GPS,9、雷达单元,10-1、船艏摄像机,10-2、船舯摄像机,10-3,船艉摄像机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,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仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,在本实施例中的无人船全自动靠泊***包括:测量***、自动控制***、靠泊执行***、靠泊执行装置和远程监控***;所述测量***、自动控制***6、靠泊执行***、靠泊执行装置和远程监控***均设置在船体1上,与船体1相对的是船体泊位2,所述船体泊位可以为码头泊位或其他钢质船舶、海洋平台。
所述测量***包括GPS 8、雷达9、船舶测距装置、风向风速仪7、摄像机,用于采集船舶的位置及动态数据和对周围的环境的监测;所述船舶测距装置为2个,分别为船艏测距装置5-1和船艏测距装置5-2;所述摄像机为3个,为船艏摄像机10-1、船舯摄像机10-2和船艉摄像机10-3,分别用于拍摄船艏、船舯和船艉的靠泊情况。
所述自动控制***6用于对测量***采集的数据进行实时处理,得到船舶停靠所需的船速和角度,发送船舶靠泊的控制信号至靠泊执行***实现船舶的自动靠泊。
所述自动控制***包括计算机、数据处理模块、数据分析模块、靠泊控制模块和远程无线通讯模块。
所述数据处理模块分别对GPS定位、雷达单元、测距传感器、风向风速、摄像机的数据进行处理。
所述数据分析模块,对经过处理的数据进行分析,根据艏艉两个测距传感器及GPS定位的信息得出船与泊位距离,计算出船身与泊位的角度及船位与泊位间的距离,并给出船舶靠泊所需的船速和角度,其中船速根据船位与泊位之间的距离在***中逐级设定,速度值根据不同船型大小按照《港口工程载荷规范》设定。
所述靠泊控制模块,根据数据分析模块给出的船速和角度,控制船载执行机构装置以实现船舶的自动靠泊,船舶控制在最低的靠泊速度后,控制模块根据通过测量***获取相关船舶位置信息,以及侧推、舵机,将船体调整到最佳靠泊位置。
所述远程无线通讯模块对自动控制***的数据与岸基工作站实现数据互联,岸基工作台可实时监控船舶动态。
所述靠泊执行***包括船舶动力***以及靠泊***,用于接收并处理发送船舶靠泊的控制信号,控制靠泊执行装置动作。
所述船舶动力***,用于控制船舶速度、船体与泊位的距离及平衡度,所述船舶动力***通过测量***获取相关船舶位置信息,去控制船速,以及侧推、舵机,将船体调整到最佳靠泊位置。
所述靠泊***,用于控制靠泊装置的执行,当船体调整到最佳靠泊位置后,所述靠泊***给靠泊装置发出指令,控制三个靠泊臂伸展,并控制磁力吸盘,吸附于泊位上。
所述靠泊执行装置包括船舶动力装置和靠泊装置,船舶动力装置包括船舶本身配置的侧推和舵机,靠泊装置包括靠泊臂和磁力吸盘,用于接收靠泊执行***的船舶靠泊的控制信号,控制船舶靠泊;所述靠泊臂包括船艏靠泊臂3-1、船舯靠泊臂3-2和船艉靠泊臂3-3,所述磁力吸盘包括船艏靠泊磁力吸盘4-1,船舯靠泊磁力吸盘4-2和船艉靠泊磁力吸盘4-3,所述船艏靠泊臂3-1与船艏靠泊磁力吸盘4-1相对应,所述船舯靠泊臂3-2与船舯靠泊磁力吸盘4-2相对应,船艉靠泊臂3-3与船艉靠泊磁力吸盘4-3相对应,通过靠泊臂和磁力吸盘实现船体1的靠泊。
所述远程监控***包括微机、岸基工作站,用于在岸基工作站远程无线通讯对船舶进行监测和选择控制,并采用无线通讯方式与自动控制***进行通信。
所述的测量***、靠泊执行***和远程监控***均与所述自动控制模块连接。
如图2所示,本实施例的无人船全自动靠泊***的靠泊方法,通过测量***及风向风速度获取实时实地测得数据,并把这些数据信息及时传输给计算机,计算机再将其与储存的预定停泊位置资料对照,找出差别,继而向动力装置发出指令,调整其推力,实行差别修正,直至到达预定位置,启动靠泊***,具体步骤如下所述:
S1、利用GPS定位及雷达单元测量船舶与待靠泊位的航行距离,使船舶向靠泊目标航行;
S2、到达靠泊有效距离后,自动控制***启动靠泊执行装置,控制船舶动力装置,并通过船舷的两个以上的测距传感器,使船舶艏艉与泊位平行;
S3、启动靠泊执行***,自动控制***通过测距传感器实时监测船舶与泊位的距离,并通过风向风速度数据实时处理得出船舶速度和角度,启动船舶动力***和靠泊***使船舶向泊位靠拢,最终使靠泊装置的磁力吸盘吸附在泊位上;
