一种智能桅杆系统及控制方法

文献发布时间：2023-06-19 09:32:16

技术领域

本发明属于智能船舶领域，具体涉及一种智能桅杆系统及控制方法。

背景技术

随着社会经济与船舶技术发展，内河船舶趋向于大型化趋势。船舶桅杆一般用来装设天线或安装于船舶顶棚然而受到航道桥梁净高限制，随着社会经济和桥梁建设的发展，越来越多的桥梁修建于航道之上。船舶穿过桥底时，如果桅杆不及时降低高度或者由于船员判断失误，则有可能造成桅杆与桥梁的碰撞，威胁航运安全。桅杆重量较大，然而现有桅杆多是通过人力手动操作降低桅杆的高度，效率低下且花费人力，整个过程都需要人力的及时操作配合，无法做到桅杆高度调节的自动化和智能化，进而降低船舶运营的效率。

桅杆高度的调节，或是依赖于人力机械式的高低调节，效率低下且花费人力。或是依靠桥梁反馈给船舶高度信号，进行人力的及时操作配合。尽管一定程度上可以船舶通过桥梁的安全性，但是效率低，需要船员及时操作配合，降低了船舶的智能化运营程度。如何在船舶上建立一种基于图像识别的智能调节桅杆，在船舶接近桥梁时，桅杆基于图像识别自动辨识桥梁并进行安全判断；当桅杆面临碰撞风险时，桅杆自动降低；当船舶驶离桥梁时，桅杆自动升起，实现桅杆的智能化升降，是现阶段待解决的问题。

鉴于此，亟待提出一种基于图像识别控制桅杆高度的智能桅杆系统及控制方法。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图像识别并进行安全判断以控制桅杆升降的智能桅杆系统及控制方法。

本发明的智能桅杆系统，包括：

液压升降桅杆，包括桅杆主体、桅杆支座以及液压伸缩杆；所述桅杆支座设于船舶甲板上，所述桅杆主体与所述桅杆支座铰接；所述液压伸缩杆一端与船舶甲板铰接、另一端与所述桅杆主体铰接，适于控制所述桅杆主体绕所述桅杆主体、所述桅杆支座之间的铰接点转动；

智能传感模块，包括功能单元和电控单元；所述功能单元适于采集数据；所述电控单元适于根据采集的数据控制所述液压升降桅杆运动。

进一步的，所述功能单元包括：

红外摄像头，以时间周期进行拍摄获取图像信息；

图像识别模块，接收所述红外摄像头获取的图像信息，处理图像信息并识别内河桥梁并发送信息至电控单元；

测距传感器，采集所述液压升降桅杆至内河桥梁的距离数据并将距离数据发送至电控单元；

倾角传感器，采集所述液压升降桅杆至内河桥梁的角度数据并将角度数据发送至电控单元；

可转动模块平台，适于安装所述测距传感器和所述倾角传感器，并调节所述测距传感器、所述倾角传感器的测距方向和测距角度。

进一步的，所述可转动模块平台包括：

一对固定支座，设于船舶甲板上；

转动平台，转动连接于一对所述固定支座之间，适于安装所述距离传感器和所述倾角传感器；

齿轮组，设于所述固定支座一侧，与所述转动平台连接；

驱动组件，所述驱动组件与所述齿轮组啮合连接，适于驱动所述转动平台转动。

进一步的，所述齿轮组包括转动轴齿轮和双联齿轮；所述转动轴齿轮的转动轴与所述转动平台连接；所述双联齿轮一端与所述转动轴齿轮啮合连接，另一端与所述驱动组件连接。

本发明还提供一种智能桅杆的控制方法，适于实现所述智能桅杆系统，包括如下步骤：

S1:红外摄像头采集船舶航行时的图形信息。

S2:图像识别模块识别到红外摄像头采集的图形信息中包含内河桥梁的图形信息后，发送信息至电控单元；

S3:电控单元接收信息，并控制可转动模块控制距离传感器的测距方向和测距角度，以测量船舶至桥梁底部的距离，控制倾角传感器的测距方向和测距角度，以测量水平方向至桥梁底部的倾角,并按如下公式计算出船舶至桥梁底部的水平距离：

