CN110780324B - 一种基于物联网实时连接的电子船舶牌 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于物联网实时连接的电子船舶牌，所述电子船舶牌设置于海洋航行的船舶控制室。通过不间断的发射不同频率的无线电波，探测所述船舶在第一预定周边范围内的探测结果，并根据探测结果来决定当前船舶的位置共享方式；所述无线电波由位于所述船舶最高位置处的无线电波发射控制器根据电子船舶的控制命令发射，当所述电子船舶应用于拥有多家分布于同片海域或者预定范围的海域的多艘船舶时，可基于物联网技术互相共享彼此位置，从而使得总控制端能够不间断的掌握所有船舶的位置，同时在大部分时间可以不用连接定位卫星，避免了大规模长时间使用商用导航系统的负担问题。

Description

一种基于物联网实时连接的电子船舶牌

技术领域

本发明属于实时定位技术领域，尤其涉及一种基于物联网实时连接的电子船舶牌及其使用方法。

背景技术

与陆运、空运相比，水路运输运量大、成本低、能耗小、污染少，对我国国民经济发展具有重要的支撑作用。然而，相对于陆运、空运，水路运输尤其是跨洲际的海洋水路运输面临的挑战更大。

在长距离、大范围的海陆运输过程中，实时掌握运输船舶的当前位置十分重要。然而，由于地理环境的大范围变化，传统的适用于陆运的位置状态监控技术，例如wifi定位、Zigbee定位、蓝牙定位等各种短距离定位技术无法使用，和空运类似，长距离大范围的通信主要采用无线电波，并结合定位卫星导航系统实现位置监控，例如GPS、北斗导航系统。

例如，申请号为CN201210239082.6的中国发明专利申请提出的一种基于物联网技术的水运安全管理系统，包括控制处理器、外部数据信息采集模块和数据信息传输模块，所述控制处理器连接有用于采集数据的外部数据信息采集模块，控制处理器还连接有用于传输信息的数据信息传输模块；所述外部数据信息采集模块包括GPS全球定位模块，载重检测模块、倾斜检测模块、RFID识别模块、身份识别ID设定存储模块均通过数据先连接到控制处理器，能够通过安装在船舶的各种传感器、GPS全球定位模块以及RFID识别模块获得船舶的各种信息，包括当前位置、行驶速度、行驶方向、载重载人量、船舶倾斜角、人员货物进出记录等。

然而，对于长时间、大规模、高批次并拥有数量众多的海航企业来说，每次进行海运航行都长时间依赖于各种商用导航系统带来的负担也是显而易见的。这种负担不仅体现在租用各种商用导航系统所带来的的经济负担，还包括本地数据流量传送、存储设备升级、通话质量保障所需的各种硬件维护和升级。

物联网(IoT，Internet of things)即″万物相连的互联网″，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，″物联网就是物物相连的互联网″。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

相对于传统的连接技术，物联网的核心在于″物物相连″，即充分利用现有的目标物体的连接状态来为自己服务。对于拥有众多分布在世界各地的大型水运企业来说，也应该从传统的使得每一个船舶各自为政的使用状态，转为利用物联网互相共享信息的状态。

申请号为CN201310644209.7的中国发明专利申请提出了一种基于物联网的船舶查询系统，包括船舶云系统，查询控制器通过信息发送/接收装置和船舶云系统无线连接，进行船舶类的相关信息查询，同时相关商家也能够在云系统发布自己的产品、服务等信息。然而，该发明的技术方案简单粗略，未能给出具体有效的实现方式。

发明内容

本发明正是为了解决上述多个技术问题而提出的对应有效技术方案。

本发明提出一种基于物联网实时连接的电子船舶牌，所述电子船舶牌设置于海洋航行的船舶控制室。通过不间断的发射不同频率的无线电波，探测所述船舶在第一预定周边范围内的探测结果，并根据探测结果来决定当前船舶的位置共享方式；所述无线电波由位于所述船舶最高位置处的无线电波发射控制器根据电子船舶的控制命令发射，当所述电子船舶应用于拥有多家分布于同片海域或者预定范围的海域的多艘船舶时，可基于物联网技术互相共享彼此位置，从而使得总控制端能够不间断的掌握所有船舶的位置，同时在大部分时间可以不用连接定位卫星，避免了大规模长时间使用商用导航系统的负担问题。

