一种基于光电可视技术的船舶引航观测方法

1.一种基于光电可视技术的船舶引航观测方法，包括如下步骤：
1)、制定引航方案：引航船收到海事管理机构发出的引航任务后，根据天气、能见度、水域地形、水深制定引航方案，在光电引航系统中设定光电引航系统参数；
2)、启动光电引航系统：显示当前系统和设备的状态信息，并根据设定的光电引航系统参数进行调整；
3)、搜索定位：引航船出发后根据天气情况使用不同设备来搜索被引船只并监控其他船只：
白天能见度大于1公里使用微光摄像机，判断物体的位置、距离和体积，确定被引航船只周围干扰；
白天能见度小于1公里，以及黑夜使用红外热像仪，判断物体的位置、距离和体积，确定被引航船只周围干扰；
当发现被引船只后立即降低航速或停航，使用灯光、无线电设备联系被引船只、告知引航船位置并做好引航准备；
4)、登船：确定被引船只位置后，引航员下引航船乘坐小艇至登上被引船只期间，使用光电引航系统的运动物体实时检测、识别、跟踪功能对小艇附近水域进行监控，一旦发现有其他船只立刻通知引航员控制小艇避让危险；引航员登上被引船只后通知引航船确认准备引航；
5)、引航：收到被引船只的确认信号后开始引航，期间引航船使用光电引航系统的运动物体实时检测、识别、跟踪功能监控引航路线上的其他船只，对可能造成危险的船只及早避让或发出警告；
6)、结束引航：当被引船只到达指定安全水域后，引航任务结束，使用光电引航系统中的保存功能，保存引航任务中光电引航系统所拍摄的图像、数据及其他报告一起上交引航管理部门，并关闭光电引航系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电可视技术的船舶引航观测方法，其特征在于：
所述光电引航系统是一种船载辅助导航设备，包括非制冷红外热像模块，微光摄像模块、陀螺稳定框架、电驱转塔、光电转换模块、电信号处理模块、主控计算机和操控台，光电引航系统可将目标物体的温度信息转换成视频图像。
3.根据权利要求1所述的一种基于光电可视技术的船舶引航观测方法，其特征在于：
步骤2)中所述的调整系统参数包括：系统设置、传感器状态、转塔反馈的实时状态、可见光镜头的当前焦距值、红外镜头的当前焦距值、红外热象仪的控制与参数设定，手动做水面背景校正、然后开启自动校正、选择黑热或者白热中的一种显示状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于光电可视技术的船舶引航观测方法，其特征在于：
所述步骤4)中引航员下引航船时可以自己使用便携式光电引航设备，确保小艇安全。

一种基于光电可视技术的船舶引航观测方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种引航观测方法，具体涉及一种基于光电可视技术的引航观测方法。\n背景技术\n[0002] 目前，全国每年因各种恶劣天气，导致的船只停航、事故等造成的经济损失巨大。\n主要原因在于目前没有一种安全可靠的昼夜引航观测方法来保证船只在恶劣天气下航行的安全。例如根据《上海港长江口水域交通管理规则》规定，视程小于500米时，禁止船舶航行（执行公务船舶除外）。因此上海每年运输船舶停航天数很多和带来的经济损失严重。\n所以迫切的需要一种新的观测方法来提高低视程船舶航行的安全性，减少因不能引领船舶进港装卸作业造成的经济损失。\n[0003] 目前最常用的引航观测方法有：望远镜定位：最原始、最常见、最便利的引航方式，只能在天气良好的情况下使用，在低能见度条件下如雨、雪、雾等天气下，效果很差，黑夜完全不能使用。\n[0004] 雷达定位：通过电磁波反射来探测位置的导航技术，由于受恶劣天气影响的因素较小，所以也比较常用。但是其缺点也很明显：需要能发射电磁波的陆地或舰载基站，本身因发射角度问题而存在盲点，另外如果被引航船附近有较多其他船只，雷达很难分辨。