一種避免船舶事故的發生的方法
【專利摘要】本發明涉及一種避免船舶事故的發生的方法，包括提供船舶最大允許航速設定裝置，裝置包括GPS定位器、無線通信接口、散射式能見度觀測儀、權重輸入設備和控制設備，控制設備分別與GPS定位器、無線通信接口、散射式能見度觀測儀連接以接收船舶的當前航線所在水道的水道寬窄值、當前航線的航線交通密度和船舶當前位置的能見度，權重輸入設備設定用于船舶速度控制的水道寬窄值、能見度和航線交通密度分別對應的三個權重因子，控制設備與權重輸入設備連接，根據水道寬窄值、航線交通密度、能見度和三個權重因子，確定船舶當前位置的最大允許航速。本發明能夠在復雜多變的水面情況下，靈活設置適宜船舶行駛的、不同的安全速度，有效避免船舶事故的發生。
【專利說明】一種避免船舶事故的發生的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及船舶航速控制領域，尤其涉及一種避免船舶事故的發生的方法。
【背景技術】
[0002]相比公路運輸而言，水面運輸的情況更加復雜。當前位置的空氣能見度、當前位置所處水道的狹窄程度、當前水域的船舶交通密度以及水面下的地貌情況，等等，都是影響水面上船舶航速的要素。因此，不能像公路運輸一樣，簡單地針對某一條高速道路定義一個不隨時間變化、行駛路況變化的固定的最大允許速度，而是要綜合考慮影響水面上船舶航速的各個主要要素，制定一個能夠變化的最大航速，保證當前位置的船舶的安全行駛。
[0003]現有技術中存在一些船舶限制航速的確定方案，在影響水面上船舶航速的各個主要要素中選擇對當前位置影響最大的要素，進行當前位置的船舶最大允許航速的設定，這些技術方案對確保船舶的安全行駛起到一定的積極作用，但缺點也是顯而易見的。他們僅僅使用單一要素進行最大允許航速的限制，導致限速方案過于單一，不夠精確，限速的效果一般，不夠全面，甚至在某些極端情況下，仍然避免不了航線故障的發生。
[0004]因此，需要一種全面的船舶最大允許航速設定方案，克服現有船舶航速控制裝置依靠單一要素、限速效果較差的技術問題，通過實時檢測船舶當前位置的水道寬窄值、能見度和航線交通密度，根據用戶經驗或歷史數據制定以上三個因素的權重因子，對當前位置的船舶最大允許航速進行計算，最大程度地計算出符合安全行駛要求的限制航速，提高水面運輸的限速計算的精確性。
【發明內容】
[0005]為了解決上述問題，本發明提供了一種避免船舶事故的發生的方法，包括提供一種船舶最大允許航速設定裝置，通過引入定位設備確定船舶的當前航線所在水道的水道寬窄值，引入無線通信接口確定當前航線的航線交通密度，引入散射式能見度觀測儀確定船舶當前位置的能見度，并使用權重輸入設備設定用于船舶速度控制的水道寬窄值、能見度和航線交通密度分別對應的三個權重因子，綜合計算船舶當前位置的最大允許航速，為船舶行駛提供重要參考數據。
[0006]根據本發明的一方面，提供了一種避免船舶事故的發生的方法，包括提供一種船舶最大允許航速設定裝置，所述設定裝置包括GPS定位器、無線通信接口、散射式能見度觀測儀、權重輸入設備和控制設備，所述GPS定位器輸出船舶的當前航線所在水道的水道寬窄值，所述無線通信接口從船舶管理中心處接收當前航線的航線交通密度，所述散射式能見度觀測儀獲得船舶當前位置的能見度，所述權重輸入設備設定用于船舶速度控制的水道寬窄值、能見度和航線交通密度分別對應的三個權重因子，所述控制設備分別與所述GPS定位器、所述無線通信接口、所述散射式能見度觀測儀和所述權重輸入設備連接，根據所述水道寬窄值、所述航線交通密度、所述能見度和所述三個權重因子，確定船舶當前位置的最大允許航速。
[0007]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，進一步包括:GPS定位器，包括內置的用戶設定單元和GPS定位單元，所述用戶設定單元用于接收用戶的設定操作，所述GPS定位單元用于根據用戶的設定操作，給出船舶的當前位置和當前航線，并給出船舶的當前航線所在水道的水道寬窄值；無線通信接口，連接所述GPS定位器以接收所述當前位置和所述當前航線，將所述當前位置和所述當前航線通過無線數據通信網絡發送到船舶管理中心，并從船舶管理中心接收當前航線的航線交通密度；散射式能見度觀測儀，包括支架、發射單元、接收單元和控制單元，所述支架固定在船舶船體頂部上，所述發射單元、所述接收單元和所述控制單元固定在所述支架上，所述控制單元包括微CPU和通信接口，所述發射單元和所述接收單元相對放置，所述發射單元采用GaAs紅外LED作為光源發射散射光，所述接收單元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制單元分別連接所述發射單元和所述