DE112015005971T5

DE112015005971T5 - Hilfsanlegeverfahren und System des Schiffs

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Publication number: DE112015005971T5
Application number: DE112015005971.7T
Authority: DE
Inventors: Xi Zhu; Yuanyuan Li; Feng Yan; Xiang Li; Xun Cao; Weisong Pan; Jianwen Ding; Jun Wang; Chen Chen; Dapeng Li; Wei Li; Wenzhu Wang; Jibin WANG
Original assignee: Nanjing Univ 5d Technology Co Ltd; Nanjing University 5d Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Univ 5d Technology Co Ltd; Nanjing University 5d Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2017-12-14
Also published as: WO2016112708A1; KR102049371B1; US20180012498A1; JP2018503915A; CN105842724A; CN105842724B; US10424205B2; KR20170102992A; JP6516111B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Anlegehilfsverfahren des Schiffs und ein System zur Verfügung, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsinformationen des Schiffs bezüglich der Anlegeposition mit dem solar-blinden ultravioletten Abbildungsverfahren festgestellt werden; während mit dem GPS-Verfahren mindestens zwei GPS-Empfänger verwendet werden, um den Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Anlegeposition festzustellen, dadurch kann es wirksam ermöglicht werden, dass bei einer sehr niedrigen Sicht ein Schiff in der Nähe vom Ufer sicher anlegen kann. Bevorzugt können bei dem Verfahren und der Einrichtung der vorliegenden Erfindung der normalisierte Autokorrelationsalgorithmus und der Datenfusionsalgorithmus verwendet werden, um eine Integrationsverarbeitung für die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und das GPS-Signalempfangsmodul empfangenen Koordinatendaten und die Winkeldaten durchzuführen und somit die Positioniergenauigkeit zu verbessern. Unter Verwendung des Anlegehilfsverfahren des Schiffs und des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Problem aus dem Stand der Technik erheblich gelöst werden, dass das Schiff beim Anlegen bei nebligem Wetter eine große Schwierigkeit hat und das Navigations- und Anlegeeinrichtung des Schiffs erheblich durch das Wetter und die Umgebung usw. beeinflusst wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung für eine sichere Navigation des Schiffs. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zum genauen Überwachen des Abstandes zwischen dem Schiff und der Küstenlinie und der Haltung des Schiffs während des Anlegeprozesses des Schiffs.
Stand der Technik
Ein sicheres Anlegen des Schiffs ist immer ein schweres Problem, welches einen Schwerpunkt der Forschung auf dem Gebiet der Wassertransport darstellt. Während ein Schiff im Hafen am Pier anlegt, sollen die Anlegegeschwindigkeit und der Abstand strikt gesteuert werden, gleichzeitig soll die Haltung des Schiffs berücksichtigt werden. Die Piloten sollen die geografischen Merkmale, die Schifffahrtswege, die Wassertiefe, die Wasserströmung, die Anordnung der Navigationshilfen und die lokalen Regeln und Vorschriften sehr gut beherrschen und über Manipulationstechniken bei einer großen Schwierigkeit beim Anlegen am Pier verfügen. Aufgrund dessen haben die Piloten nicht nur eine sehr hohe Arbeitsintensität, darüber hinaus sollen sie eine Vielzahl von Sicherheitsrisiken übernehmen.
Im Bereich des Wassertransportes hat schlechtes Wetter, vor allem der Nebel eine ernste Auswirkung auf die glatten Wasserstraßen. Die Marine-Statistiken zeigen, dass die Mehrheit der Seeunfälle in der Nacht und bei schlechte Sicht auftritt, dabei nehmen die bei schlechter Sicht aufgetretenen Seeunfälle eine Mehrheit ein, während der Nebel einen der wichtigsten Faktoren zum Bewirken einer schlechten Sicht darstellt. Wenn ein Schiff beim Nebel fährt, können verschiedene Unsicherheitsfaktoren (wie z.B. Schiffsdynamik, subjektive Absicht des Fahrers usw.) häufig dazu führen, dass der Fahrer eine falsche Entscheidung trifft, was das Auftreten der Seeunfälle verursacht. Die zurzeit zur Navigationshilfe des Schiffs benutzten Geräte sind hauptsächlich das Radarnavigationssystem und ein System zur automatischen Identifikation.
In Hinsicht auf das Pilotage wird der Nebel die Wirkung der visuellen Beobachtung der Piloten schwerwiegend beeinträchtigen, was dazu führt, dass die Piloten die Haltung des Schiffs bezüglich des Anlegeplatzes am Pier nicht beurteilen können und somit das Schiff zum sicheren Anlegen nicht führen können. Verschiedene Häfen und Wasserstraßen haben unterschiedliche hydrologische Verhältnisse, aber ein Schiff soll sich in der Regel verlangsamen, wenn die Sicht 1 Seemeile unterschreitet, üblicherweise wird ein großes Schiff mit dem Fahren aufhören, wenn die Sicht 1000m unterschreitet. Beim Nebel besteht eine schlechte Sicht, sind häufig ernste Unfälle vorgekommen, z.B. ein großes Schiff auf die Brückenpfeiler stößt, gleichzeitig wird das neblige Wetter das Durchgehen des Schiffs durch die Dämme beeinflussen, was dazu führt, dass beim Nebel die Schiffe mit dem Durchgehen durch die Dämme aufhören müssen. Daher beeinträchtigt das neblige Wetter nicht nur die Sicherheit des Fahrens des Schiffs Segeln, sondern es beeinträchtigt auch ernsthaft die Durchgängigkeit von Wasserstraßen und Hafenlogistik.
Zurzeit werden die Schiffe beim Fahren und Anlegen einige Radionavigationssysteme benutzen, wie Radar. Aber das Radarsystem kann in Betrieb durch externe Faktoren wie Klima, Topographie und externe Störung beeinträchtigt werden, rücksichtlich der Situation, dass der Radar in der Regel an einer höheren Position des Schiffs angeordnet ist und somit die Lage mit einem größeren Abstand zum Schiff erfassen kann und die Lage mit einem kleineren Abstand zum Schiff schwierig erfassen kann, hat das Radarsystem beim Anlegenavigationsprozess des Schiffs eine große Beschränkung. Zurzeit wird die Anlegelösung des Schiffs in der Regel mittels des visuellen Verständnisses und der Beurteilung der Piloten festgestellt. Um mögliche Sicherheitsvorfälle zu vermeiden, muss es festgelegt werden, dass bei schlechtem Wetter das Schiff mit dem Fahren aufhören soll.
In Anbetracht der tatsächlichen Bedürfnisse der heutigen riesigen Menge an Frachttransport und der Passagierzahlen sind einige Navigationshilfsanlagen für die Bedingungen bei schlechtem Wetter schon entwickelt, wie Radarnavigationssystem und System zur automatischen Identifikation (AIS) usw. auf dem maritimen Gebiet. Solche Navigationshilfsanlagen können zum gewissen Grad dem Fahrer beim Fahren beim schlechtem Wetter helfen, aber unter Einflüssen durch die Technik, die Kosten, die Genauigkeit und den Platz usw. bestehen noch viele Mängel.
Das Radarnavigationssystem und das System zur automatischen Identifikation (AIS) aus dem Stand der Technik gehören beides zum Funkkommunikations-Navigationshilfssystem. Als ein häufig benutztes Verfahren zur Navigationshilfe des Schiffs spielt das Radarnavigationssystem für die Schiffe eine Rolle in der Positioniernavigation und der Kollisionsvermeidung, aber es selbst hat auch unvermeidbare Mängel. Z.B. bei schlechten Wetterbedingungen (z.B. beim Wetter mit Regen, Schnee und Sturm) ist das Radarnavigationssystem unter Wirkung der Störung der Welle, des Regens und des Schnees anfällig für die Generierung einer Störungswelle, die Radarausrüstungen mit gleicher Frequenz oder annähernder Frequenz können beim Nahabstand ebenfalls eine Interferenzwelle des Radars gleicher Frequenz erzeugen. Darüber hinaus hat der Radar in der Regel eine feste blinde Zone von 30 bis 50 m, unter Einflüssen vom Mast des Schiffs usw. wird ein sektorförmiger Schattenbereich erzeugt, unter Einflüssen von komplizierten Lagen wird der Radar verschiedene Störechos erzeugen, z.B. Mehrfachabtastungs-Störechos, Sekundärabtastungs-Störechos, Indirektreflexions-Störechos und Nebenklappen-Echos und andere Störechos. In der tatsächlichen Anwendung kann das Bedienungspersonal alle obigen Interferenzstörungen und Störechos häufig schwer identifizieren, oder die Beobachtung wird somit beeinträchtigt, dadurch wird eine falsche Führung in Hinsicht auf die Sicherheit des Fahrens bewirkt.
Das System zur automatischen Identifikation des Schiffs (AIS) ist ein satellitengestütztes Positioniergerät und seine Genauigkeit beträgt in der Regel 5–30 m. Da keine blinde Zone besteht, ist die Positioniergenauigkeit von AIS besser als die des Radars, und sie ändert sich nicht mit der Änderung des Abstands des Objekts und der Position, dabei ist AIS durch landgestützte Einrichtungen (Basisstation) und Schiffausrüstung gemeinsam ausgebildet, und AIS ist ein neuartiges digitales Navigationshilfssystem und Gerät, in dem die Netzwerktechnik, die moderne Kommunikationstechnik, die Computertechnik und die elektronische Informationsanzeigetechnik einteilig integriert sind. Im Wesentlichen ist AIS ein Funkweitergebesystem und arbeitet am maritimen mobilen Kommunikationsfrequenz VHF, AIS kann die Informationen des Schiffs wie Schiffbezeichnung, Rufzeichen, maritime mobile Identifikationsnummer, Position, Kurs, Geschwindigkeit usw. automatisch an ein anderes Schiff oder an Land übertragen, mit einer hohen Aktualisierungsrate verarbeitet AIS die Multi-Kanäle-Kommunikation und erfüllt mittels einer Selbstzeitkontrolle-Adressendivisions-Verbindungstechnik die hohe Dichte der Kommunikation, um die Zuverlässigkeit und die Echtzeitleistung bei der Bedienung zwischen den Schiffen sowie dem Schiff und dem Land sicherzustellen. Aber AIS hat auch viele Einschränkungen. Zuerst bietet AIS gleich wie Radarnavigationssystem keine echten visuellen Bilder, was hinsichtlich der Navigation beim Anlegen beim Nebel keine wesentlichen Hilfen bietet. Da die Piloten die Umgebung nicht sehen können, hört das Schiff immer noch zwingend mit dem Fahren auf; darüber hinaus beträgt die Genauigkeit von AIS 5–30 m, dadurch kann die Bedürfnisse der Kollisionsvermeidung möglicherweise erfüllt werden, aber in Hinsicht auf das Anlegen mit einem kleinen Abstand kann eine Genauigkeitsabweichung von 5 m sehr leicht dazu führen, dass ein großes Schiff zum kritischen Moment beim Anlegen einen schwerwiegenden Kollisionsunfall mit dem Pier oder Leichter hat.
Zusammenfassend gesagt, können die beiden Navigationsgeräte aus dem Stand der Technik – Radarnavigationssystem des Schiffs und im Schiff geladenes AIS – bei der Nahabstandsnavigation in den Atmosphärenbedingungen mit schlechter Sicht die Anforderungen an sicheres Anlegen des Schiffs am Land noch nicht erfüllen.
Seit den letzten Jahren ist aus dem Stand der Technik ein solar-blindes ultraviolettes Navigations- und Anlegesystem entwickelt. Mit dem solar-blinden ultravioletten Phänomen des Wellenbandes von 200–280 nm ist am Ufer eine Lampengruppe mit einer solar-blinden ultravioletten Lichtquelle angeordnet und an dem zu navigierenden und anzulegenden Schiff ein solar-blinder ultravioletter optischer Detektor angeordnet. Anhand eines durch den Detektor erhaltenen solar-blinden ultravioletten optischen Signals wird die Position des Schiffs bezüglich des Piers schließlich erhalten, um ein sicheres Anlegen zu realisieren. Z.B. offenbart eine chinesische Patentanmeldung "ein auf dem solar-blinden ultravioletten optischen Signal basierendes Navigations- und Anlegesystem" mit der Anmeldungsnummer 2012105507102 ein solar-blindes ultraviolettes optisches Hilfsanlegesystem. Das System umfasst ein solar-blindes ultraviolettes Lichtquellensystem, einen dreiachsigen elektronischen Kompass, ein optisches Abbildungsmodul und ein Informationsverarbeitungsterminal. Der dreiachsige elektronische Kompass ist mit dem optischen Abbildungsmodul verbunden, um die verschiedenen Winkelinformationen beim Rotieren des optischen Abbildungsmoduls zu erhalten; wobei das optische Abbildungsmodul einen dichroitischen Spiegel, einen Abbildungskanal des sichtbaren Lichts oder Infrarotlichts und einen Abbildungskanal des solar-blinden UV-Lichts umfasst, und wobei der Abbildungskanal des sichtbaren Lichts oder Infrarotlichts ein Signal des sichtbaren Lichts empfängt und ein Video-Signal des sichtbaren Lichts oder Infrarotlichts ausgibt, und wobei der Abbildungskanal des solar-blinden UV-Lichts ein solar-blindes ultraviolettes optisches Signal empfängt und ein solar-blindes ultraviolettes optisches Video-Signal ausgibt; und wobei das Informationsverarbeitungsterminal dazu verwendet wird, anhand des digitalen Signals des Zweikanäle-Videos die Fahrhaltungsdaten des Schiffs zu errechnen und ein Composite-Video ans Anzeigesystem auszugeben. In der Patenanmeldung ist der dreiachsige elektronische Kompass mit dem optischen Abbildungsmodul verbunden, um die verschiedenen Winkelinformationen beim Rotieren des optischen Abbildungsmoduls zu erhalten, am Ende werden die Winkelinformationen des Schiffs bezüglich der Küstenlinie erhalten. Allerdings hat das System noch Mängel. Z.B. beim Verwenden des dreiachsigen elektronischen Kompasses besteht manchmal eine riesige Magnetfeldstörung, so dass die erhaltenen Daten eine Abweichung haben, somit kann ein relativ genauer Abstand des Schiffkörpers zur Anlegeküstenlinie schwierig erhalten werden, so dass das Anlegen immer noch schwierig ist. Aufgrund dessen kann der Stand der Technik ein genaues Positionierungsanlegen und Navigation des Schiffs bei nebligem Wetter nicht leicht, genau und sicher sicherstellen.
Offenbarung der Erfindung
Um die obigen Probleme zu lösen, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Anlegeverfahren des Schiffs zur Verfügung zu stellen, bei dem die Detektionstechnik des solar-blinden UV-Lichts und die GPS Positioniertechnik kombiniert werden, um die Haltung des Schiffs bezüglich der Küstenlinie und der Anlegeposition sowie die Daten des relativen Abstandes zu erhalten, wobei das Verfahren für ein sicheres Anlegen des Schiffs verwendet wird. Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System zum Führen des Schiffs zum Anlegen am Ufer zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung verwendet die folgende technische Lösung:
Ein Anlegehilfsverfahren des Schiffs, umfassend eine Anordnung eines solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und eines Datenverarbeitungsmoduls am Schiff, wobei das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul anhand eines empfangenen, durch eine im Voraus am Ufer angeordnete solar-blinde ultraviolette Lichtquellenmatrix ausgegebenen solar-blinden ultravioletten optischen Signals die Information der Positionsbeziehung zwischen dem Schiff und der einschlägigen Anlegeposition messt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter Folgendes umfasst:

