本发明涉及内河航道导航装置技术领域，具体涉及一种具有避碰预警功能的渡船专用ais系统及方法。
背景技术：
水上交通事故给人们的生命和财产安全带来巨大的隐患，船舶自动识别系统(automaticidentificationsystem，ais)加强了内河船舶的安全航行，提高了船舶与船舶之间、船舶与基站之间以及船舶与监管部门之间的信息交换，减少了船舶碰撞事故的发生。
我国渡口总计有1.8万余道，渡船约有2.27万艘，在服务民生、解决群众基本交通需求方面特别是在经济欠发达地区和山区发挥着重要作用。由于内河渡船缺少完备的通讯和监控支持，渡口渡船安全条件及渡运人员素质差别较大，现有的ais设备由于操作复杂不适用于小型渡船并且对于未安装ais的渡口渡船，渡船存在着较大的安全隐患。
目前ais系统采用最多的船舶避碰预警算法还是最简单的近距离报警，一旦船与船的距离超过设定阈值，则发出警告，该方法会削弱人的警惕意识，无法精准识别真正危险。记录渡船船舶人数，并且根据能见度情况确定船舶避碰预警范围的ais装置对于提高渡口渡船的运营安全具有较大的实际价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有避碰预警功能的渡船专用ais系统及方法，本发明通过通讯技术、红外传感器技术、嵌入式技术提供具有避碰预警功能的渡船专用ais装置，实现渡船船舶人数记录，根据船舶所处环境能见度情况确定船舶避碰预警范围，提供船舶避碰预警提示，为渡船提供安全的监管措施。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，它包括主控制器、gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)定位模块、船舶自动识别设备和管理平台，所述船舶自动识别设备通过gps定位模块获取本船舶经纬度信息和当前时间信息；
所述船舶自动识别设备用于获取本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息；
所述主控制器用于根据本船舶经纬度信息、目标船舶ais报文信息、本船舶船长信息、渡船避碰预警的能见度影响系数、本船舶船速影响系数计算船舶安全会遇距离；
主控制器用于根据本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息计算船舶最小会遇距离和船舶最小会遇时间；
主控制器用于比较船舶最小会遇距离与船舶安全会遇距离，并比较船舶最小会遇时间与预设安全会遇时间值，并根据比较结果发出避碰预警。
一种上述系统的避碰预警方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：船舶自动识别设备获取本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息，船舶自动识别设备通过gps定位模块获取本船舶经纬度信息和当前时间信息；
步骤2：管理平台根据本船舶经纬度信息在气象数据网站中获取本船舶位置的能见度信息，并根据本船舶位置的能见度信息确定渡船避碰预警的能见度影响系数，管理平台将渡船避碰预警的能见度影响系数发送给主控制器；
步骤3：所述主控制器根据本船舶经纬度信息、目标船舶ais报文信息、本船舶船长信息、渡船避碰预警的能见度影响系数、本船舶船速影响系数计算船舶安全会遇距离；
主控制器根据本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息计算船舶最小会遇距离和船舶最小会遇时间；
步骤4：主控制器比较船舶最小会遇距离与船舶安全会遇距离，并比较船舶最小会遇时间与预设安全会遇时间值，当船舶最小会遇距离小于船舶安全会遇距离，同时船舶最小会遇时间小于预设安全会遇时间值时主控制器发出避碰预警。
本发明的有益效果为：
1.本发明在ais系统中集成了渡船人数统计功能，能自动上传渡船人数信息至管理平台，解决了渡船安全管理的问题。
2.本发明根据能见度信息、船舶航速、船型尺寸确定船舶安全会遇距离，并通过语音模块进行避碰预警提醒，解决了渡船航行的安全问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1—主控制器、2—客流量传感器模块、3—gps定位模块、4—船舶自动识别设备、5—管理平台、6—气象数据网站、7—4g无线模块、8—vhf信道、9—触控屏模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的一种具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，如图1所示，它包括主控制器1、gps定位模块3、船舶自动识别设备4和管理平台5，所述船舶自动识别设备4通过gps定位模块3获取本船舶经纬度信息和当前时间信息；
所述船舶自动识别设备4用于获取本船舶ais报文信息，并通过vhf(veryhighfrequency甚高频)信道8获取目标船舶ais报文信息；
所述主控制器1用于根据本船舶经纬度信息、目标船舶ais报文信息、本船舶船长信息、渡船避碰预警的能见度影响系数、本船舶船速影响系数计算船舶安全会遇距离；
主控制器1用于根据本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息计算船舶最小会遇距离和船舶最小会遇时间；