接收單元，所述微CPU根據發射散射光的光強和接收散射光的光強計算能見度，所述通信接口連接所述微CPU以輸出船舶當前位置的能見度；權重輸入設備，用于根據用戶的輸入，分別對進行船舶速度控制的水道寬窄值、能見度和航線交通密度設定第一權重因子、第二權重因子和第三權重因子；船速測量設備，用于實時測量并輸出船舶的當前行駛速度；控制設備，分別與所述GPS定位器、所述無線通信接口和所述散射式能見度觀測儀連接以接收所述水道寬窄值、所述能見度和所述航線交通密度，連接所述權重輸入設備以接收所述第一權重因子、所述第二權重因子和所述第三權重因子，基于所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度和所述第三權重因子計算船舶當前位置的最大允許航速，與所述船速測量設備連接以接收所述當前行駛速度，并在所述當前行駛速度大于等于所述最大允許航速時，發出航速超限信號，在所述當前行駛速度小于所述最大允許航速時，發出航速正常信號；顯示設備，連接所述控制設備，用于在接收到所述航速超限信號時，以高亮度顯示所述當前行駛速度，在接收到所述航速正常信號時，以低亮度顯示所述當前行駛速度；其中，所述航線交通密度為航線上每海里的船舶數量，在所述控制設備基于所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度和所述第三權重因子計算船舶當前位置的最大允許航速時，在所述能見度的使用上，是根據所述能見度所處于的能見度等級范圍進行船舶當前位置的最大允許航速的計算，所述能見度等級范圍包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上多個能見度等級范圍；其中，所述GPS定位器、所述無線通信接口和所述散射式能見度觀測儀都位于船舶的船體前端，所述權重輸入設備、所述船速測量設備、所述控制設備和所述顯示設備位于船舶控制艙的儀表盤內；其中，所述無線通信接口在接收到所述航速超限信號時，將船舶的當前位置和船舶當前位置的最大允許航速通過無線數據通信網絡發送到船舶管理中心。
[0008]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，進一步包括存儲設備，連接所述控制設備，用于實時存儲所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度、所述第三權重因子和所述船舶當前位置的最大允許航速。
[0009]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，所述存儲設備位于船舶控制艙的儀表盤內。
[0010]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，所述權重輸入設備為鍵盤或觸摸屏。
[0011]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，所述控制設備通過RS232串行總線與所述無線通信接口連接。
[0012]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，進一步包括語音播放設備，連接所述控制設備，用于在接收到所述航速超限信號時，播放語音報警文件。
[0013]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，所述語音播放設備位于船舶控制艙的儀表盤內。
[0014]更具體地，在所述船舶最大允許航速設定裝置中，所述語音播放設備為揚聲器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中:
[0016]圖1為根據本發明實施方案示出的船舶最大允許航速設定裝置的結構方框圖。
[0017]圖2為根據本發明實施方案示出的船舶最大允許航速設定裝置的GPS定位器的結構方框圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將參照附圖對本發明的船舶最大允許航速設定裝置的實施方案進行詳細說明。
[0019]船舶在水面上的行駛過程中，當前位置的空氣能見度、當前位置所處水道的狹窄程度和當前水域的船舶交通密度是影響船舶安全行駛速度的三個重要因素。例如在能見度不良時(比如霧航)，船舶避碰規則里要求使用“安全航速”;在經過狹水道時，比如運河、海峽等航道較窄的地方，由于這些地方船多航道窄，易發生危險，所以航行手冊和水上交管部門也會要求采用適當的速度；另外，在港口里，一方面因為港口里船多，另一方面，船舶高速航行時會激起很大的浪，對于靠泊在岸邊的船，特別是小船，會導致船體和岸線碰撞引起“浪損”，對于其他航行的小船可能因為浪大而導致翻船事故，所以港口對于在港區內航行的船舶速度也有限制。