S4、自动***控制通过无线传输到远程监测控制***,可在岸基工作站实时监测船舶靠泊动态,并可以选择远程控制。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无人船全自动靠泊***,其特征在于,包括测量***、自动控制***、靠泊执行***、靠泊执行装置和远程监控***,所述的测量***、靠泊执行***和远程监控***均与自动控制***连接,所述靠泊执行装置与靠泊执行***连接,
所述测量***,用于采集船舶的位置及动态数据,并对周围的环境的进行监测;
所述自动控制***,用于对测量***采集的数据进行实时处理,得到船舶停靠所需的船速和角度,发送船舶靠泊的控制信号至靠泊执行***实现船舶的自动靠泊;
所述靠泊执行***,用于接收并处理发送船舶靠泊的控制信号,并控制靠泊执行装置执行靠泊动作;
所述靠泊执行装置,用于接收靠泊执行***的船舶靠泊的控制信号,控制船舶靠泊;
所述远程监控***,用于在岸基工作站远程无线通讯对船舶进行监测和选择控制,并采用无线通讯方式与自动控制***进行通信;
所述自动控制***包括计算机、数据处理模块、数据分析模块、靠泊控制模块和远程无线通讯模块;
所述数据处理模块,用于对测量***采集的数据进行处理;
所述数据分析模块,对经过处理的数据进行分析,根据艏艉两个测距传感器及GPS定位的信息得出船与泊位距离,计算出船身与泊位的角度及船位与泊位间的距离,并给出船舶靠泊所需的船速和角度,其中船速根据船位与泊位之间的距离在***中逐级设定;
所述靠泊控制模块,根据数据分析模块给出的船速和角度,控制船载执行机构装置以实现船舶的自动靠泊;
所述远程无线通讯模块,与远程监控***无线连接,用于对自动控制***的数据与岸基工作站实现数据互联,从而使岸基工作台实时监控船舶动态;
所述远程监控***被配置为岸基工作站,通过岸基工作站监控船舶的靠泊情况。
2.根据权利要求1所述的无人船全自动靠泊***,其特征在于,所述测量***包括GPS、雷达、船舶测距装置、风向风速仪和摄像机,所述GPS、雷达、船舶测距装置、风向风速仪、摄像机均设置在船体上。
3.根据权利要求1所述的无人船全自动靠泊***,其特征在于,所述船舶测距装置安装在船舷前后位置,数量为两个或两个以上。
4.根据权利要求1所述的无人船全自动靠泊***,其特征在于,所述船速根据不同船型大小按照《港口工程载荷规范》设定。
5.根据权利要求1所述的无人船全自动靠泊***,其特征在于,当船舶控制在最低的靠泊速度后,所述靠泊控制模块根据通过测量***获取相关船舶位置信息,以及获取侧推、舵机信息,将船体调整到最佳靠泊位置。
6.根据权利要求1所述的无人船全自动靠泊***,其特征在于,所述靠泊执行***包括船舶动力***以及靠泊***;
所述船舶动力***,用于控制船舶速度、船体与泊位的距离及平衡度,所述船舶动力***通过测量***获取相关船舶位置信息,去控制船速,以及侧推、舵机,将船体调整到最佳靠泊位置;
所述靠泊***,用于控制靠泊装置的执行,当船体调整到最佳靠泊位置后,所述靠泊***给靠泊装置发出指令,控制靠泊臂伸展,并控制磁力吸盘,吸附于泊位上。
7.根据权利要求1所述的无人船全自动靠泊***,其特征在于,所述靠泊执行装置包括船舶动力装置和靠泊装置;所述船舶动力装置包括船舶本身配置的侧推和舵机;所述靠泊装置包括靠泊臂和磁力吸盘,所述磁力吸盘用于通电产生磁力,并磁附在船体泊位上,通过靠泊臂和磁力吸盘实现船体靠泊。
8.根据权利要求7所述的无人船全自动靠泊***,其特征在于,所述靠泊臂包括船艏靠泊臂、船舯靠泊臂和船艉靠泊臂,所述磁力吸盘包括船艏靠泊磁力吸盘,船舯靠泊磁力吸盘和船艉靠泊磁力吸盘,所述船艏靠泊臂与船艏靠泊磁力吸盘相对应,所述船舯靠泊臂与船舯靠泊磁力吸盘相对应,船艉靠泊臂与船艉靠泊磁力吸盘相对应,通过靠泊臂和磁力吸盘实现船体的靠泊。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种无人船全自动靠泊***的靠泊方法,其特征在于,具体步骤如下所述:
利用GPS定位及雷达测量船舶与待靠泊位的航行距离,使船舶根据距离按照设定的速度参数逐渐减速向靠泊目标航行;
到达靠泊有效距离后,自动控制***启动靠泊执行装置,控制船舶动力装置,并通过船舷的两个以上的测距传感器,使船舶艏艉与泊位平行;
启动靠泊执行***,自动控制***通过测距传感器实时监测船舶与泊位的距离,并通过风向风速度数据实时处理得出船舶速度和角度,启动船舶动力***和靠泊***使船舶向泊位靠拢,最终使靠泊装置的磁力吸盘吸附在泊位上;
自动***控制通过无线传输到远程监测控制***,在岸基工作站实时监测船舶靠泊动态,并选择远程控制船舶。
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