1) Anordnung von mindestens zwei GPS-Signalempfangsmodulen, wobei mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul davon am Schiff angeordnet ist, um ein Positionssignal des Schiffs von einschlägigen Satelliten zu empfangen;
2) das Datenverarbeitungsmodul umfasst ein Signalempfangselement und kann auf eine verdrahtete und/oder drahtlose Weise auf das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und das GPS-Signalempfangsmodul abgestimmt sein, vom solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodul und GPS-Signalempfangsmodul die Daten bezüglich der Schiffposition empfangen, die Koordinatenwerte des Bezugspunkte des Schiffs errechnen und anhand der Positionsdaten des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und des am Schiff installierten GPS-Signalempfangsmoduls den Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Küstenlinie der Anlegeposition feststellen.

Dabei kann die Haltung des Schiffs bezüglich der Küstenlinie der Anlegeposition durch die Positionskoordinaten von einigen Bezugspunkten am Schiff dargestellt werden. Sie kann ebenfalls durch die Koordinaten eines Bezugspunkts im Zusammenhang mit mindestens einem Haltungswinkel des Schiffs dargestellt werden. Der Haltungswinkel ist mindestens ein Winkel von verschiedenen die Haltung des Schiffs darstellenden Winkeln, wie Fahrrichtungswinkel, Nickwinkel und Querrollwinkel usw. Das GPS-Verfahren und System in der vorliegenden Erfindung umfassen technisch ein GNSS-System (Global Navigation Satellite System) und ähnliche Systeme und beziehen sich auf eine Technik, bei der mittels eines um die Erde rotierenden synchronen Satelliten eine Positionierung des Objekts auf dem Boden realisiert wird. Solche Technik umfasst GPS von den USA, BeiDou-System von China, Galileo-System von Europa und GLONASS-System von Russland usw.
Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann das GPS-Signalempfangsmodul derart angeordnet sein, dass am Ufer mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul angeordnet ist und am Schiff mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul installiert ist; wobei jedes GPS-Signalempfangsmodul am Schiff und das GPS-Signalempfangsmodul am Ufer aufeinander abstimmt arbeiten, um ein GPS-Differenzsystem auszubilden, und wobei das GPS-Signalempfangsmodul am Ufer als GPS-Hauptstation und das GPS-Signalempfangsmodul am Schiff als GPS-Nebenstation verwendet wird, und wobei mittels der GPS-Hauptstation die Genauigkeit der durch die GPS-Nebenstation durchgeführten Messung für die Daten der Position und des Haltungswinkels des Schiffs verbessert wird; und wobei die GPS-Hauptstation nach Empfangen der Positionsdaten vom einschlägigen Satelliten nicht nur sie unmittelbar ans Datenverarbeitungsmodul übertragen, um die Positionsdaten des Schiffs zu erhalten, als auch die Positionsdaten und andere Daten, welche förderlich für die Verbesserung der Genauigkeit der Positionsdaten der GPS-Nebenstation sind, zuerst an mindestens eine GPS-Nebenstation übertragen kann, und wobei die GPS-Nebenstation nach dem Kombinieren der empfangenen GPS-Positionsdaten die Daten verarbeitet und dann die Daten ans Datenverarbeitungsmodul überträgt, um die Positionsdaten des Schiffs zu erhalten.
Dabei kann das Kommunikationsverfahren zwischen der GPS-Hauptstation am Ufer (Uferbasis) und der GPS-Nebenstation am Schiff z.B. derart sein, dass die GPS-Hauptstation am Ufer das Signal auf eine gesendete oder gerichtete Weise unmittelbar an die GPS-Nebenstation am Schiff (Schiffbasis) überträgt. Es ist ebenfalls möglich, dass die GPS-Hauptstation der Uferbasis auf eine entfernte Weise die Positionsdaten auf eine drahtlose oder verdrahtete Weise zuerst an einen Emissionspunkt (z.B. einen an der Anlegeposition oder in der Nähe von der Anlegeposition angeordneten Emissionspunkt) überträgt und die obigen Positionsdaten von dem Übertragungspunkt mit einer gleichen oder unterschiedlichen Frequenz drahtlos an die GPS-Nebenstation der Schiffbasis überträgt.
Das GPS-Signalempfangsmodul kann ebenfalls derart angeordnet sein, dass alle (mindestens zwei GPS-Signalempfangsmodule) GPS-Signalempfangsmodule an dem anzulegenden Schiff angeordnet sind. Das Datenverarbeitungsmodul ist jeweils mit dem solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodul und dem GPS-Signalempfangsmodul elektrisch verbunden, um die von den obigen jeweiligen Modulen kommenden Daten zu verarbeiten, wobei anhand der empfangenen Daten des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls die Koordinatenwerte des Schiffs errechnet werden, und wobei anhand der durch das GPS-Signalempfangsmodul aus dem einschlägigen Satelliten empfangenen Positionsinformationen der Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Küstenlinie oder der Anlegeposition festgestellt wird.
In diesem Verfahren führt das Datenverarbeitungsmodul mit dem normalisierten Autokorrelationsalgorithmus eine Integrationsverarbeitung für die durch die beiden solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodule empfangenen Koordinatendaten oder Haltungswinkeldaten durch. Die konkreten Schritte umfassen Folgendes: bei der Integrationsverarbeitung für die Koordinatendaten stehen x, y und z jeweils für die Dreiachsenkoordinate der Position des solar-blinden ultravioletten Empfangsmoduls, wobei der Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) für die i. Gruppe von Positionierungsdaten von den durch die Systeme in einer Anzahl von N zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung steht; und wobei i = 1, 2, 3 ... N, und wobei N für die Anzahl der Quellen der verwendeten ursprünglichen Positionsdaten steht, z.B.: wenn eine Integrationsverarbeitung für die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und drei GPS-Signalempfangsmodule erhaltenen Koordinatenwerte durchgeführt wird, N = 4; wenn eine Integrationsverarbeitung für die durch drei GPS-Signalempfangsmodule erhaltenen Koordinatenwerte durchgeführt wird, N = 3. Die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung werden derart erhalten, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Empfangsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden. Die spezifische Transformationsmethode ist wie folgt:

(1) Feststellen eines Bezugspunkts, wobei der Bezugspunkt sowohl die Position irgendeines Messmoduls unter dem solar-blinden ultravioletten Empfangsmodul und dem GPS-Signalempfangsmodul als auch ein anderer Punkt sein kann;
(2) Messen des Abstandes zwischen den anderen jeweiligen Messmodulen und dem Bezugspunkt und des Richtungswinkels (das ist Bezugsrahmenparameter für die Lichtquelle und soll durch Überlagern mit dem Haltungswinkel des Schiffs festgestellt werden), um einen entsprechenden Umwandlungsvektor zu erhalten;
(3) Die durch die jeweiligen Messmodule erhaltenen Parameter der relativen Positionskoordinaten und der Umwandlungsvektor werden addiert, um die transformierten Positionierungsdaten zu erhalten.

