开云优惠体育网页版入口

专利名称：一种基于数字航道图的船舶导引系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411291329.8

专利申请（专利权）人：山东港口日照港集团有限公司,上海交大日照海洋智能装备研究院
权利人地址：山东省日照市东港区黄海一路91号

专利发明（设计）人：张江南,易宏,杨涛,刘兆阳,赵冰,张博,王衍棣,牟晓,滕跃,王健

专利摘要：本发明涉及数字航道图技术领域，具体地说，涉及一种基于数字航道图的船舶导引系统，包括轮船航道确认模块、波纹检测模块、船舶行驶控制模块、异物分析模块和导引情况分析模块。本发明反馈异物掉落的信号，并当异物漂浮在水面中时，避免漂浮的异物会与正在行驶的轮船接触，而导致漂浮的异物对轮船外部造成的划伤，当异物下沉至水中时，避免异物下沉过程中与轮船接触，避免下沉的异物与正常行驶过程中的轮船产生冲击，而导致轮船外部的损坏。

主权利要求：
1.一种基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于：包括轮船航道确认模块（100）、波纹检测模块（200）、船舶行驶控制模块（300）、异物分析模块（400）和导引情况分析模块（500）；
所述轮船航道确认模块（100）用于挖掘航道图存储至系统数据库，并调出航海图显示导航路线，所述波纹检测模块（200）用于图像检测导航路线上的水面数据，并分析水面特征变化，在感知特征变化时，输出异物信号，所述船舶行驶控制模块（300）用于控制轮船速度，所述异物分析模块（400）用于接收所述波纹检测模块（200）的异物信号后，通过水面特征变化计算异物特征，异物特征包括掉落位置、漂浮情况和下沉情况，发出特征信号，特征包括漂浮在水面特征信号和沉入水中特征信号，其中：所述导引情况分析模块（500）包括水面冲击检测单元（510）和沉淀行驶判断单元（520）；
所述水面冲击检测单元（510）用于接收到漂浮在水面特征信号时，通过所述波纹检测模块（200）的水面波纹数据预测在时间点后异物位置，而后根据轮船行驶速度计算时间点后与异物是否有重合，若重合，则传输控制信号至所述船舶行驶控制模块（300）控制轮船速度；
所述沉淀行驶判断单元（520）用于接收到沉入水中特征信号时，通过所述波纹检测模块（200）的图像预测异物完全沉入至船底的时间，若异物下沉过程中，异物下沉位置处于轮船吃水的高度中时，则传输控制信号至所述船舶行驶控制模块（300），通过所述船舶行驶控制模块（300）控制轮船的行驶速度。
2.根据权利要求1所述的基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于：所述轮船航道确认模块（100）包括航道共享单元（110）和航道选择单元（120）；
所述航道共享单元（110）用于向地图服务提供商网站发送HTTP请求，获取网页内容，而后使用解析库提取全部航道图并存储航道图至系统数据库；
所述航道选择单元（120）用于输入目的地至系统数据库中，调出当前位置至目的地的多个航道图供工作人员确定所需航道图。
3.根据权利要求2所述的基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于，所述轮船航道确认模块（100）还包括智能推荐单元（130）；
所述智能推荐单元（130）用于基于工作人员的历史行为、偏好、工作需求建立偏好模型，将当前工作人员的数据输入模型中输出偏好航道图，调出航道选择单元（120）中与偏好航道图相似度最大的航道图。
4.根据权利要求3所述的基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于：所述波纹检测模块（200）包括波纹采集单元（210）和特征分析单元（220）；
所述波纹采集单元（210）用于在轮船上安装高帧率摄像机拍摄水面波纹图像；
