CN119437228A - 船舶导航系统 - Google Patents

Abstract

船舶导航系统，尤其是一种用于船舶的船舶导航系统，其包括：定位单元，其被配置为检测所述船舶的位置；航海图数据库；显示器，其被配置为呈现航海图信息和所述船舶在所述航海图上的位置的视图；布置在所述船舶上的短程距离传感器模块，所述短程距离传感器模块被配置为提供所述船舶的周围环境的扫描数据；控制单元，其与所述短程距离传感器模块、所述定位单元、所述航海图数据库和所述显示器可操作地连接，所述控制单元被配置为处理所述扫描数据以提供所述周围环境的扫描视图，所述控制单元被配置为在所述显示器上呈现所述航海图和所述扫描数据的增强视图，并且被配置为在所述增强视图中指示所述扫描数据中与所述航海图信息不匹配的部分。

Description

船舶导航系统

技术领域

本公开总体上涉及船舶的船舶导航。在特定方面，本公开涉及一种船舶导航系统。本公开可应用于任何船舶，诸如商用船舶、休闲艇、摩托艇和/或自主船舶。尽管可关于特定船舶描述本公开，但是本公开不限于任何特定船舶。

背景技术

在对船舶进行导航和操纵时，船长依靠船上导航系统，诸如航海图和对周围环境的亲眼观察。然而，在其中亲眼观察受限且其他船载导航系统可能不准确的低能见度期间，在近距离内导航和操纵可能会很困难且不确定。然而，即使在良好能见度期间，在海上操纵时也可能需要额外的帮助。

发明内容

根据本公开的第一方面，一种用于船舶的船舶导航系统，其包括：

- 定位单元，其被配置为检测所述船舶的位置，

- 航海图数据库，

- 显示器，其被配置为呈现航海图信息和所述船舶在所述航海图上的位置的视图，

- 布置在所述船舶上的短程距离传感器模块，所述短程距离传感器模块被配置为提供所述船舶的周围环境的扫描数据，

- 控制单元，其与所述短程距离传感器模块、所述定位单元、所述航海图数据库和所述显示器可操作地连接，所述控制单元被配置为处理所述扫描数据以提供所述周围环境的扫描视图，

其中所述控制单元被配置为在所述显示器上呈现所述航海图和所述扫描数据的增强视图，并且

其中所述控制单元被配置为在所述增强视图中指示所述扫描数据中与所述航海图信息不匹配的部分。本公开的第一方面可以寻求解决现有技术的缺点，特别是在低能见度下的船舶的导航和操纵的缺点。技术益处可以包括独立于能见度提供关于船舶的周围环境的实时信息，同时以直观的方式将信息呈现给船长，从而获得船舶的更安全的导航和操纵。通过在增强视图中将所述航海图与所述船舶的周围环境的高精度实时更新视图配对，船长可以依靠单一信息流进行任何类型的导航，从而提高解读效率并减少认知负荷。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述控制单元被配置为将所述扫描数据的所述扫描视图与所述航海图信息进行比较，并识别所述扫描数据中与所述航海图信息不同的部分，以便提供包括所述扫描视图在内的所述航海图信息的增强视图。技术益处可以包括将可从所述航海图数据库中获得的所述航海图信息与所扫描的周围环境进行比较，以便可以向船长呈现增强视图。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述扫描视图作为航海图信息的图形铺覆呈现在显示器上。技术益处可以包括在一个地方向船长呈现信息，而不是在他/她必须组合信息的多个来源/显示器上。因此，提高了解读效率并减少了船长的认知负荷。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述图形铺覆向操作员或船长提供有关所述扫描视图和所述航海图信息之间的差异的信息。技术益处可以包括向船长/操作员呈现差异，从而使船长对周围环境的解读更加有效，从而获得对船舶的更安全的导航和操纵。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述扫描数据存储在存储单元中。技术益处可以包括可以存储所扫描的周围环境，使得所述控制单元可随时访问所述扫描信息，并且所述控制单元可以将新的扫描数据与所存储的扫描数据以及所述航海图信息进行比较。从所述扫描数据解读的所述环境数据可以存储在存储单元中，并且为每个扫描数据分配位置参考。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述控制单元被配置为确定由所述扫描数据提供的对象。技术益处可以包括所述控制单元可以识别被扫描的对象，从而所述控制单元可以图形化地呈现所扫描的对象。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，具有已知对象和/或扫描数据点的分类的对象数据库，所述控制单元被配置为将所述扫描数据与所述对象数据库进行比较以确定与所述扫描数据基本上相似的对象。技术益处可以包括通过控制单元执行所述扫描数据与所述对象数据库中的已知对象的数据的比较来增强所述系统的可靠性。由此获得方便且快速的分割。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述控制单元被配置为将所述扫描数据划分为分割的对象，所述控制单元被配置为在所述显示器上以不同的图形形式呈现所述分割的对象。技术益处可以包括，根据本公开的系统可以以不同图形形式的图案、线条或设计来呈现不同的扫描的对象，使得操作员/船长可以轻松识别这些对象，尤其是特别感兴趣的对象。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，通过重新绘制所述铺覆或者添加其他几何指示和/或颜色来校正所述增强视图。技术益处可以包括有助于在所述增强视图中识别和/或检测校正的对象，从而使操作员/船长可以辨识在导航和操纵期间他/她需要更加注意的区域和对象。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述系统根据船舶位置和取向随着时间的推移收集扫描数据，并且将平均扫描视图呈现作为所述航海图的铺覆。技术益处可以包括，随着时间的推移所收集的扫描数据可以更准确地检测对象及其位置，因为所述扫描数据可以确立对象的位置和大小，因为它是从船舶的不同位置、航向和取向扫描的。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述系统将随着时间的推移所收集的扫描数据与所述航海图信息进行比较，以识别扫描数据中与所述航海图信息持续不同的部分。技术益处可以包括，随着时间的推移所收集的扫描数据可以更准确地检测对象及其位置，因为所述扫描数据可以确立对象的位置和大小，因为它是从船舶的不同位置、航向和取向扫描的。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述短程距离传感器模块包括一个或多个激光雷达传感器和/或一个或多个短程雷达。技术益处可以包括应用可靠的传感器和/或雷达，这些传感器和/或雷达在恶劣的海洋环境中起作用，并且可以提供关于对象在其相应的检测区域中的存在、位置和运动的信息。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述短程距离传感器模块包括一个或多个激光雷达传感器，所述激光雷达传感器提供激光雷达扫描数据。技术益处可以包括所述激光雷达传感器能够提供非常高分辨率的3D点云，这意味着它们可以非常精确地检测和测量对象的位置和大小。