D1＝L1×cosα；

其中，D1为船舶至桥梁底部的水平距离，L1为船舶至桥梁底部的距离，α为水平方向至桥梁底部的倾角；

S4:通过步骤S3中船舶至桥梁底部的水平距离，判断船舶的航行状态以及桅杆的工作状态。

进一步的，步骤S4中的判断过程具体为：

计算船舶风险距离；

若船舶风险距离小于船舶至桥梁底部的水平距离，则船舶处于安全距离内，使液压升降桅杆保持竖直运行，且所述电控单元于以T为周期控制所述可转动模块平台以及所述距离传感器、所述倾角传感器纪录；

若船舶风险距离大于或者等于船舶至桥梁底部的水平距离,则船舶处于风险距离内，所述电控单元按如下公式计算距离传感器位置至桥梁底部的竖直高度：

H1＝L1×sinα，

其中，H1为距离传感器至桥梁底部的竖直高度；

所述电控单元按照如下公式计算对比桅杆高度：

H3＝H2×n，n>1，

其中，H3为对比桅杆高度，H2为液压升降桅杆实际高度，n为安全系数；

若H1>H3，电控单元继续使液压升降桅杆保持竖直运行，船舶继续航行；

若H1

进一步的，步骤S4中的所述船舶风险距离按照如下公式计算得到：

D2＝L/V×k，k＞10，

其中，D2为船舶风险距离；L为船舶长度；V为船舶航行速度；k为风险系数。

进一步的，步骤S4还包括，船舶在驶离内河桥梁后电控单元判断并控制所述液压升降桅杆再次升起。

进一步的，步骤S4中判断并控制液压升降桅杆的具体过程为：

倾角传感器测量船舶至内河桥梁底部夹角α≥90°时，电控单元判断船舶已经驶离内河桥梁并控制液压伸缩杆实现液压调节桅杆升起。

进一步的，步骤S4中判断并控制液压升降桅杆再次升起的具体过程为：

电控单元于t1秒后控制液压升降桅杆再次升起，所述t1按照如下公式确定：

t1＝(L+D1)/V，

其中，L为船舶长度，D1为船舶至桥梁底部的水平距离，V为船舶的航行速度。

本发明的上述技术方案，相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的智能桅杆系统及控制方法，通过红外摄像头收集内河运输过程中的桥梁信息，并通过距离传感器、倾角传感器计算出船舶航行至桥梁前的安全距离，进而控制液压升降桅杆的上升以及下降，实现了内河运输过程中的船舶智能化。

附图说明

图1是本发明实施例提供的液压升降桅杆的结构示意图一；

图2是本发明实施例提供的液压升降桅杆的结构示意图二；

图3是本发明实施例提供的可转动模块平台的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的智能桅杆系统的模块示意图；

图5是本发明实施例提供的智能桅杆系统的控制方法的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的智能桅杆系统工作时的示意图。

其中，1、桅杆支座；2、桅杆主体；3、液压伸缩杆；4、斜铰支杆；5、斜铰支座；6、伺服电机；7、固定支座；8、转动平台；9、转动轴齿轮；10、双联齿轮；11、距离传感器；12、倾角传感器；61、电机轴；91、转动轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的智能桅杆系统，如图1-4所示，包括液压升降桅杆和智能传感模块。

液压升降桅杆包括桅杆主体2、桅杆支座1以及液压伸缩杆3，所述桅杆支座1整体呈圆柱体状，沿竖直方向设于船舶甲板上。所述桅杆主体2端部与所述桅杆支座1铰接且沿着铰接点转动。所述液压伸缩杆3一端与船舶甲板铰接，另一端与所述桅杆主体2铰接，通过所述液压伸缩杆3的伸缩运动控制所述桅杆主体2绕所述桅杆主体2、所述桅杆支座1之间的铰接点转动，进而实现液压升降桅杆的升降功能。

所述桅杆主体2两侧均设有用于支撑的斜铰支杆4和斜铰支座5，所述斜铰支杆4的两端分别与所述桅杆主体2、所述斜铰支座5铰接。所述斜铰支座5整体呈圆柱体状，且固定于船舶甲板上。一对所述斜铰支座5沿着所述桅杆支座1的俯视投影对称分布且两者的连线穿过所述桅杆支座1的俯视投影圆心处。

进一步的，所述液压伸缩杆3、所述桅杆支座1以及所述桅杆支座1于俯视方向的位置关系为，所述液压伸缩杆3至所述桅杆主体2于俯视方向的连线为一对所述斜铰支座5俯视投影圆心之间连线的中垂线，用以确保斜铰支杆对桅杆主体2的支撑作用，进而避免因不可抗外力导致的液压升降桅杆歪斜。