所述特征分析单元（220）用于接收波纹采集单元（210）的水面波纹图像的连续。渲，水面波纹图像包括波纹传播路径与波纹传播速度，预设时间节点，从连续帧中调出相应的波纹图像，比较相邻两个时间节点波纹图像，输出差分结果，并将差分结果进行二值化处理形成特征，若特征超过设置阈值，则输出异物信号。
5.根据权利要求4所述的基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于：所述船舶行驶控制模块（300）包括路径规划单元（310）和驾驶控制单元（320）；
所述路径规划单元（310）用于接收所述航道选择单元（120）的所需航道图，根据航道图中的信息识别预设导航路线中的宽度、弯曲度和水流速度数据；
所述驾驶控制单元（320）用于预设不同水深对应的驾驶速度、不同航道宽度对应的驾驶速度和障碍物类型对应的驾驶速度，分别确定所述路径规划单元（310）中宽度、弯曲度和水流速度对应的行驶速度，并通过宽度、弯曲度和水流速度对应的行驶速度计算轮船在正常水面中的最佳航行速度与最佳航行方向，且传输最佳航行速度的控制信号至船舶运行。
6.根据权利要求5所述的基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于：所述异物分析模块（400）包括异物位置分析单元（410）和异物判断单元（420）；
所述异物位置分析单元（410）用于接收所述特征分析单元（220）输出异物信号，并当波纹遇到异物时，波纹将于异物接触产生相反的波纹，此时波纹采集单元（210）在对水面波纹图像进行对比，此时波纹出现反射的位置即为异物所处的位置；
所述异物判断单元（420）用于接收所述波纹采集单元（210）在对水面波纹图像，异物掉落时，通过水面波纹图像中波纹与波纹的标准阈值对比，其中，波纹的标准值通过工作人员设定，波纹的标准值为水面波纹正常传播的速度，其中当波纹接触到异物时，波纹的此时反射的波纹将会因与异物的冲击而变小或变大，从而当异物造成的水面波纹图像特征A中波纹扩散速度小于波纹的标准阈值B，异物则为漂浮异物，反之，则为下沉异物。
7.根据权利要求6所述的基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于：
所述水面冲击检测单元（510）用于接收所述异物判断单元（420）漂浮异物特征信号和所述驾驶控制单元（320）中轮船行驶的速度，此时根据所述驾驶控制单元（320）行驶速度造成的水面流速、轮船横截面积和水的阻力，预测漂浮物漂浮至轮船行驶航道中的位置，计算轮船行驶至轮船行驶漂浮物漂浮至该位置时，异物位置是否与轮船位置重合，若重合，则传输控制信号至所述路径规划单元（310）控制轮船速度；
所述沉淀行驶判断单元（520）用于接收所述异物判断单元（420）沉入水中特征信号，而后通过所述波纹采集单元（210）在对水面波纹图像分析异物的下沉时间，且此时通过轮船行驶速度与异物的位置计算轮船行驶至异物位置的时间，而后计算异物在轮船行驶至异物位置后，异物在此时间中下沉的过程中仍处于轮船吃水的高度中，此时输出控制信号至所述路径规划单元（310），通过所述路径规划单元（310）控制轮船的行驶速度。
8.根据权利要求3所述的基于数字航道图的船舶导引系统，其特征在于：所述船舶行驶控制模块（300）还包括行驶调整单元（330）；