可选地，在一些示例中，包括在至少一个优选示例中，所述激光雷达扫描数据是原始激光雷达数据，所述控制单元被配置为将所述原始激光雷达数据转换为具有概率和/或类值的2D网格地图，所述2D网格地图是所述扫描视图。技术益处可以包括将所述高分辨率原始激光雷达扫描数据转换为更紧凑的2D网格地图，并且需要更少的数据，从而在处理激光雷达扫描数据时对处理器能力的需求也降低。

根据本发明的第二方面，一种船舶，其包括根据前述权利要求中任一项所述的船舶导航系统。本公开的第二方面可以寻求解决现有技术的缺点，特别是在低能见度下的船舶的导航和操纵的缺点。技术益处可以包括独立于能见度提供关于船舶的周围环境的实时信息，同时以直观的方式将信息呈现给船长，从而获得船舶的更安全的导航和操纵。通过在增强视图中将所述航海图与所述船舶的周围环境的高精度实时更新视图配对，船长可以依靠单一信息流进行任何类型的导航，从而提高解读效率并减少认知负荷。

根据本发明的第三方面，提出了一种船舶导航方法，其包括：

- 确定船舶的位置，

- 显示航海图信息和所述船舶在所述航海图上的所述位置，

- 通过布置在所述船舶上的短程距离传感器模块来提供所述船舶的周围环境的扫描数据，

- 处理所述扫描数据以提供所述周围环境的扫描视图，

- 在所述显示器上呈现所述航海图和所述扫描数据的增强视图，以及

- 在所述增强视图中指示所述扫描数据中与所述航海图信息不匹配的部分。本公开的第三方面可以寻求解决现有技术的缺点，特别是在低能见度下的船舶的导航和操纵的缺点。技术益处可以包括独立于能见度提供关于船舶的周围环境的实时信息，同时以直观的方式将信息呈现给船长，从而获得船舶的更安全的导航和操纵。通过在增强视图中将所述航海图与所述船舶的周围环境的高精度实时更新视图配对，船长可以依靠单一信息流进行任何类型的导航，从而提高解读效率并减少船长的认知负荷。

本领域普通技术人员将明白，所公开的方面、示例(包括任何优选示例)和/或随附权利要求可彼此适当地组合。另外的特征和优点在以下描述、权利要求和附图中公开，并且部分地对于本领域技术人员而言将是显而易见的或者通过按照本文中描述地实践本公开而认识到。

附图说明

下文参考附图更详细地描述示例。

图1是根据示例的示例性船舶导航系统。

图2a是航海图的示例。

图2b是扫描视图的示例。

图2c是增强视图的示例，其中图2b的扫描视图作为被呈现作为在图2a的航海图上的铺覆。

图3a是定位单元的定位信号不可靠的增强视图的示例。

图3b是所述图与扫描数据匹配的示例。

图4a是基于静态扫描的对象来识别新海岸线的示例。

图4b是重新绘制海图以匹配图4a的扫描数据的示例。

图4c是重新绘制的海图的示例，其中突出显示了旧海图的海岸线。

图4d是重新绘制的海图的示例，其中突出显示了旧海图的海岸线，但没有显示静态扫描的对象。

图4e是未显示静态扫描的对象的重新绘制的海图的示例。

图5是在增强航海图中呈现可用停靠点的示例。

具体实施方式

下文所阐述的详细描述以足够的细节提供所公开的技术的信息和示例以使得本领域技术人员能够实践本公开。

存在不同的解决方案来协助船长对船舶进行导航，例如在显示器上显示航海图。在驾驶船舶时获得并保持对周围环境的准确可靠的感知是安全操纵的关键部分。船长的主要信息来源是直接观察船舶的周围环境。然而，在某些情况下，船长可能会在低能见度下对船舶进行导航和操纵，其中额外的信息证明是有用的。向船长介绍来自不同导航源的关于周围区域、船舶的位置、船舶的速度等的附加信息肯定有助于他们构建对周围环境以及任何障碍物和对象的感知。然而，每增加一条独立的信息流都会增加船长的认知负荷，并且他们通常需要咨询许多不同的来源，以协助在所以能见度期间对船舶进行导航。有效地解读多种不同的信息流是有效导航系统的关键，所述系统无需船长付出过多的努力就能提供有价值的帮助。