[0020]為了避免船舶在水面上發生事故，當前船舶的安全行駛策略是，根據當前行駛位置中影響安全的最主要的因素，設置當前行駛位置的最大允許航行速度，在超過該最大允許航行速度時，進行航速報警，當小于該最大允許航行速度時，不進行任何報警操作。這種安全行駛策略簡單、經濟且有一定的警示效果，但是對于復雜的水面情況，由于影響要素偏多，這種安全行駛策略不夠全面，最大允許航行速度的計算精度不高，報警效果較差，在只考慮一個因素的情況下，往往忽略了其他因素，影響安全行駛的危機仍無法消除，在極端情況下甚至會導致船舶事故的發生，而船舶一發生事故，修理難度和造價都很高，給船舶的運營商帶來不菲的經濟損失。
[0021]本發明提出的船舶最大允許航速設定裝置，能夠實時獲取影響水面行駛速度的三個主要數據，即能見度、當前位置所處水道的狹窄程度和當前水域的船舶交通密度，根據這些實時獲得數據和科學設定的權重因子，及時確定當前位置的最大允許航速，全面保障船舶的安全行駛。
[0022]圖1為根據本發明實施方案示出的船舶最大允許航速設定裝置的結構方框圖。如圖1所示，所述設定裝置包括GPS定位器1、無線通信接口 2、散射式能見度觀測儀3、權重輸入設備4、控制設備5、船速測量設備6、顯示設備7、存儲設備8和語音播放設備9，控制設備5分別與GPS定位器1、無線通信接口 2、散射式能見度觀測儀3、權重輸入設備4、船速測量設備6、顯示設備7、存儲設備8和語音播放設備9連接，GPS定位器I與無線通信接口 2連接。所述設定裝置的更具體的結構如下所述。
[0023]如圖2所示，GPS定位器I包括內置的用戶設定單元11和GPS定位單元12，所述用戶設定單元11用于接收用戶的設定操作，所述GPS定位單元12用于根據用戶的設定操作，給出船舶的當前位置和當前航線，并給出船舶的當前航線所在水道的水道寬窄值。
[0024]無線通信接口 2，連接所述GPS定位器I以接收所述當前位置和所述當前航線，將所述當前位置和所述當前航線通過無線數據通信網絡發送到船舶管理中心，并從船舶管理中心接收當前航線的航線交通密度。
[0025]散射式能見度觀測儀3，包括支架、發射單元、接收單元和控制單元，所述支架固定在船舶船體頂部上，所述發射單元、所述接收單元和所述控制單元固定在所述支架上，所述控制單元包括微CPU和通信接口，所述發射單元和所述接收單元相對放置，所述發射單元采用GaAs紅外LED作為光源發射散射光，所述接收單元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制單元分別連接所述發射單元和所述接收單元，所述微CPU根據發射散射光的光強和接收散射光的光強計算能見度，所述通信接口連接所述微CPU以輸出船舶當前位置的能見度。
[0026]權重輸入設備4，用于根據用戶的輸入，分別對進行船舶速度控制的水道寬窄值、能見度和航線交通密度設定第一權重因子、第二權重因子和第三權重因子，所述權重輸入設備4可選為鍵盤或觸摸屏。
[0027]船速測量設備6，用于實時測量并輸出船舶的當前行駛速度。
[0028]控制設備5，分別與所述GPS定位器1、所述無線通信接口 2和所述散射式能見度觀測儀3連接以接收所述水道寬窄值、所述能見度和所述航線交通密度，連接所述權重輸入設備4以接收所述第一權重因子、所述第二權重因子和所述第三權重因子，基于所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度和所述第三權重因子計算船舶當前位置的最大允許航速，與所述船速測量設備6連接以接收所述當前行駛速度，并在所述當前行駛速度大于等于所述最大允許航速時，發出航速超限信號，在所述當前行駛速度小于所述最大允許航速時，發出航速正常信號，控制設備5可通過RS232串行總線與所述無線通信接口 2連接。
[0029]顯示設備7，用于在接收到所述航速超限信號時，以高亮度顯示所述當前行駛速度，在接收到所述航速正常信號時，以低亮度顯示所述當前行駛速度。
[0030]存儲設備8，用于實時存儲所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度、所述第三權重因子和所述船舶當前位置的最大允許航速。
[0031]語音播放設備9，用于在接收到所述航速超限信號時，播放語音報警文件，語音播放設備9可選為揚聲器或其他播放器件。