所述行驶调整单元（330）用于接收所述水面冲击检测单元（510）和所述沉淀行驶判断单元（520）中的行驶速度，并将此时的行驶速度进行调制为电信号，而后通过无线电频率进行发送，信号通过天线发射到空中而后传输至其他轮船，行驶速度降低造成其他轮船不能够及时避让。 说明书 : 一种基于数字航道图的船舶导引系统技术领域[0001] 本发明涉及数字航道图技术领域，具体地说，涉及一种基于数字航道图的船舶导引系统。背景技术[0002] 航道数字化是航运信息化的重要组成部分与发展趋势，对内河航运的安全与高效管理有着举足轻重的作用。[0003] 目前在对轮船行驶时多使用船舶导引系统沿着固定航道进行驶，通过将轮船的吃水深度与水下的礁石高度对比，判断轮船是否能够正常通过，然而船舶在行驶过程中，不方便感知是否异物（异物可能是船上掉落的）掉落至水中时，若掉落的异物向水中沉没，在其还没有完成沉没至船底后就继续航行，易导致船底触碰到异物，若掉落的异物漂浮在水面上，在受到其他轮船或者风力的影响时，易飘向轮船的航道，影响轮船的正：叫，鉴于此，我们提出一种基于数字航道图的船舶导引系统。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种基于数字航道图的船舶导引系统，以解决上述背景技术中提出的问题。[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种基于数字航道图的船舶导引系统，包括轮船航道确认模块、波纹检测模块、船舶行驶控制模块、异物分析模块和导引情况分析模块；[0006] 所述轮船航道确认模块包括航道共享单元和航道选择单元；[0007] 所述航道共享单元用于向地图服务提供商网站发送HTTP请求，获取网页内容，而后使用解析库提取全部航道图并存储航道图至系统数据库；[0008] HTTP协议用于从地图服务提供商获取不同的航道图数据，解析航道图数据包括水深、障碍物、航道边界等，而后将解析后的航道图收集至系统数据库；[0009] 所述航道选择单元用于输入目的地至系统数据库中，调出当前位置至目的地的多个航道图供工作人员确定所需航道图。[0010] 首先通过轮船中安装的GPS接收来自卫星的信号，计算出轮船的当前位置，而后搜索系统数据库中当前位置至输入目的地的航道图，而后将不同的航道图通过显示屏输出至工作人员。[0011] 所述轮船航道确认模块还包括智能推荐单元；[0012] 所述智能推荐单元用于基于工作人员的历史行为、偏好、工作需求建立偏好模型，将当前工作人员的数据输入模型中输出偏好航道图，调出所述航道选择单元中与偏好航道图相似度最大的航道图。[0013] 所述波纹检测模块包括波纹采集单元和特征分析单元；[0014] 所述波纹采集单元用于在轮船上安装高帧率摄像机拍摄水面波纹图像；[0015] 高帧率摄像机拍摄水面波纹图像的工作原理：[0016] 高帧率摄像机以每秒数十到数百帧的速度连续拍摄水面图像，捕捉水面波纹的动态变化，动态变化包括波纹的产生、传播、以及波峰波谷的形成和消散过程；[0017] 所述特征分析单元用于接收波纹采集单元的水面波纹图像的连续。ど枋奔浣诘，从连续帧中调出相应的波纹图像，比较相邻两个时间节点波纹图像，输出差分结果，并将差分结果进行二值化处理形成特征，若特征超过设置阈值，则输出异物信号。[0018] 差分结果的计算公式如下：[0019][0020] 其中， 是时间点 的图像帧中像素 的灰度值， 是时间点 的图像帧中像素 的灰度值[0021][0022] 是二值化后的特征图像，值为 表示该像素点在差分结果中超过阈值，为表示未超过阈值；[0023] 所述船舶行驶控制模块包括路径规划单元和驾驶控制单元；[0024] 所述路径规划单元用于接收所述航道选择单元的所需航道图，根据航道图中的信息识别预设导航路线中的宽度、弯曲度和水流速度数据；[0025] 因航道图中航道的宽度、弯曲度和水流速度都会影响航行速度、宽阔、直航道允许更高的速度，而狭窄、弯曲的航道需要降低速度以确保稳定性，水流速度也会影响航行速度，逆流航行会增加阻力，顺流航行则利用水流速度；[0026] 航道图中不同宽度对应轮船行驶速度的计算公式：[0027][0028] 其中， 考虑航道宽度后的航行速度， 是基础航行速度，即在理想航道条件下的航行速度， 是航道的最小宽度， 是当前航道的宽度， 是航道的最大宽度；[0029] 示例：[0030] 假设基础航行速度 为 节（海里/小时），航道最小宽度 