\n[0005] GPS-GSM定位：现在最常用的导航技术，是车辆定位系统在船舶领域的应用。但受制约因素较多：如雾天、雷雨天等天气对信号的影响、手持机电池不足或因风浪较大等意外因素而导致手持机遗失等情况较多，且GPS天线比较脆弱容易发生磨损而短线。且GPS无法判断船的体积，近距离更不安全。\n[0006] AIS定位：即船舶自动识别系统的简称，由岸基设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。其信息一般靠人工输入，因此可能存在定位偏差，信号可能会有延迟，有部分船艇并不安装AIS。\n[0007] 以上这些方法虽然很常用，但是都存在各自的缺陷，无法实现全天候的盲导航。\n发明内容\n[0008] 针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于光电可视技术的船舶引航观测方法，该引航方法利用一种船载电子设备即光电引航系统，使得引航员在引航作业时实现各种气候条件下工作场景的可视化，标准化，效率更高，时间更短，操作方便灵活，能真正做到盲导航。\n[0009] 本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。\n[0010] 基于光电可视技术的船舶引航观测方法，包括如下步骤：\n[0011] 1）、制定引航方案\n[0012] 引航船收到海事管理机构发出的引航任务后，立刻根据天气、能见度、水域地形、水深等条件以安全、迅速、简便为原则制定引航方案。检查光电引航系统设备基本情况。对特殊引航作业船舶的引航，引航机构应当制订引航方案，报市级地方人民政府港口主管部门和海事管理机构批准后实施。\n[0013] 2）、启动光电引航系统\n[0014] 启动光电引航系统，显示当前系统和设备的状态信息，并根据设定的光电引航系统参数进行调整，包括系统设置、传感器状态、转塔反馈的实时状态、可见光镜头的当前焦距值、红外镜头的当前焦距值、红外热象仪的控制与参数设定，手动做水面背景校正、然后开启自动校正、选择黑热或者白热中的一种显示状态。所有设定一次性完成，下次不需要再重复设定。图像的亮度、对比度、色调和饱和度可以根据引航需要实时调整。\n[0015] 3）、搜索定位\n[0016] 引航船出发后根据天气情况使用不同设备来搜索被引船只并监控其他船只：\n[0017] 能见度大于1公里使用微光摄像机，利用微光摄像机的电子图像放大、运动物体的实时检测来判断目标的位置、距离、体积等，确定被引航船只、并确定周围有无其他船只的干扰。\n[0018] 能见度小于1公里以及在黑夜使用红外热成像仪，利用红外热成像仪的黑热或者白热图差异，判断物体的位置、距离、体积等，确定被引航船只、并确定周围有无其他船只的干扰。\n[0019] 当发现引航船后立即降低航速或停航，使用灯光、无线电等设备联系被引船只、告知引航船位置并做好引航准备。\n[0020] 4）、登船\n[0021] 确定被引船只位置后，引航员下引航船乘坐小艇至登上被引船只期间，使用光电引航系统的运动物体实时检测、识别、跟踪功能对小艇附近水域进行监控、一旦发现有其他船只立刻通知引航员控制小艇避让危险，确保安全。引航员亦可自己使用便携式小型辅助引航设备，确保小艇安全。引航员登上被引船只后立刻悬挂引航旗，并向被引船只船长介绍引航方案。并通知引航船确认准备引航。\n[0022] 5）、引航\n[0023] 收到被引船只的确认信号后开始引航。期间引航船使用光电引航系统的运动物体实时检测、识别、跟踪功能监控引航路线上的其他船只。对可能造成危险的船只及早避让或发出警告，将事故可能性降到最低。\n[0024] 6）、结束引航\n[0025] 当被引船只到达指定安全水域后，引航任务结束。使用光电引航系统中的保存功能，保存引航任务中光电引航系统所拍摄的图像、数据及其他报告一起上交引航管理部门，并关闭光电引航系统。