[0032]其中，所述航線交通密度為航線上每海里的船舶數量，在所述控制設備5基于所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度和所述第三權重因子計算船舶當前位置的最大允許航速時，在所述能見度的使用上，是根據所述能見度所處于的能見度等級范圍進行船舶當前位置的最大允許航速的計算，所述能見度等級范圍包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上多個能見度等級范圍；所述GPS定位器1、所述無線通信接口 2和所述散射式能見度觀測儀3都位于船舶的船體前端，所述權重輸入設備4、所述船速測量設備6、所述控制設備5和所述顯示設備7、所述存儲設備8和所述語音播放設備9位于船舶控制艙的儀表盤內；所述無線通信接口 2在接收到所述航速超限信號時，將船舶的當前位置和船舶當前位置的最大允許航速通過無線數據通信網絡發送到船舶管理中心。
[0033]另外，為了對航道的交通情況進行數值化的描述，人們引用了船舶交通密度這一參數。所謂船舶交通密度，指的是在一定的航行水域內的船只數量，一般以每海里船只數量作為衡量標準。例如，在某些國家的主管機關規定，前后兩船間距I海里(或間隔6分鐘)，即船舶交通密度最佳為2至3艘船(每海里)。
[0034]另外，GPS是英文Global Posit1ning System(全球定位系統)的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸海空三軍聯合研制了新一代衛星定位系統GPS。主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座己布設完成。GPS導航系統是以全球24顆定位人造衛星為基礎，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導航定位系統。他是由三部分構成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監測站及通訊輔助系統組成。二是空間部分，由24顆衛星組成，分布在6個軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機和衛星天線組成。民用的定位精度可達10米內。GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛星的位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛星星歷中查出。而用戶到衛星的距離則通過記錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛星之間的真實距離，而是偽距)。當GPS衛星正常工作時，會不斷地用I和O二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)發射導航電文。當用戶接受到導航電文時，提取出衛星時間并將其與自己的時鐘進行對比便可得知衛星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。
[0035]本發明的船舶最大允許航速設定裝置，在制定船舶當前位置的最大允許航速時，全面考慮了各個主要影響航速的要素，即當前航線所在水道的水道寬窄值、當前航線的航線交通密度和船舶當前位置的能見度，并根據歷史數據或駕駛員經驗制定各個要素的影響權重因子，制定正確的當前位置最大允許航速，在船舶超速時，及時進行報警，避免船舶事故發生，保證水面交通通暢，維護了船舶運營商的經濟利益。
[0036]可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍
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【權利要求】
1.一種避免船舶事故的發生的方法，該方法包括提供船舶最大允許航速設定裝置，所述設定裝置包括GPS定位器、無線通信接口、散射式能見度觀測儀、權重輸入設備和控制設備，所述GPS定位器輸出船舶的當前航線所在水道的水道寬窄值，所述無線通信接口從船舶管理中心處接收當前航線的航線交通密度，所述散射式能見度觀測儀獲得船舶當前位置的能見度，所述權重輸入設備設定用于船舶速度控制的水道寬窄值、能見度和航線交通密度分別對應的三個權重因子，所述控制設備分別與所述GPS定位器、所述無線通信接口、所述散射式能見度觀測儀和所述權重輸入設備連接，根據所述水道寬窄值、所述航線交通密度、所述能見度和所述三個權重因子，確定船舶當前位置的最大允許航速。
