CN206649343U - 一种基于环视和超声波的自动泊船*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于环视和超声波的自动泊船***，包括环境数据采集单元、中央数据处理单元、底层控制单元、人机交互单元。中央数据处理单元输入端与环境数据采集单元的输出端连接。人机交互单元与中央数据处理单元相互通信连接，底层控制单元输入端与中央数据处理单元输出端连接。能够实现船舶的精确泊位。实现360度无死角探测，并且能够在夜晚使用。不仅实现了智能化自动泊位，而且使泊位操作更直观、更便捷。可以选择泊船模式，使泊船操作更加灵活。当船体与障碍物距离过近时***会自动控制主推进器和侧推进器反转，避免了驾驶者的误操作导致的船体碰撞事故，当船舶精确泊位后还能够控制锚机自动抛锚。

Description

一种基于环视和超声波的自动泊船***

技术领域

本实用新型涉及船舶控制领域，特别涉及一种基于环视和超声波的自动泊船***。

背景技术

随着海洋战略的深度推进，世界各国建造了大量的海洋工程类船舶(以下简称海工船)，此类海工船多配有艏侧推进器和动态定位装置来增加其机动性和操纵性。海工船的主要任务是配合海洋资源探勘和开采工作，为海工平台提供运输补给和拖带操锚工作，因此需要频繁的靠泊海工平台。

目前的海工船靠泊往往需要驾驶员操纵船舶缓慢接近海工平台，然后再进行抛锚作业，与船舶进入港口码头停靠相比，海工船在开阔海域靠泊难度极大，而且驾驶员在操纵时存在视野盲区，不能看到两弦和船尾，稍有不慎就会与其他船舶或海工平台发生强烈碰撞，严重威胁海上作业安全。

目前已有的相关技术，例如船舶自动靠离码头的磁力系泊装置，该装置利用磁力吸附靠泊的船只并固定，虽然减轻了操作人员的工作强度，但磁力对距离有很高的要求，而且需要船舶有非常精准的定位***，靠泊时船头必须对准磁力设备，这就大大增加了驾驶难度，而且此***所用电磁铁能量消耗巨大，经济性较差，而且只适用于大型船只，并不适用于中小型海工船。

发明内容

本实用新型的目的是解决船舶自动停泊的难题，同时克服人工泊船费时费力且安全性差和磁力泊船装置能耗高成本高的问题，提供一种基于环视和超声波的自动泊船***。

本实用新型的目的是这样实现的：包括环境数据采集单元、中央数据处理单元、底层控制单元、人机交互单元。中央数据处理单元输入端与环境数据采集单元的输出端连接。人机交互单元与中央数据处理单元相互通信连接，底层控制单元输入端与中央数据处理单元输出端连接。

按上述方案，所述环境数据采集单元包括安装在船体四周的超声波测距传感器和个180度鱼眼摄像头。超声波测距传感器位于船体的最大吃水线上方，分别对称安装在船左舷、船右舷、船左前方、船右前方、船左后方、船右后方、船尾左方、船尾右方，个数为八个；180度鱼眼摄像头3采用防护等级为IP67、并带有夜视功能的180度广角鱼眼镜头，位于在船体的最大吃水线上方，对称安装于船左弦、船右弦、船左中部、船右中部、船尾中部，个数为五个，能够采集到船体四周360度的水面图像信息，不存在视野盲区。

按上述方案，所述中央数据处理单元包括图像校正与信息处理模块和ARM处理器，图像校正与信息处理模块8采用DSP芯片，用于接收环境数据采集单元发来的数据和图像信息，经过校正和处理送至所述ARM处理器和人机交互单元；ARM处理器用来处理校正后的数据，在接收到启动信号后，启动自动泊船***，根据接收到的船体与周围障碍物距离和图像信息自动规划泊船路径；在泊船路径规划完毕以后送至人机交互单元提醒驾驶者操纵船舶进行泊船操作，同时把指令发送给底层控制单元；在泊船的过程中，中央数据处理单元通过实时测得的距离和图像信息对规划路线不断进行调整。

按上述方案，所述人机交互单元包括语音模块和触摸屏。语音模块用来提示驾驶者船体与障碍物的距离；触摸屏用来显示船体周围的图像信息，并作为上位机发送驾驶者的指令至中央数据处理单元。

按上述方案，所述底层控制单元包括主推进器控制装置、舵机控制装置、侧推进器控制装置、锚机控制装置。底层控制单元根据中央数据处理单元发来的期望泊船路径触发相应装置，相应装置根据接收的信号分别控制主推进器、舵机、侧推进器、锚机执行相应动作。