航海图是借助定位装置的舵系统中核心的信息流。它们通常是连接在一起的，以便船舶的位置可以在航海图上看到，例如在显示器上。

图1是根据示例的示例性船舶导航系统100。船舶导航系统100布置在船舶1上。船舶导航系统100包括定位单元2，所述定位单元被配置用于检测船舶1的位置。定位单元可以是GPS(全球定位系统)、GNSS(全球导航卫星系统)、INS(惯性导航系统)或者它们的任意组合。

船舶导航系统100还包括航海图数据库3，所述航海图数据库具有不同区域和/或地区的不同数字航海图。航海图数据库包括不同航海图的不同航海图信息。此外，船舶导航系统包括显示器4，所述显示器被配置为呈现航海图信息和船舶1在航海图上的位置的视图。

此外，短程距离传感器模块5布置在船舶1上，短程距离传感器模块5被配置用于提供船舶1的周围环境7的扫描数据。在示例中，短程距离传感器模块5包括布置在船舶1上的五个短程传感器6。短程传感器6可以布置为便于沿船舶的各个方向进行检测和扫描，使得在航行期间对整个周围环境7进行扫描。在其他示例中，短程距离传感器模块5可以包括不同数量的短程距离传感器。

船舶导航系统100还包括控制单元8，所述控制单元与短程距离传感器模块5、定位单元2、航海图数据库3和显示器4可操作地连接，控制单元8被配置为处理扫描数据以提供周围环境7的扫描视图。另外，控制单元8被配置为在显示器上呈现航海图和扫描数据的增强视图，并且控制单元还被配置为在增强视图中指示扫描数据中与航海图信息不匹配的部分。因此，通过将周围环境7的扫描数据与航海图信息相结合，可以在显示器上呈现增强视图。将扫描数据与航海图结合起来允许在更小的屏幕区域内实现更易于访问的信息流，因为所有信息都可以在一个显示器上的增强视图中呈现。此外，考虑到有许多不同的系统可用，并且在导航和操纵过程中需要观察，使用日益复杂的辅助技术来驾驶船舶可能是一项艰巨的任务。通过本公开并且通过使用短程距离传感器模块来增强船舶中最传统的信息系统——航海图，船长可以毫不费力地更准确地感知其周围环境。已知的航海图在远距离航行环境映射方面表现出色，但在靠近海岸或坞站操纵时由于缺乏精度和更新频率而显得不可靠。通过在增强的组合视图中将航海图与船舶的周围环境的高精度实时更新视图配对，船长可以依靠单一信息流进行任何类型的导航，从而提高解读效率并减少船长的认知负荷，最终比已知的解决方案更安全地导航。

此外，控制单元8可以被配置为将扫描数据的扫描视图与航海图信息进行比较并且识别扫描数据中与航海图信息不同的部分，以便提供包括扫描视图在内的航海图信息的增强视图。

此外，扫描视图可以作为航海图信息的图形铺覆呈现在显示器上。因此，船长或操作员可以轻松检测扫描视图和航海图信息之间的任何差异。图形铺覆由此可以向操作员提供有关扫描视图和航海图信息之间的差异的信息。此外，所述视图还可以以卫星图像和/或航海图视图(地图视图)的形式显示。

此外，短程距离传感器模块5可以包括一个或多个激光雷达传感器6和/或一个或多个短程雷达6。激光雷达传感器和短程雷达都是可以用于对象检测和距离测量的传感技术。

激光雷达传感器使用激光束测量距离并创建周围环境的详细3D地图。它发射激光脉冲并测量脉冲击中对象后反弹所需的时间。通过计算激光脉冲的飞行时间，激光雷达确定到对象的距离。激光雷达传感器能够提供非常高分辨率的3D点云，这意味着它们可以非常精确地检测和测量对象的位置。激光雷达传感器凭借其高分辨率数据可以提供准确的对象识别和辨识。

短程雷达使用微波频率范围内的无线电波。短程雷达发射无线电波并测量无线电波从对象反射所需的时间。通过分析接收到的信号，雷达可以确定检测的对象的距离、速度，有时甚至可以确定其角度。短程雷达，尤其是那些在例如76GHz或77GHz下操作的雷达，非常适合于检测更远距离和不利天气条件下的对象。它们可以检测对象的存在，估计它们的相对速度，并提供有关其大小和移动的一般信息。

在短程传感器模块中可以使用激光雷达传感器或者可以使用短程雷达，但也可以结合使用两者。也可使用能够检测周围环境的其他短程传感器。

如图1所示，短程距离传感器模块5可以包括被配置为优选地在船舶1周围270度至360度之间进行扫描的一个或多个传感器6和/或雷达。此外，一个或多个传感器6和/或雷达可以被配置为持续扫描周围环境，并且相结合地借助定位单元对船舶1进行持续定位。

短程距离传感器模块还可以包括至少一个水下激光雷达(water LiDAR)传感器，所述传感器与水相对地进行布置以用于扫描海底。水下激光雷达传感器被配置为发射绿光。由此，在航行时对海底进行扫描，使得可以提供海底的扫描视图。水下激光雷达传感器还可以检测海底的对象，例如航海图信息中看不到的大岩石或石头。

传感器和/或雷达可被配置为扫描至少40米。

图2a至2c示出了扫描数据与航海图相结合的示例。在图2a中，示出了航海图10。航海图10基于航海图信息和定位单元来显示海图周围环境中的船舶1。在图2a的示例中，船舶1正在接近具有海岸线和停靠泊位的港口。航海图10的周围环境(即海图信息)在所示的示例中被描绘为虚线元素。图2b公开了由布置在船舶1上的短程传感器模块提供的扫描视图11。在扫描视图11中，呈现了由短程传感器模块检测到的不同对象50。如图2b所示，与图2a的航海图相比，扫描视图揭示了附加的细节和对象，扫描视图的元素以阴影线示出。在图2c中，示出了增强视图12。增强视图是扫描视图被呈现作为航海图上的铺覆，从而将两个系统结合在共享视图中。扫描数据以例如对比色实时呈现给船长或操作员，以便船长轻松区分两个信息源。扫描数据简单地放置在航海图的顶部，匹配两个数据源的航向(heading)以将两个解读的环境一起合并在增强视图中。

