專利名稱：船用擱淺預警系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種預警系統，特別涉及一種用于提供船舶擱淺預警信息的船 用擱淺預警系統。
背景技術：
隨著世界經濟的發展及進出口貿易的進一步增加，海上交通運輸日益繁 忙，大型化、現代化的船舶數量不斷增加，使得本來就不寬裕的航道、港口和 近岸水域變得更加擁擠，水域交通事故不斷出現。盡管各國的統計標準不同， 但是有一點是一樣的，那就是船舶的碰撞事故的比例是水域交通事故中最高， 而僅次于碰撞事故的就是擱淺事故。眾所周知，大型油輪的擱淺事故，造成油輪中的石油泄漏，使生態環境受 到嚴重危害，甚至若干年都無法恢復到原來的狀態，直接導致巨大的經濟損失 和海上巨額保險金的支付。因此，預防船舶擱淺事故具有重大的意義。目前，對船舶碰撞預警的研究己經有相當的成就，例如船用雷達和ARPA 碰撞預警功能、船舶輔助避碰決策系統中的碰撞預警功能等。但是有關船舶擱 淺的研究卻相對滯后。現今，船上用來預防擱淺的設備主要采用回聲測深儀， 但目前的船用回聲測深由于儀只能被安裝在離船舶二到三分之一船長并盡可 能接近龍骨的位置，且其換能器的發射面、接收面與船底平齊，所測數據只能 是船舶當時的所處位置的水深，所顯示的水深變化只能是過去的水深變化情 況，盡管可以據此推算前方的水深變化情況，但由于水下孤立危險物或水深異 常變化區域的存在，這種推算是相當危險的，它可能會導致船舶擱淺，因此并 不能較有效地用來預防船舶的擱淺。隨著船舶的大型化和自動化發展，越來越多的大型、自動化程度較高的船 舶開始使用電子海圖信息與顯示系統(ECDIS)。部分電子海圖信息與顯示系 統已可以提供擱淺預警功能。其主要工作方式是使用人員通過在電子海圖上設 置安全等深線， 一旦船舶穿越安全等深線，系統將進行擱淺報警。為了有效預警，使用人員不得不提高安全等深線的水深富裕量，這將導致船舶不能有效使 用航道，從而降低運營效率。然而，在現有VTS系統(即船舶交通管理系統)中，幾乎都沒有擱淺預警模塊，對于擱淺方面的監控是通過工作人員人工監視其轄區內船舶是否在航 道內航行來實現，這無疑會增加工作人員的工作強度，這種方式會因為人為疏 忽，導致不能有效進行船舶擱淺預警。發明內容本發明的目的在于提供一種船用擱淺預警系統，用于為航行中的船舶提供 擱淺預警。本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現一種船用擱淺預警系統，其特征在于，它包括潮汐表數據模塊，設置有與船只所在位置相關的潮汐數據；電子海圖數據模塊，設置有電子海圖的數據；定位和導航模塊，用于測量所述船舶位置和航向的信息；實時SAGA數據模塊，含有特定船舶尺寸以及通過所述定位和導航模塊獲得的實時船舶速度、航跡向、定位誤差等相關的信息并包含有預警區域數據； 分析處理模塊，用于分析與處理所述潮汐表數據模塊、電子海圖數據模塊、定位和導航模塊、實時SAGA數據模塊并做出比較、分析；及擱淺預警指示模塊，將分析處理模塊比較、分析的信息顯示出來的。 所述定位和導航模塊包括有用以確定船舶位置和航跡向信息的衛星定位模塊。所述分析處理模塊為應用在微型計算機中的中央處理器。 所述電子海圖模塊為利用磁記錄方式進行存儲的計算機硬盤。 所述電子海圖模塊為利用半導體存儲器進行存儲且通過USB接口與電腦裝置等相連通的閃存盤。所述電子海圖模塊為利用表面處理工藝進行存儲的光盤。 所述定位和導航模塊為隸屬于GPS衛星定位系統、Galieo衛星定位系統、GLONASS衛星定位系統、北斗衛星定位系統中至少一個的用戶接收終端。所述擱淺預警指示模塊為通過液晶顯示屏LCD、陰極射線顯示屏CRT、 發光二極管顯示屏LED、電致發光顯示屏中至少一個來實現的顯示模塊。同樣的，所述擱淺預警指示模塊也可為包括有發光器件的光照指示模塊。 所述光照指示模塊中的發光器件為發光燈泡、發光二極管、電致發光材料 中的至少一個。所述擱淺預警指示模塊為包括有揚聲器與音頻信息存儲結構的聲音指示 模塊。