一种船舶智能锚泊系统及其辅助决策方法与流程

1.本发明涉及船舶智能设备技术领域，更具体地说，涉及一种船舶智能锚泊系统及其辅助决策方法。


背景技术：

2.船舶在进行检疫、候潮、锚地过驳、避风、等泊位等情况下，常需抛锚停泊。而锚泊船由于受风、浪、流等外力因素的作用可能发生走锚，从而导致碰撞、触礁、搁浅等事故发生。即使抛锚船被他船碰撞也有承担一定的责任的实例。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决船舶在锚泊状态下可能发生的一系列安全事故，保证航行的安全。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种船舶智能锚泊系统及其辅助决策方法，所述船舶智能锚泊系统包括信号采集单元、通过网线连接接收所述信号采集单元输出信号的工作站，以及通过网线连接接收工作站输出信号的输出显示单元；
5.其中，所述信号采集单元包括：船舶参数信息采集子单元、锚系设备状态信息采集子单元，以及环境及船舶状态数据信息采集子单元；
6.所述工作站包括：计算分析单元、接收所述计算分析单元输出信号的锚泊状态检测报警单元、与所述计算分析单元交互信号并且接收所述锚泊状态检测报警单元输出信号的辅助决策单元，以及接收所述计算分析单元、所述锚泊状态检测报警单元和所述辅助决策单元输入的存储信号的数据存储单元；
7.所述的输出显示单元显示环境状态、船泊状态、锚泊状态监测报警、锚泊辅助决策、锚系设备状态、锚系设备参数，以及锚泊记录。
8.所述船舶智能锚泊系统的辅助决策方法，包括如下步骤：
9.步骤1，信息采集；
10.所述信号采集单元中的船舶参数信息采集子单元接收输入的船舶参数信息、锚系设备状态信息采集子单元实时的锚系设备状态信息，以及环境及船舶状态数据信息采集子单元采集的环境及船舶状态信息均输入给工作站中的计算分析单元；
11.步骤2，计算分析及存储；
12.步骤2.1，计算分析；
13.所述工作站内的计算分析单元对步骤1中输入的环境及船舶状态信息、锚系设备信息进行计算和分析得到锚系留力；对步骤1中输入的环境及船舶状态信息、船舶参数信息进行计算和分析得到了风载荷、浪载荷和流载荷；对输入的环境及船舶状态信息、锚系设备信息和船舶参数信息进行计算和分析得到出链长度、走锚判断、偏荡运动预报；
14.步骤2.2，存储；
15.所述计算分析单元将步骤2.1中的分析结果输入所述锚泊状态监测报警单元和所
述辅助决策单元，同时输入到所述数据存储单元进行存储；
16.步骤3，辅助决策及显示；
17.步骤2.2中所述锚泊状态监测报警单元监测到走锚、偏荡、他船靠近的情况后，监测信息分为两路：第一路通过所述工作站输入到输出显示单元进行报警显示；第二路输入到所述工作站内的辅助决策单元，由所述辅助决策单元提供相应的辅助决策并输入到所述输出显示单元进行显示；
18.步骤4，船舶操作者对辅助决策建议的实施；
19.船舶操作者根据步骤3中所述输出显示单元给出的辅助决策建议，进行出链长度调整、增加船舶吃水、加抛止荡锚、增加锚泊力，以及车舵抑制的措施；
20.步骤5，船舶操作后的辅助决策；
21.在船舶操作者根据步骤4完成了船舶或设备的操作后，重复步骤1至步骤4直至所述输出显示单元不显示报警为止。
22.优选的是，所述信息采集单元、所述计算分析单元、所述锚泊状态监测报警单元、所述辅助决策单元，以及输出显示单元均设有用于系统升级的功能扩展子单元。