\n[0026] 所述的光电引航系统是一种船载辅助导航设备，系统包括非制冷红外热像模块，微光摄像模块、陀螺稳定框架、电驱转塔、光电转换模块、电信号处理、主控计算机、操控台等，系统可将目标物体的温度信息转换成视频图像，可昼夜观察，是将光电技术应用到引航作业上的创新方法。\n[0027] 本发明是将成熟的电子信息技术引入传统行业，开创了船舶引航的新型观测方法，无需再借助其他船体以外的设备（如卫星、通讯基站等），使用方便、便于普及、提高船舶引航安全性、减少停航日期、提高海上运输经济效益。\n[0028] 本发明基于光电可视技术的船舶引航观测方法是360度全方位覆盖，且自动识别跟踪运动物体。使用此方法最大观测距离可以达到肉眼能见度的7倍以上，几乎适应所有天气条件，如雨、雾、霾、雪、黑暗，当水面能见度低于500米时仍然可以实现可视化作业，完全符合《上海港长江口水域交通管理规则》所规定的视程小于500米时，禁止船舶航行的要求。\n附图说明\n[0029] 图1为本发明基于光电可视技术的船舶引航观测方法的流程图。\n具体实施方式\n[0030] 下面将结合本发明附图1，对本发明实施过程中的各步骤进行清楚、完整的描述。\n当然此描述仅是本发明在船舶引航领域中所遇到的各种恶劣天气下的部分而不是全部实例。基于本发明中的实施例，船舶引航领域内普通领航员在没有做出创造性的其他观测方法前提下，所有使用光电可视技术引航的观测方法的其他实施例，都属于本发明保护的范围。\n[0031] 实施例\n[0032] 如附图1所示，因大雾（因恶劣天气多样性，此例以大雾天气为例）所致，海事局出于安全考虑发布停航通知，导致大面积船舶停航。\n[0033] 此时海事局收到部分船舶的引航申请后，与附近引航船联系。引航船在确认大雾天、能见度在500米左右波动情况下，常规的引航手段如望远镜、GPS都已无法使用，而被引船只并未安装AIS系统，大面积停航船舶过多，雷达系统也无法正确判断目标。所以引航方案制定为使用光电导航系统进行引航，可以向海事局上报并批准后，进行引航作业。\n[0034] 引航船打开光电引航系统，显示当前系统和设备的状态信息，并根据设定的光电引航系统参数进行调整，主要调整转塔反馈的实时状态、可见光镜头红外镜头当前焦距值。\n根据方案，由于能见度500米，微光摄像机包括其他可见光摄像机都无法作为主要观测设备，所以启动红外热成像功能，利用红外成像的黑热白热图差异，判断物体的位置、距离、体积等，确定被引航船只、并确定周围有无其他船只的干扰，确保引航船的安全后，开始向被引船只航行，直至发现被引航船只。\n[0035] 发现被引船只后，扫描被引船只周围水域中的其他目标（如漂浮物、停航船舶等）制定引航路线后，放下小艇，派遣引航员前往被引船只。引航员安全登上被引船只后，与船长交流引航路线后，悬挂引航旗，使用无线电、手机等设备通知引航船准备引航。\n[0036] 引航船收到被引船只的通知后，发送引航信号，开始引航。期间引航船使用热成像仪继续对周围水域进行扫描（如果被引船只也有光电设备可同时使用），并使用无线电、广播、旗语等方式通知附近水域其他船只避让，提高引航安全性。当被引船只到达目的地后，引航任务结束，引航员返回引航船后，保存引航过程中的图像、数据等与其他报告一起上交引航管理站为存档。附表1：\n[0037] 船舶引航光电辅助导航系统出海测试部分记录\n[0038] \n[0039] 附表1说明在有雾的天气条件下光电引航系统观测距离远大于肉眼观测的距离。\n[0040] 附表2：\n[0041] 光电可视技术的观测方法和常用观测方法在恶劣天气下的比较\n[0042] \n[0043] 附表2为传统引航作业所使用的观测方法与本专利发明观测方法的优缺点比较表，从表中可以看出，本发明的利用光电可视技术的观测方法效果最好。