本發(fā)明涉及船舶航行安全領(lǐng)域，特別是一種基于多種傳感器的智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：
對于大型船舶和危險品船舶，安全進出航道和靠泊特別重要。大型船舶在靠泊時，會受到風(fēng)速、風(fēng)向、流速、流向等復(fù)雜水文氣象因素的影響，導(dǎo)致船舶靠岸速度過快或角度過大，進而造成船舶撞擊碼頭設(shè)施和裝卸設(shè)備等安全事故，不僅產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失，甚至還可能造成人員傷亡。早期的船舶靠泊主要依賴于船長和引航員的經(jīng)驗，靠泊時速度和角度的控制受人為因素影響很大，可靠性較差。因此，為保證大型船舶尤其是危險品船舶的航道航行、靠泊和停泊作業(yè)安全，需要使用輔助靠泊系統(tǒng)提供船舶靠泊急需的船舶位置和船舶動態(tài)信息，包括：船首和船尾的速度、船舶與碼頭的距離、船舶與碼頭的夾角、船舶靠泊后的漂移報警等。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，全球部分發(fā)達港口的碼頭已開始安裝各種測速儀，或稱岸基式靠泊儀，包括聲納靠泊儀、基于紅外線的靠泊輔助系統(tǒng)、雷達靠泊儀等。這些靠泊系統(tǒng)均基于測速原理，即測定船舶靠泊時的船速，或多或少的存在著一些問題：聲納靠泊儀作用距離短，只有200米，且極易產(chǎn)生散射、折射、發(fā)射等現(xiàn)象，測量精度差；基于紅外線的靠泊輔助系統(tǒng)，是將紅外探測器安裝在碼頭上測量船舶與碼頭的距離，并將船舶動態(tài)數(shù)據(jù)通過碼頭上安裝的超大顯示屏顯示出來，但沒有報警功能，因此信息的可讀 性受到距離和天氣能見度的影響很大；雷達靠泊儀探測船舶與碼頭之間的距離，但受天氣的影響較大，特別是在雨雪天氣，雷達回波受到干擾，系統(tǒng)精度大大下降。2011年11月9日公開的公開號為CN102236327A的發(fā)明專利“一種船舶激光靠泊監(jiān)測系統(tǒng)”，包括主控制器、數(shù)據(jù)交換終端以及碼頭操作區(qū)域，所述主控制器三個輸入端分別連接風(fēng)速風(fēng)向儀、GPS定位裝置及數(shù)據(jù)交換終端，所述碼頭操作區(qū)域均由嵌入式硬盤與輔助控制器組成，其中的嵌入式硬盤分別接有兩個攝像機，其輔助控制器分別接有兩個激光傳感器。由于此靠泊系統(tǒng)是基于兩個固定間距的激光測距儀實現(xiàn)對船頭船尾的距離測量，故其檢測有效范圍受限，僅適合大型船舶，而不適用于中小型船舶的靠泊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：目前的船舶靠泊輔助系統(tǒng)有效檢測范圍受限、信息量少、可辨識度受能見度依賴以及缺少智能化的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：使用由信息實時采集子系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2、信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3三部分組成的智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)，通過信息實時采集子系統(tǒng)1實時采集三維激光點云、視頻影像、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，環(huán)境參數(shù)包括溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、能見度、水速、水向、潮位等，由數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2進行數(shù)據(jù)實時處理，獲取船舶?？啃枰膶崟r船舶距離、靠泊速度、靠泊角度、碼頭和船舶三維模型、視頻影像、環(huán)境參數(shù)、靠泊建議和預(yù)警信息等，再經(jīng)信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3以有線和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞桨l(fā)布到用戶和管理終端，從而實現(xiàn)智能船舶輔助靠泊。本發(fā)明的內(nèi)容包括：一種智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)。方法包括：一種利 用上述智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)進行船舶輔助靠泊的方法。本發(fā)明的一種智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)由信息實時采集子系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2、信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3三部分組成。所述信息實時采集子系統(tǒng)1由測距與成像模塊101和環(huán)境監(jiān)測模塊102兩部分組成，其中測距與成像模塊101包括至少一臺激光掃描儀和至少一臺高清攝像機，環(huán)境監(jiān)測模塊102包括溫度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、能見度傳感器、流向流速儀、激光潮位計和其他用于監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的傳感器。