船舶實時跟蹤監(jiān)控方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及跟蹤監(jiān)控方法，尤其涉及利用AIS信息的云臺攝像機的船舶實時跟蹤 監(jiān)控方法。
【背景技術】
[0002] 為了保障航道內船舶安全通行，需要對水域內的船舶進行跟蹤和監(jiān)測，主動避免 安全事故發(fā)生。目前，一般可采用人工控制攝像機云臺的方法，來跟蹤所需檢測的船舶，這 種方法對值守人員的注意力，特別對異常情況的反應能力要求很高，一般監(jiān)控過程中發(fā)生 的失誤都是由注意力不集中造成的。另外可以采用視頻圖像運動檢測和跟蹤方法，這種方 法會受到各種場景光線以及天氣的影響，而且圖像采集后的處理算法復雜度高，處理時延 大，很難達到實時跟蹤控制的要求。除了上述兩種方法，還可以采用AIS信息輔助的視頻跟 蹤方法，但這種方法存在一些問題，無線傳輸AIS報文可能會丟失，AIS報文發(fā)送時間間隔 過長，導致船舶視頻監(jiān)控不能連續(xù)、準確和實時獲取船舶視頻圖像。為了避免AIS信息缺失 及延遲導致視頻監(jiān)控盲點，本發(fā)明提出了一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術之缺陷，提供一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法。
[0004] 為實現本發(fā)明的目的，所采用的船舶實時跟蹤監(jiān)控方法包括：
[0005] 船舶跟蹤系統(tǒng)中的船舶自動識別單元收集被跟蹤船舶發(fā)送的AIS報文，并將收集 的AIS報文解析后存儲到AIS數據庫；
[0006] 任選一條船舶進行監(jiān)測，并將數據庫中最新記錄的該船舶位置和速度信息作為初 始監(jiān)控值；
[0007] 根據初始監(jiān)控值，對所需跟蹤的目標船舶的AIS信息進行坐標位置變換和速度變 換，得到相關變換值；
[0008] 根據所述變換值，預測船舶下一時刻的航行坐標和船速，對預測值進行控制門限 的檢驗，以確定適應跟蹤拍攝目標船舶的跟蹤云臺攝像機；
[0009] 對跟蹤云臺攝像機進行控制參數的修正。
[0010] 進一步的，所述預測船舶下一時刻的航行坐標和船速的方法包括：
[0011] 用卡爾曼濾波算法建立船舶跟蹤系統(tǒng)的狀態(tài)方程、觀測方程和預測誤差協(xié)方差陣 方程；
[0012] 根據所述初始監(jiān)控值對狀態(tài)方程、觀測方程和協(xié)方差陣初始化；
[0013] 更新狀態(tài)值，計算當前時刻的狀態(tài)預測方程；
[0014] 船舶跟蹤系統(tǒng)根據當前時刻是否收到被跟蹤船舶的AIS報文分別進行預測誤差 協(xié)方差陣計算；若收到，根據預測誤差協(xié)方差陣方程計算協(xié)方差陣并計算對應的濾波增益 矩陣，然后計算狀態(tài)估計；若未收到，則利用前面統(tǒng)計獲得的誤差協(xié)方差陣進行加權平均， 獲得的預測誤差協(xié)方差陣，并計算對應的濾波增益矩陣；
[0015] 更新當前的誤差協(xié)方差陣，從該更新的誤差協(xié)方差陣中獲得目標船舶下一時刻的 航行坐標和船速值。
[0016] 更進一步的，所述船舶跟蹤系統(tǒng)在時間t內的系統(tǒng)連續(xù)狀態(tài)方程為：
【主權項】
1. 一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，包括 船舶跟蹤系統(tǒng)中的船舶自動識別單元收集被跟蹤船舶發(fā)送的AIS報文，并將收集的AIS報文解析后存儲到AIS數據庫； 任選一條船舶進行監(jiān)測，并將數據庫中最新記錄的該船舶位置和速度信息作為初始監(jiān) 控值； 根據初始監(jiān)控值，對所需跟蹤的目標船舶的AIS信息進行坐標位置變換和速度變換， 得到相關變換值； 根據所述變換值，預測船舶下一時刻的航行坐標和船速，對預測值進行控制門限的檢 驗，以確定適應跟蹤拍攝目標船舶的跟蹤云臺攝像機； 對跟蹤云臺攝像機進行控制參數的修正。
2. 根據權利要求1所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，所述預測船舶下 一時刻的航行坐標和船速的方法包括： 用卡爾曼濾波算法建立船舶跟蹤系統(tǒng)的狀態(tài)方程、觀測方程和預測誤差協(xié)方差陣方 程； 根據所述初始監(jiān)控值對狀態(tài)方程、觀測方程和協(xié)方差陣初始化； 更新狀態(tài)值，計算當前時刻的狀態(tài)預測方程； 船舶跟蹤系統(tǒng)根據當前時刻是否收到被跟蹤船舶的AIS報文分別進行預測誤差協(xié)方 差陣計算；若收到，根據預測誤差協(xié)方差陣方程計算協(xié)方差陣并計算對應的濾波增益矩陣， 然后計算狀態(tài)估計；若未收到，則利用前面統(tǒng)計獲得的誤差協(xié)方差陣進行加權平均，獲得的 預測誤差協(xié)方差陣，并計算對應的濾波增益矩陣； 更新當前的誤差協(xié)方差陣，從該更新的誤差協(xié)方差陣中獲得目標船舶下一時刻的航行 坐標和船速值。
3. 根據權利要求2所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，所述船舶跟蹤系 統(tǒng)在時間t內的系統(tǒng)連續(xù)狀態(tài)方程為
（1)， 其中：A為常數矩厗
N(t)為在時間t內的系統(tǒng)噪聲矩陣，
