水路运输系统的制作方法

1.本发明涉及船舶航行技术领域，具体涉及一种水路运输系统。


背景技术：

2.我国水系丰富、内河航运资源充裕，内河航运与其他运输方式相比，具有运输量大、运输成本低、环境污染小等特点。然而，内河航道一般较为狭窄，同时，内河船舶密度较大，航行规则复杂，船舶会遇频繁，导致内河交通组织调度难度较大，运输效率不高。
3.现有技术中提出了一种智能水路运输系统，利用全球定位系统(global position system，gps)、船舶自动识别系统(automatic identification system，ais)、船舶交通管理系统(vessel traffic service，vts)、视频监控系统(closed circuit television，cctv)等手段，建立了广泛的船岸、船船通信，在一定程度上减少了船舶航行风险，促进了内河运输系统的安全运行。
4.但现有的水路运输系统的调度需通过通信链路将信息传至岸上的云处理中心进行处理分析，再反馈给船舶，过程耗时较长，不能保证船舶获取响应的实时性，增加船舶航行的危险性。
5.因此，急需提出一种水路运输系统，解决现有技术中存在的水路运输系统调度反馈时间较长，不能保证船舶获取响应的实时性的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种水路运输系统，旨在解决现有技术中存在的水路运输系统调度反馈时间较长，不能保证船舶获取响应的实时性的技术问题。
7.第一方面，本发明提供了一种水路运输系统，包括：云控中心、岸基协同层以及边缘终端层，所述岸基协同层包括多个航段岸基协同中心，所述边缘终端层包括多个边缘终端；
8.所述多个边缘终端包括至少一个船载终端和至少一个岸基终端，所述多个边缘终端用于接收航行任务并指示所述至少一个船载终端航行，所述多个边缘终端还用于在航行过程中采集感知数据和交互数据，并将所述感知数据和所述交互数据上传至所述岸基协同层；
9.所述岸基协同层的每一航段岸基协同中心用于接收与之对应的所述感知数据和所述交互数据，并根据所述感知数据和所述交互数据生成当前航段的动态数据链，并根据所述动态数据链对所述多个边缘终端进行管控；
10.所述每一航段岸基协同中心还用于将所述动态数据链上传至所述云控中心；
11.所述云控中心还用于根据所述动态数据链生成云数据，并对所述云数据进行处理，生成调度指令对所述岸基协同层进行调度。
12.在本发明一些可能的实现方式中，所述云数据包括由各个航段的动态数据链整合而成的整体动态数据链，所述云控中心还用于将所述整体动态数据链通过所述岸基协同层
下发至所述边缘终端层。
13.在本发明一些可能的实现方式中，所述多个边缘终端包括至少一个智能边缘终端，所述智能边缘终端包括感知模块、交互模块、边缘决策模块、边缘控制模块和边缘执行模块；
14.所述感知模块用于采集感知数据；
15.所述交互模块用于采集交互数据；
16.所述边缘决策模块用于接收所述感知数据和所述交互数据，并生成边缘决策方案；
17.所述边缘控制模块用于接收所述边缘决策方案并控制所述边缘执行模块执行所述边缘决策方案。
18.在本发明一些可能的实现方式中，所述多个边缘终端还包括至少一个非智能边缘终端，所述非智能边缘终端和所述智能边缘终端均用于接收所述航行任务和所述整体动态数据链。
19.在本发明一些可能的实现方式中，所述边缘终端之间的通信方式以及所述边缘终端与所述航段岸基协同中心之间的通信方式为无线通信；所述云控中心与所述边缘终端以及所述云控中心和所述航段岸基协同中心之间为的通信方式为有线通信。
20.在本发明一些可能的实现方式中，所述船载终端之间的通信方式为v2v，所述船载终端和所述岸基终端之间的通信方式为v2i，所述船载终端与所述航段岸基协同中心、所述岸基终端与所述航段岸基协同中心之间的通信方式为4g或5g，所述云控中心和所述航段岸基协同中心之间的通信方式为光纤通信。
21.在本发明一些可能的实现方式中，所述多个航段岸基协同中心的每一航段岸基协同中心均包括：第一航段接收模块、第二航段接收模块、航段决策模块和航段管控模块；
22.所述第一航段接收模块用于接收所述调度指令；
23.所述第二航段接收模块用于接收所述感知数据和所述交互数据；
24.所述航段决策模块用于根据所述调度指令、所述感知数据和所述交互数据，生成航段决策方案；
25.所述航段管控模块用于接收所述航段决策方案并对所述多个边缘终端进行管控。
26.在本发明一些可能的实现方式中，所述云控中心包括云接收模块、云决策模块和云分发模块；
27.所述云接收模块用于接收所述动态数据链；
