激光测距传感器在船舶停靠方面的应用

激光测距传感器，特别是基于激光测距原理（如飞行时间法ToF） 的传感器，在现代船舶停靠（或称靠泊）过程中扮演着至关重要的“智慧之眼”的角色。它极大地提升了靠泊操作的安全性、效率和自动化水平。

一、 核心应用场景

激光测距传感器在船舶停靠中的应用主要体现在以下几个方面：

1.靠泊速度与距离监测（Docking Aid System）

1.功能：这是最核心的应用。在船舶接近码头时，船长和引航员需要精确知道船体与码头之间的实时距离和接近速度。传统上依靠目视、喊话或雷达，精度和实时性有限。

2.应用方式：在码头的不同位置（如码头前端、中部、末端）安装多个激光测距传感器。这些传感器持续地向船体（通常是船舷或特定反射板）发射激光束并接收回波，从而精确计算出船体上多个点到码头的绝对距离。通过连续测量，系统可以计算出船舶相对于码头的接近速度（或叫闭合速度）。

3.优势：提供厘米级的高精度数据，不受天气（轻微雨雾下仍可用）、光线明暗（昼夜均可工作）的严重影响，数据更新率高，能实时反映船舶动态。

2.船舶姿态监测

1.功能：大型船舶，尤其是集装箱船和液化天然气（LNG）船，在靠泊时必须保持与码头平行，以避免碰撞和确保装卸桥对齐。

2.应用方式：通过部署在码头不同位置的至少2-3个传感器，同时测量船首、船中、船尾与码头的距离。系统通过比较这些数据，可以计算出船舶的航向角（是平行接近还是有一定夹角） 和横倾状态。

3.优势：帮助引航员和船长及时调整舵机和推进器，确保船舶以最佳姿态平稳、安全地靠上码头。

3.自动化靠泊与智能系泊

1.功能：对于高度自动化的港口（如无人化或少人化码头），激光测距传感器是实现全自动靠泊系统的关键传感器之一。

2.应用方式：激光传感器提供的实时、高精度的距离和速度信号，被直接传输给船舶的动力定位系统（DP）或自动控制系统，以及码头的智能系泊机器人（如自动带缆桩）。系统根据这些数据自动控制侧推器、舵机和主机，实现精准的靠泊操作。

3.优势：减少人为操作失误，提高作业效率，保障人员安全，是实现“智慧港口”不可或缺的一环。

4.泊位占用监测与防撞保护

1.功能：监测泊位是否被占用，或在船舶停稳后，持续监控其位置是否有异常移动（如由于缆绳断裂、水流或风浪导致船舶漂离码头）。

2.应用方式：传感器持续监控泊位区域。一旦检测到有物体（船舶）进入预定区域，即可判断泊位被占用。停泊后，如果监测到距离突然增大，系统会发出警报，提醒工作人员注意。

3.优势：防止船舶与码头发生碰撞事故，保障停泊期间的安全。

二、 相比传统技术的优势

三、 系统组成与部署

一个典型的激光靠泊辅助系统包括：

传感器单元：通常安装在码头的灯柱、专用支架或建筑物上，需要经过精确校准，确定其测量基准点和方向。

数据处理单元：接收来自多个传感器的原始数据，进行计算、滤波和融合，得出最终的距离、速度、角度等信息。

显示单元：将处理后的数据以数字和图形化的方式实时显示在码头控制室和船舶驾驶台的屏幕上。常见的显示界面是类似雷达环的样式，直观展示船舶与码头的相对位置和运动趋势。

报警单元：当距离过近或接近速度过快时，系统会触发声光报警，提醒操作人员采取行动。

四、 挑战与注意事项

环境影响：大雨、浓雾、浓烟等极端天气会严重衰减激光信号，影响测量甚至导致失效。因此，它通常作为综合感知系统的一部分，与其他传感器（如雷达、全球卫星导航系统GNSS）互补使用。

安装与校准：传感器的安装位置和角度必须经过精密设计和校准，以确保测量基准的准确性。

目标表面：激光测距依赖于良好的反射。如果船体油漆过暗或表面极度不平，可能会影响测量效果。一些系统会要求在船上安装专用的反射板（Retroreflector） 来增强回波信号。

总结

激光测距传感器通过提供高精度、高频率、可直接用于自动控制的实时数据，彻底改变了船舶靠泊这一高风险操作的模式。它从一种辅助工具，逐渐发展成为安全靠泊的标准配置和自动化港口的核心基础设施，显著降低了事故发生率，提高了港口运营效率，是航海技术迈向智能化的重要体现。