具有滚动预报显示的用于感测波浪和预报船舶运动的系统和方法技术方案

本文描述了用于船舶运动预报的系统和方法。这些船舶运动预报系统可以实现对波浪和所导致的船舶运动的准确实时预报，以及向用户有用地显示这些预报。通常，所述船舶运动预报系统和方法通过产生船舶运动预报的滚动图形表示来向用户提供船舶运动预报的有用指示。例如，所述系统可以被实施为在第一窗口部上显示在多个预报周期中产生的船舶运动预报的多个图形表示，其中新船舶运动预报的图形表示随着产生而被添加，并且其中先前产生的船舶运动预报的图形表示随着新船舶运动预报被添加而滚动。

System and Method for Wave Sensing and Ship Motion Prediction with Rolling Forecast Display

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有滚动预报显示的用于感测波浪和预报船舶运动的系统和方法优先权要求本申请要求2016年9月16日提交的美国临时专利申请62/395,977的权益，其内容通过引用被整体并入。政府权力本专利技术是利用在美国海军海军研究办公室(ONR)授予的合同N00014-11-D-0341下的政府支持完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
本专利技术一般涉及波浪感测，并且更具体地，涉及雷达波浪感测、利用所得到的确定的波场来预报船舶运动以及向用户显示这些预报。
技术介绍
许多基于海洋的发展需要将船舶离岸停泊在一起以便转移人员、材料或其他物品。例如，船舶之间的货物搬运可以包括将船舶离岸停泊在一起以便在它们之间搬运货物和设备。当船舶之间由于海洋波浪而存在相对运动时，这些操作变得具有挑战性。为了克服这些挑战，需要感测船舶附近的波浪并且产生由此得到的船舶运动预报。附图说明图1A、1B和1C示出根据本专利技术的各种实施例的船舶运动预报系统的示意图；图2A和2B是根据本专利技术的各种实施例的具有船舶运动预报系统的示例性船舶的示意图；图3是根据本专利技术的各种实施例的示例性船舶运动预报方法的流程图；图4A、4B和4C是根据本专利技术的各种实施例的示例性船舶运动预报的图形表示的示意图；图5是根据本专利技术的各种实施例的示例性船舶运动预报方法的流程图；图6A和6B是根据本专利技术的各种实施例的具有船舶运动预报系统的示例性船舶的示意图；图7A和7B是根据本专利技术的各种实施例的具有船舶运动预报系统的示例性船舶的示意图；和图8是根据本专利技术的各种实施例的示例性处理系统的示意图。具体实施方式本文描述的实施例提供了用于提供和显示对未来船舶运动的预报的系统和方法。本文描述的实施例能够准确且接近实时地预报海洋波浪和所导致的船舶运动，并且向用户有用地显示这样的预报。这种系统和方法可用于提高各种船舶操作的效率和安全性，包括在海上船舶之间移动货物。通常，本文描述的系统和方法通过产生可以向用户显示的船舶运动预报的滚动图形表示来向船员和船舶运动预报系统的其他用户提供船舶运动预报的有用指示。例如，该系统和方法可以被实施为在第一窗口部上显示在多个预报周期中产生的船舶运动预报的多个图形表示，其中新船舶运动预报的图形表示随着产生而被添加，并且其中先前产生的船舶运动预报的图形表示随着新船舶运动预报被添加而向下/向上/跨窗口部滚动。这种实施方式以能够向用户提供唯一且有用的信息的方式允许用户同时查看船舶运动预报的“总效果(ensemble)”。具体而言，这种实施方式允许以便于快速确定多个预报中的一致性和不确定性的方式显示预报的总效果。具体而言，当预报的图形表示跨窗口部滚动时，受过训练的用户可以快速确定未来船舶运动的幅度和通过一组预报周期产生的那些预报的一致性。这可以使用户更好地理解船舶运动预报的可能准确性和可靠性，从而可以允许用户基于这些预报做出更明智的操作决策。通常，该系统和方法发射被水体表面反射的雷达信号。接收反射的雷达信号，并从接收的雷达信号产生雷达数据。雷达数据用于产生海洋波浪分量，这些分量表示多个单独的波浪的振幅和相位，这些波浪一起可以描述海洋表面。