一种智能防撞应急航标的制作方法

本发明涉及航标领域，更具体地说，涉及一种智能防撞应急航标。

背景技术：

航标是助航标志的简称，指标示航道方向、界限与碍航物的标志，是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物以及表示警告的人工标志。船舶在航行中，常常因为潮流、操纵、避让等各种原因碰撞航标、事故发生后如果处理措施不当或不及时可能会造成船期延误，甚至发生次生事故，这类事故屡见不鲜。目前，为避免船舶与航标碰撞，一般从管理角度出发，而未从航标本身设计进行考虑。航标是距离水上交通事故相对较近的海事资源，如何改造航标，使其能够主动避免碰撞，同时在紧急情况下成为布置于航道中的应急资源，降低航标与船舶的事故发生率，是本发明所要解决的技术问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种智能防撞应急航标。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

设计一种智能防撞应急航标，包括通过卡扣连接的应急航行器和航标以及设置在岸上的岸端系统，所述应急航行器上设置有双螺旋桨；所述航标上设置有警报装置和雷达，所述警报装置包括信号转换模块和主控板；所述岸端系统包括云平台和工作人员的手持终端；

当船舶发生事故时，船舶的报警装置发出报警信号，当所述航标的警报装置通过接收到报警信号，所述卡扣打开，所述应急航行器与航标分离，所述应急航行器单独前往救援，实现智能防撞应急航标主动救援；

当包括但不限于船舶、漂浮物的障碍物靠近所述智能防撞应急航标设定的安全距离范围，所述雷达获取障碍物的信息并发出雷达信号，所述信号转换模块将雷达信号进行转换，再经所述主控板处理后，由基站发送至岸端系统，工作人员的手持终端接收到报警信号，工作人员通过控制器远程遥控所述应急航行器转移，实现智能防撞应急航标主动避碰。

在上述方案中，在所述应急航行器与航标分离之前弹簧的斥力和电磁的吸力同时作用于所述卡扣；所述警报装置接收到预警信号后，所述卡扣断电，电磁的吸力消失，所述卡扣在弹簧的斥力作用下打开。

在上述方案中，所述基站包括gprs模块、3g模块和4g模块。

在上述方案中，所述智能防撞应急航标实现主动避碰的计算过程为：

所述雷达获取周边障碍物的信息，建立以所述应急航行器为原点坐标的坐标系，将所述雷达所获取的障碍物坐标点进行坐标转化，转化公式为以下公式(1)，

其中，(xt,yt)是障碍物在应急航行器坐标系下的坐标，(xt,yt)是障碍物在大地坐标系下的坐标，(x0,y0)是应急航行器在大地坐标系下的坐标，c为应急航行器的航向；然后运用黑箱理论建立应急航行器的运动方程，以速度、航向、时间作为输入，预测位置作为输出，建立以应急航行器为中心，设定半径为r的安全范围；最后，改变船舶的速度或航向后，通过预测位置与障碍物之间的距离关系来判断是否存在碰撞危险，若不存在，则设定的速度与航向可以实现安全避碰，若存在则选择下一组速度与航向的组合进行判断。

在上述方案中，所述航标上设置有太阳能板，所述太阳能板将太阳能转换为电能，为应急航行器和航标供电。

(三)有益效果

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明用于主动避免碰撞和水上应急搜救。该航标在未发生水上事故时为防撞航标，能够自主避开船舶；发生水上事故时，其立即转为搜救航行器，以太阳能电池作为电源驱动，实现零排放、无污染、高效率的救援。