Mit dem normalisierten Autokorrelationskoeffizient NCC wird die Zuverlässigkeit der durch jedes System zurück gemeldeten Positionierungsdaten dargestellt, wobei die Formel wie folgt ist:
j = 1, 2, 3 ... N;
Ein Schwellenwert G des Mittelwerts der Zuverlässigkeit eines durch alle solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodule und GPS-Signalempfangsmodule ausgebildeten Detektionssystems wird eingestellt, wobei mittels des Schwellenwerts die Positionierungsdaten mit einem relativ niedrigen NCC filtriert werden und am Ende das endgültigen Gewicht der Zuverlässigkeit des Systems erhalten wird, und wobei die Formel wie folgt ist:
Dadurch werden die endgültigen angepassten Positionierungsdaten bezüglich der Position des Schiffs erhalten:
Anhand der durch die GPS-Signalempfangsmodule in einer Anzahl von N – 1 angepassten Koordinatenwerte werden die angepassten Haltungswinkeldaten des Schiffs umgerechnet.
Bei der Integrationsverarbeitung für die Positionsdaten des Schiffs kann es darum handeln, dass eine Integrationsverarbeitung für die durch das GPS-Signalempfangsmodul erhaltenen Positionsdaten durchgeführt wird oder mit den durch das solar-blinde ultraviolette Modul erhaltenen Positionsdaten und den durch das GPS-Signalempfangsmodul erhaltenen Positionsdaten eine Integrationsverarbeitung durchgeführt wird und somit die angepassten Positionsdaten bezüglich des Schiffs erhalten werden.
Weiter kann mit dem Datenfusionsalgorithmus eine Integrationsverarbeitung für die erhaltenen Koordinatendaten oder Haltungswinkeldaten durchgeführt sein.
Dabei kann ein weiteres Verfahren verwendet sein. Z.B. sind die durch das solar-blinde ultraviolette Modul erhaltenen Positionsdaten relativ genau, zurzeit kann es realisiert werden, dass das Zentimeter-Niveau nicht unterschritten wird. Die mit dem GPS-Signalempfangsmodul erhaltenen Positionsdaten haben eine relativ schlechte Genauigkeit, zurzeit kann nur das Dezimeter-Niveau erreicht werden. Aufgrund dessen kann eine bessere Auswirkung erreicht werden, wenn die durch das GPS-Signalempfangsmodul aus dem einschlägigen Satelliten empfangenen Koordinatendaten mit einer relativ identischen Genauigkeit normalisiert werden.
Gemäß dem Verfahren und der Einrichtung der vorliegenden Erfindung (die gesamte Erläuterung und Definition für die Einrichtung siehe z.B. folgende Inhalte der Beschreibung) kann beim Anordnen der GPS-Signalempfangsmodule am Schiffe der Abstand zwischen den GPS-Signalempfangsmodulen relativ groß eingestellt werden, um die Systemabweichung der gemessenen Koordinaten und der Winkeldaten zu reduzieren.
Gemäß dem Verfahren und der Einrichtung der vorliegenden Erfindung kann beim Anordnen der GPS-Signalempfangsmodule am Schiffe der Abstand zwischen den GPS-Signalempfangsmodulen und dem solar-blinden ultravioletten Modul relativ groß eingestellt werden, um die Systemabweichung der gemessenen Koordinaten und der Winkeldaten zu reduzieren.
Gemäß dem Schiffsanlegeverfahren der vorliegenden Erfindung kann vor dem Messen das solar-blinde ultraviolette Empfangsmodul abgegrenzt werden, um die photoelektrischen Parameter der solar-blinden ultravioletten Kamera bezüglich der Messung festzustellen. Die beim Abgrenzen betroffenen systematischen photoelektrischen Parameter Folgendes: Brennweite f_x und f_y auf x- und y-Richtung in der Einheit von Pixeln, Bezugspunkt c_x und c_y in der Abbildungsebene und Radialverzerrungskoeffizienten k_x und k_y auf x und y-Richtung.
Beim Schiffsanlegeverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Leistungssteuerungssystem des Schiffs bevorzugt mit dem Navigationssystem gekoppelt, empfängt periodisch das Anlegeabstandsignal des Moduls des solar-blinden UV-Lichts und anhand des Signals die Haltung des Schiffs kontinuierlich und automatisch einstellen, um ein Anlegen durchzuführen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung offenbart die vorliegende Erfindung weiter ein Schiffsanlegesystem. Das Schiffsanlegesystem umfasst ein solar-blindes ultraviolettes Abbildungsmodul, welches am Schiff angeordnet ist und anhand eines empfangenen Lichtsignals einer im Voraus am Ufer angeordneten solar-blinden ultravioletten Lichtquellenmatrix die Information der Positionsbeziehung zwischen dem Schiff und der einschlägigen Anlegeposition messt; ein Datenverarbeitungsmodul, welches mit dem solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodul elektrisch verbunden ist und die empfangenen Daten des solar-blinden ultravioletten Moduls verarbeitet, um die Koordinaten des Schiffs zu erhalten, wobei das Schiffsanlegesystem weiter Folgendes umfasst: mindestens zwei GPS-Signalempfangsmodule, wobei mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul am Schiff installiert ist, und wobei jedes GPS-Signalempfangsmodul einen Satellitensignalempfangsabschnitt zum Empfangen des Positionierungssignals von dem einschlägigen Satelliten und einen Signalübertragungsabschnitt zum Übertragen des empfangenen Satellitensignals ans Datenverarbeitungsmodul umfasst; und wobei das Datenverarbeitungsmodul mit dem GPS-Signalempfangsmodul elektrisch verbunden ist und die von dem einschlägigen Satelliten empfangenen Positionierungsdaten verarbeitet; und wobei der Haltungswinkel des Schiffs dadurch festgestellt wird.
In einer bevorzugten Lösung können alle GPS-Signalempfangsmodule im Schiffsanlegesystem gemäß der vorliegenden Erfindung am Schiff installiert sein.
In einer anderen bevorzugten Lösung umfasst das Schiffsanlegesystem gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul, welches am Schiff installiert ist und als GPS-Signalempfangsmodul der Schiffbasis verwendet wird. Jedes GPS-Signalempfangsmodul der Schiffbasis arbeitet abstimmt mit einem am Ufer angeordneten GPS-Signalempfangsmodul, um ein GPS-Differenzsystem auszubilden. Dabei dient das GPS-Signalempfangsmodul am Ufer als GPS-Hauptstation und das GPS-Signalempfangsmodul am Schiff als GPS-Nebenstation; wobei die GPS-Nebenstation von dem einschlägigen Satelliten eigene Positionsdaten empfängt, von der GPS-Hauptstation die Positionsdaten der GPS-Hauptstation und andere Daten, welche förderlich für die Verbesserung der Genauigkeit der Positionsdaten der GPS-Nebenstation sind, empfängt und die Daten verarbeitet oder die Daten ans Datenverarbeitungsmodul zum Durchführen einer Verarbeitung überträgt, um die die Position und den Haltungswinkel des Schiffs darstellenden Daten zu erhalten.
Wenn in der Lösung des GPS-Differenzsystems nur ein GPS-Signalempfangsmodul der Schiffbasis am Schiff installiert ist, kann mittels des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und des GPS-Signalempfangsmoduls der Schiffbasis jeweils ein relativ genauer, das Schiff darstellender Positionswert erhalten werden, wobei die beiden Positionswerte die Position und den Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Anlegeposition entscheiden können.
Wenn in der Lösung des GPS-Differenzsystems zwei oder mehr als zwei GPS-Signalempfangsmodul der Schiffbasis am Schiff installiert sind, werden in einem Verfahren mittels des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls die Positionswerte des Schiffs erhalten, und mittels der mehreren GPS-Signalempfangsmodule der Schiffbasis wird der Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Anlegeposition erhalten. Wenn das GPS-Differenzsystem eine ausreichend gute Genauigkeit hat, können im anderen Verfahren die Positionierungsinformationen irgendeines GPS-Signalempfangsmoduls der Schiffbasis als Positionsinformationen des Schiffs verwendet werden, während mittels der Positionsinformationen des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls oder eines anderen GPS-Signalempfangsmoduls der Schiffbasis der Haltungswinkel des Schiffs umgerechnet wird; oder mittels der zur Positionierung verwendeten Positionsinformationen des GPS-Signalempfangsmoduls der Schiffbasis und der Positionsinformationen des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls oder eines anderen GPS-Signalempfangsmoduls der Schiffbasis wird der Haltungswinkel des Schiffs umgerechnet.
Bevorzugt können das Verfahren und das System gemäß der vorliegenden Erfindung den normalisierten Autokorrelationsalgorithmus verwenden und die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und/oder mehrere GPS-Signalempfangsmodule erhaltenen Daten verarbeiten. Mit dem Verarbeitungsverfahren der normalisierten Autokorrelation können durch die integrierte Analyse der Fehler ein Schwellenwert der Mittelwert der Zuverlässigkeit aller Systeme und die Lage der Zuverlässigkeit jedes Moduls (des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und des GPS-Signalempfangsmoduls der Schiffbasis) erhalten werden, mittels des Schwellenwerts werden die Positionierungsdaten mit einer relativ schlechten Zuverlässigkeit filtriert, am Ende wird das endgültige Gewicht der Zuverlässigkeit jedes Moduls erhalten, danach wird eine gewichtete durchschnittliche Berechnung für jedes Modul mittels des Gewichts der Zuverlässigkeit durchgeführt, dann können endgültige Daten erhalten werden. Beim Herstellen des Systems der vorliegenden Erfindung kann der normalisierte Autokorrelationsalgorithmus in Form einer Hardware (z.B. IC, ASIC oder FPGA) und/oder einer Software im System integriert werden, so dass der Algorithmus zu einem Bestandteil des Systems der vorliegenden Erfindung wird.
Gemäß einer weiteren Verbesserung des Schiffsanlegesystems der vorliegenden Erfindung verwendet das Datenverarbeitungsmodul hinsichtlich der Gestaltung der Software und Hardware den Datenfusionsalgorithmus, um eine Integrationsverarbeitung für die erhaltenen Koordinatendaten oder Haltungswinkeldaten durchzuführen. Der Datenfusionsalgorithmus kann z.B. wie folgt sein:
Mit der aus den Messdaten der jeweiligen Untersysteme tatsächlich errechneten mittleren quadratischen Wurzelabweichung rmse (root-mean-square-error) wird die Zuverlässigkeit der durch jedes Untersystem zurück gemeldeten Daten beurteilt. Die Details sind wie folgt:

(1) Wenn integrierten Daten Positionierungsdaten sind, werden die durch N Gruppen von den Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung durch einen Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) dargestellt, wobei i = 1, 2, 3 ... N, und wobei die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung derart erhalten werden, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden; a) Mit der aus den Messdaten der jeweiligen Untersysteme tatsächlich errechneten Wurzel aus der mittleren quadratischen Abweichung rmse wird die Zuverlässigkeit der durch jedes Untersystem zurück gemeldeten Daten beurteilt, wobei die Gleichung zum Berechnen der mittleren quadratischen Wurzelabweichung der Messdaten der jeweiligen Untersysteme wie folgt ist:

Dabei steht rmse für die mittlere quadratische Wurzelabweichung, wobei x_i für die Messdaten der jeweiligen Messsubsysteme an der X-Achse-Koordinate zum Zeitpunkt i steht, und wobei x_f für den Wellenfilterungswert der Daten x_i zum Zeitpunkt i steht, und wobei n für die Gesamtanzahl der Messdaten steht, nämlich die Anzahl der Subsysteme; und wobei der Wellenfilterungswert zum Zeitpunkt i durch das Kalman-Wellenfilterungsverfahren erhalten wird;

b) Feststellen des Gewichts: nach der robusten statistischen Theorie können die Informationen in den Daten in drei Sorten aufgeteilt: gültige Informationen, verwendbare Informationen und schädliche Informationen. Hinsichtlich der drei Sorten von Daten kann es durch eine Verteilung von verschiedenen Gewichten ermöglicht werden, dass sie verschiedene Rollen spielen. Aufgrund dessen ist es beim Verteilen der Gewichte ein Segmentierverfahren verwendet, dabei können die gültigen Informationen beim Verschmelzen völlig akzeptiert werden, die verwendbaren Informationen werden nach einer bestimmten Kurvenvariierung ausgewählt, und die schädlichen Informationen oder ungültigen Informationen werden völlig abgenommen. Durch eine Kurvenanpassung werden die Gewichte verteilt:

Dabei ist ω Gewicht, der Parameter b ist das Minimum zum Beurteilen des Ausreißers, und der Parameter a ist der Grenzwert zwischen den gültigen Werten und den verwendbaren Werten. Wenn der Fehler höher als b ist, wird es als Ausreißer angesehen, und es entspricht dem Gewicht 0; wenn der Fehler niedriger als a ist, wird es als gültiger Wert angesehen, und es entspricht dem Gewicht 1, das Gewicht des mittleren verwendbaren Werts wird nach der Kurve y = f(x) geboten, und f(x) soll folgende Bedingungen erfüllen: im Abschnitt (a, b) verringert f(x) sich rasch mit der Zunahme des Fehlers, und für f(x) wird ein folgender Ausdruck verwendet:
Dabei sind μ und σ jeweils der Mittelwert und die Varianz in einer Normalverteilung; da die normale Kurve im Bereich x > μ die Eigenschaften der abnehmenden Funktion hat, erfolgt hier μ = 0, in der Tat wird eine Semi-Normalverteilungskurve verwendet, weiter ändert sich der Ausdruck wie folgt:
, nach der 3σ-Regel wird der σ-Wert gegeben, mit dem Verfahren der Gewichtsverteilung der Normalkurvenanpassung kann es mit der folgender Gleichung erhalten werden:
Darüber hinaus erfolgt
dabei steht rmse_ki für die mittlere quadratische Wurzelabweichung des i. Systems zum Zeitpunkt k, und a_ki steht für das Gewicht des i. Systems zum Zeitpunkt k;

c) Die endgültige Datenfusion hat ein folgendes Ergebnis:

Dabei steht X ^_ki für den Fusionswert zum Zeitpunkt k, und x_ki steht für die erhaltenen Messdaten der jeweiligen Untersysteme zum Zeitpunkt k;

d) Mit dem gleichen Verfahren wie Schritte a) bis c) werden die endgültigen Ergebnisse der Datenfusion des Y-Achse-Koordinatenwerts y und des Z-Achse-Koordinatenwerts z errechnet; (2) Wenn die integrierten Daten Haltungswinkeldaten sind, wird ein Vektor q_i(α_i, β_i, γ_i) zum Darstellen der durch N Gruppen von Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von Haltungswinkeldaten verwendet, dabei erfolgt i = 1, 2, 3 ... N; dann wird das gleiche Verfahren wie Schritt (1) verwendet, um die Haltungswinkeldaten nach der Integration errechnet.

Dabei kann ein weiteres Datenfusionsverfahren verwendet werden, dabei ist der konkrete Schritt wie folgt:

(1) Wenn integrierten Daten Positionierungsdaten sind, werden die durch N Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten p_i(x_i, y_i, z_i) nach der Winkel- und Raumvariierung durch einen Vektor dargestellt, dabei erfolgt i = 1, 2, 3 ... N, und wobei die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung derart erhalten werden, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden; a) Errechnen der Standarddifferenz jeder Koordinatenreihe in den Positionierungsdaten: durch Errechnen der Standarddifferenz jeder Koordinatenreihe in den durch N Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten dient es als Grundlage für Beurteilen der Ausreißerdaten in den jeweiligen Koordinatenreihen unter den N Gruppen von den Daten; wobei die Standarddifferenz der Koordinatenreihe wie folgt ist:

Dabei erfolgt index☐ (x, y, z), dann steht σ_index für die Standarddifferenz der jeweiligen Koordinatenreihen in den N Gruppen von den Daten, wobei X_index für N Gruppen von den Messdaten steht, und wobei jede Gruppe Koordinatenwerte (x, y, z) enthält, und wobei X_index für den Mittelwert der N Gruppen von den Daten steht, nämlich einen durch die Mittelwerte der jeweiligen Koordinatenreihen ausgebildeten eindimensionalen Vektor;

b) Anhand der errechneten Standarddifferenz werden die Ausreißerdaten in jeder Koordinatenreihe erhalten, wobei die Beurteilung der Ausreißerdaten durch die folgende Gleichung realisiert wird:

outliters = |X_index – X _index| > C·σ_index (11)

Dabei steht outliters für die erhaltenen Ausreißerdaten, wenn in der durch x, y, z ausgebildeten Gruppe von den Koordinatendaten ein Koordinatenwert in der befindlichen Reihe als Ausreißerdaten beurteilt wird, wird die Gruppe von den Koordinatenwerten als Ausreißerdaten in den N Gruppen von den Koordinatendaten beurteilt; c ist ein konstanter Koeffizient und wird nach Versuchserfahrungen und Bedürfnissen bestimmt, die Konstante kann derart festgestellt werden, dass durch eine große Menge an Versuchen der Schwankungsbereich der Testwerte beurteilt wird und ein symmetrischer Bereich, bei dem ein Mittelwert der Testwerte als Mitte dient, genommen wird, so dass eine große Menge an aufgetretenen unangemessenen Punkte sich außerhalb des Bereichs befindet, und wobei die Hälfte der Länge des Bereichs C ist;

c) Die Ausreißerdaten werden aus den N Gruppen von den ursprünglichen Messdaten ausgeschlossen, dann wird die erhaltene neue Positionierungsdatenreihe als X' bezeichnet, wobei die Dimension N' ist, dann wird eine durchschnittliche Datenfusion gleichen Gewichts für X' durchgeführt, und die erhaltenen endgültigen Fusionsdaten sind wie folgt:

Dabei steht X ^' für die endgültigen Positionierungsdaten nach der Datenfusion;

d) Mit dem gleichen Verfahren wie Schritte a) bis c) werden die endgültigen Ergebnisse der Datenfusion des Y-Achse-Koordinatenwerts y und des Z-Achse-Koordinatenwerts z errechnet; (2) Wenn die integrierten Daten Haltungswinkeldaten sind, wird ein Vektor q_i(α_i, β_i, γ_i) zum Darstellen der durch N von Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von Haltungswinkeldaten verwendet, dabei erfolgt i = 1, 2, 3 ... N; dann wird das gleiche Verfahren wie Schritt (1) verwendet, um die Haltungswinkeldaten nach der Integration errechnet.

Dabei umfasst das algorithmische Verfahren Folgendes: (1) Errechnen der Standarddifferenz jeder Koordinatenreihe in den Positionierungsdaten; (2) Erhalten der Ausreißerdaten in jeder Koordinatenreihe anhand der errechneten Standarddifferenz; (3) Ausschließen der Ausreißerpunkte aus den ursprünglichen Messdaten; (4) Errechnen der endgültigen Positionierungsdaten mit dem Verfahren der gewichteten Durchschnittsdatenfusion, um die Menge von y zu erhalten.
Oben werden die Lösungen des Verfahren und der Einrichtung der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft erläutert. Der Fachmann auf diesem Gebiet kann anhand der obigen Inhalte ohne Abweichung von den gesamten Gedanken der vorliegenden Erfindung verschiedene detaillierte Realisierungen durchführen. Z.B. werden in der obigen Erläuterung der vorliegenden Erfindung üblicherweise die durch das Empfangsmodul des solar-blinden UV-Lichts erhaltenen Positionsdaten als Hauptbasis der Position des Schiffs verwendet. Wenn in einer detaillierten Realisierung die Genauigkeit der Positionierungsdaten der GPS-Systems der Positioniergenauigkeit des Empfangsmoduls des solar-blinden UV-Lichts entspricht, können die durch das GPS-System erhaltenen Positionsdaten als Hauptbasis für die durch das Verfahren und die Einrichtung der vorliegenden Erfindung erwünschten Positions- und Winkelinformationen verwendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Positionsinformationen des Schiffs bezüglich der Anlegeposition mit dem solar-blinden ultravioletten Abbildungsverfahren festgestellt; und mit dem GPS-Verfahren werden mindestens zwei GPS-Empfänger verwendet, um den Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Anlegeposition festzustellen, dadurch kann es wirksam ermöglicht werden, dass bei einer sehr niedrigen Sicht ein Schiff in der Nähe vom Ufer sicher anlegen kann. Bevorzugt können bei dem Verfahren und der Einrichtung der vorliegenden Erfindung der normalisierte Autokorrelationsalgorithmus und der Datenfusionsalgorithmus verwendet werden, um eine Integrationsverarbeitung für die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und das GPS-Signalempfangsmodul empfangenen Koordinatendaten und die Winkeldaten durchzuführen und somit die Positioniergenauigkeit zu verbessern. Unter Verwendung des Anlegehilfsverfahren des Schiffs und des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Problem aus dem Stand der Technik erheblich gelöst werden, dass das Schiff beim Anlegen bei nebligem Wetter eine große Schwierigkeit hat und das Navigations- und Anlegeeinrichtung des Schiffs erheblich durch das Wetter und die Umgebung usw. beeinflusst wird. Selbst bei nebligem Wetter kann die vorliegende Erfindung den Piloten anschaulichere, genaue und sichere Fahrinformationen bieten, so dass die Piloten bei nebligem Wetter das Schiff zum Anlegen führen können, darüber hinaus wird das Problem mit der Reibungslosigkeit der Wasserkanäle und Hafenlogistik bei nebligem Wetter gelöst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockbild des Anlege- und Navigationssystems des Schiffs gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Montagepositionsansicht der Einrichtung.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm der Kamerakalibrierung.
4 zeigt eine Ansicht der Matrix des UV-Lichts und der Aufnahmeposition.
5 zeigt eine Positionsansicht der solar-blinden ultravioletten Lampenmatrix.
6(a) zeigt ein Koordinatensystem der Matrix und 6(b) zeigt ein Koordinatensystem der Kamera.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm des Ausführens der Anlegesoftware.
8 zeigt eine schematische Darstellung des Schiffs und der Küstenlinie.
9 zeigt eine schematische Darstellung der Position des Messmoduls.
10 zeigt einen Ablauf des normalisierten Autokorrelationsalgorithmus.
Ausführliche Ausführungsformen
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann ein System zur Verfügung gestellt werden, um die Fähigkeit des Schiffs zur Nahabstand-Navigation bei nebligem Wetter zu verbessern, das System kann die schematische Darstellung des Schiffs und der Küstenlinie sowie die Positionsinformationen anzeigen, durch das Ausgabeinterface des Anzeigegeräts können die Piloten ein Anlegen des Schiffs in Bedingungen mit schlechter Sicht realisieren.
Um das obige Ziel zu erreichen, wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit Figuren und Ausführungsformen im Folgenden näher erläutert. Die folgenden Ausführungsformen stellen nur eine beispielhafte Erläuterung dar, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Lösung in den Ausführungsformen beschränkt. Darüber hinaus sollen alle technischen Lösung, die durch den Fachmann auf diesem Gebiet über einfache Änderungen innerhalb des Bereichs vom Stand der Technik erhalten werden, sollen als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.
Erste Ausführungsform
Ein Blockbild des Systems zur Anlegenavigation des Schiffs ist wie in 1 dargestellt. Die vorliegende Erfindung löst hauptsächlich das Problem mit dem Nahabstandanlegen des Schiffs bei nebligem Wetter. Das Navigationssystem des Schiffs in der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine solar-blinde ultraviolette Lampengruppe 101, zwei GPS-Module 112 und 113, ein solar-blindes ultraviolettes Abbildungsmodul 103, ein Datenverarbeitungsmodul 104 und ein Anzeigegerät 105.
Die GPS-Modul3 112, 113 und das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul 103 sind jeweils am Schiff installiert. Es ist die erste Wahl für die Differenz der Montagepositionen von GPS 112 und 113, dass die Feststellung der Fahrrichtung am besten erleichtert wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Differenz-GPSs jeweils an Decks an beiden Seiten der Kabine installiert, dabei kann die Verbindungslinie zwischen den beiden im Wesentlichen vertikal zur Verbindungslinie zwischen dem Kopf und Heck des Schiffs sein. Unter den beiden Differenz-GPS-Modulen ist das Haupt-GPS-Modul (auch als Hauptstation bezeichnet) 112 an einer Position in der Nähe von der Küstenlinie installiert, dabei ist das Neben-GPS-Modul (auch als Nebenstation bezeichnet) 113 an einer der Küstenlinie abgewandten Position installiert. Das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul 103 ist am Deck an einer Seite des Schiffs installiert. Um die folgende Berechnung zu erleichtern, wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Position ausgewählt, bei der der Abstand zum Schiffkopf und Schiffheck markiert ist, die Abstände des solar-blinden ultravioletten Moduls zum Schiffkopf und Schiffheck sind jeweils L1 und L2 und sind bekannt, dabei werden sie schon am Schiff markiert. Die konkrete Montageposition ist ungefähr wie in 2 dargestellt. Die graue Zone 100 gemäß 1 ist die Küstenlinie, an der das Schiff anlegen wird.
Das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul 103, der Signalprozessor 104 und das Anzeigegerät 105 können einteilig miteinander integriert sein. Das Datenverarbeitungsmodul 104 umfasst ein Informationssammelmodul, ein Berechnungsmodul und ein Speichermodul.
Die vorliegende Ausführungsform hat folgende hauptsächliche Schritte: Schritte 1 bis 3 sind Vorbereitungsarbeiten am Ufer, Schritte 4–5 sind Arbeiten am Schiff.