此外，扫描数据可存储在存储单元15中。存储单元15可被配置用于存储扫描数据、扫描视图和/或船舶的位置。存储单元15可以是被配置用于存储数据的硬盘或者类似物。存储单元15可以与控制单元8连接。从扫描数据解读的环境数据可以存储在存储单元15中，并且为每个扫描数据分配位置参考。位置参考可以由定位单元2提供。

船舶导航系统100还可以包括导航装置或传感器，诸如指南针、计程仪、速度计程仪、陀螺仪、测深仪、AIS(自动识别系统)、雷达模块或它们的任意组合，以进一步协助对船舶1进行导航和操纵。

此外，控制单元8可以持续处理扫描数据并将其与航海图信息进行比较以持续更新增强视图。此外，控制单元8可以持续地将扫描数据与航海图信息进行比较，以确定扫描数据何时持续地不同于航海图信息。因此，控制单元8可被配置为验证扫描数据和航海图信息之间的持续差异，并且基于所验证的差异，控制单元被配置为相应地更新增强视图，使得操作员可看到所述差异。

此外，控制单元8可以被配置为确定由扫描数据提供的对象50。可以通过分割方法来执行对象50的确定。

船舶导航系统100还可以包括具有已知对象50和/或扫描数据点的分类的对象数据库，控制单元8被配置为将扫描数据与对象数据库进行比较以确定与扫描数据基本上相似的对象。

对象50可以是静止对象或者可移动对象。该对象可以是海岸线、海滨线、浮标、坞站、平台、码头、防波堤、轮船、船舶、沉船、建筑物、设备、港口单元、岩石或石头、野生动物或类似物。因此，对象可能与对船舶进行导航和操纵相关的东西，或者可能是船长特别感兴趣的东西。

控制单元8被配置为确定所扫描的对象是移动的还是静止的，并且可以相应地标记所述对象，使得可以从增强视图中轻松从地理上推断出它是移动对象还是静止对象。

此外，控制单元可以被配置为将扫描数据划分为分割对象，控制单元被配置为在显示器上以不同的图形形式呈现所分割的对象。如上所述，如果系统识别出对象，控制单元8可以通知船长所述对象属于静态环境还是动态环境。此外，控制单元8可以特别地突出显示船长可能感兴趣的对象。例如浮标、落水人员、野生动物等。它还可以识别和更新用户添加的对象/航点的位置。例如，如果渔民在数字航海图中添加浮标作为点，则控制单元可以允许他们直接点击增强视图中的对象以将其添加为自定义航点。如果他们返回检查时浮标已经移动，则航点的位置可能会更新到新的位置。

在图3a中，示出了定位单元2的定位信号不可靠的增强视图的示例。船舶1具有定位单元2，并且在某些情况下，定位单元2提供不可靠的定位信号。因此，当定位单元2提供不可靠的定位信号时，可能难以安全地操纵和驾驶船舶1。通过本公开，扫描数据独立于定位信号提供船舶1周围的环境的实时检测。在图3a中，扫描数据被示出为航海图的铺覆，因此船长可以检测到扫描数据以及由此检测到的对象50与航海图10的海图信息偏移。因此，船长获悉定位单元2的定位信号可能不可靠，从而导致船舶1的操控存在不确定的情况。

船长可以请求控制单元将航海图10的海图信息与扫描数据进行匹配，或者在航海图定位不可靠的情况下，控制单元可以自动将航海图与扫描数据进行匹配，从而提供周围环境的准确描绘。图3b示出了在增强视图12中航海图10与扫描数据的匹配情况。因此，船长可以以安全的方式操纵和驾驶船舶1。

可以通过重新绘制铺覆或者向增强视图添加其他几何指示和/或颜色来校正增强视图。

图4a是基于静止的扫描的对象来识别新海岸线16的示例。控制单元被配置为检测并识别实时检测与航海图10的海图信息之间的差异。在图4a中，解读的扫描数据显示，海岸线16(示为实线)与航海图10的海图信息略有偏移。因此，在此示例中，控制单元向增强视图12添加几何指示，即实线16，以便船长获悉差异。海图中的扫描的静止对象50基于实时的传感器测量结果，从而逐步重新绘制海图。控制单元可以区分扫描数据、原始海图和更新的海图，或将它们融合在一起。

图4b是重新绘制海图以匹配图4a的扫描数据的示例。海图中的扫描的静止对象50基于实时的检测，并且控制单元可以被配置为在增强视图12逐步重新绘制海图。控制单元被配置为区分扫描数据、原始航海图10的海图信息和增强视图，或将它们融合在一起。在图4b中，重新绘制航海图10的海图信息以匹配新检测到的海岸线。

图4c是重新绘制的海图的示例，其中突出显示了旧海图的海岸线。控制单元已重新绘制了航海图以匹配新的海岸线，如图4b所示，然而，在图4c中，控制单元正在识别旧海岸线，如虚线17所示，使得船长可以观察到原始航海图10中的变化和对象50的实时检测。