按上述方案，所述中央数据处理单元接收到船舶与障碍物的最小距离小于设定最小安全距离时，发出指令至所述主推进器控制装置和侧推进器控制装置，使主推进器和侧推进器反转以避免船体与障碍物发生碰撞。

按上述方案，所述底层控制单元还连接有泊船使能开关，泊船使能开关用于选择泊船模式；泊船模式包括自动泊船、半自动辅助泊船。

本实用新型的有益效果：能够实现船舶的精确泊位。安装于船体四周的超声波测距传感器、带夜视功能的180度鱼眼镜头，能够实现360度无死角探测，并且能够在夜晚使用。中央数据处理单元对采集到的数据和图像信息处理后通过人机交互单元显示给驾驶者，同时发送指令给底层控制单元来控制船舶调整船速和方向，不仅实现了智能化自动泊位，而且使泊位操作更直观、更便捷。通过触摸屏可以选择泊船模式，使泊船操作更加灵活。当船体与障碍物距离过近时***会自动控制主推进器和侧推进器反转，避免了驾驶者的误操作导致的船体碰撞事故，当船舶精确泊位后中央数据处理单元还能够控制锚机自动抛锚。

附图说明

图1是基于环视和超声波的自动泊船***结构图

图2是超声波测距传感器和摄像头安装位置图

图3是180度鱼眼摄像头监控视野图

图中：1.船体，2.超声波测距传感器，3.180度鱼眼摄像头，4.环境数据采集单元，5.中央数据处理单元，6.人机交互单元，7.底层控制单元，8.图像校正与信息处理模块，9.ARM处理器，10.语音模块，11.触摸屏，12.主推进器控制装置，13.侧推进器控制装置，14.舵机控制装置，15.锚机控制装置。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括环境数据采集单元4、中央数据处理单元5、底层控制单元7、人机交互单元6。人机交互单元6与中央数据处理单元5相互通信连接，底层控制单元7输入端与中央数据处理单元5输出端连接。

环境数据采集单元4，包括安装于船体1四周最大吃水线上方的八个超声波测距传感器2和五个180度鱼眼摄像头3。其中超声波测距传感器2用来实时采集船体与障碍物之间的距离，180度鱼眼摄像头3用来采集船体四周的水面图像信息。超声波测距传感器2和180度鱼眼摄像头3的安装位置如图2所示，超声波测距传感器2和180度鱼眼摄像头3均对称安装于船体最大吃水线上方。其中，超声波测距传感器2安装在船左舷、船右舷、船左前方、船右前方、船左后方、船右后方、船尾左方、船尾右方；180度鱼眼摄像头3安装于船左弦、船右弦、船左中部、船右中部、船尾中部，保证五个摄像头能够采集到船体四周360度的水面图像信息，不存在视野盲区，如图3所示。

中央数据处理单元5包括图像校正与信息处理模块8、ARM处理器9。图像校正与信息处理模块8用于接收环境数据采集单元4发来的数据和图像信息，经过校正和处理送至所述ARM处理器9和人机交互单元6。ARM处理器9用来处理校正过的数据，规划泊船路径。

人机交互单元6，包括语音模块10和触摸屏11。语音模块10用来提示驾驶者船体与障碍物的距离；触摸屏11用来显示船体周围的图像信息，并作为上位机发送驾驶者的指令至中央数据处理单元5。

底层控制单元7包括以下装置：主推进器控制装置12、舵机控制装置14、侧推进器控制装置13、锚机控制装置15。底层控制单元7根据中央数据处理单元5发来的期望泊船路径触发相应装置，装置根据接收的信号分别控制主推进器、舵机、侧推进器、锚机执行相应动作。

触摸屏11采用防护等级为IP67、并带有夜视功能的180度广角鱼眼镜头，保证该***能在夜晚使用。

图像校正与处理模块8采用DSP芯片，分别将五个摄像头采集的图像进行去畸变校正，并将校正后的图像变换到世界坐标系的同一平面进行拼接，形成围绕船身的环形图像，然后发送至人机交互界面6。

语音模块10的作用是：当发现合适船位和准备自动抛锚时发出语音提示，当船舶与障碍物过近时发出警报提醒，且随着船舶与障碍物的最小距离越来越近时报警频率会越来越高。

中央数据处理单元5接收到船舶与障碍物的最小距离小于设定最小安全距离时，发出指令至所述主推进器控制装置12和侧推进器控制装置13，使主推进器和侧推进器反转以避免船体与障碍物发生碰撞。