所述數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2包括至少一臺計算機201、點云數(shù)據(jù)處理模塊202、影像數(shù)據(jù)處理模塊203、環(huán)境參數(shù)處理模塊204、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警模塊205、一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫206和一個專家知識庫207。數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2可部署在一臺或者多臺計算機201上，以提高數(shù)據(jù)處理的速度和效率。所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫206用于存儲和管理由信息實時采集子系統(tǒng)1采集的原始激光點云、視頻影像和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以及經(jīng)點云數(shù)據(jù)處理模塊202、影像數(shù)據(jù)處理模塊203、環(huán)境參數(shù)處理模塊204處理后的得到的各種數(shù)據(jù)。專家知識庫207用于存儲和管理船長和引航員以往的經(jīng)驗和知識以及各類船舶靠泊的有效記錄，作為智能支撐數(shù)據(jù)分析和預(yù)警模塊205。所述點云數(shù)據(jù)處理模塊202用于處理由測距與成像模塊101獲取的三維激光點云數(shù)據(jù)，計算實時船舶距離、靠泊速度、靠泊角度、碼頭和船舶三維模型；所述影像數(shù)據(jù)處理模塊203用于處理由測距與成像模塊101獲取的實時視頻數(shù)據(jù)；所述環(huán)境參數(shù)處理模塊204用于處理由環(huán)境監(jiān)測模塊102獲取的環(huán)境參數(shù)。所述數(shù)據(jù)分析和預(yù)警模塊205用于依據(jù)專家知識庫207的靠泊經(jīng)驗數(shù)據(jù)和以往該船舶或該船舶靠泊記錄數(shù)據(jù)，對點云數(shù)據(jù)處理模塊202、影像數(shù)據(jù)處理模塊203和環(huán)境參數(shù)處理模塊204處理得到的數(shù)據(jù)進行分析，推導(dǎo)出安全靠泊的建議和預(yù)警信息。所述信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3包括信息傳輸裝置301和多個信息接收及顯示終端302。所述信息傳輸裝置301用于將數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2得出的 船舶距離、靠泊速度、靠泊角度、三維模型、視頻影像、環(huán)境參數(shù)、靠泊建議和預(yù)警信息通過有線和無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到所述信息接收及顯示終端302。所述信息接收及顯示終端302是固定或移動的數(shù)據(jù)接收及顯示裝置。固定終端可安置在碼頭和船舶控制中心的相關(guān)部門，移動終端配備給船長、導(dǎo)航員或其他相關(guān)工作人員，便于靠泊時隨身攜帶使用。一種智能船舶輔助靠泊方法，步驟如下：步驟S1：信息實時采集子系統(tǒng)1實時采集三維激光點云、視頻影像和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；步驟S2：將步驟S1中采集的數(shù)據(jù)通過有線或無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2；步驟S3：數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2進行數(shù)據(jù)處理，獲得實時船舶距離、靠泊速度、靠泊角度、碼頭和船舶三維模型、視頻影像、環(huán)境參數(shù)、靠泊建議和預(yù)警信息；步驟S4：信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3通過信息傳輸裝置301以有線和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞綄⑿畔l(fā)布到各信息接收及顯示終端302，輔助靠泊操作；步驟S5：重復(fù)步驟S1到步驟S4，進行數(shù)據(jù)的實時更新，從而實現(xiàn)智能船舶輔助靠泊。本發(fā)明的有益效果是：1.本發(fā)明適用于任何規(guī)模泊位及任何船型，可有效規(guī)避其他現(xiàn)有各種方法及系統(tǒng)的局限性和單一性問題。2.本發(fā)明充分利用專家知識庫207的以往靠泊經(jīng)驗和各類船型的靠泊記錄，對于實時的靠泊各參數(shù)進行檢查，提出相應(yīng)的靠泊操作建議并提前進行安全預(yù)警，從而保障船舶靠泊安全。3.本發(fā)明采用高精度、測量范圍大的現(xiàn)代激光掃描系統(tǒng)獲取準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并由此導(dǎo)出準(zhǔn)確客觀的船舶靠泊輔助信息，從而更有效地保障船舶靠泊安全。4.本發(fā)明充分利用現(xiàn)代有線和無線的通信手段，實現(xiàn)多終端信息接收，且能提供各類數(shù)據(jù)的融合表達和顯示，尤其是為靠泊執(zhí)行人員提供便攜式移動終端，大大有效地支持靠泊的安全操作。