TWI670470B

TWI670470B - 海上無人船舶航道修正系統及方法

Info

Publication number: TWI670470B
Application number: TW107138480A
Authority: TW
Inventors: 王猷順; 陳建達; 林朝霜; 張永泰
Original assignee: 國家中山科學研究院
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2019-09-01
Also published as: TW202016507A

Abstract

本發明係提供一種海上無人船舶航道修正系統，包括：時空資訊處理模組用以收集外在環境資訊與時空資訊；航道規劃模組與時空資訊處理模組電性連接，用以計算出標準航道；危害因子迴避模組與時空資訊處理模組電性連接，用以產出航行安全區域；航道航行計算模組與時空資訊處理模組電性連接，用以計算船舶可航行之最低限度轉彎角度；以及電子地圖模組與危害因子迴避模組、航道航行計算模組及航道規劃模組電性連接，用以產出修正航道，使無人船舶具備即時性、獨立性、安全性的海上無人船舶導航技術之目的。

Description

海上無人船舶航道修正系統及方法

本發明係有關於一種海上無人船舶航道修正系統及方法，更詳而言之，尤指一種基於電子地圖之海上無人船舶航道修正系統及方法。

目前航行導航技術可分成近端操控與遠端遙控二種。例如：屬於近端操控導航技術的車用導航設備，其用於直接操控載具，可提供操控者即時觀看導航系統並執行載具運動。另外，屬於遠端遙控導航技術的遠端無人機導航系統，其用於遙控載具，可提供操控者即時觀看導航系統並藉由資料鏈路傳輸至載具以執行運動。

以往導航系統只對航路之地形或路線進行航路規劃，無法即時反應動態狀況。此外，當載具航行路線存在一未知障礙物時，載具只能依靠使用者操作以避開危險區域，無法實現無人操作。

再者，目前航行導航技術常見於陸/空載具中，但海上無人船舶無相關導航專利，且海上狀況更為複雜常有操控者無法肉眼辨識的危險因子，雖有使用電子地圖作為顯示之圖台，但未有考慮未知障礙物之航路修正技術。因此極需一種具備即時性、獨立性、安全性的海上無人船舶導航技術。

緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之技術及缺失予以研究改良，提供一種海上無人船舶航道修正系統，以期達到更佳實用價值性之目的者。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明主要之目的在於提供一種海上無人船舶航道修正方法，將航道規劃、即時情資整合與快速航道修正等功能，整合於電子地圖中，使無人船舶具備即時性、獨立性、安全性的海上無人船舶導航技術之目的。

為達上述目的，本發明係提供一種海上無人船舶航道修正方法，其步驟包括：於航行前，透過一航道規劃模組接收一時空資訊處理模組所傳輸之當前位置、目標點之位置資訊及地形因子、沉船機率、天候因子之已知資訊，以使一電子地圖模組規劃至少一標準航道；於航行中，該時空資訊處理模組持續收集外在環境資訊與時空資訊；透過一危害因子迴避模組接收該時空資訊處理模組所傳輸於當前位置附近區域的沉船機率、暗礁、其他船隻及障礙物之風險資訊，以產出一航行安全區域；透過一航道航行計算模組接收該時空資訊處理模組所傳輸之航速、航向之轉彎參數，以計算船舶可航行之一最低限度轉彎角度；以及透過一電子地圖模組接收該危害因子迴避模組、該航道航行計算模組及該航道規劃模組所傳輸之該至少一標準航道、該航行安全區域、該最低限度轉彎角度，以產出一修正航道。

基於上述可快速執行航道規劃之航道即時修正方法，本發明設計一種海上無人船舶航道修正系統，其包括：一時空資訊處理模組，係用以收集外在環境資訊與時空資訊；一航道規劃模組，係與該時空資訊處理模組電性連接，用以計算出一標準航道；一危害因子迴避模組，係與該時空資訊處理模組電性連接，用以產出一航行安全區域；一航道航行計算模組，係與該時空資訊處理模組電性連接，用以計算船舶可航行之最低限度轉彎角度；以及一電子地圖模組，係與該危害因子迴避模組、該航道航行計算模組及該航道規劃模組電性連接，用以產出一修正航道。

較佳地，該時空資訊處理模組可包括處理器、GPS、雷達、航速感測器、航向感測器。

較佳地，該航道規劃模組可接收該時空資訊處理模組所傳輸之目標點、當前位置之位置資訊及地形因子、沉船機率、天候因子之已知資訊。

較佳地，該危害因子迴避模組可接收該時空資訊處理模組所傳輸於當前航道上附近區域的沉船機率、暗礁、其他船隻及障礙物之風險資訊。

較佳地，該航道航行計算模組可接收該時空資訊處理模組所傳輸之航速、航向之轉彎參數。

以上，本發明提出之即時航路修正系統於陸、空領域雖有相關之應用，但缺乏於航海領域之應用，故「導控」與「航路規劃」等概念已於其他領域中證明其可行性，本發明將導控系統中之特色，融入航海情境中，並加以修改，使其適用於海上環境。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1‧‧‧時空資訊處理模組

