一种基于旋筒帆的船用助航系统及方法与流程

本发明涉及旋筒帆助航，尤其涉及一种基于旋筒帆的船用助航系统及方法。

背景技术：

1、旋筒帆助航技术是一种利用旋转的圆柱形帆来推动船只前进的技术。它与传统的帆船相比具有更高的效率和更好的操控性能，因此在航海领域具有广阔的应用前景；与传统燃油推进系统相比，旋筒帆助航技术还可以减少对化石燃料的依赖，降低碳排放，实现更环保的航运。

2、中国专利公开号：cn115027652a公开了一种基于旋筒风帆的风帆推进装置及船舶，用于船舶，基于旋筒风帆的风帆推进装置包括：支撑组件设置于所述船舶；升降旋转组件设置于所述支撑组件的顶部；旋筒风帆设置于所述升降旋转组件，所述旋筒风帆通过所述升降旋转组件的带动，以实现升降和旋转。该基于旋筒风帆的风帆推进装置通过升降杆的升降和旋转，进而带动旋筒风帆进行升降和旋转，实现了在风向、风力合适，满足风力助航的条件时的风力助航；在风向、风力不合适，不满足风力助航的条件时，旋筒风帆可以自动伸缩进船体的内部；由此可见，所述基于旋筒风帆的风帆推进装置及船舶存在以下问题：没有考虑在周围环境对船只航行产生反向影响时，如何使用旋筒帆减小环境对航行负面影响。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于旋筒帆的船用助航系统及方法，用以克服现有技术中没有考虑在周围环境对船只航行产生反向影响时，如何使用旋筒帆减小环境对航行负面影响的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于旋筒帆的船用助航系统，包括：

3、定位导航模块，其用以确定船只航行目的地与当前的预期航向，并确定船只的预期航行信息；

4、信息检测模块，其与所述定位导航模块相连，用以周期性检测所述船只在当前航行状态下的实际航行信息，以及检测所述船只在当前航行状态下的环境信息；

5、检测分析模块，其分别与所述定位导航模块和所述环境检测模块相连，用以根据所述预期航行信息和所述实际航行信息确定所述船只的航行准确度，根据所述环境信息确定船只航行环境对船只的环境影响度；

6、助航调整模块，其与所述检测分析模块相连，用以根据航行准确度确定对船只航行使用的助航方式，并确定各助航方式下船只的旋筒帆的工作状态；

7、助航模块，其分别与所述助航调整模块和所述信息检测模块相连，用以根据助航调整模块确定的助航方式调整旋筒帆的工作状态，并根据所述实际航行信息和所述环境信息确定旋筒帆的旋转速度。

8、进一步地，所述信息检测模块包括：

9、船只检测单元，其用以检测所述船只在当前航行状态下的所述实际航行信息，实际航行信息包括实际航向与实际航行速度；

10、环境确定单元，其与所述船只检测单元相连，用以检测所述船只在当前航行状态下的所述环境信息，环境信息包括风向信息和水流信息。

11、进一步地，所述检测分析模块根据所述预期航行信息和所述实际航行信息确定所述船只在当前航行状态下的航行准确度；

12、航行准确度根据下式确定：

13、

14、其中，σ为航行准确度，v1为实际航行速度，v0为预期航行速度，θ1为实际航向与航行目的地所成夹角，θ0为预期航向与航行目的地所成夹角。

15、进一步地，所述检测分析模块根据所述环境信息确定环境影响度；

16、所述环境影响度包括风向影响度和水流影响度，检测分析模块根据所述风向信息和所述船只的自身参数确定风向影响度，以及根据所述水流信息与所述预期航行信息确定水流影响度。

