一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法，伪距差分定位模块和惯性导航模块采集船舶实时定位数据并发送至MCU；MCU将定位数据中的速度数据采用Kalman滤波算法进行融合得到实时融合速度，将船舶定位数据中的实时经纬度转换至平面坐标；结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间T，当预测跨越时间超出报警时间阈值时发出报警信号。本发明专利技术还公开了一种基于差分定位的船舶通航分道判断系统。本发明专利技术可以为船舶用户提供高精度的定位服务和速度信息，使船舶能够基于通航分道中的分隔线(带)并进行航道偏离预警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法和系统
本专利技术属于船舶定位通航
，具体涉及一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法和系统。
技术介绍
目前在长江分道通航制中，分隔带(线)在为航运带来了诸多便利的同时，也存在着一定的局限。分隔带(线)是一条无形态的带(线)，船舶驾引人员无法视觉识别，这为基于分隔带(线)的航道判断预警决策带了很大的困难，要求所有驾引人员都能判断是很困难的，这可能导致船舶行驶在错误的通航分道上，从而与对驶相遇的他船发生碰撞，这也是分道通航水域和定线制水域对驶相遇船舶碰撞事故时发的主要原因之一；目前船舶定位主要依靠GPS，但常规GPS的定位精度大约为10m，在长江分道通航制的水域，大多航道较窄，水文条件比较复杂，显然10m精度的常规GPS定位无法完全满足长江分道通航制水域的船舶定位需求；同时，当前缺少对于船舶航行数据的有效收集与分析，这从一定程度上加重了海事监管的工作量，造成了效率偏低，也对船公司制定航线以及航行计划不利。因此，如何有效的解决上述问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
：为了克服上述
技术介绍
的缺陷，本专利技术提供一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法和系统，使船舶能够基于通航分道中的分隔线(带)并进行航道偏离预警。为了解决上述技术问题本专利技术的所采用的技术方案为：一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法，包括：步骤1，伪距差分定位模块和惯性导航模块采集船舶实时定位数据并发送至MCU；步骤2，MCU将定位数据中的速度数据采用Kalman滤波算法进行融合得到实时融合速度，将船舶定位数据中的实时经纬度转换至平面坐标；步骤3，结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间T，当预测跨越时间超出报警时间阈值时发出报警信号。较佳地，步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为曲线，船舶实时运动形态为直线，且船位位于曲线航道边界的外侧时，若船舶位于航道边界以上，且航向角在预设指标范围以内时，则通过算法1获取预测跨越时间T；若船舶位于航道边界以下，且航向角在预设指标范围以外时，则通过算法1获取预测跨越时间T；通过算法1获取预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；Rr代表曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点处的曲率半径；y1r代表实时船位和曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点之间的距离；θ1代表船舶航向与曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点的切线的夹角；xb表示航道边界上距离实时船位最近的位置点的横坐标；v代表实时船舶速度；Ψ表示船舶航向角。较佳地，步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为曲线，船舶实时运动形态为直线，且船位位于曲线航道边界的内侧时，若船舶位于航道边界以上，且航向角在预设指标范围以内时，则通过算法2获取预测跨越时间T；通过算法2获取预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；Rr代表曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点处的曲率半径；y1r代表实时船位和曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点之间的距离；θ1代表船舶航向与曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点的切线的夹角；xb表示航道边界上距离实时船位最近的位置点的横坐标；v代表实时船舶速度；Ψ表示船舶航向角。较佳地，步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为曲线，船舶实时运动形态为曲线，且船舶位于曲线航道边界的外侧时，若船舶位于航道边界以上，且船舶的旋回直径大于船舶距航道边界的最小距离，则通过算法3获取预测跨越时间T，通过算法3获取预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；Rav代表船舶艏柱的旋回半径；α代表船舶从当前位置到跨越航道边界所经过的弧度角；ua代表船舶艏柱的线速度；θ1代表船舶航向与曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点的切线的夹角；xb表示航道边界上距离实时船位最近的位置点的横坐标；Rv代表船舶旋回轨迹半径；Rr代表曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点处的曲率半径；d表示船舶艏柱到转心的距离；β表示船舶转心处的漂角；ROT表示船舶转向率；v表示实时船舶速度；Ψ表示船舶航向角；l为中间变量；若船舶位于航道边界以下，且船舶的旋回直径大于船舶距航道边界的最小距离，则通过算法4获取预测跨越时间T；其中，T代表船舶预测跨越时间；Rav代表船舶艏柱的旋回半径；α代表船舶从当前位置到跨越航道边界所经过的弧度角；ua代表船舶艏柱的线速度；θ1代表船舶航向与曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点的切线的夹角；xb表示航道边界上距离实时船位最近的位置点的横坐标；Rr代表曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点处的曲率半径；β表示船舶转心处的漂角；Ψ表示船舶航向角；l为中间变量。