28.所述云决策模块用于根据所述动态数据链生成云决策方案；
29.所述云分发模块用于将所述云决策方案分发至所述岸基协同层。
30.在本发明一些可能的实现方式中，所述智能边缘终端还包括可靠性判断模块，用于判断所述感知数据和所述交互数据的可靠度，若所述感知数据和所述交互数据的可靠度小于阈值可靠度，则将所述感知数据和所述交互数据进行标记并生成告警信号。
31.在本发明一些可能的实现方式中，所述多个航段岸基协同中心中的每一航段岸基协同中心均包括一航段应急模块，所述多个边缘终端中的每一边缘终端均包括一边缘应急模块，所述云控中心包括一云应急模块；
32.所述边缘终端还包括应急等级判断模块，用于根据所述感知数据和所述交互数据
判断应急等级，所述应急等级分为第一应急等级、第二应急等级和第三应急等级，当所述应急等级为第一应急等级时，所述边缘应急模块响应；当所述应急等级为第二应急等级时，所述航段应急模块相应；当所述应急等级为第三应急等级时，所述云应急模块响应。
33.本发明通过设置云控中心、岸基协同层和边缘终端层，边缘终端在航行过程中采集感知数据和交互数据，并将其上传至岸基协同层，岸基协同层根据感知数据和交互数据生成当前航段的动态数据链，并根据动态数据链对边缘终端进行管控；同时，岸基协同层还可将动态数据链上传至云控中心，云控中心根据动态数据链生成云数据，并根据云数据生成调度指令对岸基协同层进行调度，即：本发明通过使岸基协同层具有对边缘终端的管控能力，避免仅能通过云控中心对边缘终端进行管控，减小了管控路径，进而降低了水路运输系统的调度反馈时间，保证船载终端获取响应的实时性。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本发明实施例提供的水路运输系统的一个实施例示意图；
36.图2是本发明实施例提供的水路运输系统的一个整体结构示意图；
37.图3是本发明实施例提供的智能边缘终端的一个实施例结构示意图；
38.图4是本发明实施例提供的航段岸基协同中心的一个实施例结构示意图；
39.图5是本发明实施例提供的云控中心的一个实施例结构示意图；
40.图6是本发明实施例提供的智能边缘终端的另一个实施例结构示意图；
41.图7是本发明实施例提供的航段应急模块的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，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。
43.为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本发明所公开的原理和特征的最广范围相一致。
44.本发明实施例提供一种水路运输系统，以下进行详细说明。
45.在展示实施例之前，先对边缘终端和航段岸基协同中心进行说明。边缘终端指的是可进行边缘计算的终端，航段岸基协同中心指的是可进行雾计算的航段终端，其中：
46.边缘计算(edge computing)是一种分散式运算的架构。在这种架构下，将应用程序、数据资料与服务的运算，由网络中心节点，移往网络逻辑上的边缘节点来处理。
47.雾计算(fog computing)是云计算(cloud computing)的延伸概念，它主要使用的是边缘网络中的设备，数据传递具有极低时延。
48.图1为本发明实施例提供的水路运输系统的一个实施例示意图，图2为本发明实施例提供的水路运输系统的一个整体结构示意图，如图1和图2所示，水路运输系统10包括：云控中心100、岸基协同层200以及边缘终端层300，岸基协同层200包括多个航段岸基协同中心210，边缘终端层300包括多个边缘终端310；
49.应当理解的是：云控中心100用于控制多个航段岸基协同中心210，每一个航段岸基协同中心210用于管理一个航段，每个航段内包括多个边缘终端310，即：每一个航段岸基协同中心210用于管理多个边缘终端310，且航段岸基协同中心210的个数小于边缘终端310的个数。
50.多个边缘终端310包括至少一个船载终端311和至少一个岸基终端312，多个边缘终端310用于接收航行任务并指示该至少一个船载终端311航行，多个边缘终端310还用于在航行过程中采集感知数据和交互数据，并将感知数据和交互数据上传至岸基协同层200；
51.其中，岸基终端312可以是桥梁、船闸等。
52.多个航段岸基协同中心210的每一航段岸基协同中心210用于接收与之对应的感知数据和交互数据，并根据感知数据和交互数据生成当前航段的动态数据链，并根据动态数据链对多个边缘终端310进行管控；