所述實時SAGA區域模塊由SAGA主區域模塊與SAGA誤差區域模塊兩 者共同組成。所述SAGA主區域模塊為由SAGA主區域長度和SAGA主區域寬度組成 的矩形預警區域。所述SAGA誤差區域模塊包括第一 SAGA誤差區域模塊和第二 SAGA誤 差區域模塊。所述第一 SAGA誤差區域模塊和第二 SAGA誤差區域模塊均為扇形預警 區域，它們包括大小相同的SAGA誤差偏角和SAGA主區域長度。本發明的船用擱淺預警系統，利用實時SAGA數據模塊，能夠確定出一 個合適的預警區域，進而通過分析處理模塊來實時分析船舶的航行狀態，提前 進行船舶擱淺預警，從而有效地預防船舶擱淺事件的發生，實現本發明的目的。


圖1是本發明所述的船用擱淺預警系統的組成結構框圖； 圖2是本發明中實時SAGA數據模塊的結構示意圖； 圖3是本發明在使用過程中的流程框圖。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解， 下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。 實施例如圖1所示， 一種船用擱淺預警系統100，它包括潮汐表數據模塊400，、電子海圖數據模塊300、定位和導航模塊600、實時SAGA數據模塊500、分 析處理模塊200及擱淺預警指示模塊700。潮汐表數據模塊400，設置有與船只所在位置相關的潮汐數據；潮汐表數 據模塊400中包括有任意時刻的潮高等信息，潮汐表數據模塊400的存儲結構， 與上述的電子海圖數據模塊300的存儲結構相同。電子海圖數據模塊300，設置有電子海圖的數據；電子海圖數據模塊300 中包括有海洋以及海洋地質相關的各種數據，與海洋相關的數值，比如特定區 域的海水深度以及不同季節的海水流向等，而與本發明船用擱淺預警系統100 特別相關的數值是不同海域海水的深度。與海洋地質相關的各種數據，主要是 指海洋下方的海底地質狀況，海岸線的地質狀況，海洋中的礁石以及其它航海 障礙物以及海島的地質狀況等。海洋地質方面的數據，在本發明的船用擱淺預 警系統100中尤其有用，因為海洋地質狀況與輪船擱淺兩者密切相關。與本發 明直接相關的海洋數值主要是水深、沉船等障礙物，海洋地質主要是海底地質。電子海圖數據模塊300采用計算機存儲設備進行存儲的結構形式。常見的 計算機存儲設備的存儲結構包括-a、 利用磁記錄方式進行存儲的計算機硬盤；b、 利用半導體存儲器進行存儲且通過USB接口與電腦裝置等相連通的閃 存盤；c、 利用表面處理工藝進行存儲的光盤。這三種存儲結構都可用于本發明的船用擱淺預警系統100的電子海圖數 據模塊300。定位和導航模塊600主要用于測量所述船舶位置和航向，定位和導航模塊 600包括有用以確定船舶位置和航跡向信息的衛星定位模塊610，衛星定位模 塊610指的是衛星定位系統中的用戶接收模塊。通常的衛星定位系統是由用戶接收模塊、定位衛星與監控系統所共同組成 的，用以測定用戶位置的系統；目前，可供直接選擇的衛星定位系統是發起于 美國的GPS (Global Positioning System,通常簡稱GPS)全球(衛星)定位系 統。另外，其它能夠實現衛星定位的系統，同樣也是可以的，比如源自于歐洲 的Galieo衛星定位系統；源自于俄羅斯的GLONASS (GLObal NAvigationSatellite System全球導航衛星系統)衛星定位系統，以及源自于中國的北斗衛 星定位系統等，這些都可以用于本發明的船用擱淺預警系統ioo的定位和導航 模塊600中。衛星定位模塊610是目前海洋輪船的重要甚至主要的定位裝置。本發明所述的衛星定位模塊610是一種用戶接收模塊，應隸屬于GPS衛 星定位系統、Galieo衛星定位系統、GLONASS衛星定位系統、北斗衛星定位 系統這四者至少其一。實時SAGA數據模塊500，含有特定船舶尺寸以及通過所述定位和導航模 塊600獲得的實時船舶速度、航跡向、定位誤差等相關的信息并包含有預警區 域數據；SAGA指的是船舶擱淺預警的搜索區域(Search Area for Grounding Alert)。