一種實時ais數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法，包括如下步驟：步驟一：利用GPS定位系統(tǒng),準確定位電子航道圖的船舶顯示區(qū)域,使與視頻監(jiān)控的區(qū)域一致；步驟二：調(diào)整電子航道圖中模擬船舶尺寸和模擬船舶之間相對位置尺寸的顯示比例，使模擬船舶與視頻監(jiān)控中船舶的顯示比例一致；步驟三：基于本次接收到的AIS信號提供的參數(shù)，對船舶在收到下一次AIS信號前的船舶航行軌跡進行預(yù)測并在電子航道圖中模擬顯示，使電子航道圖中顯示的模擬船舶位置與視頻監(jiān)控中的實際船舶位置實時一致。本發(fā)明對航道船舶的AIS數(shù)據(jù)進行虛擬船舶視頻化顯示及預(yù)測虛擬船舶位置，實現(xiàn)電子航道圖中顯示的AIS虛擬船舶與視頻監(jiān)控船舶圖像的準確對應(yīng)。
【專利說明】一種實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種，特別涉及一種實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，近年來航運業(yè)飛速發(fā)展，水上交通日益繁忙，確保水上交通安全尤為重要，這直接關(guān)系到社會穩(wěn)定和人民群眾的生命財產(chǎn)安全。隨著科技的進步，各種船舶安全監(jiān)管技術(shù)也在不斷更新發(fā)展。目前水上交通管理部門廣泛使用船舶監(jiān)控手段包括AIS船舶自動識別系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。
[0003]AIS船舶自動識別系統(tǒng)(AutomaticIdentificationSystem)由岸基基站設(shè)備和船載設(shè)備共同構(gòu)成，是一種集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)。配合全球定位系統(tǒng)(GPS)將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動態(tài)信息和船名、呼號、吃水及危險貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻(VHF)頻道向附近水域船舶及岸臺廣播，使鄰近船舶及岸臺能及時掌握附近水域所有船舶的動靜態(tài)資訊，可與通航船舶立刻互相通話協(xié)調(diào)。對船舶安全采取必要避讓行動。AIS的主要功能包括:第一、船舶避碰。安裝AIS船載設(shè)備的船舶航行時能互相自動識別并進行信息交流。第二、船位監(jiān)控。通過架設(shè)在航道兩岸的AIS基站設(shè)備，能夠?qū)⒋昂叫械撵o態(tài)和動態(tài)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，結(jié)合內(nèi)置電子航道圖的監(jiān)控軟件平臺，能夠使管理者全面了解船舶航行狀況。
[0004]視頻監(jiān)控系統(tǒng)由架設(shè)在碼頭、航道等重點區(qū)域的圖像采集設(shè)備及信號傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，能夠?qū)Υ昂叫袪顩r進行實時圖像監(jiān)控，監(jiān)控效果比較直觀。
[0005]AIS系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)河航道船舶監(jiān)控方面都有獨特的監(jiān)控效果，兩者互為補充，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)往往只知道某個位置有條船，但不知道這條船的其它信息；而在電子航道圖中顯示船舶的信息比較豐富，但卻無法了解船舶的真實圖像及直觀的航行狀況。用戶在使用過程中，通常需要借助這兩個系統(tǒng)同時掌握某條船舶的航行數(shù)據(jù)及實時動態(tài)，這時就需要在兩個系統(tǒng)中準確找到這條船舶，由于這兩個系統(tǒng)的技術(shù)原理不同，所呈現(xiàn)的監(jiān)控畫面差別比較大，往往不能準確地將兩個系統(tǒng)監(jiān)控畫面中的船舶進行準確對應(yīng)，造成了使用的不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視
頻化顯示方法。
[0007]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法，包括如下步驟:
[0008]步驟一:利用GPS定位系統(tǒng)，準確定位電子航道圖的船舶顯示區(qū)域，使與視頻監(jiān)控的區(qū)域一致；
