(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 206805294 U(45)授权公告日 2017.12.26
(21)申请号 201720528009.9(22)申请日 2017.05.12
(73)专利权人 大连海事大学
地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海
路1号(72)发明人 陈海泉 韩广冬 孙玉清 李文华
王生海 (74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任
公司 21212
代理人 王丹 李洪福(51)Int.Cl.
G05D 1/02(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)实用新型名称
一种船舶自动靠泊系统(57)摘要
本实用新型公开了一种船舶自动靠泊系统，其包括：测量子系统、自动控制子系统、船载执行机构、系统起停装置。所述系统起停装置用以启动/终止系统工作；所述的测量子系统包括船舷测距装置、码头侧的标记点、GPS定位单元；所述船载执行机构包括船舶动力装置以及船舶舵机装置；自动控制子系统对测量子系统采集的数据进行实时处理，得到船舶停靠所需的船速和角度，并进一步控制船载执行机构动作以实现船舶的自动靠泊。所述测量子系统、系统起停装置以及船载执行机构均与所述自动控制子系统连接。本实用新型结构新颖、实施简便、使用方便，提高船舶自动化程度，减少靠泊事故并保证船舶系泊安全。
CN 206805294 UCN 206805294 U
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种船舶自动靠泊系统，其特征在于，其包括：测量子系统、自动控制子系统、船载执行机构以及系统起停装置；
所述测量子系统包括艏艉测距装置、船舷测距装置、码头泊位标记点、GPS定位单元以及环境监测装置；
所述自动控制子系统对测量子系统采集的数据进行实时处理，以得到船舶停靠所需的船速和角度，进而控制船载执行机构动作以实现船舶的自动靠泊；
所述船载执行机构包括船舶动力装置以及船舶舵机装置；所述系统起停装置用以启动/终止系统动作，其包括设置于操作台上的船载终端和设置于码头的现场终端，对于一般船舶，船员根据所述测量子系统中的GPS定位单元得到船舶与码头的实时距离，操作船载终端控制系统的起停动作，而对于无人船舶，由岸上的控制人员来操作现场终端；
船舶执行机构，所述执行机构包括船舶动力装置以及舵机装置；同时，所述的测量子系统、自动控制子系统、船舶执行机构、系统起停装置均与所述自动控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种船舶自动靠泊系统，其特征在于：所述的船舷测距装置包括三个测距单元，分别为设置于船体前端的第一测距单元、设置于船体中部的第二测距单元、设置于船体后端的第三测距单元，所述第一测距单元包括位于船体左侧的第一测距单元Ⅰ号测距装置和位于船体右侧的第一测距单元Ⅱ号测距装置；所述第二测距单元包括位于船体左侧的第二测距单元Ⅰ号测距装置和位于船体右侧的第二测距单元Ⅱ号测距装置，所述第三测距单元包括位于船体左侧的第三测距单元Ⅰ号测距装置和位于船体右侧的第三测距单元Ⅱ号测距装置；
所述的码头泊位标记点设置于各个泊位侧面，用于准确的测量船舶与待靠泊位的实时距离；
所述的环境监测装置至少包括风速仪、风向仪、流速仪、流向仪。3.根据权利要求2所述的一种船舶自动靠泊系统，其特征在于：所述船舶与待靠泊位的实时距离包括艏艉测距装置测得的船头距离前方物体的距离和船尾距离后方物体的距离、以及3个测距单元测得的船体前、中、后位置与码头泊位标记点的距离。
4.根据权利要求1所述的一种船舶自动靠泊系统，其特征在于：所述自动控制系统包括至少一台计算机、数据处理模块、数据分析模块、靠泊控制模块；
所述数据处理模块分别对GPS定位单元、船头测距装置、船尾测距装置、船舷测距装置、艏艉测距装、环境监测装置的数据进行处理；
所述数据分析模块对经过处理的数据进行分析，并给出船舶靠泊所需的船速和角度；所述靠泊控制模块根据数据分析模块给出的船速和角度，来控制船载执行机构动作以实现船舶的自动靠泊。
2
CN 206805294 U
说 明 书一种船舶自动靠泊系统
1/4页
技术领域
[0001]本实用新型涉及船舶操纵技术领域，具体说是涉及一种船舶自动靠泊系统。背景技术
[0002]船舶作为一种受到环境因素影响巨大的运输装备，其对安全性的要求也逐渐提高。目前船员对于船舶状况、航行状态做出判断的主要依据还是操作经验和理论知识相结合，容易出现决策失误，造成不必要的人力、物力或财力损失。[0003]现今船舶靠离码头大多依靠拖轮和船上缆车配合工作，不仅增加了船舶的营运成本，也提高了因人为失误造成损失的风险，同时也不符合船舶智能化、自动化的发展趋势。因此亟待开发一种船舶自动靠离码头系统以解决船舶系泊自动化程度低，安全性能差等问题。