在下面的圖2的詳細說明中，會對實時SAGA數據模塊500的具體內 容作詳細的描述。分析處理模塊200，用于分析與處理潮汐表數據模塊400、電子海圖數據 模塊300、定位和導航模塊600、實時SAGA數據模塊500中的信息，并做出 比較、分析；在分析、比較上述數據的基礎上，在需要向用戶傳達擱淺預警信 息時，直接啟動擱淺預警指示模塊700，即能把警示信息傳達出來。分析處理 模塊200，適合采用多種運算處理器來實現，比如當前廣泛應用在微型計算機 中的中央處理器(CPU)等，都是不錯的選擇。擱淺預警指示模塊700，用于顯示船舶擱淺預警信息，利用本發明的分析 處理模塊200所分析出來的船舶擱淺預警信息，就在該擱淺預警指示模塊700 中獲得顯示。擱淺預警指示模塊700，通過可以顯示屏來實現，在顯示屏中顯 示與船舶擱淺預警相關的信息內容，從而提醒用戶。所述的顯示屏，具體結構 包括液晶顯示屏LCD、陰極射線顯示屏CRT、發光二極管顯示屏LED以及利用電致發光材料實現的電致發光顯示屏等，都是不錯的選擇。其次，擱淺預警指示模塊700還可以通過聲音指示模塊710來實現，聲音 指示模塊710包括有揚聲器與音頻信息存儲結構，不同的預警信息，通過分析 處理模塊200可調出配套的音頻信息存儲內容，利用揚聲器播放出來。再次，擱淺預警指示模塊700還可以通過光照指示模塊720來實現，光照 指示模塊720是通過發光器件來實現指示目的的；光照指示模塊720可通過發 光燈泡來實現，比如各種各樣的發光燈泡，都是可以的；也可以通過發光二極管來實現；還可以通過電致發光材料來實現；具體實施時，可采用前述三者中的至少其一。如圖2所示，實時SAGA數據模塊500包括SAGA主區域模塊510和SAGA 誤差區域模塊520， SAGA誤差區域模塊520包括第一 SAGA誤差區域模塊521 和第二 SAGA誤差區域模塊522;其中的船舶800航行在海洋820中，圖中的 曲線部分為海岸線810;其計算方式如下總的計算模塊為-① 實時SAGA數據模塊500二SAGA主區域模塊510 + SAGA誤差區域模 塊520。其中，SAGA誤差區域模塊520 =第一 SAGA誤差區域模塊521+第二 SAGA誤差區域模塊522。第一 SAGA誤差區域模塊521 二第二 SAGA誤差區 域模塊522。在計算SAGA主區域模塊510和SAGA誤差區域模塊520時，包括有如 下的主要數據② SAGA主區域長度530=船舶800上衛星定位裝置天線到船首810的長 度+船舶800在預警時間內前進的距離+船舶800上衛星定位裝置的定位誤差。③ SAGA主區域寬度540二 (船速系數+船舶寬長比)X船舶長度+船舶 寬度+船舶衛星定位裝置的定位誤差。④ 誤差偏角540-arcsin(2倍的衛星定位裝置的定位誤差/SAGA主區域長 度530)。利用上述的計算公式①、②、③、 ，可以方便地獲得特定時刻下的SAGA 主區域模塊510和SAGA誤差區域模塊520，從而獲得實時SAGA數據模塊 500。需要指出的是，本實施例中的衛星定位裝置為GPS衛星定位裝置，是衛 星定位模塊610的一種，其它類型的衛星定位模塊610也同樣可以。如圖3所示，本發明的船用擱淺預警系統100使用方式進行說明。典型的 使用方式，共包括有7個步驟，分別是步驟900，利用定位和導航模塊600為船舶定位和測定航跡向。該步驟的要點是利用本發明的定位和導航模塊600中的衛星定位模塊610，如GPS等，來定出船舶的具體位置、航跡向、航速等基本信息；允許存在誤差。步驟910，獲得實時SAGA數據模塊500。該步驟的要點是實時SAGA數據模塊500首先與定位和導航模塊600 中獲得的船舶位置、速度、航跡向和它們的誤差有關，其次，和船舶寬度、船 舶長度等船舶尺寸信息相關。利用上述實時SAGA數據模塊500與前面介紹的 SAGA模塊的計算公式，可獲得實時SAGA數據模塊500。