23.优选的是，所述的信号采集单元与船舶自身的监测报警系统、装载计算机、智能船信息平台、雷达、船舶自动识别系统、根据辅助决策要求新增的传感器、摄像头信号连接。
24.优选的是，所述船舶参数信息采集子单元采集船上现有设备信息，包括锚机的生产厂家、型号、额定功率、最大拉力、拉力信息；锚的生产厂家、型式、重量信息；锚链的生产厂家、左右舷节数和长度、直径、每米重量信息；止链器的生产厂家、型式、破断负荷信息；弃链器的型式；船舶的建造厂、船型、船龄、船长、船宽、型深、结构吃水、水线上下面积信息。
25.优选的是，所述环境和船舶状态信息采集子单元采集锚地底质、气象、定位和船舶吃水、尾倾、摇荡角度、摇荡周期、受风面积、湿表面积信息。
26.优选的是，所述的信号采集单元通过硬线或者通信的形式将其采集的信息和其接收的输入信息输入所述工作站，在工作站系统界面按照船舶操作者需求选择船舶参数信息、环境及船舶状态数据信息、锚系设备状态信息、计算分析结果、监测报警信息、辅助决策信息和历史锚泊记录内容自动生成每次锚泊的报告。
27.优选的是，所述的工作站中的数据存储单元进行数据存储、查询及提供历史锚泊方案记录，采集锚泊大数据。
28.优选的是，所述数据存储单元通过船舶智能系统的卫星天线将数据传输至岸端。
29.本发明对船舶智能锚泊系统相关信息集成显示，通过分析影响锚泊安全的因素，并且通过对外界环境、船舶自身及设备和锚泊状态的监测，进行受力分析、估算、判别等，给出锚泊建议和对锚泊安全监测及报警，并给出辅助决策，给出锚泊操作者准确参数及建议，以确保船舶的锚泊安全。提高锚泊安全以及法律证据留存。在船舶智能化自动化发展背景下，通过设备智能化系统实现监控报警及辅助决策功能，能够更好的为船员提供信息及进行操作指导，去除锚泊操作的人为不利因素，提高锚泊安全性。同时也为将来更进一步的智能化锚泊奠定基础。
附图说明
30.图1是本发明所述的船舶智能锚泊系统的架构图。
31.图2是本发明所述的船舶智能锚泊系统的流程图。
32.图3是本发明所述的船舶智能锚泊系统中船舶参数信息采集子单元框图。
33.图4是本发明所述的船舶智能锚泊系统中锚系设备状态信息采集子单元框图。
34.图5是本发明所述的船舶智能锚泊系统中环境及船舶状态信息采集子单元框图。
35.图6是本发明所述的船舶智能锚泊系统的辅助决策方法的流程图。
36.图7是本发明所述的船舶智能锚泊系统的辅助决策方法中一种走锚辅助决策流程图。
37.图8是本发明所述的船舶智能锚泊系统的辅助决策方法中一种他船走锚辅助决策流程图。
具体实施方式
38.实施例：
39.如图1所示，本发明所采用的智能船舶锚泊系统包括一个工作站、一个与工作站通过网线连接的信号采集单元，以及一个通过网线与工作站连接的输出显示单元。
40.如图2所示，其中，信号采集单元包括船舶参数信息采集子单元、锚系设备状态信息采集子单元和环境船舶状态信息采集子单元，分别用来采集环境、船舶以及锚系设备的实时信息。
41.工作站包括：计算分析单元、接收所述计算分析单元输出信号的锚泊状态检测报警单元、与所述计算分析单元交互信号并且接收所述锚泊状态检测报警单元输出信号的辅助决策单元，以及接收所述计算分析单元、所述锚泊状态检测报警单元和所述辅助决策单元输入的存储信号的数据存储单元；
42.输出显示单元显示环境状态、船泊状态、锚泊状态监测报警、锚泊辅助决策、锚系设备状态、锚系设备参数，以及锚泊记录。
43.如图2所示，本发明所述的智能船舶锚泊系统的辅助决策方法为：
44.步骤1，信息采集；