具体来说，本发明提出的技术方案如下：

在本发明的第一个方面，提出一种基于物联网实时连接的电子船舶牌，所述电子船舶牌设置于海洋航行的船舶控制室。

作为第一个优点，所述电子船舶牌与位于所述船舶最高位置处的无线电波发射控制器连接；

作为体现上述优点的关键技术手段，所述无线电波发射控制器基于所述船舶在第一预定周边范围内的探测结果，发射相应的不同频率的无线电波，所述不同频率的无线电波的传播方式不同；

通过所述不同频率的无线电波，所述电子船舶牌接收至少一个其他船舶的位置，并且与其他船舶以及总控制端共享自身的航行状态；

所述第一预定范围基于所述船舶最高位置处距离海平面的高度值H确定；

如果在所述第一预定范围内，当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则所述船舶保持当前的无线电波发射状态以及航行状态，并在间隔第一预定时间之后，重复上述探测以及保持过程；

如果在所述探测以及保持过程中，在所述第一周边预定范围内没有探测到任何其他船舶的位置，则电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器发射第二预定频率范围的无线电波，向总控制端共享自身的航行状态；

其中，所述第一预定频率不同于第二预定频率；

所述第一周边预定范围为以所述电子船舶牌为圆心，半径为R的周边海域范围；

所述半径R、高度值H满足如下条件：

其中，R_E为地球半径。

以上是船舶处于相对静止状态或者在小范围内运行是第一周边预定范围的确定方式之一；

作为本发明的第二个优点，当所述船舶处于行进状态，所述第一周边预定范围进一步限定为：以所述电子船舶牌为圆心，半径为R的周边海域范围中，以所述船舶当前前进方向角平分线的两个对等扇形区域；所述两个对等扇形区域的圆弧对应的圆心角为θ，θ满足如下条件：

其中，H_G为与所述总控制端以及电子船舶牌通信的定位卫星离海平面的高度。

其中，所述定位卫星为3颗，根据所述船舶当前位置的改变，所述总控制端选择其中一个定位卫星与所述船舶进行通信。

在本发明的技术方案中，所述定位卫星仅为3颗，因此，即使在少部分必须使用定位卫星的情况下，也只需要少量的定位卫星即可实现，而无需现有技术那样需要3颗以上甚至更多的卫星定位。这是因为，本发明的电子船舶牌应用于海航，无需定位具体高度；并且，三颗卫星之一就能获得终端控制台的通信后恢复定位状态；

如果当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则询问其他船舶是否与所述总控制端保持通信状态，如果是，则当前电子船舶牌断开与所述总控制端的连接。

进一步的，如果当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则询问其他船舶是否与所述总控制端保持通信状态，如果是，则当前电子船舶牌断开与所述定位卫星的连接。

在实际实现中，所述无线电波发射控制器的位置高度可调节；具体来说，如果在第一周边预定范围内，以船舶当前前进方向为角平分线的两个对等扇形区域内均检测到非海域范围，则降低所述无线电波发射控制器的位置高度。

作为更进一步的优选，如果在第一周边预定范围内，以船舶当前前进方向为角平分线的两个对等扇形区域内均检测到非海域范围，则当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第三预定频率范围的无线电波。

在本发明的第二个方面，提供所述的电子船舶牌的使用方法，所述方法包括如下步骤：

S1：获取当前船舶的无线电波发射控制器的海拔高度；

S2：计算以所述电子船舶牌为圆心的第一预定周边海域范围的范围半径；

S3：判断在所述第一预定周边海域范围内，所述无线电波发射控制器发射的第一预定频率范围的无线电波是否探测到至少一个其他船舶的位置；

如果是，则返回步骤S2；

如果否，则进入步骤S4：；

S4：电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器发射第二预定频率范围的无线电波，向总控制端共享自身的航行状态，返回步骤S2。。

本发明的进一步优点将结合附图，通过具体的实施例进一步体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请电子船舶牌使用场景示意图；

图2是本申请电子船舶牌通信结构示意图；

图3是本申请电子船舶牌的预定范围扫描示意图；

图4是本申请电子船舶牌的使用方法流程图。

具体实施例

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先需要指出的是，图1-3所述的仅仅是示意图，部分尺寸不一定按照实际尺寸的比例绘制。为了显示需要，部分尺寸细节(例如地球半径/卫星高度/切线直角)做了放大、缩小或者斜曲处理，但是本领域技术人员结合本申请整体的文字记载，可以对此作出正确的理解。