图4d是重新绘制的海图的示例，其中突出显示了旧海图的海岸线17，但没有显示静止的扫描的对象。示出了扫描的可移动对象50。可移动对象可以是港口18中存在的船舶或小船。图4e是重新绘制的海图的示例，其中没有显示旧海岸线和静止的扫描的对象。显示可移动对象50。

此外，根据所确定的扫描的对象的位置持续地确定船舶1的位置和/或船舶1的航向，控制单元8可以被配置为根据所确定的扫描的对象的位置持续地比较船舶1的位置和/或航向，以确定所确定的扫描的对象的位置是否独立于船舶1的位置和/或航向而保持，然后将扫描的对象设置为经过验证的扫描的对象。

所述系统根据船舶的位置和取向随着时间的推移收集扫描数据，并且将平均扫描视图呈现为航海图的铺覆。此外，所述系统可以将随着时间的推移收集的扫描数据与航海图信息进行比较，以识别扫描数据中与航海图信息持续不同的部分。因此，为了提高船舶航海图的长期精度，可以使用收集的扫描数据更新航海图，例如更新海岸线和港口码头，以供将来参考，如增强视图中所呈现的。

船舶导航系统100还可包括通信单元，所述通信单元被配置为向中央存储单元发送扫描数据和/或从中央存储单元接收扫描数据。例如，当船舶位于港口中时，它可以与中央存储单元连接以交换扫描数据。在一个示例中，中央存储单元可以被配置为接收来自包括船舶导航系统的多个船舶的扫描数据。因此，可以提供扫描数据的众包，以便共同构建最新、准确的基于云的航海图系统。通过允许具有相同的根据本公开的船舶导航系统的多个船舶在基于云的存储单元或服务器中共享测量结果和扫描数据可以向每位船长提供使用关于高精度海岸线和港口测量结果的众包信息更新的航海图。

此外，可以基于实时扫描数据通过逐步重新绘制增强视图来在增强视图中更新所扫描的静止对象。控制单元可以被配置为区分扫描数据、航海图和增强视图，或者将它们在显示器上融合在一起，如图4a至图4e所示。此外，船舶的航向可以与船舶的位置一起用于确定扫描的对象的方向。

此外，所述系统被配置为识别相对于静止对象移动的可移动或动态对象。可以突出显示动态对象，使得船长可以轻松检测到它们。例如，这可以是以另一种方式对它们进行着色，以便向船长清楚地表明所述对象是动态的，因此与静止对象相比更为重要(更危险)。

此外，可移动或动态对象曾经经过的位置对于构建内部记忆航海图来说应该获得很低的几率值。举例来说，随着时间的推移，另一个停靠的船只在过去10次进出码头时获得了50分的概率。然后在第11次经过它的时候，它也离开了码头。当它被认为是静止对象但显然不是时，应该设置非常低的几率，例如-1000分。如果稍后将该地点重建为码头，则需要很长时间才能建立所述位置实际上是静止的而不是动态的几率/信心。因此，为了在航海图中获得最佳信心，从有对象的位置移除偏差可能很快，而建立静止对象可能非常慢。

此外，系统可以配置为在航海图铺覆视图中显示系统当前正在执行的操作，同时其还示出系统当前时刻试图去往的位置。例如，这可以是在该方向上移动的船舶的阴影或小的设定点标记。

此外，系统可以被配置为将静止对象体的记忆非常缓慢地添加到本地航海图中，但非常快速地将其移除。

如上所述，短程距离传感器模块5可以包括一个或多个激光雷达传感器6，激光雷达传感器提供激光雷达扫描数据。激光雷达扫描数据可以是激光雷达点云数据集。激光雷达点云数据集是3D扫描，控制单元8可以被配置为处理3D扫描以将其呈现在2D视图中，2D视图优选地是扫描视图。

此外，激光雷达扫描数据可以是原始激光雷达数据，控制单元可以被配置为将原始激光雷达数据转换为具有概率和/或类值的2D网格地图，2D网格地图是扫描视图。通过将高分辨率原始激光雷达扫描数据转换为更紧凑的2D网格地图，它需要更少的数据，从而在处理激光雷达扫描数据时对处理器能力的需求也降低。

船舶导航系统100还可以包括提供周围环境的图像的照片成像模块，可以对图像进行处理并将其与扫描数据进行比较以验证扫描的对象。

此外，可以在航海图上对扫描视图(即点)进行平滑，以便找到直边并分割视图而不是绘制混乱。对于距离小于X米的点，可能需要对区域进行插值，并且可能保存多边形而不是点，因为这在计算上更有效。

此外，视图上示出的船舶可以与实施所述系统的船舶的大小相匹配。可以从控制系统中读出船舶的大小，并且然后根据这些值调整图像的大小。所述系统被配置为根据所用船舶的实际大小自动调整航海图上的船舶的大小。

图5是在增强航海图12中呈现可用停靠点19的示例。因此，当船舶1接近港口18时，控制单元被配置为基于解读的扫描数据来识别可用的停靠点19，并在增强视图12中将这些停靠点呈现给船长，以协助船长找到合适的停靠点并随后停靠船舶1。