1. Zuerst wird eine Kamerakalibrierung durchgeführt, um die internen Parameter zu lösen. Es gibt viele Verfahren zur Kamerakalibrierung und Algorithmen zum Lösen der internen Parameter, hier wird bevorzugt die herkömmliche Kalibrierungstechnik oder der Zhang Zhengyou-Kalibrierungsalgorithmus verwendet. Der Kalibrierungsprozess ist wie in 3 dargestellt: Schritt 1-1-1: Anordnung einer Matrix des UV-Lichts, Schritt 1-1-2: Messen der geometrischen Informationen der Matrix des UV-Lichts, Schritt 1-2, Bildaufnahme der Matrix des UV-Lichts durch den UV-Empfänger, die Matrix des UV-Lichts und die Bildaufnahmeposition siehe 4, Schritt 2-1, Extrahieren der Koordinaten, Schritt 2-2, Ermitteln der internen Parameter des Geräts, Erhalten der Koordinaten der Bildebene der bestimmten ultravioletten Lichtquellen, mit dem Kalibrierungsalgorithmus werden die internen Parameter der Kamera ermittelt (fx, fy, cx, cy, kx, ky usw.).
2. Messen der Informationen der Anlegeposition: der durch die Küstenlinie aller Anlegepositionen des anzulegenden Hafens und eine bestimmte Richtung (z.B. Nordrichtung in diesem Beispiel) eingeschlossene Winkel θ wird im Voraus gemessen.

Mit den Differenz-GPSs (einschließlich Hauptstation und Nebenstation 9 oder anderen Gierwinkelmesswerkzeugen wird der Gierwinkel der Küstenlinie der Anlegeposition gemessen. Im Gebrauch der Differenz-GPSs können die Hauptstation und die Nebenstation jeweils an beiden Seiten des Kopfs und Hecks der Anlegeposition platziert werden, und ihre Abstände zur Küstenlinie der Anlegeposition sind im Wesentlichen miteinander identisch.

3. Anordnen einer Lampenmatrix der ultravioletten Lichtquelle und Messen der einschlägigen Positionsinformationen der Lampenmatrix: in einem Zeitraum vor dem Anlegen des Schiffs (z.B. halber Stunde) wird mittels einer solar-blinden ultravioletten Lampengruppe 101 eine Ziellampenmatrix in der Nähe von der Anlegeposition 100 angeordnet, dabei ist die Ziellampenmatrix in einer quadratischen Gitterform, und die Größe der Ziellampenmatrix und die Anzahl der Lampen sind nicht beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Anordnung gemäß 5 verwendet, und die Größe der Lampenmatrix beträgt 8m8m, die Lampen jeder Reihe haben einen identischen Abstand zueinander, dabei besteht ein identischer Reihenabstand.

In der vorliegenden Ausführungsform wird der Abstand zwischen dem Bezugspunkt der Lampenmatrix und dem Anlegeheckkabelpfahl als L2 angeordnet (dabei können Messband und andere Messwerkzeuge verwendet werden, und L2 ist der Abstand des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls 103 zum Heck und ist bekannt, die Anordnung von L2 hat ein Ziel, dass beim Anlegen des Schiffs der solar-blinde ultraviolette Detektor genau auf die Lampenmatrix ausgerichtet werden kann, so dass die X-Richtung des Schiffs bezüglich der Anlegeposition festgestellt werden kann, selbstverständlich kann ein anderer Abstand Ln angeordnet sein, solange der Abstand zwischen L2 und Ln bekannt ist); beim Anordnen der Lampenmatrix wird der vertikale Abstand zwischen der ersten Reihe der Lampenmatrix und dem Kollisionsschutz-Dollbord als L eingestellt (der Abstand kann ebenfalls mit einem Massband und anderen einfachen Längenmesswerkzeugen gemessen werden), wie in 5 dargestellt.

4. Berechnen der Fahrrichtung des Schiffs, der Haltung der Anlegeküstenlinie und der Positionsinformationen. Es umfasst folgende Schritte: Zuerst wird die Beziehung zwischen der Fahrrichtung des Schiffs und der Richtung der Anlegeküstenlinie berechnet, nämlich der durch die Fahrrichtung des Schiffs und die Richtung der Anlegeküstenlinie eingeschlossene Winkel. Die konkreten Schritte sind wie folgt: Die Nebenstation GPS 113 schickt eigene Breiten- und Längenpositionsinformationen an die Hauptstation GPS 112, aus den Breiten- und Längenpositionsinformationen der Nebenstation GPS 113 und eigenen Breiten- und Längenpositionsinformation ermittelt die Hauptstation GPS 112 den Abstand zwischen den beiden, gleichzeitig werden der durch den nach der Hauptstation GPS 112 gerichteten Vektor r der Nebenstation GPS 113 und die Nordrichtung eingeschlossene Winkel α sowie der durch r und die horizontale Richtung eingeschlossene Winkel β erhalten, dabei ist β der Querrollwinkel des Schiffs.

Da der nach der Hauptstation GPS 112 gerichtete Vektor r der Nebenstation GPS 113 vertikal zur Fahrrichtung des Schiffs ist, kann der durch die Fahrrichtung des Schiffs und die Nordrichtung eingeschlossene Winkel γ erhalten werden, γ ist der Fahrrichtungswinkel des Schiffs;
Wenn das Schiff nach rechts anlegt, γ = α – 90°;
Wenn das Schiff nach links anlegt, γ = α + 90°.
Zuerst werden die durch die jeweiligen Küstenlinien der Anlegeposition und die Nordrichtung eingeschlossenen Winkel θ im Voraus eingeschätzt, mit den Winkeln θ und Winkeln γ kann der durch die Fahrrichtung des Schiffs und die Anlegeküstenlinie eingeschlossene Winkel a erhalten werden, a = γ – θ, es wird in Form eines Bilder am Anzeigegerät 105 angezeigt.
Zweitens werden die Positionsinformationen des Schiffs bezüglich der Küstenlinie festgestellt.
Wenn das Schiff einen relativ kleinen Abstand zur Küstenlinie hat, kann das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul alle solar-blinden ultravioletten Signale klar identifizieren. Jetzt werden mittels des Signalprozessors 104 eine Bildverarbeitung und eine Koordinatenvariierung für die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul 103 aufgenommenen Bilder durchgeführt, um die Positionsinformationen X, Y und Z des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls 103 im Lampenmatrix-Koordinatensystem zu erhalten.
Dabei ist R eine Rotationsmatrix, wobei T ein Translationsvektor ist;
Der obige Algorithmus hat folgende detaillierte Schritte:
Durch die Kamerakalibrierung werden die internen Parameter der Kamera, die Gitterkoordinaten und Bildebenenkoordinate im Zielgitterkoordinatensystem (siehe 6) ermittelt, dadurch können die Koordinaten der Kamera im Zielgitterkoordinatensystem und die Drehrichtung ermittelt werden:
Dabei sind (fx, fy, cx, cy) die Parameter der Eigenparameter, R ist die Rotationsmatrix, T ist Translationsvektor, (u, v) sind Bildebenenkoordinaten (in Einheit von Pixeln), (X, Y, Z) sind die Gitterkoordinaten im Zielgitterkoordinatensystem, dabei kann die Gleichung wie folgt vereinfacht werden:
Dabei sind (x, y, z) die Koordinaten des Zielgitters im Koordinatensystem der Kamera (siehe 6), aufgrund dessen können R und T als eine Wandlungsmatrix verstanden werden, welche vom Zielgitterkoordinatensystem ins Koordinatensystem der Kamera umgewandelt wird.
Beim Berechnen der Koordinaten der Kamera im Zielgitterkoordinatensystem sind die internen Parameter (fx, fy, cx, cy) und die Gitterkoordinate (X, Y, Z) im Zielgitterkoordinatensystem feste Werte, die Bildebenenkoordinaten (u, v) werden durch die Bilder in Echtzeit erhalten, aufgrund dessen können die Rotationsmatrix R0 und der Translationsvektor T0 in Echtzeit erhalten werden, welche demselben Zeitpunkt (u0, v0) entsprechen. Wenn danach die Gitterkoordinaten der Kamera im Zielgitterkoordinatensystem zu erhalten sind, soll nur der Ausgangspunkt des Koordinatensystems der Kamera (0, 0, 0) an der linken Seite der Gleichung 2 eingesetzt werden, um (X0, Y0, Z0) an der rechten Seite zu ermitteln, dabei kann Folgendes erhalten werden:
Die inverse Matrix R0–1 der Rotationsmatrix ist die Rotation des Koordinatensystems der Kamera bezüglich des Zielgitterkoordinatensystems und kann durch die Umwandlung zum Rotationsvektor vereinfacht werden, der Vektor ist nämlich der Rotations-Euler-Winkel der Kamera bezüglich des Zielgitterkoordinatensystems.
Unter den beim Berechnen der Koordinaten der Kamera erwähnten festen Werten sind die Zielgitterkoordinaten die nach der manuellen Anordnung gemessenen Ergebnissen, während die internen Parameter für die Eigenparameter der Kamera stehen: fx und fy sind Brennweitenwerte, bei denen die Pixelmengen in der horizontalen Richtung und senkrechten Richtung als Messeinheit verwendet werden, cx und cy sind die Pixelkoordinaten der durch die Vorderseite der Mitte des Objektivs der Kamera (nämlich Punkt auf der theoretischen optischen Achse) an der Bildebene gebildeten Bilder.
Es wird eingestellt, dass der Abstand des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls 103 entlang dem Dollbord zur Küstenlinie in der senkrechten Richtung Y-Dollbord ist, Y-Dollbord = Y – L – Z·tanβ, dabei ist L der Abstand zwischen der ersten Reihe der Lampenmatrix und dem Kollisionsschutzdollbord, β ist der Querrollwinkel des Schiffs;
Es wird eingestellt, dass der Abstand zwischen dem Schiffkopf und der Küstenlinie in der senkrechten Richtung der Y-Kopf ist und der Abstand zwischen dem Heck und der Küstenlinie in der senkrechten Richtung das Y-Heck ist, Y-Kopf = Y-Dollbord – L1·sin(γ – θ); Y-Heck = Y-Dollbord + L2·sin(γ – θ), dabei sind L1 und L2 jeweils die Abstände des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls 103 zum Schiffskopf und Heck, γ und θ sind jeweils der durch die Fahrrichtung des Schiffs und die Nordrichtung eingeschlossene Winkel und der durch die Küstenlinie der Anlegeposition und die Nordrichtung eingeschlossene Winkel.