然后使用这些海洋波浪分离来估计未来在水体上的船舶上施加的力。然后使用对未来施加的力的估计来产生船舶运动预报，然后可以以可以向用户显示的船舶运动预报的滚动图形表示的形式将该预报呈现给一个或多个用户。例如，滚动图形表示可以呈现给船舶货物操作员并且用于确定何时可以安全地执行货物的船到船转移。特别地，本文描述的系统和方法可以促进复杂的船到船(S2S)操作中安全性的改进。现在转到图1A，示出了示例性船舶运动预报系统100的示意图。船舶运动预报系统100包括波浪分量产生器102、船舶运动预测器104和用户界面106。通常，船舶运动预报系统100从雷达108接收雷达数据并从船舶运动传感器110接收船舶运动数据。船舶运动传感器110提供关联船舶的船舶运动的测量数据。例如，船舶运动传感器110可以提供船舶可以移动的六个自由度(俯仰(pitch)、垂荡(heave)、滚转(roll)、摇摆(sway)、纵荡(surge)和横摆(yaw))中的一个或多个的船舶运动测量。船舶运动预报系统100可以使用这种运动测量来提供可以用来确定未来波浪影响的船舶初始运动状态或状态历史。另外，在一些实施例中，船舶运动传感器110或其他传感器和系统可以提供船舶跟踪方向和船舶位置信息。例如，全球定位系统(GPS)系统和/或定向设备(例如，惯性测量单元(IMU))可以向船舶运动预报系统100提供船舶方向和跟踪信息。雷达108向船舶运动预报系统100提供雷达数据。利用该雷达数据和来自船舶运动传感器110的数据，船舶运动预报系统100产生预测一艘或多艘船舶的未来运动的船舶运动预报。具体而言，波分量产生器102被配置为从雷达108接收雷达数据并产生描述可能影响船舶的波浪的海洋波浪分量。船舶运动预测器104使用这些海洋波浪分量来产生船舶运动预报。通常，海洋波浪分量是波特征的数值表示，因此可以包括水面的一部分上离散的波频率和方向的波高(例如，幅度)和波定时(例如，相位)的数值表示。这些海洋波浪分量可以共同用于表征当前和近期未来水面上的周围波场。因此，这些海洋波浪分量可以提供水面上的波的相位分辨的海洋表面高度表示，其可以用于产生实时船舶运动预测。这种相位分辨的海面高度可以与预报波的时间地理(即，时空)位置信息以及频谱(即，方向、周期和能量)信息结合以产生船舶运动预报。由船舶运动预报系统100产生的船舶运动预报预测船舶的至少一个自由度(俯仰、垂荡、滚转、摇摆、纵荡和/或横摆)和确定的时间段的未来运动。这些船舶运动预报可以被产生为从当前时间延伸到未来时间的离散时域信号。作为一个具体示例，船舶运动预报系统100可以被实施为利用每个新预报来预测并提供预报未来时间30-180秒的垂荡的时域信号。另外，船舶运动预报系统100可以被实施为重复地产生这些船舶运动预报。例如，船舶运动预报系统100可以被配置为利用每个新处理周期产生新船舶运动预报，其中新数据可从雷达108和船舶运动传感器110获得。在一个这样的实施例中，通常每1-3秒产生一个新船舶运动预报，每个新预报提供随后30-180秒的船舶运动的新预测。这些新预报可以单独或者与过去的预报和其他数据组合显示或以其他方式输出。在一些实施例中，船舶运动预报系统100可以被实施为预报开放水域中的单艘船舶的未来船舶运动。在其他实施例中，船舶运动预报系统100可以被实施为预报通过不可忽略的机械耦合(例如，绳索和防护垫)或液体动力耦合在一起的两艘或更多艘船舶的未来船舶运动。此外，船舶运动预报系统100可以被实施为预测静止船舶、移动船舶或两者的组合的船舶运动。此外，应该注意的是，船舶运动预报系统100可以被实施为预测任何类型船舶的运动，包括但不限于大型运输船舶、滚装式船舶、油轮、钻井船或平台、建造船舶、或平台、供应船、生产船或平台等在一些实施例中，运动预报系统100可以将所产生的船舶运动预报与气象和海洋学(METOC)数值模型和直接浮标观测结合，以提供更长时间段的船舶操作计划指导。例如，这样的系统可以被实施来提供未来数小时和数天的操作计划，并且因此可以为船员提供高级计划。