自動識別系統及雷達在耙吸挖泥船中的運用的製作方法

2023-12-09 06:31:06

專利名稱：自動識別系統及雷達在耙吸挖泥船中的運用的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過將船舶自動識別系統、雷達和平面定位系統信息 疊加，為耙吸挖泥船施工、航行中提供有效的避碰措施和交通狀態信 息的方法。
背景技術：
耙吸挖泥船作為工程船舶，其平面定位系統與一般船舶定位系統 要求不同， 一般船舶的定位系統僅要求船體粗略的定位，而耙吸挖泥 船的定位系統定位要求較高，精度一般為l米左右，而且要定位到耙 頭，因此還需採集相應的傳感器的信息，以及對施工過程中的工程數 據進行讀入和處理，用於指導施工。
船舶自動識別系統(AIS)能夠提供身份識別標誌、船舶類型'、噸 位、載貨情況、航線、目的港、估計到達時間、當前船位與速度等信 息。自動識別系統的用途是加強船對船避碰的能力，增進航行安全。
航海雷達作用是捕捉和識別周邊其他船舶和物體的信息。 當前耙吸挖泥船的定位軟體為網絡化的軟體，定位信息、AIS信 息和雷達信息在網絡上傳輸，計算機利用網絡獲得以上信息並顯示在 各自屏幕上。但是，上述三個系統相互獨立，三個系統有著各自的缺 點，平面定位系統只能用於指導施工，自動識別系統對於沒有安裝 AIS的船舶或非船舶的物體(海堤、浪)無能為力，而雷達不能有效
區分船舶的身份、性質、當前操作的意圖，不能發現海堤或港口建築 物背後的隱蔽目標，而且當兩艘船出現在相距不遠的同一方位上時， 特別在夜航、霧航、暴風雨等各種能見度惡劣的條件下，雷達屏幕上 往往產生混淆。耙吸挖泥船的工作地點一般是近海航道或港區，這種
區域船舶數量多，船舶動態複雜，未安裝AIS的船舶也會經常出現， 耙吸挖泥船的駕駛員的工作不只是駕駛船舶施工，同時也要密切注意 船舶安全，在這樣的施工環境下，對於耙吸挖泥船的駕駛員來說，工 作量很大，需要同時觀察3個系統(3個屏幕)的內容，而3個系統 相互獨立不利於耙吸挖泥船駕駛員同時關注。因此，使駕駛員在精確 施工的同時能夠觀察其他船舶的信息和雷達顯示的信息，對於減輕耙 吸挖泥船駕駛員的工作量、保障航行安全具有很強的實用意義。

發明內容
本發明需要解決的問題是提供一種在平面定位系統計算機中能同 時觀察船舶自動識別系統、雷達信息的方法。
本發明的技術方案是將船舶自動識別系統、雷達系統和原定位系 統通過接口軟體合為一體，其特徵是差分GPS輸出的RS232信號轉換 為TCP/IP信息接入計算機，耙臂傳感器信息通過ADAM5000TCP模塊 接入計算機，船舶自動識別系統的信息從船載收發機輸出的485/422 信號轉換成232信號接入計算機，計算機內部加裝雷達顯示處理卡， 通過雷達顯示處理卡將雷達信號接入計算機。
本發明由於將船舶自動識別系統、雷達系統、定位系統的信息都 接入定位系統計算機，並進行信息疊加，使3個計算機屏幕的內容在
一個屏幕中顯示，在保持原平面定位系統功能的同時擴展出船對船避 碰的指示功能和顯示周邊其他船舶和物體信息的能力，不僅節省了兩 個屏幕，而且使駕駛員在精確施工的同時能夠觀察其他船舶的信息和 雷達顯示的信息，保障耙吸挖泥船施工和航行安全，減輕耙吸挖泥船 駕駛員的工作量。
具體實施例方式
耙吸挖泥船定位系統要求的定位精度比較高，施工區域內的坐標 系統是工程坐標系統，施工工程信息包含以下信息施工區域的工程 坐標、施工過程的跟蹤線、拋泥區域的工程坐標、航道線、浮筒工程 坐標，以上信息由工程人員輸入到計算機內。