为 米，当前航道宽度 为 米，航道最大宽度 为 米，则：[0031][0032] 航道图中不同弯曲度对应轮船行驶速度的计算公式：[0033][0034] 其中， 是考虑航道弯曲度后的航行速度， 是弯曲度系数，取决于航道的具体几何形状，是航道弯曲的角度；[0035] 示例：[0036] 假设基础航行速度 为 节，弯曲度系数 为 ，航道弯曲角度 为度：[0037][0038] 航道图中不同水流速度对应轮船行驶速度的计算公式：[0039][0040] 其中， 是考虑水流速度后的航行速度， 是水流速度， 是基础航行速度；[0041] 示例：[0042] 假设基础航行速度 为 节，水流速度 为 节：[0043][0044] 所述驾驶控制单元用于预设不同水深对应的驾驶速度、不同航道宽度对应的驾驶速度和障碍物类型对应的驾驶速度，分别确定所述路径规划单元中宽度、弯曲度和水流速度对应的行驶速度，并通过上述三个不同行驶速度计算轮船在正常水面中的最佳航行速度，且传输最佳航行速度的控制信号至船舶运行；[0045] 计算公式如下：[0046][0047] 其中， 是最终的航行速度， 是基础航行速度， 是航道的宽度，通常以百分比或特定数值表示航道相对于标准宽度的狭窄程度，是航道的弯曲度，通常以角度表示， 是水流速度，顺流为正值，逆流为负值，表示航道宽度对速度的影响程度，航道越窄， 越大， 表示航道弯曲度对速度的影响程度，航道弯曲度越大， 越大， 表示水流速度对速度的影响程度，水流速度越大，越大是调整系数；[0048] 示例：[0049] 假设 ， = 节，[0050] ；[0051] 所述船舶行驶控制模块还包括行驶调整单元；[0052] 所述行驶调整单元用于接收所述水面冲击检测单元和所述沉淀行驶判断单元中的行驶速度，并将此时的行驶速度进行调制为电信号，而后通过无线电频率进行发送，信号通过天线发射到空中而后传输至其他轮船，行驶速度降低造成其他轮船不能够及时避让。[0053] 所述异物分析模块包括异物位置分析单元和异物判断单元；[0054] 所述异物位置分析单元用于接收所述特征分析单元输出异物信号，当波纹遇到异物时，波纹将于异物接触产生相反的波纹，此时所述波纹采集单元在对水面波纹图像进行对比，此时波纹出现反射的位置即为异物所处的位置；[0055][0056] 其中，是波纹传播的原始距离，是波纹到达特定点的原始时间，是没有异物时的波纹传播速度， 是异物影响后的波纹传播速度。[0057] 所述异物判断单元用于接收所述波纹采集单元在对水面波纹图像，异物掉落时，通过水面波纹图像中波纹与波纹的标准阈值对比，其中，波纹的标准值通过工作人员设定，波纹的标准值为水面波纹正常传播的速度，当异物造成的水面波纹图像特征A中波纹扩散速度小于波纹的标准阈值B，异物则为漂浮异物，反之，则为下沉异物，为下沉异物时，通过所述波纹采集单元拍摄到异物掉落至水面的第一时间进行记录，而后当所述波纹采集单元拍摄不到异物时，通过两者时间上的差值计算下沉异物的下沉时间。[0058] 异物掉落时，通过水面波纹图像中波纹与波纹的标准阈值对比，漂浮异物造成的水面波纹图像特征A中波纹扩散速度小于波纹的标准阈值B，较慢，反之，则为下沉异物；[0059][0060] 下沉异物的下沉时间通过所述波纹采集单元拍摄的水面波纹图像变化分析，所述波纹采集单元拍摄到异物掉落至水面的第一时间进行记录，而后当所述波纹采集单元拍摄不到异物时，并分析此时异物的下沉速度；[0061] 预测异物掉落至水底的下沉速度:[0062] 在理想情况下，如果异物下沉时没有受到如水的阻力，下沉速度可以近似等于波纹扩散速度，用计算得到的波纹扩散速度作为下沉速度的估计值；[0063][0064] 其中， 是波纹扩散的距离， 是测量的时间间隔； 波纹的扩散速度，即为下沉速度；[0065] 所述水面冲击检测单元用于接收所述异物判断单元漂浮异物特征信号和所述驾驶控制单元中轮船行驶的速度，此时根据所述驾驶控制单元行驶速度造成的水面流速、轮船横截面积等数据计算，预测漂浮物漂浮至轮船行驶航道中的位置，而计算轮船行驶至轮船行驶至该位置时，异物位置是否与轮船位置重合，若重合，则传输控制信号至所述路径规划单元控制轮船速度；[0066] 水流速度的计算公式如下：[0067] 轮船在水中行驶时，会对周围的水产生推动作用，轮船的行驶速度越大，产生的动能就越大，横截面积决定轮船与水接触的面积大。