步驟920，調用與分析實時SAGA數據模塊500、電子海圖數據模塊300 和潮汐表數據模塊400。該步驟的要點是利用前述的實時SAGA數據模塊500和電子海圖數據 模塊300，可以獲得SAGA區域(主區域和誤差區域之和)內的最小水深數據。 該最小水深應在考慮到SAGA區域內可能存在的水下航行障礙物的水深后得 出。利用潮汐表數據模塊400，可以獲得SAGA區域當前的潮汐高度。利用分 析處理模塊200，調用這三個數據模塊進行分析，就可以得出當前SAGA區域 內的"潮汐高度和最小海圖水深"。步驟921，得出SAGA區域的最小實際水深。利用前述的步驟，我們可得到當前時刻下，在SAGA區域的實際最小水 深，該最小實際水深二SAGA區域的潮高+SAGA區域內的最小海圖水深+海圖深度基準面與潮高基準面的差值。步驟930，調用與分析實時SAGA數據模塊500、電子海圖數據模塊300和船舶物理信息。該步驟的要點是:利用實時SAGA數據模塊500和電子海圖數據模塊300， 可確定船舶SAGA區域的具體位置，以及該位置下的海洋地貌信息、海洋水質 信息等。還需要結合船舶的一些具體物理信息，比如船舶的最大吃水等。以此 來分析，船舶至少需要多少的水深，才不會發生擱淺事件。步驟931，確定當前船舶安全行駛所需的安全水深值。通過前述的步驟930，可計算出船舶不會發生擱淺事件的安全水深值，這 是實現擱淺預警的基礎。步驟940，利用分析處理模塊200進行數據分析。該步驟的要點是通過分析處理模塊200，能夠有效地將前述步驟獲得的"SAGA區域的潮高+SAGA區域最小海圖水深+海圖深度基準面與潮高基準 面的差值"和"安全水深值"進行比較，這樣就可以輕易得出船舶的預警狀態。簡單地說，在SAGA區域內，如果"SAGA區域的潮高+SAGA區域最小 海圖水深+海圖深度基準面與潮高基準面的差值"大于船舶安全行駛的安全水 深值，則擱淺預警狀態顯視為"安全狀態"；如果"SAGA區域的潮高+海圖水 深+海圖深度基準面與潮高基準面的差值"等于或小于船舶安全行駛的安全水 深值，則擱淺預警狀態顯視為"不安全狀態"。通過這些分析結果，就可以啟 動下面的步驟950。 '步驟950，啟動擱淺預警指示模塊700。該步驟的要點是利用前述的分析結果，可以在擱淺預警指示模塊700的 不同硬件結構中得到顯示。比如，如果擱淺預警指示模塊700是通過顯示屏來 實現的話，在顯示屏中就會顯示相應的警示信息；如果擱淺預警指示模塊700 是通過聲音指示模塊710來實現的話，就會通過警報聲或語音做出指示；如果 擱淺預警指示模塊700是通過發光燈泡、發光二極管LED或電致發光材料來 實現的話，就會通過相應的光照做出指示。利用本發明所述的船用擱淺預警系統，能有效地避免船舶擱淺事件，從而 保障船員的生命安全和船舶的財產安全。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業 的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中 描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明 還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內，本 發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1、一種船用擱淺預警系統，其特征在于，它包括潮汐表數據模塊，設置有與船只所在位置相關的潮汐數據；電子海圖數據模塊，設置有電子海圖的數據；定位和導航模塊，用于測量所述船舶位置和航向的信息；實時SAGA數據模塊，含有特定船舶尺寸以及通過所述定位和導航模塊獲得的實時船舶速度、航跡向、定位誤差等相關的信息并包含有預警區域數據；分析處理模塊，用于分析與處理所述潮汐表數據模塊、電子海圖數據模塊、定位和導航模塊、實時SAGA數據模塊并做出比較、分析；及擱淺預警指示模塊，將分析處理模塊比較、分析的信息顯示出來的。