2.如權利要求1所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于，所述設定裝置還包括: GPS定位器，包括內置的用戶設定單元和GPS定位單元，所述用戶設定單元用于接收用戶的設定操作，所述GPS定位單元用于根據用戶的設定操作，給出船舶的當前位置和當前航線，并給出船舶的當前航線所在水道的水道寬窄值； 無線通信接口，連接所述GPS定位器以接收所述當前位置和所述當前航線，將所述當前位置和所述當前航線通過無線數據通信網絡發送到船舶管理中心，并從船舶管理中心接收當前航線的航線交通密度； 散射式能見度觀測儀，包括支架、發射單元、接收單元和控制單元，所述支架固定在船舶船體頂部上，所述發射單元、所述接收單元和所述控制單元固定在所述支架上，所述控制單元包括微CPU和通信接口，所述發射單元和所述接收單元相對放置，所述發射單元采用GaAs紅外LED作為光源發射散射光，所述接收單元采用PIN型光敏管接收散射光，所述控制單元分別連接所述發射單元和所述接收單元，所述微CPU根據發射散射光的光強和接收散射光的光強計算能見度，所述通信接口連接所述微CPU以輸出船舶當前位置的能見度；權重輸入設備，用于根據用戶的輸入，分別對進行船舶速度控制的水道寬窄值、能見度和航線交通密度設定第一權重因子、第二權重因子和第三權重因子； 船速測量設備，用于實時測量并輸出船舶的當前行駛速度； 控制設備，分別與所述GPS定位器、所述無線通信接口和所述散射式能見度觀測儀連接以接收所述水道寬窄值、所述能見度和所述航線交通密度，連接所述權重輸入設備以接收所述第一權重因子、所述第二權重因子和所述第三權重因子，基于所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度和所述第三權重因子計算船舶當前位置的最大允許航速，與所述船速測量設備連接以接收所述當前行駛速度，并在所述當前行駛速度大于等于所述最大允許航速時，發出航速超限信號，在所述當前行駛速度小于所述最大允許航速時，發出航速正常信號； 顯示設備，連接所述控制設備，用于在接收到所述航速超限信號時，以高亮度顯示所述當前行駛速度，在接收到所述航速正常信號時，以低亮度顯示所述當前行駛速度； 其中，所述航線交通密度為航線上每海里的船舶數量，在所述控制設備基于所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度和所述第三權重因子計算船舶當前位置的最大允許航速時，在所述能見度的使用上，是根據所述能見度所處于的能見度等級范圍進行船舶當前位置的最大允許航速的計算，所述能見度等級范圍包括不足100米、100米到I公里、I公里到2公里、2公里到5公里、5公里到100公里和100公里以上多個能見度等級范圍； 其中，所述GPS定位器、所述無線通信接口和所述散射式能見度觀測儀都位于船舶的船體前端，所述權重輸入設備、所述船速測量設備、所述控制設備和所述顯示設備位于船舶控制艙的儀表盤內； 其中，所述無線通信接口在接收到所述航速超限信號時，將船舶的當前位置和船舶當前位置的最大允許航速通過無線數據通信網絡發送到船舶管理中心。
3.如權利要求2所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于，所述航行控制系統還包括: 存儲設備，連接所述控制設備，用于實時存儲所述水道寬窄值、所述第一權重因子、所述能見度、所述第二權重因子、所述航線交通密度、所述第三權重因子和所述船舶當前位置的最大允許航速。
4.如權利要求3所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于: 所述存儲設備位于船舶控制艙的儀表盤內。
5.如權利要求2所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于: 所述權重輸入設備為鍵盤或觸摸屏。
6.如權利要求2所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于: 所述控制設備通過RS232串行總線與所述無線通信接口連接。
7.如權利要求2所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于，所述航行控制系統還包括: 語音播放設備，連接所述控制設備，用于在接收到所述航速超限信號時，播放語音報警文件。
8.如權利要求7所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于: 所述語音播放設備位于船舶控制艙的儀表盤內。
9.如權利要求7所述的避免船舶事故的發生的方法，其特征在于: 所述語音播放設備為揚聲器。
【文檔編號】B63B49/00GK104139838SQ201410367122
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】不公告發明人 申請人:無錫北斗星通信息科技有限公司