CN115188220A - 一种基于LoRa的船只位置监管*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LoRa的船只位置监管***,包括：船只供电模块用于根据太阳能供电供船只航行；数据采集模块用于获取船只运行参数和环境状态数据；数据分析模块用于根据所述船只运行参数和环境状态数据，获取船只航行预警信息；定位模块用于获取某时间段内各个船只航行信息和位置信息；LoRa通讯模块用于将所述某时间段内各个船只航行信息和位置信息发出；LoRa网关用于获取某时间段内各个船只航行信息，将航行信息发送给相邻网关，依次发送给相邻网关，传送至监管中心模块；预警模块用于所述航行预警信息提供给船员和监管中心模块；监管中心模块用于实时监控船只状态并发送预警指令。本发明实时监控船只位置和航行状态。
Description
技术领域
本发明属于信息通信技术领域，尤其涉及一种基于LoRa的船只位置监管***。
背景技术
无论是船舶远洋，还是内河运输，船上的生活用电，一般都是以发电机发电为主，不仅消耗大量的燃油，发电中也产生很强的噪音，对环境产生很大的污染，对船上人员的健康也不同程度的造成损害。
LoRa是由SemTech研发的低功耗联网技术，采用直序扩频技术，利用全球共用的ISM公共频率137-1020MHZ进行无线数据传输。由于它使用Sub-GHZ频段，使其更易于较低功耗远距离通讯，并且具有较强的穿墙技能。低功耗也使电池的使用寿命大幅提升。基于这些优势，使得LoRa技术在物联网中得到大规模开发应用。运船只就像在太空中旅行，需要停靠最近的港口获得不断的食物和淡水补给，也需要清楚自身航行到的位置、到达目的地的距离以及附近其它船只的动向。寻找最近的港口、获取到达目的地的距离、其它船只的动向都需要与外界(总部或者其它船只)有通讯联系，现有技术中，通常使用3G或者4G网络建立船只与外界的联系，但是由于处于海域之中，若3G或者4G的网络可能因为信号较弱，无法建立有效的连接。
本发明能够克服了现有技术海域中无法建立有效的通讯连接，或者建立的无线数据传输高能耗的缺陷实现顺畅通信，并且实现了对船只位置的实时监控，监控船只航行信息，对不正常运行船只的实时情况进行报警。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于LoRa的船只位置监管***，采用太阳能供电的船只，进行船只位置的实时监控及实时报警，提高航运的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于LoRa的船只位置监管***，包括：船只供电模块、数据采集模块、数据分析模块、定位模块、LoRa通讯模块、LoRa网关、预警模块、监管中心模块；所述船只供电模块、所述数据采集模块、所述数据分析模块、所述定位模块、所述LoRa通讯模块、所述LoRa网关、所述预警模块和所述监管中心模块依次连接；
所述船只供电模块用于根据太阳能供电供船只航行；
所述数据采集模块用于获取船只运行参数和环境状态数据；
所述数据分析模块用于根据所述船只运行参数和环境状态数据，获取船只航行预警信息；
所述定位模块用于获取某时间段内各个船只航行信息和位置信息；
所述LoRa通讯模块用于将所述某时间段内各个船只航行信息和位置信息发出；
所述LoRa网关用于获取某时间段内各个船只航行信息，将所述航行信息发送给相邻网关，依次发送给相邻网关，传送至所述监管中心模块；
所述预警模块用于所述航行预警信息提供给船员和所述监管中心模块；
所述监管中心模块用于实时监控船只状态并发送预警指令。
可选的，所述船只发电模块包括串联的太阳能电池组向串联电压为190V以上280V以下的蓄电池组充电，使用充电逆变组合桩进行充电放电控制，通过均衡器保证电池的充放电质量，并逆变为三相210V电压向用电设备供电，用电线路通过三线平均分配负载。
可选的，所述数据采集模块按照设定频次采集传感器数据将所述船只运行参数和环境状态数据发送给所述数据分析模块，所述船只运行参数包括当前船只对水航速、当前船只输出功率、当前船只晃动角度及频率、当前船只负载、以及当前船只排水量，所述环境状态数据包括当前风向及风速。
可选的，所述数据分析模块用于根据所述船只运行参数计算出所述船只的实时航行信息以及当前最大安全航速；根据当前航速高于所述当前最大安全航速时，产生预警信息。