发明内容
[0004]鉴于已有技术存在的不足，本实用新型的目的是要提供一种船舶自动靠泊系统。用于解决船舶在靠泊码头时需要拖船和船上绞车的拖拉的问题，从很大程度上节约船舶的运营成本，并促进智能船舶的发展。[0005]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：[0006]一种船舶自动靠泊系统，其特征在于，其包括：测量子系统、自动控制子系统、船载执行机构以及系统起停装置；
[0007]所述测量子系统包括艏艉测距装置、船舷测距装置、码头泊位标记点、 GPS定位单元以及环境监测装置；
[0008]所述自动控制子系统对测量子系统采集的数据进行实时处理，以得到船舶停靠所需的船速和角度，进而控制船载执行机构动作以实现船舶的自动靠泊；[0009]所述船载执行机构包括船舶动力装置以及船舶舵机装置；[0010]所述系统起停装置用以启动/终止系统动作，其包括设置于操作台上的船载终端和设置于码头的现场终端，对于一般船舶，船员根据所述测量子系统中的GPS定位单元得到船舶与码头的实时距离，操作船载终端控制系统的起停动作，而对于无人船舶，由岸上的控制人员来操作现场终端；[0011]船舶执行机构，所述执行机构包括船舶动力装置以及舵机装置；[0012]同时，所述的测量子系统、自动控制子系统、船舶执行机构、系统起停装置均与所述自动控制模块连接。[0013]进一步地，所述的船舷测距装置包括三个测距单元，分别为设置于船体前端的第一测距单元、设置于船体中部的第二测距单元、设置于船体后端的第三测距单元，所述第一测距单元包括位于船体左侧的第一测距单元Ⅰ号测距装置和位于船体右侧的第一测距单元Ⅱ号测距装置；所述第二测距单元包括位于船体左侧的第二测距单元Ⅰ号测距装置和位于船体右侧的第二测距单元Ⅱ号测距装置，所述第三测距单元包括位于船体左侧的第三测距
3
CN 206805294 U
说 明 书
2/4页
单元Ⅰ号测距装置和位于船体右侧的第三测距单元Ⅱ号测距装置；[0014]所述的码头泊位标记点设置于各个泊位侧面，用于准确的测量船舶与待靠泊位的实时距离；
[0015]所述的环境监测装置至少包括风速仪、风向仪、流速仪、流向仪。[0016]进一步地，所述船舶与待靠泊位的实时距离包括艏艉测距装置测得的船头距离前方物体的距离和船尾距离后方物体的距离、以及3个测距单元测得的船体前、中、后位置与码头泊位标记点的距离。[0017]进一步地，所述自动控制系统包括至少一台计算机、数据处理模块、数据分析模块、靠泊控制模块；
[0018]所述数据处理模块分别对GPS定位单元、船头测距装置、船尾测距装置、船舷测距装置、艏艉测距装、环境监测装置的数据进行处理；
[0019]所述数据分析模块对经过处理的数据进行分析，并给出船舶靠泊所需的船速和角度。
[0020]所述靠泊控制模块根据数据分析模块给出的船速和角度，来控制船载执行机构动作以实现船舶的自动靠泊。[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果：[0022](1)本发明通过GPS系统对船舶和码头进行精确定位，提高船舶靠泊的位置的准确性；[0023](2)本发明在船舶左右舷的前中后分别那装有测距装置和环境监测装置，可以将船舶各部位的距离和海洋环境实时向自动控制子系统进行反馈，从而控制执行机构完成船舶的自动靠泊；[0024](3)本发明不需拖轮、绳索等码头设备，节约成本，并提高了船舶的运营效益。附图说明
[0025]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0026]图1为本实用新型船舶靠泊示意图；[0027]图2为本实用新型船体布置示意图；[0028]图3为本实用新型实施例系统结构图。[0029]附图标号说明：[0030]1、船体，2、码头，3、驾驶台，4、系统起停装置，5.1、船头测距装置，5.2、第一测距单元Ⅰ号测距装置，5.3、第一测距单元Ⅱ号测距装置， 5.4、第二测距单元Ⅰ号测距装置，5.5、第二测距单元Ⅱ号测距装置，5.6、第三测距单元Ⅰ号测距装置，5.7、第三测距单元Ⅱ号测距装置，5.8、船尾测距装置，6、泊位标记点，7、环境监测装置。具体实施方式
[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
4
CN 206805294 U
说 明 书
3/4页
