[发明专利]一种现代船舶自动靠离泊系统及方法

权利要求书

1.一种现代船舶自动靠离泊系统，其特征在于，包括定位系统、惯性导航单元、场景重建单元、传感器监控单元、综合数据处理中心、故障紧急处理系统和岸基指挥中心；

所述定位系统包括船舶罗经、GPS和北斗接收机，用于实时获取船舶的离岸位置和前进方向信号，并发送信号给所述综合数据处理中心；

所述惯性导航单元，用于实时获取船舶的倾角、速度、加速度、偏航角和位置的信息，并发送信息给所述综合数据处理中心；

所述场景重建单元包括双目摄像头、激光雷达、超声波测距模块和三维点云解算系统；所述双目摄像头用于采集目标码头的照片信息，所述超声波测距模块测定船舶至目标码头的距离；所述激光雷达获取目标码头的点云数据，并通过所述三维点云解算系统进行三维场景重建；所述场景重建单元将照片信息、距离信息和三维场景信息发送给所述综合数据处理中心；

所述传感器监控单元包括安装在船舶上的传感元件，所述传感元件获得的传感信息发送给所述综合数据处理中心；

所述综合数据处理中心包括姿态解算模块、视觉信息计算模块和综合决策模块；所述姿态解算模块对所述定位系统的信息和惯性导航单元的信息进行融合，获取船舶姿态信息；所述视觉信息计算模块对所述双目摄像头采集的照片进行处理，获取距离信息并输出至所述综合决策模块进行处理；所述综合决策模块将船舶姿态信息、距离信息和三维场景信息进行评估，并将评估结果传输给控制机构；所述综合数据处理中心将船舶姿态信息、距离信息和三维场景信息发送至所述岸基指挥中心；

所述故障紧急处理系统用于在船舶遇险后开启紧急制动；所述故障紧急处理系统通过所述综合数据处理中心紧急搜集碰撞处的所述传感元件的数据，并将数据传输给所述控制机构；所述控制机构控制所述执行机构进行紧急制动。

2.根据权利要求1所述的现代船舶自动靠离泊系统，其特征在于，所述超声波测距模块和双目摄像头在船舶靠离泊的工作过程中实时测量安装位置与检测位置之间的距离，并最终采用优化算法对距离进行最优估计。

3.根据权利要求2所述的现代船舶自动靠离泊系统，其特征在于，所述激光雷达、超声波测距模块和双目摄像头分布设置在船体舷侧；所述双目摄像头用于远距离测距，所述超声波测距模块用于近距离测距。

4.根据权利要求1所述的现代船舶自动靠离泊系统，其特征在于，所述姿态解算模块通过卡尔曼滤波算法对所述定位系统的信息和所述惯性导航单元的信息进行线性融合，最终得出最优估计的船舶姿态信息。

5.根据权利要求1所述的现代船舶自动靠离泊系统，其特征在于，所述控制机构包括指令接收及处理模块，所述指令接收及处理模块将从综合数据处理中心传来的评估结果进行处理编译，再通过PID算法进行计算，最终向所述执行机构输出指令；所述执行机构包括舵和动力推进装置。

6.根据权利要求1所述的现代船舶自动靠离泊系统，其特征在于，所述船舶与所述岸基指挥中心采用卫星通讯的方式进行无线通讯。

7.根据权利要求1所述的现代船舶自动靠离泊系统，其特征在于，所述传感元件包括水流传感器和风向传感器。

8.一种现代船舶自动靠离泊系统的靠离泊方法，其特征在于，包括以下步骤：

航行前双目摄像头在目标码头采集多角度照片信息，并将照片信息传输至综合数据处理中心；将激光雷达所采集的信息通过三维点云解算系统进行三维场景重建并将其录入综合数据处理中心，综合数据处理中心将三维场景重建模型传输至岸基指挥中心；

定位系统实时获取船舶的离岸位置和前进方向信号，并发送信号给所述综合数据处理中心；

惯性导航系统实时获取船舶的倾角、速度、加速度、偏航角和位置的信息，并发送信息给综合数据处理中心；

船舶开始靠岸动作到停止之前的时间段中，综合数据处理中心的姿态解算模块对定位系统的信息和惯性导航单元的信息进行融合，获取船舶姿态信息；综合数据处理中心的视觉信息计算模块对双目摄像头采集的照片进行处理，获取距离信息并输出至综合决策模块进行处理；综合决策模块将船舶姿态信息和距离信息进行评估，并将评估结果传输给控制机构；

综合数据处理中心将船舶姿态信息以及照片信息、距离信息和三维场景信息发送至岸基指挥中心，岸基指挥中心分配靠泊区域并反馈给船舶；

控制机构获取综合数据处理中心发来的评估结果进行编译，通过卡尔曼滤波算法和PID算法进行处理得到指令，向执行机构发送指令；执行机构接收到控制机构的指令，开始工作，带动整船进行运动；

靠泊停止之前，双目摄像头关机，超声波测距模块开机，进行近距离测距，直至靠泊；

其中，在靠泊前，若船舶的综合数据处理系统出现故障，触发故障紧急处理系统；综合数据处理中心和控制机构及执行机构之间的通信线路被立即切断，由船员操作或岸基指挥中心远程操纵船舶；

若船舶与其它船舶发生了碰撞，则进行的是自动触发方式，船舶会立刻进行紧急制动，综合数据处理系统紧急搜集各传感器的数据并不断向岸基指挥中心和船舶总控室发送碰撞处的传感器数据；控制机构与执行机构根据处理结果保持船舶的姿态；

若岸基指挥中心评估认为数据处理中心的处理结果错误，切断综合数据处理中心的控制权限。