45.所述信号采集单元中的船舶参数信息采集子单元接收输入的船舶参数信息、锚系设备状态信息采集子单元实时的锚系设备状态信息，以及环境及船舶状态数据信息采集子单元采集的环境及船舶状态信息均输入给工作站中的计算分析单元；
46.步骤2，计算分析及存储；
47.步骤2.1，计算分析；
48.所述工作站内的计算分析单元对步骤1中输入的环境及船舶状态信息、锚系设备信息进行计算和分析得到锚系留力；对步骤1中输入的环境及船舶状态信息、船舶参数信息进行计算和分析得到了风载荷、浪载荷和流载荷；对输入的环境及船舶状态信息、锚系设备信息和船舶参数信息进行计算和分析得到出链长度、走锚判断、偏荡运动预报；
49.步骤2.2，存储；
50.所述计算分析单元将步骤2.1中的分析结果输入所述锚泊状态监测报警单元和所述辅助决策单元，同时输入到所述数据存储单元进行存储；
51.步骤3，辅助决策及显示；
52.步骤2.2中所述锚泊状态监测报警单元监测到走锚、偏荡、他船靠近的情况后，监
测信息分为两路：第一路通过所述工作站输入到输出显示单元进行报警显示；第二路输入到所述工作站内的辅助决策单元，由所述辅助决策单元提供相应的辅助决策并输入到所述输出显示单元进行显示；
53.步骤4，船舶操作者对辅助决策建议的实施；
54.船舶操作者根据步骤3中所述输出显示单元给出的辅助决策建议，进行出链长度调整、增加船舶吃水、加抛止荡锚、增加锚泊力，以及车舵抑制的措施；
55.步骤5，船舶操作后的辅助决策；
56.在船舶操作者根据步骤4完成了船舶或设备的操作后，重复步骤1至步骤4直至所述输出显示单元不显示报警为止。
57.所述的信号采集单元与船舶自身的监测报警系统、装载计算机、智能船信息平台、雷达、船舶自动识别系统、根据辅助决策要求新增的传感器、摄像头信号连接。
58.所述船舶参数信息采集子单元采集船上现有设备信息，包括锚机的生产厂家、型号、额定功率、最大拉力、拉力信息；锚的生产厂家、型式、重量信息；锚链的生产厂家、左右舷节数和长度、直径、每米重量信息；止链器的生产厂家、型式、破断负荷信息；弃链器的型式；船舶的建造厂、船型、船龄、船长、船宽、型深、结构吃水、水线上下面积信息。
59.所述环境和船舶状态信息采集子单元采集锚地底质、气象、定位和船舶吃水、尾倾、摇荡角度、摇荡周期、受风面积、湿表面积信息。
60.所述的信号采集单元通过硬线或者通信的形式将其采集的信息和其接收的输入信息输入所述工作站，在工作站系统界面按照船舶操作者需求选择船舶参数信息、环境及船舶状态数据信息、锚系设备状态信息、计算分析结果、监测报警信息、辅助决策信息和历史锚泊记录内容自动生成每次锚泊的报告。
61.所述的工作站中的数据存储单元进行数据存储、查询及提供历史锚泊方案记录，采集锚泊大数据。
62.所述数据存储单元通过船舶智能系统的卫星天线将数据传输至岸端。船舶智能系统已经在四条船上应用过，具有网络平台、信息平台、船岸一体、智能液货、运维、自动驾驶能效功能。智能系统暂无具体的型号，根据具体船舶的需要而设计。
63.本发明中的信息采集单元、锚泊状态监测报警单元、计算分析单元和辅助决策单元数据在数据存储单元中存储，为满足船舶操作者的需求选择在输出显示单元中显示环境状态、船舶状态、船舶设备参数、锚系设备状态、锚泊状态监控报警、锚泊建议方案、锚泊辅助决策、锚泊记录、船岸互联信息。所显示的信息根据船舶操作者实际需求进行拓展。