附图说明

图1是本发明提供的一种智能防撞应急航标的结构示意图；

图2是本发明提供的智能防撞应急航标的工作流程示意图；

图3是本发明提供的智能防撞应急航标与传统航标的响应救援对比示意图；

图4是本发明提供的智能防撞应急航标的安全范围；

图5是本发明提供的智能防撞应急航标的工作原理示意图。

图中：应急航行器1、航标2、卡扣3、基站4、雷达2.1、信号转换模块2.2、主控板2.3、岸端系统5(其中：云平台5.1、手持终端5.2)、太阳能板6。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明提供一种智能防撞应急航标，包括通过卡扣3连接的应急航行器1和航标2以及设置在岸上的岸端系统5，应急航行器1上设置有双螺旋桨，使其具有航行能力；航标2上设置有警报装置和雷达2.1，警报装置包括信号转换模块2.2和主控板2.3；岸端系统5包括云平台5.1和工作人员的手持终端5.2。

如图2和图5所示，当船舶发生事故时，船上的报警装置发出报警信号，当航标2的警报装置接收到报警信号，卡扣3打开，应急航行器1与航标2分离，应急航行器1单独前往救援，实现智能防撞应急航标主动救援。为实现卡扣3自动打开，在本发明实施例中，在应急航行器1与航标2分离之前弹簧的斥力和电磁的吸力同时作用于卡扣3，因此，在警报装置接收到预警信号后，卡扣3断电，电磁的吸力消失，卡扣3在弹簧的斥力作用下打开。本发明的智能航标可以实现从航标导航模式转换为应急设备模式。现代水上救援技术尚不完善，很难实现救援的及时性，且耗费大量人力物力。本发明的智能航标在船舶发生水上事故后，应急航行器1与航标2分离，航标航行器从航标状态切换为航行器状态，通过遥控应急航行器1到达事故发生点附近，当落水人员拉拽到应急航行器1时，应急航行器1迅速将落水者带至救援点，实现救援。如图3所示，当船舶发生事故时，离事故发生地距离最近的智能防撞应急航标立即开展应急救援，与传统航标相比响应速度更快。

如图2和图5所示，船舶、漂浮物等障碍物靠近智能防撞应急航标设定的安全距离范围，雷达2.1获取障碍物的信息并发出雷达信号，信号转换模块2.2将雷达信号进行转换，再经主控板2.3处理后，由基站4发送至岸端系统，工作人员的手持终端5.2接收到报警信号，工作人员通过控制器远程遥控应急航行器1转移，实现智能防撞应急航标主动避碰。图4中加粗线段表示航标2在该区域会发出报警信号，实现智能防撞应急航标主动避碰。在本发明实施例中，基站包括gprs模块、3g模块和4g模块。

智能防撞应急航标实现主动避碰的具体计算过程如下：雷达2.1获取周边障碍物的信息，建立以应急航行器1为原点坐标的坐标系，如图4所示，将雷达2.1所获取的障碍物坐标点进行坐标转化，转化公式如公式(1)所示，

(xt,yt)是障碍物在应急航行器坐标系下的坐标，(xt,yt)是障碍物在大地坐标系下的坐标，(x0,y0)是应急航行器在大地坐标系下的坐标，c为应急航行器的航向。然后运用黑箱理论建立应急航行器1的运动方程，以应急航行器的速度和航向、时间、环境参数(如风速、波浪参数、海流参数等)作为输入，预测位置作为输出，建立以应急航行器为中心，设定半径为r的安全范围，r优选取值10m，也可按照需求调整；最后，改变船舶的速度或航向后，通过预测位置与障碍物之间的距离关系来判断是否存在碰撞危险，若不存在，则设定的速度与航向可以实现安全避碰，若存在则选择下一组速度与航向的组合进行判断。当船舶发送水上事故时，水面会产生大量船体残骸等漂浮物，对救援产生很大影响，应急航行器1开展水上救援时，能够智能规避路径上所有障碍物，如船舶、航标等障碍物，实现全方位高效救援。

航标2上设置有太阳能板6，太阳能板2.2将太阳能转换为电能，为应急航行器1和航标2供电。这样可以节省电能，也避免了使用化石燃料所带来的环境污染，实现清洁、高效和零污染。

本发明在实现传统航标功能的同时，能够有效减少船舶与航标的碰撞，能够高效提供应急救援，提高了航标的利用效率。

附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

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