5.本發(fā)明智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)具有很好的開放性和擴展型。在未來出現(xiàn)更高端的環(huán)境監(jiān)測傳感器、激光雷達系統(tǒng)或視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，均便于集成到本發(fā)明的智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)中。附圖說明圖1是本發(fā)明的智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。具體實施方式圖1是本發(fā)明的智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)由信息實時采集子系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2、信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3三部分組成。信息實時采集子系統(tǒng)1包括測距與成像模塊101和環(huán)境監(jiān)測模塊102，其中測距與成像模塊101由至少一臺激光掃描儀和至少一臺高清攝像機組成，環(huán)境監(jiān)測模塊102包括溫度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、能見度傳感器、流向流速儀、激光潮位計和其他用于監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的傳感器。數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2包括至少一臺計算機201、點云數(shù)據(jù)處理模塊202、影像數(shù)據(jù)處理模塊203、環(huán)境參數(shù)處理模塊204、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警模塊205、一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫206和一個專家知識庫207。信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3包括信息傳輸裝置301和多個信息接收及顯示終端302。圖2是本發(fā)明的智能船舶靠泊輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。如圖2所示，信息實時采集子系統(tǒng)1中的測距與成像模塊101獲得三維激光點云和實時視頻數(shù)據(jù)，環(huán)境監(jiān)測模塊102獲得環(huán)境數(shù)據(jù)，直接存儲在數(shù)據(jù)實時處理子 系統(tǒng)2的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫206中，經(jīng)點云數(shù)據(jù)處理模塊202、影像數(shù)據(jù)處理模塊203和環(huán)境參數(shù)處理模塊204實現(xiàn)實時處理。點云數(shù)據(jù)處理模塊202處理原始的三維激光點云數(shù)據(jù)，獲得可測量的三維點云模型，通過三維點云模型，可以測量船舶任意一點到碼頭任意一點的距離，通過時間段內(nèi)的多個三維點云數(shù)據(jù)，可計算出船舶靠泊的速度和角度。影像數(shù)據(jù)處理模塊203處理實時視頻數(shù)據(jù)，根據(jù)需要，選擇不同角度的影像進行對比。環(huán)境參數(shù)處理模塊204用于處理由環(huán)境監(jiān)測模塊102獲取的環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、能見度、流向、流速、潮位等數(shù)據(jù)，得到各種環(huán)境參數(shù)。以上各模塊處理的結(jié)果數(shù)據(jù)同時存入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫206中，并經(jīng)數(shù)據(jù)分析和預(yù)警模塊205結(jié)合專家知識庫207中的以往靠泊經(jīng)驗和該船舶或該類型船舶的以往靠泊記錄數(shù)據(jù)進行實時分析，推導(dǎo)出當(dāng)前靠泊操作建議和預(yù)警信息。信息實時發(fā)布子系統(tǒng)3將數(shù)據(jù)實時處理子系統(tǒng)2處理獲得的各種數(shù)據(jù)、靠泊建議和預(yù)警信息通過有線和無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)送，由信息傳輸裝置301傳輸?shù)蕉鄠€信息接收及顯示終端302，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獨立、綜合和融合顯示。信息接收及顯示終端302包括碼頭的大屏幕顯示裝置、位于船舶控制中心的各部門的計算機、靠泊船舶的控制中心的計算機、船舶工作人員的手機、PDA、平板、導(dǎo)航儀等手持移動設(shè)備或其他終端。雖然上文已經(jīng)根據(jù)各種特定的實施例對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進行各種修改。因此凡是按照本發(fā)明所述原理進行的修改，都應(yīng)該理解為包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。