本公开还涉及包括如上所述的船舶导航系统100的船舶1。船舶1可以是商用船舶、休闲艇或自主船舶。

本公开内容还涉及一种船舶导航方法，其包括

- 确定船舶1的位置，

- 显示航海图信息和船舶1在航海图上的位置，

- 通过布置在船舶1上的短程距离传感器模块5来提供船舶1的周围环境的扫描数据，

- 处理扫描数据以提供周围环境的扫描视图，

- 在显示器4上呈现航海图和扫描数据的增强视图，以及

- 在增强视图中指示扫描数据中与航海图信息不匹配的部分。

本公开的某些方面和变型在以下连续编号的以下示例中进行阐述。

示例1：一种用于船舶的船舶导航系统，其包括

- 定位单元，其被配置为检测所述船舶的位置，

- 航海图数据库，

- 显示器，其被配置为显示航海图信息和所述船舶在所述航海图上的位置的视图，

- 布置在所述船舶上的短程距离传感器模块，所述短程距离传感器模块被配置为提供所述船舶的周围环境的扫描数据，

- 控制单元，其与所述短程距离传感器模块、所述定位单元、所述航海图数据库和所述显示器可操作地连接，所述控制单元被配置为处理所述扫描数据以提供所述周围环境的扫描视图，

其中所述控制单元被配置为在所述显示器上呈现所述航海图和所述扫描数据的增强视图，并且

其中所述控制单元被配置为在所述增强视图中指示所述扫描数据中与所述航海图信息不匹配的部分。

示例2：根据示例1所述的船舶导航系统，其中所述控制单元被配置为将所述扫描数据的所述扫描视图与所述航海图信息进行比较，并识别所述扫描数据中与所述航海图信息不同的部分，以便提供包括所述扫描视图在内的所述航海图信息的所述增强视图。

示例3：根据示例1和/或2所述的船舶导航系统，其中所述扫描视图作为所述航海图信息的图形铺覆呈现在所述显示器上。

示例4：根据示例3所述的船舶导航系统，其中所述图形铺覆向操作员或船长提供有关所述扫描视图和所述航海图信息之间的差异的信息。

示例5：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述扫描数据存储在存储单元中。

示例6：根据示例5所述的船舶导航系统，其中所述存储单元被配置用于存储所述扫描数据、所述扫描视图和/或所述船舶的所述位置。

示例7：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述控制单元持续处理所述扫描数据并将其与所述航海图信息进行比较以持续更新所述增强视图。

示例8：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述控制单元持续地将所述扫描数据与所述航海图信息进行比较，以确定所述扫描数据何时持续地不同于所述航海图信息。

示例9：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述控制单元被配置为验证所述扫描数据和所述航海图信息之间的持续差异，并且基于所验证的差异，所述控制单元被配置为相应地更新所述增强视图，使得所述操作员可看到所述差异。

示例10：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述控制单元被配置为确定由所述扫描数据提供的对象。

示例11：根据示例10所述的船舶导航系统，其中通过分割方法执行对象的确定。

示例12：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其还包括具有已知对象和/或扫描数据点的分类的对象数据库，所述控制单元被配置为将所述扫描数据与所述对象数据库进行比较以确定与所述扫描数据基本上相似的对象。

示例13：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述扫描数据点是激光雷达点。

示例14：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述对象是静止对象或者可移动对象。

示例15：根据示例14所述的船舶导航系统，其中所述控制单元确定所述扫描的对象是移动的还是静止的。

示例16：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述控制单元被配置为将所述扫描数据划分为分割的对象，所述控制单元被配置为在所述显示器上以不同的图形形式呈现所述分割的对象。

示例17：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中需要一定数量的扫描数据来验证扫描的对象的位置和大小。

示例18：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中通过重新绘制所述铺覆或者添加其他几何指示和/或颜色来校正所述增强视图。

示例19：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中根据所确定的扫描的对象的位置持续地确定所述船舶的所述位置和/或所述船舶的航向，所述控制单元被配置为根据所确定的扫描的对象的位置持续地比较所述船舶的所述位置和/或所述航向，以确定所确定的扫描的对象的位置是否独立于所述船舶的所述位置和/或所述航向而保持，然后将所述扫描的对象设置为经过验证的扫描的对象。

示例20：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述系统根据船舶位置和取向随着时间的推移收集扫描数据，并且将平均扫描视图呈现作为所述航海图的铺覆。

示例21：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述系统将随着时间的推移所收集的扫描数据与所述航海图信息进行比较，以识别所述扫描数据中与所述航海图信息持续不同的所述部分。

示例22：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中基于实时扫描数据通过逐步重新绘制所述增强视图来在所述增强视图中更新所扫描的静止对象。

示例23：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述控制单元被配置为区分所述扫描数据、所述航海图和所述增强视图，或者在所述显示器上将它们融合在一起。

示例24：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中定位单元是GPS(全球定位系统)、GNSS(全球导航卫星系统)、INS(惯性导航系统)，或它们的任意组合。

示例25：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其还包括导航装置或传感器，诸如指南针、计程仪、速度计程仪、陀螺仪、测深仪、AIS(自动识别系统)、雷达模块或它们的任意组合。

示例26：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述船舶的所述航向与所述船舶的所述位置一起用于确定所述扫描的对象的所述方向。

示例27：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述对象是海岸线、海滨线、浮标、坞站、平台、码头、防波堤、轮船、船舶、设备、港口单元、岩石或石头或类似物。

示例28：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述短程距离传感器模块包括一个或多个激光雷达传感器和/或一个或多个短程雷达。

示例29：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述短程距离传感器模块包括被配置为在所述船舶周围360度进行扫描的一个或多个传感器和/或雷达。