婊酱，相互作用的程度也越大，水的阻力系数反映了水对轮船阻力的特性；[0068][0069] 其中， 轮船行驶的速度为，为轮船吃水深度，为水的阻力，为轮船的横截面积，为水的密度，上述数据均由工作人员提供；[0070] 预测漂浮异物的计算公式：[0071][0072] 其中， 为漂浮异物的初始位置， 为水流速度， 为轮船的行驶速度；[0073] 计算轮船行驶位置：[0074][0075] 其中， 为轮船行驶 速度与 时间后的位置，为行驶时间，为行驶速度；[0076] 此时 若与时异物的位置重合时，则传输控制信号至所述船舶行驶控制模块控制轮船速度，使得此时异物漂浮至其他位置后，轮船再行驶；[0077] 所述沉淀物轮船行驶判断单元用于接收所述异物判断单元沉入水中特征信号，而后通过所述波纹采集单元在对水面波纹图像分析异物的下沉时间，且此时计算轮船行驶至异物位置的时间，当轮船行驶至该位置时，异物下沉的过程中仍处于轮船吃水的高度中，此时输出控制信号至所述路径规划单元，通过所述路径规划单元控制轮船的行驶速度；[0078] 计算公式如下：[0079][0080] 为轮船行驶至下沉异物的时间， 为轮船至异物的距离，为轮船行驶时间；[0081][0082] 其中，为轮船在 时间中下沉的距离；[0083] 此时若在 时间中，异物下沉的距离Q处于轮船吃水的高度中时，其中轮船吃水的高度由工作人员提供，则表面异物将会与轮船接触。[0084] 所述轮船航道确认模块用于挖掘航道图存储至系统数据库，并调出航海图显示导航路线，所述波纹检测模块用于图像检测导航路线上的水面数据，并分析水面特征变化，在感知特征变化时，输出异物信号，所述船舶行驶控制模块用于控制轮船速度，所述异物分析模块用于接收所述波纹检测模块的异物信号后，通过水面特征变化计算异物特征，异物特征包括掉落位置、漂浮情况和下沉情况，发出特征信号，特征包括漂浮在水面特征信号和沉入水中特征信号，其中：[0085] 所述导引情况分析模块包括水面冲击检测单元和沉淀行驶判断单元；[0086] 所述水面冲击检测单元用于接收到漂浮在水面特征信号时，通过所述波纹检测模块的水面波纹数据预测在时间点后异物位置，而后根据轮船行驶速度计算时间点后与异物是否有重合，若重合，则传输控制信号至所述船舶行驶控制模块控制轮船速度；[0087] 所述沉淀行驶判断单元用于接收到沉入水中特征信号时，通过所述波纹检测模块的图像预测异物完全沉入至船底的时间，若异物下沉过程中，异物下沉位置处于轮船吃水的高度中时，则传输控制信号至所述路径规划单元，通过所述路径规划单元控制轮船的行驶速度。[0088] 与现有技术相比，本发明的有益效果：[0089] 该一种基于数字航道图的船舶导引系统中，通过波纹检测模块检测轮船行驶过程中的水面中的波纹变化，轮船正常行驶过程中，水面的波纹应有序的传播，当波纹检测模块检测的两个时间节点波纹图像存在差分时，则说明水面存在异物，有利于工作人员及时发现异物掉落，降低异物对船舶行驶的影响，提高安全性；[0090] 并且通过波纹图像变化计算异物特征，异物特征包括掉落位置、漂浮情况和下沉情况，并当异物漂浮在水面中时，而后根据轮船行驶速度计算的时间点后与异物是否有重合，若重合，则传输控制信号至所述船舶行驶控制模块控制轮船速度，通过控制轮船速度，避免漂浮的异物会与正在行驶的轮船接触，而导致漂浮的异物对轮船外部造成的划伤。