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作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。[0032]下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明的技术方案：[0033]本发明具体实施例如图1-2所示，一种船舶自动靠离码头系统，其包括：测量子系统、自动控制子系统、船载执行机构、系统起停装置。其中系统起停装置4包括设置于船舶驾驶台的船载终端和设置于码头岸上的现场终端，船载终端和现场终端均用以启动/终止系统工作，普通船舶靠泊时使用船载终端控制系统启停，无人船靠泊时使用现场终端靠泊，船载终端与现场终端可以互为备用装置，保证系统的工作性能。测量子系统包括船舷测距装置5、泊位标记点6、GPS定位单元环境监测单元7，船舷测距装置还包括艏艉测距装置，艏艉测距装置包括用于测量船头与障碍物距离的船头测距装置5.1以及用于测量船尾与障碍物距离的船尾测距装置5.2。船载执行机构包括船舶动力装置以及船舶舵机装置。自动控制子系统对测量子系统采集的数据进行实时的处理，以得到船舶停靠所需的船速和角度，进而控制执行机构动作以实现船舶的自动靠泊。同时，所述的测量子系统、自动控制子系统、船舶执行机构、系统起停装置均与所述自动控制模块连接。[0034]具体来说，码头各个泊位均具有一个特定的泊位标记点6，其用于准确的测量船舶1距离其待靠码头2的实时距离；所述的船舷测距装置包括三个测距单元，分别为设置于船体前端的第一测距单元、设置于船体中部的第二测距单元、设置于船体后端的第三测距单元，每个单元至少具有一台激光测距仪。作为本发明的较佳实施方案，本实施例中每个测距单元优选采用两个对称设置于船舶两侧船舷的激光测距仪。第一测距装置组包括位于船体左侧的第一测距装置组Ⅰ号激光测距仪5.2和位于船体右侧的第一测距装置组Ⅱ号激光测距仪5.3，所述第二测距装置组包括位于船体左侧的第二测距装置组Ⅰ号激光测距仪5.4和位于船体右侧的第二测距装置组Ⅱ号激光测距仪5.5，所述第三测距装置组包括位于船体左侧的第三测距装置组Ⅰ号激光测距仪5.6和位于船体右侧的第三测距装置组Ⅱ号激光测距仪5.7；另外艏艉测距装置包扩分别设置于船头的船头激光测距仪5.1 和设置于船尾的船尾激光测距仪5.8，因此本实施例中在船舷周围共设置八台激光测距仪。[0035]在船舶进行自动靠泊时，所述船舶1与码头2间的距离信号包括船头测距装置5.1测得的船头距离前方物体的距离、船尾测距装置5.8测得的船尾距离后方物体的距离、以及3个测距单元测得的船体前、中、后位置与码头2相应标记点的距离。[0036]环境监测装置包括风速仪、风向仪、流速仪、流向仪以及其他用于检测海洋环境的传感器，用以获取靠泊环境信息，包括风速、风向、流速、流向等一系列的环境参数。[0037]如图3所示为本实用新型的优选结构图，本实施例中，自动控制系统包括至少一台计算机、4个数据处理模块、数据分析模块、以及靠泊控制模块。4个数据处理模块分别对GPS定位单元、船舷测距装置、艏艉测距装、环境监测装置采集的数据进行相关处理。数据分析模块对处理过的数据进行进一步分析，并给出船舶靠泊做需要的船速和角度。靠泊控制模块根据数据分析模块给出的船速和角度，控制船载执行机构动作以实现船舶的自动靠泊。[0038]作为本实用新型较佳的实施方式，本实施列中各泊位设置三个码头泊位标记点，将船舷侧的三个测距单元与各泊位标记点的距离进行平均处理，以获得船舶距离码头的精确实时距离。
5
CN 206805294 U[0039]
说 明 书
4/4页
本发明还提供一种基于上述船舶自动靠泊系统的船舶靠泊方法，其特征在于，包
括如下步骤：[0040]S1：当GPS定位单元检测到船舶与码头间的距离在系统工作范围内时，船员通过船载终端或者岸上工作人员启动现场终端以启动系统，系统投入工作；[0041]S2：船舷测距装置将实时检测船舷侧距离码头相应泊位标记点的距离；艏艉测距装置实时的检测船舶艏艉方向距离障碍物的距离，保证船舶前后的安全；环境监测装置会实时的检测环境的风速、风向、流速、流向；[0042]S3：自动控制子系统的数据处理模块会对测量子系统采集的数据进行实时的处理，并通过数据分析模块给出靠泊所需的船速和角度，并将船速和角度发送给靠泊控制模块实现对船载执行机构进行控制，以改变船舶的运动状态，保证船舶可以安全的进入相应的码头泊位；[0043]S4：重复S1到S3，进行数据的实时更行，对船舶的速度和角度进行实时的控制，从而实现船舶的自动靠泊；[0044]S5：靠泊成功后，通过操作船载终端或者现场终端停止系统工作。[0045]启动系统前预先设定系统动作阈值距离，以确保船舶在靠泊过程中的作业安全。[0046]本实用新型在船舶左右舷的前中后分别那装有测距装置，可以将船舶各部位的距离实时的传输给自动控制模块，从而控制执行机构完成船舶的自动靠离码头；并通过GPS系统对船舶和码头进行精确定位，提高船舶靠泊的位置的准确性。本发明不需拖轮、绳索等码头设备，节约成本，且结构新颖、使用方便、安全可靠、适于广泛推广以提升航运领域的社会效益和经济效益。
[0047]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
6
CN 206805294 U
说 明 书 附 图
1/2页
图1
图2
7
CN 206805294 U
说 明 书 附 图
2/2页
图3
8
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容