示例30：根据示例29所述的船舶导航系统，其中所述一个或多个传感器和/或雷达被配置为持续扫描所述周围环境，并且相结合地对所述船舶进行持续定位。

示例31：根据示例1所述的船舶导航系统，其中所述短程距离传感器模块包括至少一个水下传感器，所述至少一个水下传感器与水相对地进行布置以用于扫描海底。

示例32：根据示例31所述的船舶导航系统，其中所述水下传感器是水下激光雷达传感器或水下声纳传感器。

示例33：根据示例32所述的船舶导航系统，其中所述水下激光雷达传感器被配置为发射绿光。

示例34：根据示例32所述的船舶导航系统，其中所述水下声纳传感器是3D声纳传感器。

示例35：根据示例29所述的船舶导航系统，其中所述传感器和/或雷达被配置为扫描至少40米。

示例36：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其中所述短程距离传感器模块包括一个或多个激光雷达传感器，所述激光雷达传感器提供激光雷达扫描数据。

示例37：根据示例36所述的船舶导航系统，其中所述激光雷达扫描数据是激光雷达点云数据集。

示例38：根据示例37所述的船舶导航系统，其中所述激光雷达点云数据集是3D扫描，所述控制单元被配置为处理所述3D扫描以将其呈现在2D视图中，所述2D视图优选地是所述扫描视图。

示例39：根据示例36所述的船舶导航系统，其中所述激光雷达扫描数据是原始激光雷达数据，所述控制单元被配置为将所述原始激光雷达数据转换为具有概率和/或类值的2D网格地图，所述2D网格地图是所述扫描视图。

示例40：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其还包括通信单元，所述通信单元被配置为向中央存储单元发送扫描数据和/或从所述中央存储单元接收扫描数据。

示例41：根据示例40所述的船舶导航系统，其中所述中央存储单元被配置为接收来自包括所述船舶导航系统的多个船舶的扫描数据。

示例42：根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统，其还包括包括提供所述周围环境的图像的照片成像模块，对所述图像进行处理并将其与所述扫描数据进行比较以验证所述扫描的对象。

示例43：一种船舶，其包括根据前述示例中任一项所述的船舶导航系统。

示例44：根据示例43所述的船舶，其中所述船舶是商用船舶、休闲船舶或自主船舶。

示例45：一种船舶导航方法，其包括：

- 确定船舶的位置，

- 显示航海图信息和所述船舶在所述航海图上的所述位置，

- 通过布置在所述船舶上的短程距离传感器模块来提供所述船舶的周围环境的扫描数据，

- 处理所述扫描数据以提供所述周围环境的扫描视图，

- 在所述显示器上呈现所述航海图和所述扫描数据的增强视图，以及

- 在所述增强视图中指示所述扫描数据中与所述航海图信息不匹配的部分。

示例46：根据示例45所述的船舶导航方法，其还包括-将所述扫描数据的所述扫描视图与所述航海图信息进行比较，以及-识别所述扫描数据中与所述航海图信息不同的部分，以便提供包括所述扫描视图在内的所述航海图信息的所述增强视图。

示例47：根据示例45和/或46所述的船舶导航方法，其还包括将所述扫描视图作为所述航海图信息的图形铺覆呈现在所述显示器上。

示例48：根据示例47所述的船舶导航方法，其还包括向操作员在所述图形铺覆上提供有关所述扫描视图和所述航海图信息之间的差异的信息。

示例49：根据示例45至48中任一项所述的船舶导航方法，其还包括持续处理所述扫描数据并将其与所述航海图信息进行比较以持续更新所述增强视图。

示例50：根据示例45至49中任一项所述的船舶导航方法，其还包括持续地将所述扫描数据与所述航海图信息进行比较，以确定所述扫描数据何时持续地不同于所述航海图信息。

示例51：根据示例45至50中任一项所述的船舶导航方法，其还包括验证所述扫描数据和所述航海图信息之间的持续差异，并且基于所验证的差异，相应地更新所述增强视图，使得所述操作员可看到所述差异。

示例52：根据示例45至51中任一项所述的船舶导航方法，其还包括包括确定由所述扫描数据提供的对象。

示例53：根据示例52所述的船舶导航方法，其中通过分割方法来执行对象的确定。

示例54：根据示例45至53中任一项所述的船舶导航方法，其还包括

- 提供具有已知对象和/或扫描数据点的分类的对象数据库，

- 将所述扫描数据与所述对象数据库进行比较以确定与所述扫描数据基本上相似的对象。

示例55：根据示例45至54中任一项所述的船舶导航方法，其还包括

- 将所述扫描数据划分为分割的对象，以及

- 在所述显示器上以不同的图形形式呈现所述分割的对象。

示例56：根据示例45至55中任一项所述的船舶导航方法，其还包括根据船舶位置和取向随着时间的推移收集扫描数据，并且将平均扫描视图呈现作为所述航海图的铺覆。

示例57：根据示例45至56中任一项所述的船舶导航方法，其还包括将随着时间的推移所收集的扫描数据与所述航海图信息进行比较，以识别所述扫描数据中与所述航海图信息持续不同的所述部分。

示例58：根据示例45至57中任一项所述的船舶导航方法，其还包括基于实时扫描数据通过逐步重新绘制所述增强视图来在所述增强视图中更新所扫描的静止对象。

示例59：根据示例45至58中任一项所述的船舶导航方法，其还包括区分所述扫描数据、所述航海图和所述增强视图，或者在所述显示器上将它们融合在一起。

示例60：根据示例45至59中任一项所述的船舶导航方法，其还包括

- 提供激光雷达点云数据集作为3D扫描，以及

- 处理所述3D扫描以将其呈现在2D视图中，所述2D视图优选地是所述扫描视图。

示例61：根据示例45至59中任一项所述的船舶导航方法，其还包括

- 提供激光雷达扫描数据作为原始激光雷达数据，以及

- 将所述原始激光雷达数据转换为具有概率和/或类值的2D网格地图，所述2D网格地图是所述扫描视图。

本文中所使用的术语仅出于描述特定方面的目的，并不旨在限制本公开。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在还包括复数形式。如本文中所使用，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一者或多者的任何和所有组合。还应理解，术语“包括”和/或“包含”当在本文中使用时指明存在陈述的特征、整数、动作、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、动作、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。