[0091] 当异物下沉至水中时，异物下沉过程中，异物下沉位置处于轮船吃水的高度中时，则传输控制信号至所述路径规划单元，通过路径规划单元控制轮船的行驶速度通过计算下沉异物下沉时间与轮船行驶至异物当前位置的时间，避免异物下沉过程中与轮船接触，避免下沉的异物与正常行驶过程中的轮船产生冲击，而导致轮船外部的损坏。附图说明[0092] 图1为本发明的整体模块原理图；[0093] 图2为本发明的工作原理流程图。[0094] 图中各个标号意义为：[0095] 100、轮船航道确认模块；110、航道共享单元；120、航道选择单元；130、智能推荐单元；200、波纹检测模块；210、波纹采集单元；220、特征分析单元；300、船舶行驶控制模块；310、路径规划单元；320、驾驶控制单元；330、行驶调整单元；400、异物分析模块；410、异物位置分析单元；420、异物判断单元；500、导引情况分析模块；510、水面冲击检测单元；520、沉淀行驶判断单元。具体实施方式[0096] 下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0097] 航道数字化是航运信息化的重要组成部分与发展趋势，对内河航运的安全与高效管理有着举足轻重的作用，因此，请参阅图1?图2所示，一种基于数字航道图的船舶导引系统，包括轮船航道确认模块100、波纹检测模块200、船舶行驶控制模块300、异物分析模块400和导引情况分析模块500；[0098] 轮船航道确认模块100包括航道共享单元110和航道选择单元120；[0099] 航道共享单元110用于向地图服务提供商网站发送HTTP请求，获取网页内容，而后使用解析库提取全部航道图并存储航道图至系统数据库；[0100] HTTP协议用于从地图服务提供商获取不同的航道图数据，解析航道图数据包括水深、障碍物、航道边界等，而后将解析后的航道图收集至系统数据库；[0101] 航道选择单元120用于输入目的地至系统数据库中，调出当前位置至目的地的多个航道图供工作人员确定所需航道图。[0102] 首先通过轮船中安装的GPS接收来自卫星的信号，计算出轮船的当前位置，而后搜索系统数据库中当前位置至输入目的地的航道图，而后将不同的航道图通过显示屏输出至工作人员。[0103] 轮船航道确认模块100还包括智能推荐单元130；[0104] 智能推荐单元130用于基于工作人员的历史行为、偏好、工作需求建立偏好模型，将当前工作人员的数据输入模型中输出偏好航道图，调出航道选择单元120中与偏好航道图相似度最大的航道图。[0105] 波纹检测模块200包括波纹采集单元210和特征分析单元220；[0106] 波纹采集单元210用于在轮船上安装高帧率摄像机拍摄水面波纹图像；[0107] 高帧率摄像机拍摄水面波纹图像的工作原理：[0108] 高帧率摄像机以每秒数十到数百帧的速度连续拍摄水面图像，捕捉水面波纹的动态变化，动态变化包括波纹的产生、传播、以及波峰波谷的形成和消散过程；[0109] 特征分析单元220用于接收波纹采集单元210的水面波纹图像的连续。ど枋奔浣诘，从连续帧中调出相应的波纹图像，比较相邻两个时间节点波纹图像，输出差分结果，并将差分结果进行二值化处理形成特征，若特征超过设置阈值，则输出异物信号。[0110] 差分结果的计算公式如下：[0111][0112] 其中， 是时间点 的图像帧中像素 的灰度值， 是时间点 的图像帧中像素 的灰度值[0113][0114] 是二值化后的特征图像，值为 表示该像素点在差分结果中超过阈值，为表示未超过阈值；[0115] 船舶行驶控制模块300包括路径规划单元310和驾驶控制单元320；[0116] 路径规划单元310用于接收航道选择单元120的所需航道图，根据航道图中的信息识别预设导航路线中的宽度、弯曲度和水流速度数据；[0117] 因航道图中航道的宽度、弯曲度和水流速度都会影响航行速度、宽阔、直航道允许更高的速度，而狭窄、弯曲的航道需要降低速度以确保稳定性，水流速度也会影响航行速度，逆流航行会增加阻力，顺流航行则利用水流速度；[0118] 