可选的，数据分析模块包括：功率计算模块和功率预警模块，所述功率计算模块用于根据所述当前对水航速和所述当前输出功率计算比值；所述功率预警模块用于根据所述比值小于预设功率比阈值时，获得船只功率预警的预警信息；
可选的，数据分析模块还包括：侧翻预计模块和侧翻预警模块，所述侧翻预计模块用于根据所述当前晃动角度及频率、所述当前风向及风速计算出侧翻危险系数；所述侧翻预警模块用于根据所述侧翻危险系数高于预设侧翻危险阈值时，获得侧翻预警的航行预警信息。
可选的，所述***还包括LoRa通讯接收端，所述LoRa通讯接收端与监控中心模块相连接，还用于将所述无线信号转化成数字信号发送至监控中心模块。
可选的，所述LoRa通讯接收端还包括：控制单元，所述控制单元用于将监控中心模块发出的指示信息扩频为无线信号发送给所述LoRa网关。
可选的，所述预警模块包括：一键报警模块，所述一键报警模块用于当船只发生故障需要外界救援时，由船上人员手动触发，向监控中心模块发送报警信息。
可选的，所述预警模块还包括蜂鸣器，侧翻事故进行预警通过蜂鸣器对船舶上的作业人员进行预警；当侧翻事故的预警信息消失后，停止预警。
本发明技术效果：本发明公开了一种基于LoRa的船只位置监管***，本发明是采用太阳能发电***的船只进行监管，高电压冲放电，减小电缆线直径方便了安装使用，有利于太阳能利用和普及；本发明采用LoRa通信克服了现有技术海域中无法建立有效的通讯连接，或者建立的无线数据传输高能耗的缺陷；本发明对船只运行参数和环境状态数据进行综合分析，智能化地进行船舶航行预警，可以提高船舶航行的可靠性和安全性，提高水运的竞争力。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例基于LoRa的船只位置监管***的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图1所示，本实施例中提供一种基于LoRa的船只位置监管***，包括：船只供电模块、数据采集模块、数据分析模块、定位模块、LoRa通讯模块、LoRa网关、预警模块、监管中心模块；所述船只供电模块、所述数据采集模块、所述数据分析模块、所述定位模块、所述LoRa通讯模块、所述LoRa网关、所述预警模块和所述监管中心模块依次连接；
所述船只供电模块用于根据太阳能供电供船只航行；
所述数据采集模块用于获取船只运行参数和环境状态数据；
所述数据分析模块用于根据所述船只运行参数和环境状态数据，获取船只航行预警信息；
所述定位模块用于获取某时间段内各个船只航行信息和位置信息；
所述LoRa通讯模块用于将所述某时间段内各个船只航行信息和位置信息发出；
所述LoRa网关用于获取某时间段内各个船只航行信息，将所述航行信息发送给相邻网关，依次发送给相邻网关，传送至所述监管中心模块；所述LoRa网关用于获取某时间段内各个船只航行信息，将所述航行信息发送给相邻网关，依次发送给相邻网关，传送至所述监管中心模块；LoRa网关负责接收设备发送回来的船只位置等数据信息，并将数据传送至控制中心的管理软件中，也可由以太网或4G网络(如无法接入有线网线的环境)将接收到的数据发送至云端数据库中保存。
所述预警模块用于所述航行预警信息提供给船员和所述监管中心模块；
所述监管中心模块用于实时监控船只状态并发送预警指令。
进一步优化方案，所述船只发电模块包括串联的太阳能电池组向串联电压为190V以上280V以下的蓄电池组充电，使用充电逆变组合桩进行充电放电控制，通过均衡器保证电池的充放电质量，并逆变为三相210V电压向用电设备供电，用电线路通过三线平均分配负载。
进一步优化方案，所述数据采集模块按照设定频次采集传感器数据将所述船只运行参数和环境状态数据发送给所述数据分析模块，所述船只运行参数包括当前船只对水航速、当前船只输出功率、当前船只晃动角度及频率、当前船只负载、以及当前船只排水量，所述环境状态数据包括当前风向及风速。
进一步优化方案，所述数据分析模块用于根据所述船只运行参数计算出所述船只的实时航行信息以及当前最大安全航速；根据当前航速高于所述当前最大安全航速时，产生预警信息。