应理解，虽然术语第一、第二等在本文中可以用来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

本文中可使用诸如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”的相对术语来描述一个元件与另一个元件的关系，如图中所示。应理解，除了图中所描绘的取向之外，这些术语和上文讨论的那些术语还旨在涵盖不同的装置取向。将理解，当元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，所述元件可直接连接或直接联接到另一个元件，或者可存在中间元件。相比之下，在元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件时，不存在中间元件。

除非另有定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的一般技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应理解，除非本文有明确定义，否则本文中所使用的术语应被解释为含义与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致，而不应以理想化或过于形式化的意义来解释。

应理解，本公开不限于上述和附图中所示的各方面；而是，本领域技术人员将认识到可以在本公开和所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。在附图和说明书中，仅出于说明的目的而不是出于限制目的已经公开了各方面，本公开的范围在所附权利要求中进行阐述。

Claims (20)

1.一种用于船舶(1)的船舶导航系统(100)，其包括：

- 定位单元(2)，其被配置为检测所述船舶的位置，

- 航海图数据库(3)，

- 显示器(4)，其被配置为显示航海图信息和所述船舶在所述航海图上的位置的视图，

- 布置在所述船舶(1)上的短程距离传感器模块(5)，所述短程距离传感器模块被配置为提供所述船舶的周围环境(7)的扫描数据，

- 控制单元(8)，其与所述短程距离传感器模块(5)、所述定位单元(2)、所述航海图数据库(3)和所述显示器(4)可操作地连接，所述控制单元(8)被配置为处理所述扫描数据以提供所述周围环境的扫描视图，

其中所述控制单元(8)被配置为在所述显示器(4)上呈现所述航海图和所述扫描数据的增强视图，并且

其中所述控制单元(8)被配置为在所述增强视图中指示所述扫描数据中与所述航海图信息不匹配的部分。

2.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述扫描视图作为所述航海图信息的图形铺覆呈现在所述显示器(4)上。

3.根据权利要求2所述的船舶导航系统(100)，其中所述图形铺覆向操作员或船长提供有关所述扫描视图和所述航海图信息之间的差异的信息。

4.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述扫描数据存储在存储单元(15)中。

5.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述控制单元(8)被配置为确定由所述扫描数据提供的对象(50)。

6.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其还包括具有已知对象和/或扫描数据点的分类的对象数据库，所述控制单元(8)被配置为将所述扫描数据与所述对象数据库进行比较以确定与所述扫描数据基本上相似的对象。

7.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述控制单元(8)被配置为将所述扫描数据划分为分割的对象，所述控制单元被配置为在所述显示器(4)上以不同的图形形式呈现所述分割的对象。

8.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中通过重新绘制所述铺覆或者添加其他几何指示和/或颜色来校正所述增强视图。

9.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述系统根据所述船舶的位置和取向随着时间的推移收集扫描数据，并且将平均扫描视图呈现为所述航海图的铺覆。

10.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述系统将随着时间的推移所收集的扫描数据与所述航海图信息进行比较，以识别所述扫描数据中与所述航海图信息持续不同的所述部分。

11.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中基于实时扫描数据通过逐步重新绘制所述增强视图来在所述增强视图中更新所扫描的静止对象。

12.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述控制单元被配置为区分所述扫描数据、所述航海图和所述增强视图，或者在所述显示器上将它们融合在一起。

13.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述短程距离传感器模块(5)包括一个或多个激光雷达传感器(6)和/或一个或多个短程雷达(6)。

14.根据权利要求1所述的船舶导航系统(100)，其中所述短程距离传感器模块(5)包括一个或多个激光雷达传感器(6)，所述激光雷达传感器提供激光雷达扫描数据。

15.根据权利要求14所述的船舶导航系统(100)，其中所述激光雷达扫描数据是原始激光雷达数据，所述控制单元(8)被配置为将所述原始激光雷达数据转换为具有概率和/或类值的2D网格地图，所述2D网格地图是所述扫描视图。

16.一种船舶(1)，其包括根据权利要求1至15中任一项所述的船舶导航系统(100)。

17.一种船舶导航方法，其包括：

- 确定船舶(1)的位置，

- 显示航海图信息和所述船舶在航海图上的位置，

- 通过布置在所述船舶上的短程距离传感器模块(5)来提供所述船舶(1)的周围环境(7)的扫描数据，

- 处理所述扫描数据以提供所述周围环境(7)的扫描视图，

- 在显示器(4)上呈现所述航海图和所述扫描数据的增强视图，以及

- 在增强视图中指示所述扫描数据中与所述航海图信息不匹配的部分。

18.根据权利要求17所述的船舶导航方法，其还包括：

- 将所述扫描数据的所述扫描视图与所述航海图信息进行比较，以及

- 识别所述扫描数据中与所述航海图信息不同的部分，以便

提供包括所述扫描视图在内的所述航海图信息的所述增强视图。

19.根据权利要求17和/或18所述的船舶导航方法，其还包括将所述扫描视图作为所述航海图信息的图形铺覆呈现在所述显示器上。

20.根据权利要求19所述的船舶导航方法，其还包括向操作员在所述图形铺覆上提供有关所述扫描视图和所述航海图信息之间的差异的信息。