2、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述定位和導 航模塊包括有用以確定船舶位置和航跡向信息的衛星定位模塊。
3、 如權利要求]所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述分析處理 模塊為應用在微型計算機中的中央處理器。
4、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述電子海圖 模塊為利用磁記錄方式進行存儲的計算機硬盤。
5、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述電子海圖 模塊為利用半導體存儲器進行存儲且通過USB接口與電腦裝置等相連通的閃 存盤。
6、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述電子海圖 模塊為利用表面處理工藝進行存儲的光盤。
7、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述定位和導航模塊為隸屬于GPS衛星定位系統、Galieo衛星定位系統、GLONASS衛星定 位系統、北斗衛星定位系統中至少一個的用戶接收終端。
8、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述擱淺預警 指示模塊為通過液晶顯示屏LCD、陰極射線顯示屏CRT、發光二極管顯示屏 LED、電致發光顯示屏中至少一個來實現的顯示模塊。
9、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述擱淺預警 指示模塊也可為包括有發光器件的光照指示模塊。
10、 如權利要求9所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述光照指示 模塊中的發光器件為發光燈泡、發光二極管、電致發光材料中的至少一個。
11、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述擱淺預警 指示模塊為包括有揚聲器與音頻信息存儲結構的聲音指示模塊。
12、 如權利要求1所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述實時SAGA區域模塊由SAGA主區域模塊與SAGA誤差區域模塊兩者共同組成。
13、 如權利要求12所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述SAGA 主區域模塊為由SAGA主區域長度和SAGA主區域寬度組成的矩形預警區域。
14、 如權利要求12所述的船用擱淺預警系統，其特征在于所述SAGA 誤差區域模塊包括第一 SAGA誤差區域模塊和第二 SAGA誤差區域模塊。
15、 如權利要求14所述的船用擱淺預警系統,其特征在于:所述第一SAGA 誤差區域模塊和第二 SAGA誤差區域模塊均為扇形預警區域，它們包括大小相 同的SAGA誤差偏角和SAGA主區域長度。
全文摘要
本發明提供一種船用擱淺預警系統，用于為航行中的船舶提供擱淺預警，它包括潮汐表數據模塊、電子海圖數據模塊、定位和導航模塊、實時SAGA數據模塊、分析處理模塊及擱淺預警指示模塊；本發明的船用擱淺預警系統，利用實時SAGA數據模塊，能夠確定出一個合適的預警區域，進而通過分析處理模塊來實時分析船舶的航行狀態，提前進行船舶擱淺預警，從而有效地預防船舶擱淺事件的發生，實現本發明的目的。
文檔編號G08G3/00GK101256721SQ200810092459
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年2月3日
發明者施朝健, 春 楊, 胡勤友, 龔安祥 申請人:上海海事大學