GPS設備的輸出特性是RS232包含有WGS-84經緯度信息，RS232 信息通過RS232/TCP網關後輸出信號轉換為TCP/IP信息；通過施工 轉換參數將WGS-84經緯度信息轉換為工程坐標信息。
羅經信息直接接入RS232/TCP模塊中轉換為TCP/IP信息，羅經 信息作為耙吸挖泥船定位的方向信號。
由於耙吸挖泥船要求定位在耙頭上，因此需要接收耙頭信息。耙 頭信息來源於上耙管垂直傳感器、下耙管垂直傳感器、上耙管水平傳 感器、下耙管水平傳感器。將耙臂指示的相關傳感器信息接入 ADAM5000TCP模塊(臺灣研華公司出品)，計算機使用TCP/IP協議接 收相關傳感器信息，將定位延伸到耙頭。
在網絡化的系統中，伺服器接收所有的信息並計算相應的工程坐 標位置，將所有定位信息在網絡上發布，各個工作站接收到信息後顯
示在各自的屏幕上。
可以將船舶自動識別系統信號直接接入計算機，或者接入
TCP/RS232網關並通過區域網和TCP/IP協議接入計算機，各臺計算 機對AIS信息進行解碼，將解碼的內容(包含船舶靜態信息和動態信 息)顯示在疏浚定位軟體上。AIS的靜態信息主要包含MMSI編號、 IM0號、呼叫名稱、船名、船舶類型、參照點A、參照點B、參照點C、 參照點D、計劃到達位置、吃水深度；AIS的動態信息主要包含航 行狀態、轉向速率、對地航速、GPS東經坐標、GPS北緯坐標、定位 精度、對地航向、真航向。由於耙吸挖泥船施工精度的要求，與一般 船舶AIS顯示不同的是耙吸挖泥船必須將WGS84經緯度轉換為施工工 程坐標，因此需要同步的將AIS中的WGS84經緯度信息用施工工程坐 標轉換參數轉換為施工工程坐標信息；伺服器接收到AIS基站發布的 信息後，立即向所有需要的工作站轉發，此時所有與伺服器連接的工 作站接收到信息後，將AIS信息顯示在屏幕上。
AIS在網絡上傳輸主要存在兩個方面的問題信息量過大和信息 量非固定大小(可能10條船的信息，也可能有200條船的信息)，因 此無法採用主從的申請數據/反饋數據的方式。AIS的信息流量非常 大(波特率38400bps)，無限制的網絡傳輸可能將導致網絡堵塞，需 要在工作站上進行限制， 一般在船上只允許4臺工作站訪問AIS數據 包，軟體進行智能化判斷，對所有工作站的優先級進行設置，當服務 器己連接了 4臺工作站後，有優先級高的工作站訪問時，伺服器將斷 開與優先級低的工作站間的連接，並建立與優先級高的計算機間的連
接；同樣為減少AIS信息在網絡上的流量，AIS信息的解碼過程由各 個工作站上解碼模塊完成，即伺服器只傳輸原始信息。
對於AIS信息非固定大小問題，為減少各個工作站顯示及處理的 工作量，根據耙吸挖泥船小範圍施工作業的特性，系統按照最遠涵蓋 範圍30海裡，最多具備200條船的條件在計算機屏幕顯示AIS信息。 如果從AIS基站接收到超過200條船的AIS信息，則屏蔽距離本船最 遠處船的AIS信息。由於船舶可能駛離本地區域，在某條船失去信息 20分鐘(可以設置)後，此船的AIS信息將被刪除。
定位系統計算機加裝雷達卡，雷達卡直接插入計算機的PCI插槽 中，通過雷達卡的驅動軟體，雷達信號接入到計算機；由於雷達信息 為屏幕色彩點陣信息，其信息量非常大， 一般雷達屏幕為1280*1024 大小，每個點的信息為真彩色，為3個字節，其未經過處理的信息量 約為3M字節，無疑在顯示和網絡傳輸上存在很大的困難。由於雷達 的信息量很大，通過矢量化處理和信息壓縮處理，能夠極大的減少網 絡信息傳輸量，處理完畢的雷達屏幕信息才能夠通過網絡傳輸到其他 計算機，其他計算機解壓並顯示在屏幕上。對雷達信息進行矢量化處 理，將相近的顏色和相鄰的區域點使用區域標誌點記錄下來，並將信 息轉換為大地坐標，使雷達屏幕圖形成為矢量化圖形。此處理能夠使 信息量大大減少， 一個常用雷達屏幕上的信息能夠降低到100K字節 左右，使信息傳輸與顯示成為可能。使用數據壓縮技術，通過LZ算 法編碼壓縮方式更可以將信息壓縮到20K字節左右。