5. Eine Szenensimulation wird durchgeführt, nämlich werden die schematische Darstellung der Navigation und die Positionskoordinateninformationen ans Anzeigegerät 105 ausgegeben, das Ablaufdiagramm der Anlegesoftware ist wie in 7 dargestellt. Vor dem Betrieb des Signalprozessors 104 werden die Informationen der Anlegeposition eingegeben, umfassend Anlegepositionsnummer, die Richtungsinformationen des Schiffs beim Anlegen bezüglich der Küstenlinie, nämlich Anlegen nach links oder Anlegen nach rechts; die Positionsinformationen des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls am Schiff L1 und L2 werden eingegeben, L1 und L2 sind jeweils die Abstände des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls zum Schiffskopf und Heck; die Breite B des Schiffs wird eingegeben; Anhand der Positionsinformationen X und Y des Schiffs im Lampenmatrix-Koordinatensystem, der Richtungsinformationen γ – θ des Schiffs bezüglich der Küstenlinie, der Positionsinformationen des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls bezüglich des Schiffs und der Schiffsbreite B können am Anzeigegerät 105 die schematische Darstellung des Schiffs und der Küstenlinie sowie die Positionsinformationen Y-Kopf und Y-Heck angezeigt werden, wie in 8 dargestellt; durch das Ausgangsinterface des Anzeigegeräts können die Piloten ein Anlegen des Schiffs bei schlechter Sicht realisieren.

Zweite Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich darum, wie von den mehreren Gruppen von den Daten die optimalen Positionsinformationen zu erhalten, dabei ist der Algorithmus wie folgt:
Mit dem Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) werden die durch N Systeme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung, dabei erfolgt i = 1, 2, 3 ... N. Die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung werden derart erhalten, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Empfangsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden. Die spezifische Transformationsmethode ist wie folgt:

Wie in 9 dargestellt, sind die Messkoordinaten der beiden Messmodule jeweils p_i(x_i, y_i, z_i) und p_2'(x_2', y_2', z_2'), dabei wird p₁ als Bezug genommen, der Abstand zwischen den beiden wird als L gemessen; die Verbindungslinie zwischen den beiden und die Fahrrichtung schließen einen Winkel θ ein, der Nickwinkel (eingeschlossener Winkel mit der XY-Ebene) ist φ, dann ist die Berechnungsmethode des Umwandlungsvektors A → = (a, b, c) wie folgt:
Dann sind die Koordinaten von p_2' nach der Umwandlung zur Bezugsposition p₂ = p_2' + A →:
Mit dem obigen gleichen Verfahren kann ein anderes Messmodul die Koordinaten nach der Umwandlung erhalten.
Bei dem Algorithmus wird mittels des normalisierten Autokorrelationskoeffizienten (Normalized Correlation Coefficient) die Zuverlässigkeit der durch jedes System zurück gemeldeten Positionierungsdaten dargestellt, wobei die Formel wie folgt ist:
Es wird eingestellt, dass der Schwellenwert 80% des Mittelwerts der Zuverlässigkeit aller Systeme ist, dabei kann der Schwellenwert wie folgt dargestellt werden:
Anhand des Schwellenwerts G werden die Positionierungsdaten mit einem relativ niedrigen NCC filtriert, dann wird das endgültige Gewicht w der Zuverlässigkeit des Systems erhalten, dabei ist der Ausdruck wie folgt:
Dadurch werden die endgültigen angepassten Positionierungsdaten erhalten:
Der Prozess vom Algorithmus ist wie in 10 dargestellt:
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden werden konkrete Schritte der Kalibrierung der ultravioletten Kamera und Ermittelung der internen Parameter in einem System gemäß der vorliegenden Erfindung zum Verbessern der Nahabstandnavigation des Schiffs beispielhaft offenbart:
Es gibt viele Verfahren zur Kamerakalibrierung und Algorithmen zum Lösen der internen Parameter, hier werden bevorzugt die herkömmliche Kalibrierungstechnik und der Zhang Zhengyou-Kalibrierungsalgorithmus verwendet. Beim Zhang Zhengyou-Kalibrierungsverfahren wird eine Kalibrierungsschablone in Form eines Schachbrettgitters verwendet, dabei werden die Anschlusspunkte zwischen jeweiligen schwarzen und weißen quadratischen Gittern auf der Kalibrierungsschablone als Merkmalpunkte der Kalibrierungsplatte verwendet. Die Kalibrierungsplatten werden an verschiedenen Positionen platziert, nach einer synchronen Erfassung durch die Kamera werden die internen und externen Parameter der Kamera ermittelt. Das Verfahren hat eine bessere Robustheit, benötigt keine teuren Geräte und ermöglicht eine einfache Bedienung, im Vergleich zum Selbstkalibrierungsverfahren ist die Genauigkeit zu verbessern. Aber alle die vorliegende Ausführungsform erfüllenden Kalibrierungsverfahren und die Algorithmen zum Ermitteln der internen Parameter sollen einbezogen werden.
Der Kalibrierungsprozess ist wie in 3 dargestellt: 1-1-1, Anordnen einer Matrix des UV-Lichts, 1-1-2, Messen der geometrischen Informationen der Matrix des UV-Lichts, 1-2, Bildaufnahme mittels des ultravioletten Empfängers für die Matrix des UV-Lichts, die Verarbeitung der Software umfassend: 2-1, Ermitteln der Bildebenenkoordinaten der bestimmten ultravioletten Lichtquelle, 2-2, mit dem Kalibrierungsalgorithmus werden die internen Parameter der Kamera erhalten. Die konkreten Kalibrierungsschritte sind wie folgt:
1-1-1, Anordnen der Matrix des UV-Lichts, für die Matrix des UV-Lichts wird eine Matrix des UV-Lichts in Form eines zweidimensionalen rechteckigen Gitters verwendet, die Matrix des UV-Lichts und die Aufnahmeposition siehe 4. Die Form, die Größe und andere geometrische Merkmale der Matrix des UV-Lichts unterstehen keinen Beschränkungen und werden anhand des Algorithmus der zu ermittelnden internen Parameter festgestellt, die Matrix des UV-Lichts kann sowohl ein planes Bild als auch ein dreidimensionales Bild sein; sie kann sowohl eine rechteckige Struktur als auch eine kreisförmige Struktur oder eine andere geometrische Form sein.
1-1-2, Messen der geometrischen Informationen der Matrix des UV-Lichts, Messen der Koordinaten der bestimmten ultravioletten Lichtpunkte im Koordinatensystem o-xyz, cw = {X1, Y1, Z1}, {X2, Y2, Z2} ... {X30, Y30, Z30}, die geometrischen Informationen der Matrix des UV-Lichts beziehen sich auf die Koordinaten der bestimmten ultravioletten Lichtpunkten oder Eckenpunkte im Weltkoordinatensystem.
1-2, Mit dem solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodul 103 wird die Matrix des UV-Lichts aufgenommen, die ausgewählte Aufnahmeposition A soll folgende Bedingungen erfüllen: verschiedene Aufnahmepositionen, die Richtungen von verschiedenen OAs sind nicht zueinander parallel, n Gruppen werden aufgenommen, in der Ausführungsform soll n größer als 3 sein.
2-1, Der Signalprozessor 104 führt eine Softwareverarbeitung für die aufgenommenen digitalen Bilder durch, um die Bildebenenkoordinatengruppe der bestimmten ultravioletten Lichtpunkte zu erhalten, ci1, ci2, ci3 ... cin, insgesamt n Gruppen.
2-2, Mit dem Zhang Zhengyou-Kalibrierungsalgorithmus werden cw und ci1, ci2 ... cin verarbeitet, um die einschlägigen photoelektrischen internen Parameter der Kamera (fx, fy, cx, cy, kx, ky usw.) zu erhalten, dabei sind fx, fy Brennweiten auf die x- und y-Richtung in Einheit von Pixeln, cx, cy sind Bezugspunkte in der Abbildungsebene, und kx, ky sind Radialverzerrungskoeffizienten auf x und y-Richtung.
Der hier verwendete Zhang Zhengyou-Kalibrierungsalgorithmus hat ein folgendes Prinzip:
(1) Korrespondenzbeziehung zwischen dem Eckenpunkt der Kalibrierungsplatte und dem entsprechenden Bildpunkt
Bei der befindlichen Ebene der Kalibrierungsplatte wird Z_w = 0 ermöglicht, deshalb:
A wird durch f_x, f_y, v₀, u₀, s bestimmt, nämlich interne Parameter der Kamera, und A bezieht sich nur auf die interne Struktur der Kamera; H wird als externer Parameter der Kamera bezeichnet und spiegelt unmittelbar die Position der Kamera innerhalb des Raums wider. Pixelkoordinate (u, v) des Bildkoordinatensystems, Weltkoordinatensystem (Xw, Yw, Zw). S ist der Verstärkungsfaktor, s = –f_xcotθ, f_x = f/μ_x, f_y = f/μ_y, f ist die Brennweite des Objektivs. [X_w, Y_w, Z_w, 1]^T ist die Weltkoordinate irgendeines Objektpunkts im Raum, [u, v, 1]^T steht für die Pixelkoordinate des Abbildungspunkts des Objektpunkts in der Kamera.
Die Translationsmatrix T = [T_x, T_y, T_z]^T ist eine 4×4-Matrix; die Rotationsmatrix R ist eine 3×3 orthogonale Einheitsmatrix, die Translationsmatrix und die Rotationsmatrix R (r1 r2 r3) werden als externe Parameter bezeichnet. Es wird angenommen, dass H = [h₁ h₂ h₃], dann kann es erhalten werden: H = [h₁ h₂ h₃] = λA[ r₁ r₂ T] (10)
Dabei ist λ ein beliebiger Skalierungsfaktor, r₁ ist orthogonal zu r₂, dadurch können zwei Beschränkungsbedingungen von A erhalten werden:
2) Ermitteln der Parameter
Aus dem obigen Ausdruck kann es herausgefunden werden, dass B eine positive definite symmetrische Matrix ist, es wird definiert: b = [B₁₁ B₁₂ B₂₂ B₁₃ B₂₃ B₃₃]^T (13)
Es wird angenommen, dass die i. Reihe von H h_i ist, dann: h_i ^TBh_j = v_ij ^Tb (14)
Darüber hinaus besteht: v_ij = [h_1ih_1j h_1ih_2j + h_2ih_1j h_2ih_2j h_3ih_1j + h_1ih_3j h_3ih_2j + h_2ih_3j h_3ih_3j]^T (15)
Aufgrund dessen besteht:
Nämlich: Vb = 0 (17)
Dabei ist V ein 2n×6-Matrix, wenn n > 2, hat b eine eindeutige Lösung, nämlich sollen mindestens drei Bilder erfasst werden. Mittels Cholesky werden die internen Parameter zerlegt:
Weiter werden die externen Parameter ermittelt:
3) Nicht-lineare Optimierung
Nach dem Maximum-Likelihood-Kriterium wird eine Parameteroptimierung durchgeführt, dabei ist die Zielfunktion wie folgt:
Dabei ist m die Projektion des Punkts M_j, bei der Optimierung kann es mit dem LM-Optimierungsalgorithmus gelöst werden.
Bei dem Verfahren und der Einrichtung der vorliegenden Erfindung werden die Positionsinformationen des Schiffs bezüglich der Anlegeposition mit dem solar-blinden ultravioletten Abbildungsverfahren festgestellt; und mit dem Differenz-GPSs-Verfahren wird der Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Anlegeposition festgestellt, dadurch kann es wirksam ermöglicht werden, dass bei einer sehr niedrigen Sicht ein Schiff in der Nähe vom Ufer sicher anlegen kann.