2‧‧‧航道規劃模組

3‧‧‧危害因子迴避模組

4‧‧‧航道航行計算模組

5‧‧‧電子地圖模組

6‧‧‧航道資料傳送模組

7‧‧‧船舶

11‧‧‧當前位置

12‧‧‧目標點

20‧‧‧標準航道

30‧‧‧航行安全區域

40‧‧‧修正航道

S1-S5‧‧‧步驟

第1圖係為本發明海上無人船舶航道修正系統示意圖。

第2圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法步驟流程圖。

第3圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法執行示意圖。

第4圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法執行示意圖

第5圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法執行示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。

請參閱第1圖至第5圖，第1圖係為本發明海上無人船舶航道修正系統示意圖。第2圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法步驟流程圖。如圖所示，一種海上無人船舶航道修正方法，其步驟包括：步驟S1：於航行前，透過航道規劃模組2接收時空資訊處理模組1所傳輸之當前位置11、目標點12之位置資訊及地形因子、沉船機率、天候因子之已知資訊，以使電子地圖模組5規劃至少一標準航道20。步驟S2：於航行中，時空資訊處理模組1持續收集外在環境資訊與時空資訊，而外在環境資訊與時空資訊包括位置資訊、已知資訊、風險資訊、轉彎參數。步驟S3：透過危害因子迴避模組3接收時空資訊處理模組1所傳輸於當前位置11附近區域的沉船機率、暗礁、其他船隻及障礙物之風險資訊，以產出航行安全區域30。步驟S4：透過航道航行計算模組4接收時空資訊處理模組1所傳輸之航速、航向之轉彎參數，以計算船舶7可航行之最低限度轉彎角度，而最低限度轉彎角度之計算更可包括船舶7與障礙物間之距離、水深等參數，使最低限度轉彎角度更加準確。步驟S5：透過電子地圖模組5接收危害因子迴避模組3、航道航行計算模組4及航道規劃模組2所傳輸之至少一標準航道20、航行安全區域30、最低限度轉彎角度，以產出修正航道40。

另請參閱第2圖至第5圖，第3圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法執行示意圖。第4圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法執行示意圖。第5圖係為本發明海上無人船舶航道修正方法執行示意圖。於航行前，透過航道規劃模組2接收時空資訊處理模組1所傳輸之當前位置11、目標點12之位置資訊及地形因子、沉船機率、天候因子之已知資訊，以使電子地圖模組5規劃至少一標準航道20，其中時空資訊處理模組1可藉由GPS獲得位置資訊，及可藉由外部電腦定期更新儲存於處理器的已知資訊，或藉由船舶自動識別系統(AIS)接收站來取得已知資訊。如第3圖所示，航道規劃模組2取得當前位置11與目標點12之間的連線附近5公里(不以5公里為限，能依使用者需求來設定，設定範圍越大耗時越久，但能得知較大範圍的資訊)海域的地形因子、沉船機率、天候因子等已知資訊，若附近5公里海域為不安全海域，則在擴大5公里取得更遠海域的已知資訊，直到取得安全海域為止，而電子地圖模組5將取得的安全海域連線規劃出至少一標準航道20，如第4圖所示，一條有轉折的標準航道20，其避開已知的危險海域。

請參閱第5圖所示，於航行中，時空資訊處理模組1持續收集外在環境資訊與時空資訊，並透過危害因子迴避模組3接收時空資訊處理模組1所傳輸於當前位置11附近半徑5公里區域的沉船機率、暗礁、其他船隻及障礙物等風險資訊，以產出航行安全區域30，若當前位置11附近半徑5公里區域為不安全區域，則在擴大半徑5公里取得更遠海域的風險資訊，直至產出航行安全區域30，例如第5圖擴大至半徑15公里才取得航行安全區域30，其中時空資訊處理模組1可藉由處理器、GPS、雷達取得當前位置11附近區域的風險資訊，或藉由處理器與船舶自動識別系統(AIS)接收站連線來取得風險資訊。接著，透過航道航行計算模組4接收時空資訊處理模組1所傳輸之航速、航向之轉彎參數，以計算船舶7可航行之最低限度轉彎角度，但不以此為限，最低限度轉彎角度之計算更可包括船舶7與障礙物間之距離、水深等參數，使最低限度轉彎角度更加準確，可避免無人船航行航道與原航道偏差太大造成燃油不足，其中時空資訊處理模組1可藉由航速感測器、航向感測器取得轉彎參數。最後，透過電子地圖模組5接收危害因子迴避模組3、航道航行計算模組4及航道規劃模組2所傳輸之至少一標準航道20、航行安全區域30、最低限度轉彎角度，以產出修正航道40。