航道图中不同宽度对应轮船行驶速度的计算公式：[0119][0120] 其中， 考虑航道宽度后的航行速度， 是基础航行速度，即在理想航道条件下的航行速度， 是航道的最小宽度， 是当前航道的宽度， 是航道的最大宽度；[0121] 示例：[0122] 假设基础航行速度 为 节海里/小时，航道最小宽度 为 米，当前航道宽度 为 米，航道最大宽度 为 米，则：[0123][0124] 航道图中不同弯曲度对应轮船行驶速度的计算公式：[0125][0126] 其中， 是考虑航道弯曲度后的航行速度， 是弯曲度系数，取决于航道的具体几何形状，是航道弯曲的角度；[0127] 示例：[0128] 假设基础航行速度 为 节，弯曲度系数 为 ，航道弯曲角度 为度：[0129][0130] 航道图中不同水流速度对应轮船行驶速度的计算公式：[0131][0132] 其中， 是考虑水流速度后的航行速度， 是水流速度， 是基础航行速度；[0133] 示例：[0134] 假设基础航行速度 为 节，水流速度 为 节：[0135][0136] 驾驶控制单元320用于预设不同水深对应的驾驶速度、不同航道宽度对应的驾驶速度和障碍物类型对应的驾驶速度，分别确定路径规划单元310中宽度、弯曲度和水流速度对应的行驶速度，并通过上述三个不同行驶速度计算轮船在正常水面中的最佳航行速度，且传输最佳航行速度的控制信号至船舶运行；[0137] 计算公式如下：[0138][0139] 其中， 是最终的航行速度， 是基础航行速度， 是航道的宽度，通常以百分比或特定数值表示航道相对于标准宽度的狭窄程度，是航道的弯曲度，通常以角度表示， 是水流速度，顺流为正值，逆流为负值，表示航道宽度对速度的影响程度，航道越窄， 越大， 表示航道弯曲度对速度的影响程度，航道弯曲度越大， 越大， 表示水流速度对速度的影响程度，水流速度越大，越大是调整系数；[0140] 示例：[0141] 假设 ， = 节，[0142] ；[0143] 船舶行驶控制模块300还包括行驶调整单元330；[0144] 行驶调整单元330用于接收水面冲击检测单元510和沉淀行驶判断单元520中的行驶速度，并将此时的行驶速度进行调制为电信号，而后通过无线电频率进行发送，信号通过天线发射到空中而后传输至其他轮船，行驶速度降低造成其他轮船不能够及时避让。[0145] 异物分析模块400包括异物位置分析单元410和异物判断单元420；[0146] 异物位置分析单元410用于接收特征分析单元220输出异物信号，并根据波纹采集单元210中异物掉落至水面波纹图像分析异物掉落位置；[0147] 当波纹接触到异物时，波纹的传播会受到阻碍或改变，导致波纹无法按照预期的路径和速度传播，如果波纹传播出现异常，则判断为存在异物，通过波纹到达特定点的时间，反推波纹传播速度的变化，进而推断出异物的位置，如果异物存在，波纹到达时间会比预期时间更长；[0148][0149] 其中，是波纹传播的原始距离，是波纹到达特定点的原始时间，是没有异物时的波纹传播速度， 是异物影响后的波纹传播速度。[0150] 异物判断单元420用于接收异物位置分析单元410记录的水面波纹特征变化，并根据波纹采集单元210中异物掉落至水面波纹图像变化分析掉落至水面的异物为漂浮在水面的异物还是水中下沉的异物，并发生发出特征信号，若异物为下沉异物时，通过波纹检测模块200的水面波纹数据预测异物的下沉时间。