主控制器1用于比较船舶最小会遇距离与船舶安全会遇距离，并比较船舶最小会遇时间与预设安全会遇时间值，并根据比较结果发出避碰预警。
上述技术方案中，所述主控制器1将本船舶经纬度信息和当前时间信息传输给管理平台5，使管理平台5能获取船舶实时位置信息。
上述技术方案中，当船舶最小会遇距离小于船舶安全会遇距离，同时船舶最小会遇时间小于预设安全会遇时间值时主控制器1发出避碰预警。
上述技术方案中，所述管理平台5根据本船舶经纬度信息在气象数据网站6中获取本船舶位置的能见度信息，并根据本船舶位置的能见度信息确定渡船避碰预警的能见度影响系数，管理平台5将渡船避碰预警的能见度影响系数发送给主控制器1。
上述技术方案中，它还包括客流量传感器模块2，所述客流量传感器模块2用于向主控制器1传输本船舶人数信号，主控制器1用于将本船舶人数信号传输给管理平台5。
客流量传感器模块2进行上船人数的统计，在渡船的进出口水平方向安装两路对射式红外线光电传感器，人员进入时，首光路先遮断、尾光路后遮断；人员走出时，尾光路先遮断、首路后遮断。将两条光路传感器信号输入到单片机，由单片机的输入信号判断人员进出并统计进出人员数量，当渡船离开渡口后(根据船舶航速判断)，客流量传感器模块2通过rs485通讯线与主控制器1进行交互；主控制器1发送读取指令至客流量传感器模块2，客流量传感器模块2返还人数记录值，主控制器1通过4g无线模块7将信息发送至管理平台5，4g无线模块7包括移远通信ec20芯片，该模块能够实现ais装置与管理平台双向通信，能通过移动公网将接收到的定位信息以及人数信息上传至管理平台；能接收管理平台下发的安全信息、天气信息以及船舶预警范围。
上述技术方案中，所述主控制器1根据本船舶ais报文信息判断船速度大于0时，主控制器1将本船舶人数信号传输给管理平台5。
上述技术方案中，所述主控制器1根据如下公式计算船舶安全会遇距离：
其中，sda表示船舶安全会遇距离，l0表示本船舶船长信息，lt表示目标船舶船长信息，p表示gps模块定位精度(定位的偏差距离，根据定位模块自身参数确定,比如定位模块的定位精度为10m以内则p取10m)，α表示本船舶船速影响系数(根据船舶航行速度确定，船舶航速可由gps设备获取的速度值确定本船船速再根据速度值大小确定其船速影响因素)，β表示渡船避碰预警的能见度影响系数，若本船船速v0<10节，α取1；若本船船速v0>10节，α取2。若能见度情况良好，β取1；若能见度情况一般，β取1.5；若能见度情况较差，β取2。
上述技术方案中，所述主控制器1根据如下公式计算船舶最小会遇距离：
dcpa＝d×sin(cr-b0)
其中，dcpa表示船舶最小会遇距离，d表示本船舶与目标船舶的距离，cr为本船舶与目标船舶的相对方位，b0为目标船舶方位角。
上述技术方案中，所述主控制器1根据如下公式计算船舶最小会遇时间：
其中，tcpa表示船舶最小会遇时间，d表示本船舶与目标船舶的距离，cr为本船舶与目标船舶的相对方位，b0为目标船舶方位角，vr表示相对船速。
上述技术方案中，vhf信道8的信道频率范围是156.025～162.025mhz，包含两路vhf接收，一路vhf发射(在两个信道上交替发射)，波特率为9600bps。
主控制器1还连接有触控屏模块9，触控屏模块9主要作用是对附近船舶的简易雷达图显示，显示管理平台5下发的安全公告以及输入消息和危险情况报警等。触控屏模块9通过串口指令读写，用于硬件控制和操纵。本发明的触控屏模块9能够显示周围的船舶相对位置以及显示管理危险预警信息，为船员提供合理的航线指导。
一种基于上述系统的避碰预警方法，它包括如下步骤：
步骤1：船舶自动识别设备4获取本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息，船舶自动识别设备4通过gps定位模块3获取本船舶经纬度信息和当前时间信息；
步骤2：管理平台5根据本船舶经纬度信息在气象数据网站6中获取本船舶位置的能见度信息，并根据本船舶位置的能见度信息确定渡船避碰预警的能见度影响系数，管理平台5将渡船避碰预警的能见度影响系数发送给主控制器1；
步骤3：所述主控制器1根据本船舶经纬度信息、目标船舶ais报文信息、本船舶船长信息、渡船避碰预警的能见度影响系数、本船舶船速影响系数计算船舶安全会遇距离；
主控制器1根据本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息计算船舶最小会遇距离和船舶最小会遇时间；
步骤4：主控制器1比较船舶最小会遇距离与船舶安全会遇距离，并比较船舶最小会遇时间与预设安全会遇时间值，当船舶最小会遇距离小于船舶安全会遇距离，同时船舶最小会遇时间小于预设安全会遇时间值时主控制器1发出避碰预警。
上述技术方案的步骤2中，管理平台5通过网络爬虫获取气象数据网站6的数据，然后将能见度信息通过4g无线模块7发送至主控制器1，具体步骤如下：
1、通过管理平台5向气象数据网站6发起请求，即发送一个request，然后等待服务器响应；
2、等待服务器能正常响应，管理平台5会得到一个回应，回应的内容类型有html、字符串，二进制数据等类型；
3、针对得到的内容，使用网页解析库进行解析，得到的内容包括html、json、二进制数据等，解析后的数据保存在管理平台5的数据库中等待数据筛选；
4、渡船通过4g无线模块7上传船舶经纬度信息至管理平台5后，管理平台5根据渡船经纬度信息筛选当地的能见度信息，以及气象预警等信息，根据能见度信息确定渡船避碰预警的能见度影响因素，根据气象信息即时给渡船发送必要的公告信息。