用户界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶运动预报系统，包括：至少一个雷达；至少一个显示器；处理器；耦合到所述处理器的存储器；和船舶运动预报程序，其驻留在所述存储器中并由所述处理器执行，所述船舶运动预报程序被配置为：产生船舶运动预报的图形指示，所述图形指示包括：第一窗口部，其显示在多个预报处理周期中产生的船舶运动预报的多个图形表示，其中新船舶运动预报的图形表示随着产生而被添加，并且先前船舶运动预报的图形表示随着所述新船运动预报的图形表示被添加而滚动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.16 US 62/395,9771.一种船舶运动预报系统，包括：至少一个雷达；至少一个显示器；处理器；耦合到所述处理器的存储器；和船舶运动预报程序，其驻留在所述存储器中并由所述处理器执行，所述船舶运动预报程序被配置为：产生船舶运动预报的图形指示，所述图形指示包括：第一窗口部，其显示在多个预报处理周期中产生的船舶运动预报的多个图形表示，其中新船舶运动预报的图形表示随着产生而被添加，并且先前船舶运动预报的图形表示随着所述新船运动预报的图形表示被添加而滚动。2.根据权利要求1所述的船舶预报系统，其中船舶运动预报的每个图形表示包括一行元素，其中相对高强度的元素表示第一方向上的运动，并且其中相对低强度的元素表示与所述第一方向相反的第二方向上的运动。3.根据权利要求1所述的船舶预报系统，其中船舶运动预报的每个图形表示包括一行元素，其中相对高强度的元素表示相对于平均值相对大的运动，并且其中相对低强度的元素表示相对于所述平均值相对小的运动。4.根据权利要求1所述的船舶预报系统，其中所述船舶运动预报的图形指示还包括：第二窗口部，其显示在所述多个预报处理周期中产生的过去船舶运动预报的多个图形表示；以及第三窗口部，其显示与所述过去船舶运动预报的多个图形表示对应的过去船舶运动测量的多个图形表示。5.根据权利要求4所述的船舶预报系统，其中：船舶运动预报的每个图形表示包括一行元素，其中相对高强度的元素表示第一方向上的运动，并且其中相对低强度的元素表示与所述第一方向相反的第二方向上的运动；过去船舶运动预报的每个图形表示包括一行元素，其中相对高强度的元素表示第一方向上的运动，并且其中相对低强度的元素表示与所述第一方向相反的第二方向上的运动；并且过去船舶运动测量的每个图形表示包括一行元素，其中相对高强度的元素表示第一方向上的运动，并且其中相对低强度的元素表示与所述第一方向相反的第二方向上的运动。6.根据权利要求4所述的船舶预报系统，其中过去船舶运动预报的图形表示随着新的过去船舶运动预报的图形表示被添加到所述第二窗口部而滚动。7.根据权利要求4所述的船舶预报系统，其中所述过去船舶运动测量的图形表示随着新的过去船舶运动测量的图形表示被添加到所述第三窗口部而滚动。8.根据权利要求4所述的船舶预报系统，其中所述第一窗口部和所述第二窗口部被布置成使得船舶运动预报的图形表示与在同一预报处理周期期间产生的过去船舶运动预报的图形表示对齐。9.根据权利要求4所述的船舶预报系统，其中所述第二窗口部和所述第三窗口部被布置成使得过去船舶运动预报的图形表示的元素与同一时间的过去船舶运动测量的图形表示的元素对齐。10.根据权利要求1所述的船舶预报系统，其中所述船舶运动预报程序还被配置为：从所述至少一个雷达接收水体反射信号的雷达数据；从收到的所述雷达数据产生海洋波浪分量；并且从产生的海洋波浪分量产生所述船舶运动预报。11.一种船舶运动预报系统，包括：至少一个雷达；处理器；耦合到所述处理器的存储器；船舶运动预报程序，其驻留在所述存储器中并且由所述处理器执行，所述船舶运动预报程序被配置为：从所述至少一个雷达接收水体反射信号的雷达数据；从收到的所述雷达数据产生海洋波浪分量；从产生的海...

【专利技术属性】
技术研发人员：小约翰·G·库斯特，杰森·P·鲁金斯基，本杰明·SH·康奈尔，克里斯托弗·S·布伦迪克，凯文·科克雷尔，威廉·M·米尔夫斯基，
申请(专利权)人：应用物理技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US