AIS的信息量是非常大的，每條船的信息接近lk字節的信息量，如果區域內有200條船，且釆用每3秒記錄一次的方式，那麼每個小 時的數據將達到240M字節的信息量，無疑採用普通的記錄方式將導 致信息量過於龐大，在數據回放時，讀入的文件太大。
採用軟體記錄最接近本船的10條船的信息，並將此10條船的信 息壓縮，壓縮後信息的量為約3k， 3秒鐘記錄一次數據，則每個小時 的3. 6M字節的數據，對於數據存儲和數據文件的讀出是比較快速的。
在耙吸挖泥船施工過程中， 一般僅關注周圍的情況，在雷達掃描 範圍比較大的情況下(例如3海裡)，實際上駕駛員關注的是周圍1 海裡的信息，如此軟體可以設置將1海裡以外的信息過濾掉，不在網 絡上發布，以減少信息量。
在很多情況下，雷達反射波可能會產生相當多的假信號， 一般情 況下，雷達顯示器上使用某一種顏色來顯示假信號，此時可以通過色 彩過濾的方法將此假信號消除。
由於AIS和雷達在屏幕上的信息量比較大，軟體採用一種圖形顯 示算法，在屏幕外的AIS船舶和雷達信息不顯示，雷達矢量圖在屏幕 上的面fe小於4個像素的矢量圖不顯示能夠加快屏幕顯示的速度。
按照上述方法，定位系統可以從網絡上獲得或者從計算機埠獲 得所有定位信息AIS、 DGPS、羅經、潮位信息、耙臂姿態信息、雷 達信息，將這些信息進行疊加處理，能同時顯示硬體系統提供的所有 信息，並在網絡上傳輸。
權利要求
1、自動識別系統及雷達在耙吸挖泥船中的運用，將船舶自動識別系統、雷達系統和原定位系統通過接口軟體合為一體，其特徵是差分GPS輸出的RS232信號轉換為TCP/IP信息接入計算機，耙臂傳感器信息通過ADAM5000TCP模塊接入計算機，船舶自動識別系統的信息從船載收發機輸出的485/422信號轉換成232信號接入計算機，計算機內部加裝雷達顯示處理卡，通過雷達顯示處理卡將雷達信號接入計算機。
2、 根據權利要求1所述的自動識別系統及雷達在耙吸挖泥船中的 運用，其特徵是自動識別系統、雷達和原平面定位的信息通過TCP/IP 在網絡上傳輸和疊加顯示。
全文摘要
自動識別系統及雷達在耙吸挖泥船中的運用，涉及通過將船舶自動識別系統、雷達和平面定位系統信息疊加，為耙吸挖泥船施工和航行提供有效的避碰措施和交通狀態信息。需要解決的問題是提供一種在平面定位系統計算機中能同時觀察船舶自動識別系統、雷達信息的方法。本發明的技術方案將船舶自動識別系統、雷達系統、定位系統，通過接口軟體合為一體，其特徵是差分GPS輸出的信號轉換為TCP/IP信息接入計算機，耙臂傳感器信息通過ADAM5000TCP模塊接入計算機，船舶自動識別系統的信息從船載收發機輸出的485/422信號轉換成232信號接入計算機，雷達信息通過雷達卡輸入計算機。本發明用於耙吸挖泥船。
文檔編號G01S15/00GK101339247SQ20071004329
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月2日 優先權日2007年7月2日
發明者呂玉棋, 戟 張, 朱小明, 王珉球, 諸葛瑋 申請人:中港疏浚股份有限公司