本发明用于内河小型渡船的安全管理，具有避碰预警、危险公告等功能为驾驶员提供一个更加安全、可靠的决策指导，具有人数统计功能提高渡口渡船航行的安全性。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
1.一种具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：它包括主控制器(1)、gps定位模块(3)、船舶自动识别设备(4)和管理平台(5)，所述船舶自动识别设备(4)通过gps定位模块(3)获取本船舶经纬度信息和当前时间信息；
所述船舶自动识别设备(4)用于获取本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息；
所述主控制器(1)用于根据本船舶经纬度信息、目标船舶ais报文信息、本船舶船长信息、渡船避碰预警的能见度影响系数、本船舶船速影响系数计算船舶安全会遇距离；
主控制器(1)用于根据本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息计算船舶最小会遇距离和船舶最小会遇时间；
主控制器(1)用于比较船舶最小会遇距离与船舶安全会遇距离，并比较船舶最小会遇时间与预设安全会遇时间值，并根据比较结果发出避碰预警。
2.根据权利要求1所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：所述主控制器(1)用于将本船舶经纬度信息和当前时间信息传输给管理平台(5)。
3.根据权利要求1所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：当船舶最小会遇距离小于船舶安全会遇距离，同时船舶最小会遇时间小于预设安全会遇时间值时主控制器(1)发出避碰预警。
4.根据权利要求1所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：所述管理平台(5)根据本船舶经纬度信息在气象数据网站(6)中获取本船舶位置的能见度信息，并根据本船舶位置的能见度信息确定渡船避碰预警的能见度影响系数，管理平台(5)将渡船避碰预警的能见度影响系数发送给主控制器(1)。
5.根据权利要求1所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：它还包括客流量传感器模块(2)，所述客流量传感器模块(2)用于向主控制器(1)传输本船舶人数信号，主控制器(1)用于将本船舶人数信号传输给管理平台(5)。
6.根据权利要求5所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：所述主控制器(1)根据本船舶ais报文信息判断船速度大于0时，主控制器(1)将本船舶人数信号传输给管理平台(5)。
7.根据权利要求1所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：所述主控制器(1)根据如下公式计算船舶安全会遇距离：
其中，sda表示船舶安全会遇距离，l0表示本船舶船长信息，lt表示目标船舶船长信息，p表示gps模块定位精度，α表示本船舶船速影响系数，β表示渡船避碰预警的能见度影响系数。
8.根据权利要求1所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：所述主控制器(1)根据如下公式计算船舶最小会遇距离：
dcpa＝d×sin(cr-b0)
其中，dcpa表示船舶最小会遇距离，d表示本船舶与目标船舶的距离，cr为本船舶与目标船舶的相对方位，b0为目标船舶方位角。
9.根据权利要求1所述的具有避碰预警功能的渡船专用ais系统，其特征在于：所述主控制器(1)根据如下公式计算船舶最小会遇时间：
其中，tcpa表示船舶最小会遇时间，d表示本船舶与目标船舶的距离，cr为本船舶与目标船舶的相对方位，b0为目标船舶方位角，vr表示相对船速。
10.一种基于权利要求1所述系统的避碰预警方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：船舶自动识别设备(4)获取本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息，船舶自动识别设备(4)通过gps定位模块(3)获取本船舶经纬度信息和当前时间信息；
步骤2：管理平台(5)根据本船舶经纬度信息在气象数据网站(6)中获取本船舶位置的能见度信息，并根据本船舶位置的能见度信息确定渡船避碰预警的能见度影响系数，管理平台(5)将渡船避碰预警的能见度影响系数发送给主控制器(1)；
步骤3：所述主控制器(1)根据本船舶经纬度信息、目标船舶ais报文信息、本船舶船长信息、渡船避碰预警的能见度影响系数、本船舶船速影响系数计算船舶安全会遇距离；
主控制器(1)根据本船舶ais报文信息和目标船舶ais报文信息计算船舶最小会遇距离和船舶最小会遇时间；
步骤4：主控制器(1)比较船舶最小会遇距离与船舶安全会遇距离，并比较船舶最小会遇时间与预设安全会遇时间值，当船舶最小会遇距离小于船舶安全会遇距离，同时船舶最小会遇时间小于预设安全会遇时间值时主控制器(1)发出避碰预警。
技术总结