64.如图3所示，船舶参数信息采集子单元所采集的信息包括船舶所配置的锚系设备参数及船舶参数，以供输出显示单元、及信息采集单元、锚泊状态监测报警单元、计算分析单元和辅助决策单元数据信息调用。锚系设备参数包括：锚机的参数、锚的参数、锚链参数、止链器的参数、弃链器的参数。根据计算分析单元和辅助决策单元升级需求可进行参数扩展。
65.如图4所示，所述，锚系设备状态信息采集单元所采集的信息为船舶锚泊设备的状态信息；锚泊设备的状态信息包括：锚机状态信息、锚的状态信息、锚链的状态信息、止链器状态信息、锚链筒盖板状态信息、锚链管盖板状态信息、弃链器状态信息。锚系设备状态信息一路输出至显示单元进行显示、另一路输出至工作站的计算分析单元进行计算和分析。
计算分析结果输出至锚泊状态监控报警单元，有报警产生后输出至辅助决策单元给出辅助决策并在输出显示单元显示。数据存储单元存储该过程数据。根据计算分析单元和辅助决策单元等升级需求可进行参数扩展。
66.如图5所示，环境、船舶状态信息采集单元采集的信息包括锚地的风(风向、风力、10m高处风力)、浪(波高、)、流(潮高、潮流方向)、水深、锚地底质海况信息、定位信息、船舶状态信息、船舶设备状态信息、锚地底质信息、锚泊状态信息及锚泊任务选择信息。根据计算分析单元和辅助决策单元等升级需求可进行参数扩展。
67.如图6所示，锚泊操作者在工作站系统界面输入拟停泊的锚泊点坐标后，计算分析单元提取信息采集单元模块信息：环境及船舶状态信息、锚系设备信息计算和分析了锚的系留力fa；对输入的环境及船舶状态信息、船舶参数信息计算和分析了风、浪、流载荷；对输入的环境及船舶状态信息、锚系设备信息和船舶参数信息计算和分析了出链长度计算，选大者确定锚泊力为fm。锚的系留力fa与锚泊力fm进行对比，如果fm大于fa，则增加出链长度再次进行计算对比，直至fm小于fa时，通过辅助决策单元给出锚泊建议，并提供相应的锚泊点、出链长度等相关信息以及操作相关信息。如果增加锚链长度超出锚链最大释放长度，则判定并显示此处不适合锚泊。
68.如图7所示，信息采集单元中环境及船舶状态信息、锚系设备信息变化后，经计算分析单元偏荡运动预报计算和分析、gps/北斗雷达系统锚泊圈对比及锚链状态信息，出现船舶偏荡、船为出锚泊圈和锚链紧绷或间歇性剧烈抖动的情况下判断为走锚，船舶操作者采用增加船舶吃水、加抛止荡锚、增加锚泊力、车舵抑制等措施，信息采集单元重新采集信息再次判断，直至锚泊安全。
69.如图8所示，环境及船舶状态信息中雷达系统、gps/北斗系统对他船锚泊圈进行监控，对比他船和本船锚泊圈距离给出他船走锚报警、走锚后速度、他船进入本船锚泊圈时间等，给出本船操作者进行警告、收锚改变船位、主机舵叶配合建议，并对锚泊状态和采取的一切措施进行记录。
70.可选地，所述各模块带有扩展功能，例如工作站中增加锚泊设备控制单元，将锚机、止链器、锚链管盖、锚链筒盖锚泊设备控制信号接入以实现远端控制功能以方便系统升级。
71.可选地，计算分析模块中各计算给出不同计算方法，将结果与实际情况比对，通过各锚地实际情况，选择适合的计算方法。
72.可选地，辅助决策模块增加智能选择与历史数据比对功能，找出最佳锚泊方案。
73.可选地，辅助决策中只给出三种基本流程，对照辅助决策需求，可相应辅助决策功能扩展。
74.可选地，数据处理模块中数据可通过船舶智能系统或卫星天线将数据传输至岸端，以便船舶公司对其管辖所有船只监控和管理。
75.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。