参见图1，是本申请电子船舶牌使用场景示意图。

所述电子船舶牌设置于海洋航行的船舶控制室，与位于所述船舶最高位置处的无线电波发射控制器连接；

所述无线电波发射控制器基于所述船舶在第一预定周边范围内的探测结果，发射相应的不同频率的无线电波，所述不同频率的无线电波的传播方式不同；

通过所述不同频率的无线电波，所述电子船舶牌接收至少一个其他船舶的位置，并且与其他船舶以及总控制端共享自身的航行状态。

进一步结合图2，所述第一预定范围基于所述船舶最高位置处距离海平面的高度值H确定；

所述第一周边预定范围为以所述电子船舶牌为圆心，半径为R的周边海域范围；

所述半径R、高度值H满足如下条件：

其中，R_E为地球半径。

如果在所述第一预定范围内，当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则所述船舶保持当前的无线电波发射状态以及航行状态，并在间隔第一预定时间之后，重复上述探测以及保持过程；

如果在所述探测以及保持过程中，在所述第一周边预定范围内没有探测到任何其他船舶的位置，则电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器发射第二预定频率范围的无线电波，向总控制端共享自身的航行状态。

在本实施例中，使用的无线电波有三种传播方式，地波、天波和沿直线传播的波。

地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，而且能够沿着弯曲的地球表面达到地平线以外的地方，所以包括长波、中波和中短波在内的地波用来进行无线电广播。

由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高(波长越短)损失越大，因此中波和中短波的传播距离不大，一般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。长波沿地面传播的距离要远得多，但发射长波的设备庞大，造价高，所长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。

依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多。因此，短波最适宜以天波的形式传播，它可以被电离层反射到几千千米以外。

沿直线传播的电磁波微波和超短波既不能以地波的形式传播，又不能依靠电离层的反射以天波的形式传播。它们跟可见光一样，是沿直线传播的。这种沿直线传播的电磁波叫空间波或视波。

地球表面是球形的，微波沿直线传播，为了增大传播距离，发射天线和接收天线都建得很高，但也只能达到几十千米。在进行远距离通信时，要设立中继站。电视、雷达采用的都是微波。

现在，可以用同步通信卫星传送微波。由于同步通信卫星静止在赤道上空36000km的高空，用它来做中继站，可以使无线电信号跨越大陆和海洋。

空间直线波：在空间由发射地点向接收地点直线传播的电波，称空间直线电波，又称直线波或视距波。传播距离为视距范围，仅为数十公里。渔业船舶配备的对讲机和雷达均是利用空间波传播方式进行通信的设备。

在本实施例中，所述第一预定频率范围的无线电波为空间直线波；所述第二预定频率范围的无线电波可以是地波、天波或者其组合；

进一步参见图3，是行进中的船舶的电子船舶牌的预定范围扫描示意图。

在船舶行进过程中，所述第一周边预定范围进一步限定为：以所述电子船舶牌为圆心，半径为R的周边海域范围中，以所述船舶当前前进方向角平分线的两个对等扇形区域；所述两个对等扇形区域的圆弧对应的圆心角为θ，θ满足如下条件：

其中，H_G为与所述总控制端以及电子船舶牌通信的定位卫星离海平面的高度。

根据选择的定位卫星的不同，H_G可以在2万公里到4万公里之间变化。

与此相对应的，前述基于所述船舶最高位置处距离海平面的高度值H确定的更大范围的第一预定范围可以是船舶处于相对静止或者小范围活动时的预定扫描范围。

此时，如果当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则询问其他船舶是否与所述总控制端保持通信状态，如果是，则当前电子船舶牌断开与所述总控制端的连接。

优选的，如果当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则询问其他船舶是否与所述总控制端保持通信状态，如果是，则当前电子船舶牌断开与所述定位卫星的连接。

其中所述无线电波发射控制器的位置高度可调节。

结合图3，如果在第一周边预定范围内，以船舶当前前进方向为角平分线的两个对等扇形区域内均检测到非海域范围，则降低所述无线电波发射控制器的位置高度。

结合图3，如果在第一周边预定范围内，以船舶当前前进方向为角平分线的两个对等扇形区域内均检测到非海域范围，则当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第三预定频率范围的无线电波。