53.每一航段岸基协同中心210还用于将动态数据链上传至所述云控中心100；
54.云控中心100还用于根据动态数据链生成云数据，并对云数据进行处理，生成调度指令对岸基协同层200进行调度。
55.本发明实施例通过设置云控中心100、岸基协同层200和边缘终端层300，边缘终端310在航行过程中采集感知数据和交互数据，并将其上传至岸基协同层200，岸基协同层200根据感知数据和交互数据生成当前航段的动态数据链，并根据动态数据链对边缘终端310进行管控；同时，岸基协同层200还可将动态数据链上传至云控中心100，云控中心100根据动态数据链生成云数据，并根据云数据生成调度指令对岸基协同层200进行调度，即：本发明通过使岸基协同层200具有对边缘终端310的管控能力，避免仅能通过云控中心100对边缘终端310进行管控，减小了管控路径，进而降低了水路运输系统10的调度反馈时间，保证船载终端311获取响应的实时性。
56.需要说明的是：边缘终端310接收的航行任务是由云控中心100接收外部的总航行任务后分发给边缘终端的，具体地：云控中心100接收总航行任务，并将总航行任务拆分为多个次航行任务后对应分发给多个航段岸基协同中心210；多个航段岸基协同中心210用于对应接收多个次航行任务，并将多个次航行任务中的每一次航行任务拆分成多个航行任务，将多个航行任务对应分发给多个边缘终端311。
57.为了进一步提高水路运输系统的可靠性，在本发明的一些实施例中，云数据包括由各个航段的动态数据链整合而成的整体动态数据链，云控中心100还用于将整体动态数据链通过岸基协同层200下发至边缘终端层100。
58.由于岸基协同层200是用于根据感知数据和交互数据生成当前航段的动态数据链，其对边缘终端311进行管控仅仅是基于当前航段的动态数据链，而云控中心100中的云数据包括由各个航段的动态数据链整合而成的整体动态数据链，相比于当前航段的动态数
据链，数据范围更广，边缘终端层100接收整体动态数据链可便于其对整体航行情况进行判断，进一步提高水路运输系统的可靠性。
59.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图2和图3所示，多个边缘终端310包括至少一个智能边缘终端313，智能边缘终端313包括感知模块3131、交互模块3132、边缘决策模块3133、边缘控制模块3134和边缘执行模块3135；
60.感知模块3131用于采集感知数据；具体地：通过在智能边缘终端313上搭载的多种传感器如摄像头、雷达、gps、风速风向仪等采集仪器实时采集感知数据；
61.交互模块3132用于采集交互数据；具体地：交互模块3132用于接收其他智能边缘终端313的感知模块3131采集的感知数据，形成交互数据；
62.边缘决策模块3133用于接收感知数据和交互数据，并生成边缘决策方案；
63.边缘控制模块3134用于接收边缘决策方案并控制边缘执行模块3135执行所述边缘决策方案。
64.通过上述设置，可提高智能边缘终端313的自主性，实现边缘终端310的自主管控能力，进一步减小管控路径，进而降低水路运输系统10的调度反馈时间，提高边缘终端310获取响应的实时性。
65.在本发明的一个具体实施例中，岸基终端312为船闸，当船闸检测到此时自身的状态是适合船载终端313通过时，生成通过信号，船载终端313的感知模块3131采集船载终端313与船闸之间的距离，交互模块3132采集船闸的通过信号，边缘决策模块313根据采集到的信号，判断此时是否船载终端313可通过船闸，当可以通过时，边缘控制模块3134控制船载终端313的边缘执行模块3135(发动机)以使船载终端313通过船闸。在此实施例中，船载终端313采集到与船闸之间的距离为感知数据，船载终端313接收到的通过信号为交互数据。
66.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图2所示，多个边缘终端310还包括至少一个非智能边缘终端314，非智能边缘终端314和智能边缘终端313均用于接收航行任务和整体动态数据链。
67.通过上述设置，可提高水路运输系统10的兼容性，并进一步提高水路运输系统10的安全性。这是由于现在进行航运的船舶中，有很多是非智能的，本发明实施例通过将现行的非智能边缘终端314包容在水路运输系统10中，提高水路运输系统10的兼容性；进一步地，本发明实施例通过设置非智能边缘终端314接收航行任务和整体动态数据链，使非智能边缘终端314获取当前航行的状态信息，提高水路运输系统10的可靠性。