Claims

Anlegehilfsverfahren des Schiffs, umfassend eine Anordnung eines solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und eines Datenverarbeitungsmoduls am Schiff, wobei das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul anhand eines empfangenen, durch eine im Voraus am Ufer angeordnete solar-blinde ultraviolette Lichtquellenmatrix ausgegebenen solar-blinden ultravioletten optischen Signals die Information der Positionsbeziehung zwischen dem Schiff und der einschlägigen Anlegeposition messt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter Folgendes umfasst: 1) Anordnung von mindestens zwei GPS-Signalempfangsmodulen, wobei mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul davon am Schiff angeordnet ist, um ein Positionssignal des Schiffs von einschlägigen Satelliten zu empfangen; 2) das Datenverarbeitungsmodul umfasst ein Signalempfangselement und kann auf eine verdrahtete und/oder drahtlose Weise auf das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und das GPS-Signalempfangsmodul abgestimmt sein, vom solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodul und GPS-Signalempfangsmodul die Daten bezüglich der Schiffposition empfangen, die Koordinatenwerte des Bezugspunkte des Schiffs errechnen und anhand der Positionsdaten des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und des am Schiff installierten GPS-Signalempfangsmoduls den Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Küstenlinie der Anlegeposition feststellen.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Schiff mehr als zwei GPS-Signalempfangsmodule installiert sind, um ein Positionierungssignal von einschlägigem Satelliten jeweils zu empfangen, wobei anhand der Verbindungslinie der GPS-Signalempfangsmodule am Schiff der Haltungswinkel des Schiffs bezüglich der Küstenlinie der Anlegeposition festgestellt wird.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ufer mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul angeordnet ist; wobei jedes GPS-Signalempfangsmodul am Schiff und das GPS-Signalempfangsmodul am Ufer aufeinander abstimmt arbeiten, um ein GPS-Differenzsystem auszubilden, und wobei das GPS-Signalempfangsmodul am Ufer als GPS-Hauptstation und das GPS-Signalempfangsmodul am Schiff als GPS-Nebenstation verwendet wird, und wobei mittels der GPS-Hauptstation die Genauigkeit der durch die GPS-Nebenstation durchgeführten Messung für die Daten der Position und des Haltungswinkels des Schiffs verbessert wird; und wobei die GPS-Hauptstation nach Empfangen der Positionsdaten vom einschlägigen Satelliten nicht nur sie unmittelbar ans Datenverarbeitungsmodul übertragen, um die Positionsdaten des Schiffs zu erhalten, als auch die Positionsdaten und andere Daten, welche förderlich für die Verbesserung der Genauigkeit der Positionsdaten der GPS-Nebenstation sind, zuerst an mindestens eine GPS-Nebenstation übertragen kann, und wobei die GPS-Nebenstation nach dem Kombinieren der empfangenen GPS-Positionsdaten die Daten verarbeitet und dann die Daten ans Datenverarbeitungsmodul überträgt, um die Positionsdaten des Schiffs zu erhalten.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die GPS-Hauptstation die Positionsdaten auf eine drahtlose oder verdrahtete Weise zuerst an einen Emissionspunkt überträgt und die Positionsdaten von dem Übertragungspunkt mit einer gleichen oder unterschiedlichen Frequenz drahtlos an die GPS-Nebenstation überträgt.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Schiff mehr als zwei GPS-Signalempfangsmodule installiert sind, wobei das Datenverarbeitungsmodul eine normalisierte Autokorrelationsverarbeitung für die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und die GPS-Signalempfangsmodule am Schiff erhaltenen N Positionsdaten bezüglich des Schiffs durchführt: dass durch die integrierte Analyse der Fehler ein Schwellenwert der Mittelwert der Zuverlässigkeit eines durch alle solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodule und GPS-Signalempfangsmodule ausgebildeten Detektionssystems und die Lage der Zuverlässigkeit jedes Moduls erhalten werden, wobei mittels des Schwellenwerts die Positionierungsdaten mit einer relativ schlechten Zuverlässigkeit filtriert werden und am Ende das endgültige Gewicht der Zuverlässigkeit jedes Moduls erhalten wird, und wobei danach eine gewichtete durchschnittliche Berechnung für jedes Modul mittels des Gewichts der Zuverlässigkeit durchgeführt wird, so dass endgültige Daten erhalten werden können.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinatenwerte der Positionen des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und der GPS-Signalempfangsmodule jeweils durch x, y und z dargestellt werden, wobei die i. Gruppe von den Positionierungsdaten unter den durch N Gruppen von den Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung durch einen Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) dargestellt wird, und wobei i = 1, 2, 3 ... N, N = Anzahl der GPS-Signalempfangsmodule +1; und wobei die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung derart erhalten werden, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden; und das Datenverarbeitungsmodul mit folgenden Schritten eine normalisierte Autokorrelationsverarbeitung durchführt: und wobei mit dem normalisierten Autokorrelationskoeffizient NCC die Zuverlässigkeit der durch N Gruppen von den Detektionsuntersystemen zurück gemeldeten Positionierungsdaten dargestellt wird:
j = 1, 2, 3, ..., N; Ein Schwellenwert G des Mittelwerts der Zuverlässigkeit eines durch alle solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodule und GPS-Signalempfangsmodule ausgebildeten Detektionssystems wird eingestellt, wobei mittels des Schwellenwerts die Positionierungsdaten mit einem relativ niedrigen NCC filtriert werden und am Ende das endgültigen Gewicht w der Zuverlässigkeit des Systems erhalten wird, und wobei die Formel wie folgt ist:
Dadurch werden die endgültigen angepassten Positionierungsdaten bezüglich der Position des Schiffs erhalten:
Anhand der durch die GPS-Signalempfangsmodule in einer Anzahl von N – 1 angepassten Koordinatenwerte werden die angepassten Haltungswinkeldaten des Schiffs umgerechnet.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungsmodul ein Datenfusionsverfahren verwendet, um die Positionierungsdaten oder die Haltungswinkeldaten jeweils zu integrieren; wobei das Datenfusionsverfahren folgende detaillierte Schritte umfasst: (1) Wenn integrierten Daten Positionierungsdaten sind, werden die durch N Gruppen von den Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung durch einen Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) dargestellt, und wobei i = 1, 2, 3 ... N; und wobei die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung derart erhalten werden, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden; a) Mit der aus den Messdaten der jeweiligen Detektionsuntersysteme tatsächlich errechneten Wurzel aus der mittleren quadratischen Abweichung rmse wird die Zuverlässigkeit der durch jedes Untersystem zurück gemeldeten Daten beurteilt, wobei die Gleichung zum Berechnen der mittleren quadratischen Wurzelabweichung der Messdaten der jeweiligen Untersysteme wie folgt ist:
Dabei steht rmse für die mittlere quadratische Wurzelabweichung, wobei x_i für die Messdaten der jeweiligen Messsubsysteme an der X-Achse-Koordinate zum Zeitpunkt i steht, und wobei x_f für den Wellenfilterungswert der Daten x_i zum Zeitpunkt i steht, und wobei n für die Gesamtanzahl der Messdaten steht, nämlich die Anzahl der Subsysteme; und wobei der Wellenfilterungswert zum Zeitpunkt i durch das Kalman-Wellenfilterungsverfahren erhalten wird; b) Feststellen des Gewichts: mit einem Segmentierverfahren werden die Gewichte durch eine Kurvenanpassung verteilt:
Dabei ist ω Gewicht, der Parameter b ist das Minimum zum Beurteilen des Ausreißers, und der Parameter a ist der Grenzwert zwischen den gültigen Werten und den verwendbaren Werten. Wenn der Fehler höher als b ist, wird es als Ausreißer angesehen, und es entspricht dem Gewicht 0; wenn der Fehler niedriger als a ist, wird es als gültiger Wert angesehen, und es entspricht dem Gewicht 1, das Gewicht des mittleren verwendbaren Werts wird nach der Kurve y = f(x) geboten, und f(x) soll folgende Bedingungen erfüllen: im Abschnitt (a, b) verringert f(x) sich rasch mit der Zunahme des Fehlers, und für f(x) wird ein folgender Ausdruck verwendet:?
Dabei sind μ und σ jeweils der Mittelwert und die Varianz in einer Normalverteilung; da die normale Kurve im Bereich x > μ die Eigenschaften der abnehmenden Funktion hat, erfolgt hier μ = 0, in der Tat wird eine Semi-Normalverteilungskurve verwendet, weiter ändert sich der Ausdruck wie folgt:
, nach der 3σ-Regel wird der σ-Wert gegeben, mit dem Verfahren der Gewichtsverteilung der Normalkurvenanpassung kann es mit der folgender Gleichung erhalten werden:
Darüber hinaus erfolgt
dabei steht rmse_ki für die mittlere quadratische Wurzelabweichung des i. Systems zum Zeitpunkt k, und a_ki steht für das Gewicht des i. Systems zum Zeitpunkt k; c) Die endgültige Datenfusion hat ein folgendes Ergebnis:
Dabei X ^_ki steht für den Fusionswert zum Zeitpunkt k, und x_ki steht für die erhaltenen Messdaten der jeweiligen Untersysteme zum Zeitpunkt k; d) Mit dem gleichen Verfahren wie Schritte a) bis c) werden die endgültigen Ergebnisse der Datenfusion des Y-Achse-Koordinatenwerts y und des Z-Achse-Koordinatenwerts z errechnet; (2) Wenn die integrierten Daten Haltungswinkeldaten sind, wird ein Vektor q_i(α_i, β_i, γ_i) zum Darstellen der durch N von Messuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von Haltungswinkeldaten verwendet, dabei erfolgt i = 1, 2, 3 ... N; dann wird das gleiche Verfahren wie Schritt (1) verwendet, um die Haltungswinkeldaten nach der Integration errechnet.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungsmodul ein Datenfusionsverfahren verwendet, um die Positionierungsdaten oder die Haltungswinkeldaten jeweils zu integrieren; wobei das Datenfusionsverfahren folgende detaillierte Schritte umfasst: (1) Wenn integrierten Daten Positionierungsdaten sind, werden die durch N Gruppen von den Detektionsuntersystemen zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung durch einen Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) dargestellt, wobei i = 1, 2, 3 ... N, und wobei die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung derart erhalten werden, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden; a) Errechnen der Standarddifferenz jeder Koordinatenreihe in den Positionierungsdaten: durch Errechnen der Standarddifferenz jeder Koordinatenreihe in den durch N Gruppen von den Detektionsuntersystemen zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten dient es als Grundlage für Beurteilen der Ausreißerdaten in den jeweiligen Koordinatenreihen unter den N Gruppen von den Daten; wobei die Standarddifferenz der Koordinatenreihe wie folgt ist:
Dabei erfolgt index☐(x, y, z), σ_index steht für die Standarddifferenz der jeweiligen Koordinatenreihen in den N Gruppen von den Daten, wobei X_index für N Gruppen von den Messdaten steht, und wobei jede Gruppe Koordinatenwerte (x, y, z) enthält, und wobei X _index für den Mittelwert der N Gruppen von den Daten steht, nämlich einen durch die Mittelwerte der jeweiligen Koordinatenreihen ausgebildeten eindimensionalen Vektor; b) Anhand der errechneten Standarddifferenz werden die Ausreißerdaten in jeder Koordinatenreihe erhalten, wobei die Beurteilung der Ausreißerdaten durch die folgende Gleichung realisiert wird: outliters = |X_index – X _index| > C·σ_index (11) Dabei steht outliters für die erhaltenen Ausreißerdaten, wenn in der durch x, y, z ausgebildeten Gruppe von den Koordinatendaten ein Koordinatenwert in der befindlichen Reihe als Ausreißerdaten beurteilt wird, wird die Gruppe von den Koordinatenwerten als Ausreißerdaten in den N Gruppen von den Koordinatendaten beurteilt; c ist ein konstanter Koeffizient und wird nach Versuchserfahrungen und Bedürfnissen bestimmt, die Konstante kann derart festgestellt werden, dass durch eine große Menge an Versuchen der Schwankungsbereich der Testwerte beurteilt wird und ein symmetrischer Bereich, bei dem ein Mittelwert der Testwerte als Mitte dient, genommen wird, so dass eine große Menge an aufgetretenen unangemessenen Punkte sich außerhalb des Bereichs befindet, und wobei die Hälfte der Länge des Bereichs C ist; c) Die Ausreißerdaten werden aus den N Gruppen von den ursprünglichen Messdaten ausgeschlossen, dann wird die erhaltene neue Positionierungsdatenreihe als? bezeichnet, wobei die Dimension? ist, dann wird eine durchschnittliche Datenfusion gleichen Gewichts für? durchgeführt, und die erhaltenen endgültigen Fusionsdaten sind wie folgt:
Dabei steht X ^_ki für die endgültigen Positionierungsdaten nach der Datenfusion; d) Mit dem gleichen Verfahren wie Schritte a) bis c) werden die endgültigen Ergebnisse der Datenfusion des Y-Achse-Koordinatenwerts y und des Z-Achse-Koordinatenwerts z errechnet; (2) Wenn die integrierten Daten Haltungswinkeldaten sind, wird ein Vektor q_i(α_i, β_i, γ_i) zum Darstellen der durch N Gruppen von Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von Haltungswinkeldaten verwendet, dabei i = 1, 2, 3 ... N; dann wird das gleiche Verfahren wie Schritt (1) verwendet, um die Haltungswinkeldaten nach der Integration errechnet.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Messen das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul abgegrenzt wird, um die photoelektrischen Parameter der solar-blinden ultravioletten Kamera bezüglich der Messung festzustellen.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektrischen Parameter des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls bezüglich der Messung Folgendes umfassen: Brennweite f_x und f_y auf x-Achse- und y-Achse-Richtung in der Einheit von Pixeln, Bezugspunkt c_x und c_y in der Abbildungsebene und Radialverzerrungskoeffizienten k_x und k_y auf x-Achse- und y-Achse-Richtung.
Anlegehilfsverfahren des Schiffs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungssteuerungssystem des Schiffs ein durch das Datenverarbeitungsmodul übertragenes Anlegeabstandsignal der solar-blinden ultravioletten Lichtquellenmatrix empfängt und anhand des Signals die Haltung des Schiffs automatisch einstellt, um ein Anlegen durchzuführen.
Anlegehilfssystem des Schiffs, umfassend ein solar-blindes ultraviolettes Abbildungsmodul, welches am Schiff angeordnet ist und anhand eines empfangenen Lichtsignals einer im Voraus am Ufer angeordneten solar-blinden ultravioletten Lichtquellenmatrix die Information der Positionsbeziehung zwischen dem Schiff und der einschlägigen Anlegeposition messt; ein Datenverarbeitungsmodul, welches mit dem solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodul elektrisch verbunden ist und die empfangenen Daten des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls verarbeitet, um die Koordinaten des Schiffs zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiter Folgendes umfasst: mindestens zwei GPS-Signalempfangsmodule, wobei mindestens ein GPS-Signalempfangsmodul am Schiff installiert ist, und wobei jedes GPS-Signalempfangsmodul einen Satellitensignalempfangsabschnitt zum Empfangen des Positionierungssignals von dem einschlägigen Satelliten und einen Signalübertragungsabschnitt zum Übertragen des empfangenen Satellitensignals ans Datenverarbeitungsmodul umfasst; und wobei das Datenverarbeitungsmodul mit dem GPS-Signalempfangsmodul elektrisch verbunden ist und die durch das GPS-Signalempfangsmodul von dem einschlägigen Satelliten empfangenen Positionierungsdaten verarbeitet; und wobei der Haltungswinkel des Schiffs dadurch festgestellt wird.
Anlegehilfssystem des Schiffs nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das am Schiff installierte GPS-Signalempfangsmodul am Schiff und das am Ufer angeordnete GPS-Signalempfangsmodul aufeinander abstimmt arbeiten, um ein GPS-Differenzsystem auszubilden, wobei das GPS-Signalempfangsmodul am Ufer als GPS-Hauptstation und das GPS-Signalempfangsmodul am Schiff als GPS-Nebenstation dient; und wobei die GPS-Nebenstation von dem einschlägigen Satelliten eigene Positionsdaten empfängt, von der GPS-Hauptstation die Positionsdaten der GPS-Hauptstation und andere Daten, welche förderlich für die Verbesserung der Genauigkeit der Positionsdaten der GPS-Nebenstation sind, empfängt und die Daten verarbeitet oder die Daten ans Datenverarbeitungsmodul zum Durchführen einer Verarbeitung überträgt, um die die Position und den Haltungswinkel des Schiffs darstellenden Daten zu erhalten.
Anlegehilfssystem des Schiffs nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle GPS-Signalempfangsmodule am Schiff installiert sind.
Anlegehilfssystem des Schiffs nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungsmodul mit dem normalisierten Autokorrelationsalgorithmus eine Integrationsverarbeitung für die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul und das GPS-Signalempfangsmodul empfangenen Koordinatendaten durchführt, wobei die Dreiachsen-Koordinaten der Positionen des solar-blinden ultravioletten Abbildungsmoduls und der beiden GPS-Signalempfangsmodule jeweils durch x, y und z dargestellt werden, wobei die i. Gruppe von den Positionierungsdaten unter den durch N Gruppen von den Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung durch einen Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) dargestellt wird, und wobei i = 1, 2, 3 ... N; N = Anzahl der GPS-Signalempfangsmodule +1; und wobei die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung derart erhalten werden, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden; und das Datenverarbeitungsmodul mit folgenden Schritten eine normalisierte Autokorrelationsverarbeitung durchführt: und wobei mit dem normalisierten Autokorrelationskoeffizient NCC die Zuverlässigkeit der durch N Gruppen von den Detektionsuntersystemen zurück gemeldeten Positionierungsdaten dargestellt wird:
j = 1, 2, 3, ..., N; Ein Schwellenwert G des Mittelwerts der Zuverlässigkeit eines durch alle solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodule und GPS-Signalempfangsmodule ausgebildeten Detektionssystems wird eingestellt, wobei mittels des Schwellenwerts G die Positionierungsdaten mit einem relativ niedrigen NCC filtriert werden und am Ende das endgültigen Gewicht w der Zuverlässigkeit des Systems erhalten wird, und wobei die Formel wie folgt ist:
Dadurch werden die endgültigen angepassten Positionierungsdaten bezüglich der Position des Schiffs erhalten:
Anhand der durch die GPS-Signalempfangsmodule in einer Anzahl von N – 1 angepassten Koordinatenwerte werden die angepassten Haltungswinkeldaten des Schiffs umgerechnet.
Anlegehilfssystem des Schiffs nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungsmodul mit dem Datenfusionsverfahren eine Integrationsverarbeitung für die durch das GPS-Signalempfangsmodul empfangenen Koordinatendaten durchführt oder eine Integrationsverarbeitung für die durch das GPS-Signalempfangsmodul gemessenen Koordinatendaten und die durch das solar-blinde ultraviolette Abbildungsmodul gemessenen Koordinatendaten durchführt oder eine Integrationsverarbeitung für die durch das GPS-Signalempfangsmodul empfangenen Haltungswinkeldaten durchführt; wobei das Datenfusionsverfahren weiter folgende konkrete Schritte umfasst: (1) Wenn integrierten Daten Positionierungsdaten sind, werden die durch N Gruppen von den Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von den Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung durch einen Vektor p_i(x_i, y_i, z_i) dargestellt, und wobei i = 1,2,3 ... N; und wobei die Positionierungsdaten nach der Winkel- und Raumvariierung derart erhalten werden, dass unter der Voraussetzung, dass die relativen Positionen von allen solar-blinden ultravioletten Abbildungsmodulen und GPS-Signalempfangsmodulen und der Haltungswinkel des Schiffs bekannt sind, mittels der räumlichen Positionsbeziehung und der räumlichen geometrischen Transformation die Positionsmessdaten von verschiedenen Messmodulen in die Positionsmessdaten desselben Messmoduls umgewandelt werden; a) Mit der aus den Messdaten der jeweiligen Detektionsuntersysteme tatsächlich errechneten Wurzel aus der mittleren quadratischen Abweichung rmse wird die Zuverlässigkeit der durch jedes Untersystem zurück gemeldeten Daten beurteilt, wobei die Gleichung zum Berechnen der mittleren quadratischen Wurzelabweichung der Messdaten der jeweiligen Untersysteme wie folgt ist:
Dabei steht rmse für die mittlere quadratische Wurzelabweichung, wobei x_i für die Messdaten der jeweiligen Messsubsysteme an der X-Achse-Koordinate zum Zeitpunkt i steht, und wobei x_f für den Wellenfilterungswert der Daten x_i zum Zeitpunkt i steht, und wobei n für die Gesamtanzahl der Messdaten steht, nämlich die Anzahl der Subsysteme; und wobei der Wellenfilterungswert zum Zeitpunkt i durch das Kalman-Wellenfilterungsverfahren erhalten wird; b) Feststellen des Gewichts: mit einem Segmentierverfahren werden die Gewichte durch eine Kurvenanpassung verteilt:
Dabei ist ω Gewicht, der Parameter b ist das Minimum zum Beurteilen des Ausreißers, und der Parameter a ist der Grenzwert zwischen den gültigen Werten und den verwendbaren Werten. Wenn der Fehler höher als b ist, wird es als Ausreißer angesehen, und es entspricht dem Gewicht 0; wenn der Fehler niedriger als a ist, wird es als gültiger Wert angesehen, und es entspricht dem Gewicht 1, das Gewicht des mittleren verwendbaren Werts wird nach der Kurve y = f(x) geboten, und f(x) soll folgende Bedingungen erfüllen: im Abschnitt (a, b) verringert f(x) sich rasch mit der Zunahme des Fehlers, und für f(x) wird ein folgender Ausdruck verwendet:
Dabei sind μ und σ jeweils der Mittelwert und die Varianz in einer Normalverteilung; da die normale Kurve im Bereich x > μ die Eigenschaften der abnehmenden Funktion hat, erfolgt hier μ = 0, in der Tat wird eine Semi-Normalverteilungskurve verwendet, weiter ändert sich der Ausdruck wie folgt:
, nach der 3σ-Regel wird der σ-Wert gegeben, mit dem Verfahren der Gewichtsverteilung der Normalkurvenanpassung kann es mit der folgender Gleichung erhalten werden:
Darüber hinaus erfolgt
dabei steht rmse_ki für die mittlere quadratische Wurzelabweichung des i. Systems zum Zeitpunkt k, und a_ki steht für das Gewicht des i. Systems zum Zeitpunkt k; c) Die endgültige Datenfusion hat ein folgendes Ergebnis:
Dabei steht X ^_ki für den Fusionswert zum Zeitpunkt k, und X ^_ki steht für die erhaltenen Messdaten der jeweiligen Untersysteme zum Zeitpunkt k; d) Mit dem gleichen Verfahren wie Schritte a) bis c) werden die endgültigen Ergebnisse der Datenfusion des Y-Achse-Koordinatenwerts y und des Z-Achse-Koordinatenwerts z errechnet; (2) Wenn die integrierten Daten Haltungswinkeldaten sind, wird ein Vektor q_i(α_i, β_i, γ_i) zum Darstellen der durch N Gruppen von Detektionsuntersysteme zurück gemeldeten N Gruppen von Haltungswinkeldaten verwendet, dabei erfolgt i = 1, 2, 3 ... N; dann wird das gleiche Verfahren wie Schritt (1) verwendet, um die Haltungswinkeldaten nach der Integration errechnet.
Anlegehilfssystem des Schiffs nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungssteuerungssystem des Schiffs ein durch das Datenverarbeitungsmodul übertragenes Anlegeabstandsignal der solar-blinden ultravioletten Lichtquellenmatrix empfängt und anhand des Signals die Haltung des Schiffs automatisch einstellt, um ein Anlegen durchzuführen.