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

一种无人船全自动靠泊***及靠泊方法
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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