68.进一步地，在本发明的一些实施例中，边缘终端310之间的通信方式以及边缘终端310与航段岸基协同中心210之间的通信方式为无线通信；云控中心100与边缘终端310以及云控中心100和航段岸基协同中心210之间为的通信方式为有线通信。
69.具体地，船载终端311之间的通信方式为v2v，船载终端311和岸基终端312之间的通信方式为v2i，船载终端311与航段岸基协同中心210、岸基终端312与航段岸基协同中心210之间的通信方式为4g或5g，云控中心100和航段岸基协同中心210之间的通信方式为光纤通信。
70.通过上述设置，可提高水路运输系统10通信连接的高效性。
71.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图4所示，多个航段岸基协同中心210的每
一航段岸基协同中心210均包括：第一航段接收模块211、第二航段接收模块212、航段决策模块213和航段管控模块214；
72.第一航段接收模块211用于接收调度指令；
73.第二航段接收模块212用于接收感知数据和交互数据；
74.航段决策模块213用于根据调度指令、感知数据和交互数据，生成航段决策方案；
75.航段管控模块214用于接收航段决策方案并对多个边缘终端210进行管控。
76.通过上述设置，可无需将感知数据和交互数据上传至云控中心100，在航段岸基协同中心210即可对感知数据和交互数据进行处理，进一步降低云控中心100的数据处理任务，提高边缘终端210获取响应的实时性；同时，还可降低云控中心100与航段岸基协同中心210之间的数据传输量，降低宽度成本。
77.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图5所示，云控中心100包括云接收模块110、云决策模块120和云分发模块130；
78.云接收模块110用于接收动态数据链；
79.云决策模块120用于根据动态数据链生成云决策方案；
80.云分发模块130用于将云决策方案分发至岸基协同层200。
81.通过上述设置，通过云控中心100对整个航行过程进行调度，提高水路运输系统10的运行效率。
82.进一步地，为了避免当感知模块3131和交互模块3132失效，而造成感知数据和交互数据发生异常，进而造成水路运输系统10管控不可靠的技术问题，在本发明的一些实施例中，如图6所示，智能边缘终端313还包括可靠性判断模块3136，用于判断感知数据和交互数据的可靠度，若感知数据和交互数据的可靠度小于阈值可靠度，则将感知数据和交互数据进行标记并生成告警信号。
83.通过上述设置，可确保感知数据和交互数据的可靠性，当感知数据和交互数据不可靠时，通过标记和告警信号进行提醒，进一步提高水路运输系统10管控的可靠性。
84.进一步地，在本发明的一些实施例中，如图7所示，多个航段岸基协同中心210中的每一航段岸基协同中心210均包括一航段应急模块215，多个边缘终端310中的每一边缘终端310均包括一边缘应急模块315，云控中心100包括一云应急模块140；
85.每一边缘终端310还包括应急等级判断模块316，用于根据感知数据和交互数据判断应急等级，应急等级分为第一应急等级、第二应急等级和第三应急等级，当应急等级为第一应急等级时，边缘应急模块315响应；当应急等级为第二应急等级时，航段应急模块215相应；当应急等级为第三应急等级时，云应急模块140响应。
86.通过上述设置，在不同的应急等级情况下，分别对应由边缘应急模块315、航段应急模块215以及云应急模块140响应，可提高水路运输系统10的应急可靠性；并且，根据不同的应急等级调用不同的模块响应，可提高水路运输系统10的应急冗余性。
87.在本发明的一个具体实施例中，根据感知数据和交互数据判断应急等级具体为：根据感知数据和交互数据判断当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312之间的距离，若当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312之间的距离小于或等于第一阈值距离，则应急等级为第一应急等级，若当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312之间的距离大于第一阈值距离，小于或等于第二阈值距离，则应急等级为第