[0151] 异物掉落时，通过水面波纹图像中波纹与波纹的标准阈值对比，漂浮异物造成的水面波纹图像特征A中波纹扩散速度小于波纹的标准阈值B，较慢，反之，则为下沉异物；[0152][0153] 下沉异物的下沉时间通过波纹采集单元210拍摄的水面波纹图像变化分析，波纹采集单元210拍摄到异物掉落至水面的第一时间进行记录，而后当波纹采集单元210拍摄不到异物时，并分析此时异物的下沉速度；[0154] 预测异物掉落至水底的下沉速度:[0155] 在理想情况下，如果异物下沉时没有受到如水的阻力，下沉速度可以近似等于波纹扩散速度，用计算得到的波纹扩散速度作为下沉速度的估计值；[0156][0157] 其中， 是波纹扩散的距离， 是测量的时间间隔； 波纹的扩散速度，即为下沉速度；[0158] 水面冲击检测单元510用于接收异物判断单元420漂浮异物特征信号和驾驶控制单元320中轮船行驶的速度，此时根据驾驶控制单元320行驶速度造成的水面流速、轮船横截面积等数据计算，预测漂浮物漂浮至轮船行驶航道中的位置，而计算轮船行驶至轮船行驶至该位置时，异物位置是否与轮船位置重合，若重合，则传输控制信号至所述路径规划单元310控制轮船速度；[0159] 水流速度的计算公式如下：[0160] 轮船在水中行驶时，会对周围的水产生推动作用，轮船的行驶速度越大，产生的动能就越大，横截面积决定轮船与水接触的面积大。婊酱，相互作用的程度也越大，水的阻力系数反映了水对轮船阻力的特性；[0161][0162] 其中， 轮船行驶的速度为，为轮船吃水深度，为水的阻力，为轮船的横截面积，为水的密度，上述数据均由工作人员提供；[0163] 预测漂浮异物的计算公式：[0164][0165] 其中， 为漂浮异物的初始位置， 为水流速度， 为轮船的行驶速度；[0166] 计算轮船行驶位置：[0167][0168] 其中， 为轮船行驶 速度与 时间后的位置，为行驶时间，为行驶速度；[0169] 此时 若与时异物的位置重合时，则传输控制信号至船舶行驶控制模块300控制轮船速度，使得此时异物漂浮至其他位置后，轮船再行驶；[0170] 沉淀行驶判断单元520用于接收异物判断单元420沉入水中特征信号，而后通过波纹采集单元210在对水面波纹图像分析异物的下沉时间，且此时计算轮船行驶至异物位置的时间，当轮船行驶至该位置时，异物下沉的过程中仍处于轮船吃水的高度中，此时输出控制信号至路径规划单元310，通过路径规划单元310控制轮船的行驶速；[0171] 计算公式如下：[0172][0173] 为轮船行驶至下沉异物的时间， 为轮船至异物的距离，为轮船行驶时间；[0174][0175] 其中，为轮船在 时间中下沉的距离；[0176] 此时若在 时间中，异物下沉的距离Q处于轮船吃水的高度中时，其中轮船吃水的高度由工作人员提供，则表面异物将会与轮船接触。[0177] 轮船航道确认模块100用于挖掘航道图存储至系统数据库，并调出航海图显示导航路线，波纹检测模块200用于图像检测导航路线上的水面数据，并分析水面特征变化，在感知特征变化时，输出异物信号，船舶行驶控制模块300用于控制轮船速度，异物分析模块400用于接收波纹检测模块200的异物信号后，通过水面特征变化计算异物特征，异物特征包括掉落位置、漂浮情况和下沉情况，发出特征信号，特征包括漂浮在水面特征信号和沉入水中特征信号，其中：[0178] 导引情况分析模块500包括水面冲击检测单元510和沉淀行驶判断单元520；[0179] 水面冲击检测单元510用于接收到漂浮在水面特征信号时，通过波纹检测模块200的水面波纹数据预测在时间点后异物位置，而后根据轮船行驶速度计算的时间点后与异物是否有重合，若重合，则传输控制信号至船舶行驶控制模块300控制轮船速度；[0180] 沉淀行驶判断单元520用于接收到沉入水中特征信号时，通过波纹检测模块200的图像预测异物完全沉入至船底的时间，若异物下沉过程中，异物下沉位置处于轮船吃水的高度中时，则传输控制信号至路径规划单元310，通过路径规划单元310控制轮船的行驶速度。[0181] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

专利地区：山东

专利申请日期：2024-09-14

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN118811044B