本实用新型的工作过程如下：

泊船开始时，驾驶者通过触摸屏11按下“开始泊船”按钮，然后选择泊船模式：“自动泊船”或“半自动辅助泊船”。

然后***开始进行泊船操作，超声波测距传感器2和摄像头3会采集距离和图像信息发送至中央数据处理单元5，其中，图像校正与处理模块8处理图像信息发送至人机交互单元6，ARM处理器9根据接受到的船体与周围障碍物的距离自动规划泊船路径；若泊船模式为“自动泊船”,则中央数据处理单元5自动输出指令给底层控制单元7，驱动主推进器、舵机、侧推进器、锚机执行相应动作；若泊船模式为“半自动辅助泊船”,ARM处理器9将指令送至人机交互单元6提醒驾驶者按照相应指令操纵所述船舶进行泊船操作。在泊船的过程中，中央数据处理单元5通过接受环境数据采集单元4传来的实时距离和图像信息对规划路线不断进行调整，并实时提示给驾驶者新的泊船路径。

当船舶到达期望泊位后，***会通过人机交互单元6询问驾驶者是否执行抛锚指令，驾驶者通过触摸屏11输入抛锚指令后，锚机控制装置15会自动执行抛锚动作。当泊船操作完成或船舶周围出现异常情况时，通过按下“退出”按钮结束泊船作业。

Claims (7)

1.一种基于环视和超声波的自动泊船***，其特征在于：包括环境数据采集单元(4)、中央数据处理单元(5)、底层控制单元(7)、人机交互单元(6)；中央数据处理单元(5)输入端与环境数据采集单元(4)的输出端连接；人机交互单元(6)与中央数据处理单元(5)相互通信连接，底层控制单元(7)输入端与中央数据处理单元(5)输出端连接。

2.根据权利要求1所述的基于环视和超声波的自动泊船***，其特征在于：所述环境数据采集单元(4)包括超声波测距传感器(2)和180度鱼眼摄像头(3)；超声波测距传感器(2)位于船体的最大吃水线上方，分别对称安装在船左舷、船右舷、船左前方、船右前方、船左后方、船右后方、船尾左方、船尾右方，个数为八个；180度鱼眼摄像头(3)采用防护等级为IP67、并带有夜视功能的180度广角鱼眼镜头，位于在船体的最大吃水线上方，对称安装于船左弦、船右弦、船左中部、船右中部、船尾中部，个数为五个，能够采集到船体四周360度的水面图像信息，不存在视野盲区。

3.根据权利要求1或2所述的基于环视和超声波的自动泊船***，其特征在于：所述中央数据处理单(5)元包括图像校正与信息处理模块(8)和ARM处理器(9)，图像校正与信息处理模块(8)采用DSP芯片，用于接收环境数据采集单元(4)发来的数据和图像信息，经过校正和处理送至所述ARM处理器(9)和人机交互单元(6)；ARM处理器(9)用来处理校正后的数据，在接收到启动信号后，启动自动泊船***，根据接收到的船体与周围障碍物距离和图像信息自动规划泊船路径；在泊船路径规划完毕以后送至人机交互单元(6)提醒驾驶者操纵船舶进行泊船操作，同时把指令发送给底层控制单元(7)；在泊船的过程中，中央数据处理单元(5)通过实时测得的距离和图像信息对规划路线不断进行调整。

4.根据权利要求3所述的基于环视和超声波的自动泊船***，其特征在于：所述人机交互单元(6)包括语音模块(10)和触摸屏(11)；语音模块(10)用来提示驾驶者船体与障碍物的距离；触摸屏(11)用来显示船体周围的图像信息，并作为上位机发送驾驶者的指令至中央数据处理单元(5)。

5.根据权利要求4所述的基于环视和超声波的自动泊船***，其特征在于：所述底层控制单元(7)包括主推进器控制装置(12)、舵机控制装置(14)、侧推进器控制装置(13)、锚机控制装置(15)；底层控制单元(7)根据中央数据处理单(5)元发来的期望泊船路径触发相应装置，相应装置根据接收的信号分别控制主推进器、舵机、侧推进器、锚机执行相应动作。

6.根据权利要求5所述的基于环视和超声波的自动泊船***，其特征在于：所述中央数据处理单元(5)接收到船舶与障碍物的最小距离小于设定最小安全距离时，发出指令至所述主推进器控制装置(12)和侧推进器控制装置(13)，使主推进器和侧推进器反转以避免船体与障碍物发生碰撞。

7.根据权利要求6所述的基于环视和超声波的自动泊船***，其特征在于：所述底层控制单元(7)还连接有泊船使能开关，泊船使能开关用于选择泊船模式；泊船模式包括自动泊船、半自动辅助泊船。