二应急等级，若当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312之间的距离大于第三阈值距离，小于或等于第三阈值距离，则应急等级为第三应急等级，其中，第三阈值距离大于第二阈值距离，第二阈值距离大于第一阈值距离。即：当当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312之间的距离小于第一阈值距离时，若通过航段应急模块215或云应急模块140响应，响应时间过长，在相应时间内，有碰撞的风险，通过边缘应急模块315响应，可降低响应时间，提高船载终端311航行的安全性，第二应急等级和第三应急等级的原理与之相同，在此不做赘述。具体地：第一阈值距离为0.8l，第二阈值距离为1.2l，第三阈值距离为1.8l，其中l为当前船载终端311的长度。
88.在本发明的另一个具体实施例中，根据感知数据和交互数据判断应急等级具体为：根据感知数据和交互数据判断当前船载终端311的速度，若当前船载终端311的速度大于或等于第一阈值速度，则应急等级为第一应急等级，若当前船载终端311的速度小于第一阈值速度，大于或等于第二阈值速度，则应急等级为第二应急等级，若当前船载终端311的速度小于第二阈值速度，大于或等于第三阈值速度，则应急等级为第三应急等级，其中，第三阈值速度小于第二阈值速度，第二阈值速度小于第一阈值速度。即：当前船载终端311的速度大于第一阈值速度时，若通过航段应急模块215或云应急模块140响应，响应时间过长，在响应时间内，有碰撞的风险，通过边缘应急模块315响应，可降低响应时间，提高船载终端311航行的安全性，第二应急等级和第三应急等级的原理与之相同，在此不做赘述。其中，第一阈值速度为18节，第二阈值速度为15节，第三阈值距离为12节，1节等于1海里/小时，1海里等于1.825公里。
89.进一步地，在本发明的一些其他实施例中，也可根据感知数据和交互数据判断当前船载终端311的加速度，其判断原理和响应顺序与上一实施例相同，在此不做赘述。
90.进一步地，为了进一步提高水路运输系统10的应急可靠性，在本发明的一些实施例中，根据感知数据和交互数据判断应急等级具体为：根据感知数据和交互数据判断当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312的距离以及当前船载终端311的速度，若当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312的距离小于第一阈值距离，且当前船载终端311的速度大于第一阈值速度，则应急等级为第一应急等级，若当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312的距离大于或等于第一阈值距离，小于第二阈值距离，且当前船载终端311的速度小于第一阈值速度，大于或等于第二阈值速度，应急等级为第二应急等级，若当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312的距离大于或等于第二阈值距离，小于第三阈值距离，且当前船载终端311的速度小于第二阈值速度，大于或等于第三阈值速度，则应急等级为第三应急等级。
91.通过对当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312的距离和当前船载终端311的速度同时进行判断，进一步高水路运输系统10的应急可靠性。
92.应当理解的是：在本发明的一些其他实施例中，也可对当前船载终端311与其他船载终端311和/或岸基终端312的距离和当前船载终端311的加速度同时进行判断，在此不做赘述。
93.本发明实施例通过设置云控中心、岸基协同层和边缘终端层，边缘终端在航行过程中采集感知数据和交互数据，并将其上传至岸基协同层，岸基协同层根据感知数据和交互数据生成当前航段的动态数据链，并根据动态数据链对边缘终端进行管控；同时，岸基协
同层还可将动态数据链上传至云控中心，云控中心根据动态数据链生成云数据，并根据云数据生成调度指令对岸基协同层进行调度，即：本发明通过使岸基协同层具有对边缘终端的管控能力，避免仅能通过云控中心对边缘终端进行管控，减小了管控路径，进而降低了水路运输系统的调度反馈时间，保证船载终端获取响应的实时性。进一步地，通过设置智能边缘终端313，实现边缘终端310的自主管控能力，进一步减小管控路径，进而降低水路运输系统10的调度反馈时间，进一步提高边缘终端310获取响应的实时性。
94.以上对本发明实施例所提供的一种水路运输系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。