在本實施例中，時空資訊處理模組1可包括處理器、GPS、雷達、攝影機、紅外線感測器、航速感測器、航向感測器，用以取得影像、航路水深、溫度、日照、其他船隻、障礙物、航速、航向、當前位置11及目標點12等的位置資訊、已知資訊、風險資訊、轉彎參數。另外，時空資訊處理模組1可藉由處理器與船舶自動識別系統(AIS)接收站連線來取得已知資訊、風險資訊。

另外，基於上述可快速執行航道規劃之航道即時修正方法，本發明設計一種海上無人船舶7航道修正系統，如第2圖所示，其包括：時空資訊處理模組1，係用以收集外在環境資訊與時空資訊。航道規劃模組2與時空資訊處理模組1電性連接，用以計算出標準航道20。危害因子迴避模組3與時空資訊處理模組1電性連接，用以產出航行安全區域30。航道航行計算模組4與時空資訊處理模組1電性連接，用以計算船舶7可航行之最低限度轉彎角度。電子地圖模組5與危害因子迴避模組3、航道航行計算模組4及航道規劃模組2電性連接，用以產出修正航道40，以及航道資料傳送模組6(例如4G網路、藍芽等通訊技術)將修正航道40的控制命令傳輸至船舶7以控制馬達調整航向和航速至修正航道40上航行。

綜上所述，本發明利用將航道規劃、即時情資整合與快速航道修正等功能，整合於電子地圖中，使無人船舶7具備即時性、獨立性、安全性的海上無人船舶7導航技術之目的。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims

一種海上無人船舶航道修正系統，其包括：一時空資訊處理模組，係用以收集外在環境資訊與時空資訊；一航道規劃模組，係與該時空資訊處理模組電性連接，用以計算出一標準航道；一危害因子迴避模組，係與該時空資訊處理模組電性連接，用以產出一航行安全區域；一航道航行計算模組，係與該時空資訊處理模組電性連接，用以計算船舶可航行之最低限度轉彎角度；以及一電子地圖模組，係與該危害因子迴避模組、該航道航行計算模組及該航道規劃模組電性連接，用以產出一修正航道，其中該危害因子迴避模組接收該時空資訊處理模組所傳輸於當前航道上附近半徑5公里區域的沉船機率、暗礁、其他船隻及障礙物之風險資訊，若當前位置附近半徑5公里區域為不安全區域，則再以半徑5公里擴大取得更遠海域的風險資訊，直至產出該航行安全區域。
如申請專利範圍第1項所述之海上無人船舶航道修正系統，其中該時空資訊處理模組包括處理器、GPS、雷達、航速感測器、航向感測器，其中處理器與船舶自動識別系統接收站連線。
如申請專利範圍第2項所述之海上無人船舶航道修正系統，其中該航道規劃模組接收該時空資訊處理模組所傳輸之目標點、當前位置之位置資訊及地形因子、沉船機率、天候因子之已知資訊。
如申請專利範圍第2項所述之海上無人船舶航道修正系統，其中該航道航行計算模組接收該時空資訊處理模組所傳輸之航速、航向之轉彎參數。
一種海上無人船舶航道修正方法，其步驟包括：於航行前，透過一航道規劃模組接收一時空資訊處理模組所傳輸之當前位置、目標點之位置資訊及地形因子、沉船機率、天候因子之已知資訊，以使一電子地圖模組規劃至少一標準航道；於航行中，該時空資訊處理模組持續收集外在環境資訊與時空資訊；透過一危害因子迴避模組接收該時空資訊處理模組所傳輸於當前位置附近半徑5公里區域的沉船機率、暗礁、其他船隻及障礙物之風險資訊，若當前位置附近半徑5公里區域為不安全區域，則再以半徑5公里擴大取得更遠海域的風險資訊，直至產出一航行安全區域；透過一航道航行計算模組接收該時空資訊處理模組所傳輸之航速、航向之轉彎參數，以計算船舶可航行之一最低限度轉彎角度；以及透過一電子地圖模組接收該危害因子迴避模組、該航道航行計算模組及該航道規劃模組所傳輸之該至少一標準航道、該航行安全區域、該最低限度轉彎角度，以產出一修正航道。