较佳地，步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为直线，且船舶实时运动形态为直线时，若船舶位于航道边界以上，且航向角在预设指标范围以内时，则通过算法5获取预测跨越时间T，若船舶位于航道边界以下，且航向角在预设指标范围以外时，则通过算法5获取预测跨越时间T；通过算法5获取预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；y2r代表实时船位和直线航道边界上距离实时船位最近的位置点之间的距离；θ2代表船舶航向与航道边界所在直线的夹角；a0、a1为航道边界拟合函数的系数；v表示实时船舶速度。较佳地，步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为直线，船舶实时运动形态为曲线，且船舶的旋回直径大于船舶距航道边界的最小距离时，通过算法6获取预测跨越时间T；通过算法6获取预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；Rav代表船舶艏柱的旋回半径；α代表船舶从当前位置到跨越航道边界所经过的弧度角；ua代表船舶艏柱的线速度；Rav代表船舶艏柱的旋回半径；θ2代表船舶航向与航道边界所在直线的夹角；β表示船舶转心处的漂角；y2r代表实时船位和直线航道边界上距离实时船位最近的位置点之间的距离。本专利技术还提供一种基于差分定位的船舶通航分道判断系统：包括惯性导航模块和伪距差分定位模块，惯性导航模块和伪距差分定位模块的信号输出端连接MCU的信号输入端，MCU通过通讯模块连接岸基平台服务器和报警器，MCU被配置为执行计算机程序时实现如权利要求1-6任一项方法的步骤。较佳地，伪距差分定位模块的型号为NEO-M8N。较佳地，惯性导航模块的型号为UM220-INSN。本专利技术的有益效果在于：本专利技术可以为船舶用户提供高精度的定位服务和速度信息，使船舶能够基于通航分道中的分隔线(带)并进行航道偏离预警，同时可以将船舶日常的航行数据发送至岸基数据管理平台服务器，积累船舶航行经验，为船舶管理、航线设计、海事监管提供支持，也可以同时将船舶的遇险报警本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法，其特征在于，包括：步骤1，伪距差分定位模块和惯性导航模块采集船舶实时定位数据并发送至MCU；步骤2，MCU将所述定位数据中的速度数据采用Kalman滤波算法进行融合得到实时融合速度，将所述船舶定位数据中的实时经纬度转换至平面坐标；步骤3，结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间T，当所述预测跨越时间超出报警时间阈值时发出报警信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法，其特征在于，包括：步骤1，伪距差分定位模块和惯性导航模块采集船舶实时定位数据并发送至MCU；步骤2，MCU将所述定位数据中的速度数据采用Kalman滤波算法进行融合得到实时融合速度，将所述船舶定位数据中的实时经纬度转换至平面坐标；步骤3，结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间T，当所述预测跨越时间超出报警时间阈值时发出报警信号。2.根据权利要求1所述的一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法，其特征在于，所述步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为曲线，船舶实时运动形态为直线，且船位位于曲线航道边界的外侧时，若船舶位于航道边界以上，且航向角在预设指标范围以内时，则通过算法1获取所述预测跨越时间T；若船舶位于航道边界以下，且航向角在预设指标范围以外时，则通过算法1获取所述预测跨越时间T；通过算法1获取所述预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；Rr代表曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点处的曲率半径；y1r代表实时船位和曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点之间的距离；θ1代表船舶航向与曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点的切线的夹角；xb表示航道边界上距离实时船位最近的位置点的横坐标；v代表实时船舶速度；Ψ表示船舶航向角。3.根据权利要求1所述的一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法，其特征在于，所述步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为曲线，船舶实时运动形态为直线，且船位位于曲线航道边界的内侧时，若船舶位于航道边界以上，且航向角在预设指标范围以内时，则通过算法2获取所述预测跨越时间T；若船舶位于航道边界以下，且航向角在预设指标范围以内时，则通过算法2获取所述预测跨越时间T；通过算法2获取所述预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；Rr代表曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点处的曲率半径；y1r代表实时船位和曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点之间的距离；θ1代表船舶航向与曲线航道边界上距离实时船位最近的位置点的切线的夹角；xb表示航道边界上距离实时船位最近的位置点的横坐标；v代表实时船舶速度；Ψ表示船舶航向角。4.根据权利要求1所述的一种基于差分定位的船舶通航分道判断方法，其特征在于，所述步骤3中结合航道边界形态、平面坐标系下实时船舶定位数据与航道边界的关系和船舶实时运动形态获取预测跨越时间的方法包括：当航道边界形态为曲线，船舶实时运动形态为曲线，且船舶位于曲线航道边界的外侧时，若船舶位于航道边界以上，且船舶的旋回直径大于船舶距航道边界的最小距离，则通过算法3获取所述预测跨越时间T，通过算法3获取所述预测跨越时间T的方法为：其中，T代表船舶预测跨越时间；Rav代表船舶艏柱的旋回半径；α代表船舶从当前位置到跨越航道边界所经过的弧度角；ua代表船舶艏柱的线速度；θ1代表船舶航向与曲线航道边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：金华标，冯章旭，喻方平，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42