ax，ay為狀態(tài)方程的噪聲，影響船舶的運動狀態(tài)。
4. 根據權利要求2所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，所述系統(tǒng)連續(xù)狀 態(tài)方程在離散點時刻的系統(tǒng)狀態(tài)方程為：X(k+l) = 〇 (k+1，k)X(k)+G(k)N(k) (2)， 其中 k為時間t被時間間隔T分隔成若干時間離散點中的第k個離散點，且為當前時刻，k =1，2, 3…；
①（k+1,k)和G(k)為連續(xù)時間域到 離散時間域的變換矩陣。
5. 根據權利要求3所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，依據離散點時刻 的系統(tǒng)狀態(tài)方程，對應的觀測方程為：Z(k) =HX(k) +V(k) (3)，
其中：H為常數矩丨 V(k)為坐標及速度矩陣
vx，vy為待跟蹤船標中X、Y軸方向的速度分量；X(k)為離散點k時 刻的系統(tǒng)狀態(tài)方程。
6. 根據權利要求3所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，所述更新狀態(tài)值 是目標船舶由時間離散點k至k+1時段，根據預測值對航行坐標和船速值的更新，該時段的 狀態(tài)所述預測方程為 ，
7. 根據權利要求5所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，預測誤差協(xié)方差 陣方程為： P(k+l|k) = 〇 (k+l|k)P(k|k) 〇T(k+l|k)+G(k+l|k)Q(k)GT(k+l|k), 其中：系統(tǒng)噪聲Q(k) =E[N(k)N(k)]，E為求解數學期望，〇(k+l|k)為連續(xù)時間域到 離散時間域的變換矩陣、P(k|k)為預測誤差的協(xié)方差陣、(k+1 |k)為連續(xù)時間域到離散 時間域的變換矩陣轉置、G(k+1 |k)為連續(xù)時間域到離散時間域的變換矩陣、Q(k)為系統(tǒng)噪 聲、GT (k+1 |k)為連續(xù)時間域到離散時間域的變換矩陣轉置。
8. 根據權利要求6所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，所述濾波增益矩 陣計算是根據下述濾波增益矩陣方程進行的計算，該方程為： K(k+11k) =P(k+11k)Ht[HP(k+11k)HT+R(k+1) ] 其中，R(k+1)為觀測噪聲協(xié)方差陣，R(k+1) =E[V(k+l)V(k+l)]。
9. 根據權利要求7所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于：所述狀態(tài)估計是 依據由狀態(tài)預測方程、濾波增益矩陣方程和觀測方程所得到狀態(tài)估計方程進行的計算，該 狀態(tài)估計方程為：
10. 根據權利要求8所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于：所述更新當前的 誤差協(xié)方差陣為：P(k+l|k+l) = [I-K(k+l)H]P(k+l|k)。
11. 根據權利要求8所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于：所述利用前面統(tǒng) 計獲得的誤差協(xié)方差陣進行加權平均獲得的預測誤差協(xié)方差陣為： P(k+lk) =tP(kk) + (1-t)P(k-lk-1) 〇
12.根據權利要求1所述的一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法，其特征在于，所述船舶跟蹤系 統(tǒng)包括AIS報文采集模塊、信息處理模塊、云臺攝像機和監(jiān)控中心，所述AIS報文采集模塊 收集、存儲船舶的AIS信息，并將收集的相關船舶坐標、速度和焦距焦點的信息傳遞給信息 處理模塊；所述信息處理模塊對傳遞的所述信息進行隨時間點的變換和動態(tài)預測，并根據 動態(tài)預測結果對云臺攝像機進行選擇和控制，所述監(jiān)控中心對云臺攝像機拍攝的視頻圖像 進行記錄，對目標船舶進行圖像檢測，對航行軌跡異常的船舶發(fā)出警報。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種船舶實時跟蹤監(jiān)控方法。該方法包括：船舶自動識別單元收集被跟蹤船舶發(fā)送的AIS報文及相關信息，并將收集的信息存儲到船舶跟蹤系統(tǒng)的AIS數據庫；任選一條船舶進行監(jiān)測，并將數據庫中最新記錄的該船舶位置和速度信息，作為初始監(jiān)控值根據始監(jiān)控值，對所需跟蹤的目標船舶的AIS信息進行坐標位置變換、速度變換以及焦距換算，得到相關變換值；根據所述變換值，預測船舶下一時刻的航行坐標和船速，對預測值進行控制門限的檢驗，以確定跟蹤云臺攝像機；對跟蹤云臺攝像機進行控制參數進行修正。本發(fā)明具有系統(tǒng)信號處理復雜度低，準確度高的優(yōu)點，并大大提高了人員值守的工作效率。
【IPC分類】G08G3-00
【公開號】CN104809917
【申請?zhí)枴緾N201510127674
【發(fā)明人】徐晨, 孫強, 羅磊, 周暉
【申請人】南通大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月23日