进一步优化方案，数据分析模块包括：功率计算模块和功率预警模块，所述功率计算模块用于根据所述当前对水航速和所述当前输出功率计算比值；所述功率预警模块用于根据所述比值小于预设功率比阈值时，获得船只功率预警的预警信息；
进一步优化方案，数据分析模块还包括：侧翻预计模块和侧翻预警模块，所述侧翻预计模块用于根据所述当前晃动角度及频率、所述当前风向及风速计算出侧翻危险系数；所述侧翻预警模块用于根据所述侧翻危险系数高于预设侧翻危险阈值时，获得侧翻预警的航行预警信息。
所述船只运行参数包括当前对水航速、当前输出功率、当前晃动角度及频率、当前负载、以及当前排水量，所述环境状态数据包括当前风向及风速。数据分析模块进一步包括：安全航速计算模块，用于根据当前对水航速、当前输出功率、当前晃动角度及频率、当前负载、当前排水量、以及当前风向及风速计算当前最大安全航速；航速预警生成模块，用于当前航速高于所述当前最大安全航速时，生成包含航速预警的船舶航行预警信息。其中，包含航速预警的船舶航行预警信息可以是在屏幕上显示的当前对水航速和当前最大安全航速。
进一步优化方案，所述***还包括LoRa通讯接收端，所述LoRa通讯接收端与监控中心模块相连接，还用于将所述无线信号转化成数字信号发送至监控中心模块。
进一步优化方案，所述LoRa通讯接收端还包括：控制单元，所述控制单元用于将监控中心模块发出的指示信息扩频为无线信号发送给所述LoRa网关。
进一步优化方案，所述预警模块包括：一键报警模块，所述一键报警模块用于当船只发生故障需要外界救援时，由船上人员手动触发，向监控中心模块发送报警信息。
进一步优化方案，所述预警模块还包括蜂鸣器，侧翻事故进行预警通过蜂鸣器对船舶上的作业人员进行预警；当侧翻事故的预警信息消失后，停止预警。
监控中心模块负责将LoRa网关接收到的数据做处理后以图型界面的形式，显示船只位置、航速、轨迹、姿态等信息，并将数据存入后台数据库中。如遇船只倾覆、设备拆除、一键报警等事件，管理软件将以声、光等形式发出警报，并以后台推送手机短信通知相关人员。手机APP：可以调用云端数据库中的船只数据信息，实时显示船只位置、航速、轨迹等相关信息。
在船舶发生侧翻事故时，船舶的俯仰角、横滚角等姿态角将会发生显著变化。因此，在本申请实施例中，可以将实时姿态角的变化量与第一预设阈值进行比较，该第一预设阈值也就是用于判定船舶是否发生侧翻事故的姿态角数值。通常，船舶在航行过程中的某个时刻偶然出现实时姿态角的变化量较大并不一定认为该船舶将会发生侧翻事故，而是只有在该较大的变化量持续一定时间的情况下，才能判定该船舶将会发生侧翻事故。因此，在本申请实施例中，若实时姿态角的变化量大于第一预设阈值，则终端设备可以统计该变化量大于第一预设阈值的持续时间。在终端设备监测到实时俯仰角的变化量大于第一预设阈值的那一时刻，终端设备可以开始计时，若在接下来的连续2s时间内，实时俯仰角的变化量均大于第一预设阈值，则终端设备可以判定船舶当前可能出现侧翻事故，并针对该侧翻事故进行预警。对于实时姿态角，只要实时俯仰角或实时横滚角中任一变化量大于第一预设阈值，均可认定船舶当前可能出现侧翻事故并针对侧翻事故进行预警。终端设备对侧翻事故进行预警可以是通过蜂鸣器等方式，对船舶上的作业人员进行预警。对于侧翻事故，终端设备可以在检测到该侧翻事故的预警条件消失后，停止预警。
本发明公开了一种基于LoRa的船只位置监管***，本发明是采用太阳能发电***的船只进行监管，高电压冲放电，减小电缆线直径方便了安装使用，有利于太阳能利用和普及；本发明采用LoRa通信克服了现有技术海域中无法建立有效的通讯连接，或者建立的无线数据传输高能耗的缺陷；本发明对船只运行参数和环境状态数据进行综合分析，智能化地进行船舶航行预警，可以提高船舶航行的可靠性和安全性，提高水运的竞争力。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，包括：船只供电模块、数据采集模块、数据分析模块、定位模块、LoRa通讯模块、LoRa网关、预警模块、监管中心模块；所述船只供电模块、所述数据采集模块、所述数据分析模块、所述定位模块、所述LoRa通讯模块、所述LoRa网关、所述预警模块和所述监管中心模块依次连接；
所述船只供电模块用于根据太阳能供电供船只航行；
所述数据采集模块用于获取船只运行参数和环境状态数据；