进一步的，为了实现所述斜铰支杆4的转动，所述斜铰支杆4呈L形，包括一体连接支座连接段和桅杆连接段；所述支座连接段与所述斜铰支座5连接，所述桅杆连接段与所述桅杆主体2连接。所述支座连接段的长度大于所述桅杆连接段的长度，且两者之间的夹角大于90°。

作为本实施例的进一步优选方式，为了增加所述斜铰支座5、所述桅杆支座1的固定效果，所述斜铰支座5、所述桅杆支座1的底部均设有加强肋板(图中未标示)。

智能传感模块包括功能单元和电控单元；所述功能单元适于采集数据；所述电控单元适于处理数据并控制所述液压升降桅杆运动。

作为本实施例的进一步优选方式，所述功能单元包括红外摄像头、图像识别模块、距离传感器11、倾角传感器12以及可转动模块平台。

红外摄像头，识别内河桥梁并获取图形信息后将图形信息发送至图像传感模块，所述图像传感模块处理内河桥梁的图形信息并将图形信息发送至电控单元。通过距离传感器11采集所述液压升降桅杆至内河桥梁的距离数据并将距离数据发送至电控单元；倾角传感器12，采集所述液压升降桅杆至内河桥梁的角度数据并将角度数据发送至电控单元。

可转动模块平台，适于安装所述距离传感器11和所述倾角传感器12，并控制所述距离传感器、所述倾角传感器12的测距方向和测距角度。电控单元获取所述倾角传感器12和所述距离传感器11的数据，控制可转动模块平台运动，以进行下一次测量。

作为本实施例的进一步优选方式，所述可转动模块平台包括固定支座7、转动平台8、齿轮组以及驱动组件。

一对固定支座7平行设于船舶甲板上，转动平台8转动连接于一对所述固定支座7之间，且于所述转动平台8的表面固定安装所述距离传感器以及所述倾角传感器12，所述转动平台8通过设于固定支座7一侧的齿轮组与驱动组件连接，驱动组件适于与所述齿轮组啮合连接，在驱动组件的作用下，驱动所述齿轮组以及转动平台8运动，从而调整距离传感器和所述倾角传感器12的测距方向和测距角度。

作为本实施例的进一步优选方式，为了实现齿轮组的传动，如图3所示，所述齿轮组包括转动轴齿轮9和双联齿轮10；所述转动轴齿轮9的转动轴91与所述转动平台8连接；所述双联齿轮10一端与所述转动轴齿轮9啮合连接，另一端与所述驱动组件连接。本实施例中的驱动组件为伺服电机6，如图3所示，所述双联齿轮10的一端与所述伺服电机6的电机轴61连接。

本发明还提供一种智能桅杆的控制方法，如图5和图6所示，包括如下步骤：

S1:红外摄像头采集船舶航行时的图形信息。

S2:图像识别模块识别到红外摄像头采集的图形信息中包含内河桥梁的图形信息后，发送信息至电控单元；

S3:电控单元接收信息，并控制可转动模块控制距离传感器12的测距方向和测距角度，以测量船舶至桥梁底部的距离，控制倾角传感器13的测距方向和测距角度，以测量水平方向至桥梁底部的倾角,并按如下公式计算出船舶至桥梁底部的水平距离：

D1＝L1×cosα；

其中，D1为船舶至桥梁底部的水平距离，L1为船舶至桥梁底部的距离，α为水平方向至桥梁底部的倾角；

S4:通过步骤S3中船舶至桥梁底部的水平距离，判断船舶的航行状态以及桅杆的工作状态。

进一步的，步骤S4中的判断过程具体为：计算船舶风险距离；

若船舶风险距离小于船舶至桥梁底部的水平距离，则船舶处于安全距离内，使液压升降桅杆保持竖直运行，且所述电控单元于以T为周期控制所述可转动模块平台以及所述距离传感器11、所述倾角传感器12纪录，其中T为10S，电控单元按照10秒的固定周期控制距离传感器11、倾角传感器12纪录；

若船舶风险距离大于或者等于船舶至桥梁底部的水平距离,则船舶处于风险距离内，所述电控单元按如下公式计算距离传感器11位置至桥梁底部的竖直高度：

H1＝L1×sinα，

其中，H1为距离传感器11至桥梁底部的竖直高度；