17、进一步地，所述助航调整模块根据所述航行准确度确定所述助航模块使用的助航方式；

18、若所述航行准确度不在航行允许范围，则所述助航调整模块确定助航方式为纠正航行方式；

19、若所述航行准确度在航行允许范围，则所述助航调整模块确定助航方式为高效航行方式；

20、所述纠正航行方式调整旋筒帆的转动方式，所述高效航行方式调整旋筒帆的转动速度。

21、进一步地，所述助航调整模块根据所述风向影响度和水流影响度确定所述助航模块在所述纠正航行方式的工作方式；

22、若风向影响和水流影响均为负面影响，则所述助航调整模块将所述旋筒帆进行逆风向旋转，减缓风向因素对船只航行带来的负面影响；

23、若风向影响和水流影响其中一个为负面影响，则所述助航调整模块将所述旋筒帆进行固定。

24、进一步地，所述助航调整模块根据所述风向影响度和水流影响度确定所述助航模块在所述高效航行方式的工作方式；

25、若实际航行速度在允许范围内，则所述助航调整模块不对所述旋筒帆的转动进行控制；

26、若实际航行速度超过最大允许速度，则所述助航调整模块减小所述旋筒帆的转动速度。

27、进一步地，所述旋筒帆进行逆风向旋转时的旋转速度根据所述风向信息和所述水流信息确定。

28、另一方面，本发明还提供一种方法，包括：

29、确定船只航行目的地与当前的预期航向，并确定船只的预期航行信息；

30、周期性检测所述船只在当前航行状态下的实际航行信息，以及检测所述船只在当前航行状态下的环境信息；

31、根据检测结果确定所述船只的航行准确度、风向影响度以及水流影响度；

32、根据所述航行准确度确定所述助航模块使用的助航方式；

33、根据确定的助航方式确定旋筒帆的工作方式；

34、其中，所述助航方式包括纠正航行方式和高效航行方式，纠正航行方式调整旋筒帆的转动方式，高效航行方式调整旋筒帆的转动速度。

35、进一步地，在所述助航方式为纠正航行方式时，根据所述航行准确度确定检测周期的减小量，提高检测频率。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，位导航模块确定船只的目的地和预期航向，信息检测模块确定船只的实际航行信息和环境信息，检测分析模块根据预期航行信息和实际航行信息确定船只的航行准确度，根据环境信息确定环境对船只的影响度，助航调整模块根据航行准确度确定使用的助航方式，并确定旋筒帆的工作状态，助航模块调整旋筒帆的工作状态和旋转速度；本发明通过考虑风向因素和水流因素对船只形式的影响，使用对应的助航方式，提高了系统的适用范围，并且减小了船只的航行压力。

37、进一步地，在本发明基于旋筒帆的船用助航系统中，通过对风向和水流等环境信息的检测和分析，可以更准确地确定环境对船只航行的影响程度，提高了预测的准确性；根据船只自身参数和预期航行信息来确定环境影响度，能够更贴合具体船只的情况，提供个性化的环境影响评估；通过准确评估风向和水流对船只航行的影响，有助于更准确的提高航行的安全性。

38、进一步地，在本发明基于旋筒帆的船用助航系统中，根据实际航行速度与预期航行速度的比值来调整助航方式，以应对不同的环境影响，当航行准确度不在允许范围内时，系统可以通过纠正航行方式来调整船只的航行路线，以保证船只的安全和目的地的准确到达，而当航行准确度在允许范围内时，系统可以通过高效航行方式来优化船只的航行路线，以提高船只的效率和节约能源。

39、进一步地，在本发明基于旋筒帆的船用助航系统中，系统能够根据实际情况灵活调整旋筒帆的工作方式，以适应不同的环境影响和航行需求，为船只提供更好的航行保障；通过根据环境影响调整旋筒帆的工作方式，系统有助于减轻环境对船只航行的不利影响，提高航行的安全性和航行效率。

40、进一步地，在本发明基于旋筒帆的船用助航系统中，在实际航行速度过快的情况下，通过减小旋筒帆的转动速度，系统有助于减缓船只的航行速度，避免航行速度过快导致操控困难和安全隐患，在保证了船只航行速度的同时提高了航行的安全性。