所述第三预定频率范围的无线电波优选为地波。

参见图4，提供了所述的电子船舶牌的使用方法，所述方法包括如下步骤：

S1：获取当前船舶的无线电波发射控制器的海拔高度；

S2：计算以所述电子船舶牌为圆心的第一预定周边海域范围的范围半径；

S3：判断在所述第一预定周边海域范围内，所述无线电波发射控制器发射的第一预定频率范围的无线电波是否探测到至少一个其他船舶的位置；

如果是，则返回步骤S2；如果否，则进入步骤S4：；

S4：电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器发射第二预定频率范围的无线电波，向总控制端共享自身的航行状态，返回步骤S2。

通过本申请的技术方案，可以改变现有定位技术严重依赖导航系统的现状，并且充分利用物联网的优点，在无需网络或者GPS的情况下，最大程度的利用万物互联的思想，减少了通信负担。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (9)

1.一种基于物联网实时连接的电子船舶牌，所述电子船舶牌设置于海洋航行的船舶控制室，其特征在于：所述电子船舶牌与位于所述船舶最高位置处的无线电波发射控制器连接；

所述无线电波发射控制器基于所述船舶在第一周边预定范围内的探测结果，发射相应的不同频率的无线电波，所述不同频率的无线电波的传播方式不同；

通过所述不同频率的无线电波，所述电子船舶牌接收至少一个其他船舶的位置，并且与其他船舶以及总控制端共享自身的航行状态；

所述第一周边预定范围基于所述船舶最高位置处距离海平面的高度值H确定；

如果在所述第一周边预定范围内，当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则所述船舶保持当前的无线电波发射状态以及航行状态，并在间隔第一预定时间之后，重复上述探测以及保持过程；

如果在所述探测以及保持过程中，在所述第一周边预定范围内没有探测到任何其他船舶的位置，则电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器发射第二预定频率范围的无线电波，向总控制端共享自身的航行状态；

其中，所述第一预定频率小于第二预定频率；

所述第一周边预定范围为以所述电子船舶牌为圆心，半径为R的周边海域范围；

所述半径R、高度值H满足如下条件：

其中，R_E为地球半径。

2.如权利要求1所述的电子船舶牌，其中，所述第一周边预定范围进一步限定为：以所述电子船舶牌为圆心，半径为R的周边海域范围中，以所述船舶当前前进方向角平分线的两个对等扇形区域；所述两个对等扇形区域的圆弧对应的圆心角为θ，θ满足如下条件：

其中，H_G为与所述总控制端以及电子船舶牌通信的定位卫星离海平面的高度。

3.如权利要求2所述的电子船舶牌，其中，所述定位卫星为3颗，根据所述船舶当前位置的改变，所述总控制端选择其中一个定位卫星与所述船舶进行通信。

4.如权利要求1所述的电子船舶牌，如果当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则询问其他船舶是否与所述总控制端保持通信状态，如果是，则当前电子船舶牌断开与所述总控制端的连接。

5.如权利要求2所述的电子船舶牌，如果当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第一预定频率范围的无线电波探测到至少一个其他船舶的位置，则询问其他船舶是否与所述总控制端保持通信状态，如果是，则当前电子船舶牌断开与所述定位卫星的连接。

6.如权利要求1所述的电子船舶牌，其中所述无线电波发射控制器的位置高度可调节。

7.如权利要求6所述的电子船舶牌，如果在所述第一周边预定范围内，以船舶当前前进方向为角平分线的两个对等扇形区域内均检测到非海域范围，则降低所述无线电波发射控制器的位置高度。

8.如权利要求6所述的电子船舶牌，如果在所述第一周边预定范围内，以船舶当前前进方向为角平分线的两个对等扇形区域内均检测到非海域范围，则当前电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器通过发射第三预定频率范围的无线电波。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的电子船舶牌的使用方法，所述方法包括如下步骤：

S1：获取当前船舶的无线电波发射控制器的海拔高度；

S2：计算以所述电子船舶牌为圆心的第一周边预定范围的范围半径；

S3：判断在所述第一周边预定范围内，所述无线电波发射控制器发射的第一预定频率范围的无线电波是否探测到至少一个其他船舶的位置；

如果是，则返回步骤S2；

如果否，则进入步骤S4；

S4：电子船舶牌控制所述无线电波发射控制器发射第二预定频率范围的无线电波，向总控制端共享自身的航行状态，返回步骤S2。

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