所述数据分析模块用于根据所述船只运行参数和环境状态数据，获取船只航行预警信息；
所述定位模块用于获取某时间段内各个船只航行信息和位置信息；
所述LoRa通讯模块用于将所述某时间段内各个船只航行信息和位置信息发出；
所述LoRa网关用于获取某时间段内各个船只航行信息，将所述航行信息发送给相邻网关，依次发送给相邻网关，传送至所述监管中心模块；
所述预警模块用于所述航行预警信息提供给船员和所述监管中心模块；
所述监管中心模块用于实时监控船只状态并发送预警指令。
2.如权利要求1所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，所述船只发电模块包括串联的太阳能电池组向串联电压为190V 以上280V以下的蓄电池组充电，使用充电逆变组合桩进行充电放电控制，通过均衡器保证电池的充放电质量，并逆变为三相210V电压向用电设备供电，用电线路通过三线平均分配负载。
3.如权利要求1所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，所述数据采集模块按照设定频次采集传感器数据将所述船只运行参数和环境状态数据发送给所述数据分析模块，所述船只运行参数包括当前船只对水航速、当前船只输出功率、当前船只晃动角度及频率、当前船只负载、以及当前船只排水量，所述环境状态数据包括当前风向及风速。
4.如权利要求1所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，所述数据分析模块用于根据所述船只运行参数计算出所述船只的实时航行信息以及当前最大安全航速；根据当前航速高于所述当前最大安全航速时，产生预警信息。
5.如权利要求4所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，数据分析模块包括：功率计算模块和功率预警模块，所述功率计算模块用于根据所述当前对水航速和所述当前输出功率计算比值；所述功率预警模块用于根据所述比值小于预设功率比阈值时，获得船只功率预警的预警信息。
6.如权利要求5所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，数据分析模块还包括：侧翻预计模块和侧翻预警模块，所述侧翻预计模块用于根据所述当前晃动角度及频率、所述当前风向及风速计算出侧翻危险系数；所述侧翻预警模块用于根据所述侧翻危险系数高于预设侧翻危险阈值时，获得侧翻预警的航行预警信息。
7.如权利要求1所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，所述***还包括LoRa通讯接收端，所述LoRa通讯接收端与监控中心模块相连接，还用于将所述无线信号转化成数字信号发送至监控中心模块。
8.如权利要求1所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，所述LoRa通讯接收端还包括：控制单元，所述控制单元用于将监控中心模块发出的指示信息扩频为无线信号发送给所述LoRa网关。
9.如权利要求1所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，所述预警模块包括：一键报警模块，所述一键报警模块用于当船只发生故障需要外界救援时，由船上人员手动触发，向监控中心模块发送报警信息。
10.如权利要求6所述的基于LoRa的船只位置监管***，其特征在于，所述预警模块还包括蜂鸣器，侧翻事故进行预警通过蜂鸣器对船舶上的作业人员进行预警；当侧翻事故的预警信息消失后，停止预警。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117278944A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-22 | 广州嘉泰软件有限公司 | 一种自供电安全节能的***及其节能方法 |
| CN117278944B (zh) * | 2023-09-27 | 2024-05-14 | 广州嘉泰软件有限公司 | 一种自供电安全节能的***及其节能方法 |
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