[0009]步驟二:調(diào)整電子航道圖中模擬船舶尺寸和模擬船舶之間相對位置尺寸的顯示比例，使模擬船舶與視頻監(jiān)控中船舶的顯示比例一致；[0010]步驟三:基于本次接收到的AIS信號提供的參數(shù)，對船舶在收到下一次AIS信號前的船舶航行軌跡進行預(yù)測并在電子航道圖中模擬顯示，使電子航道圖中顯示的模擬船舶位置與視頻監(jiān)控中的實際船舶位置實時一致。
[0011]本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案:
[0012]所述步驟一的具體步驟為:調(diào)整電子航道圖顯示區(qū)域比例，使其四個頂角位置的經(jīng)緯度與航道攝像頭所拍攝視頻圖片中四個頂角位置的經(jīng)緯度保持一致。
[0013]所述步驟二的具體步驟為:虛擬攝像頭，基于攝像成像原理，通過修改電子航道圖的參數(shù)設(shè)置，使電子航道圖的模擬船舶顯示畫面仿真攝像頭的攝像:縮小遠離虛擬攝像頭的模擬船舶之間的左右相對距離及模擬船舶尺寸；擴大靠近虛擬攝像頭的模擬船舶之間的左右相對距離及模擬船舶尺寸，同時縮小模擬船舶的前后相對距離，使電子航道圖顯示的模擬船舶圖像與航道攝像頭所拍攝視頻的船舶圖像相一致。
[0014]所述步驟三中對船舶在收到下一次AIS信號前的船舶航行軌跡進行預(yù)測的具體方法為:基于船舶航行速度與航行時間計算出航行距離，再根據(jù)船舶的航向和經(jīng)緯度，預(yù)測出船舶在未來時間點的位置，其中船舶速度、航向、經(jīng)緯度、上一次發(fā)送報文的時間信息可以在上一次的AIS信號中獲取，航行時間即當前時間與上一次發(fā)送報文時間的差值。
[0015]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:利用GPS定位系統(tǒng)將電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中的顯示區(qū)域與視頻監(jiān)控畫面的對應(yīng)區(qū)域進行準確定位，通過調(diào)整電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中虛擬船舶的相對位置及船舶尺寸等比例關(guān)系，使其與視頻監(jiān)控圖片中船舶的比例關(guān)系一致。由于AIS系統(tǒng)在傳輸船舶信息時的非連續(xù)性，使電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中虛擬船舶的位置顯示與實際船舶存在偏差，為此設(shè)計了一套預(yù)測船舶航行軌跡的算法，進而實現(xiàn)良好的船舶對應(yīng)效果。通過在航道船舶監(jiān)控軟件中設(shè)計加入AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示及虛擬船舶位置預(yù)測功能，實現(xiàn)電子航道圖中顯示的AIS虛擬船舶數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控船舶圖像數(shù)據(jù)的準確對應(yīng)，從而實現(xiàn)對航道船舶全面、直觀的監(jiān)控。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的工作流程圖；
[0017]圖2是AIS監(jiān)控系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理示意圖；
[0018]圖3是視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控畫面中船舶位置示意圖；
[0019]圖4是現(xiàn)有技術(shù)的電子航道圖船舶監(jiān)控畫面中虛擬船舶位置示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明的電子航道圖船舶監(jiān)控畫面中虛擬船舶位置示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0022]請參見圖1?圖5，一種實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法，包括如下步驟:
[0023]步驟一:利用GPS定位系統(tǒng)，準確定位電子航道圖的船舶顯示區(qū)域，使與視頻監(jiān)控的區(qū)域一致；所述步驟一的具體步驟可為:調(diào)整電子航道圖顯示區(qū)域比例，使其四個頂角位置的經(jīng)緯度與航道攝像頭所拍攝視頻圖片中四個頂角位置的經(jīng)緯度保持一致。
[0024]將視頻監(jiān)控圖片中所拍攝的航道區(qū)域與電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中的相應(yīng)位置根據(jù)GPS坐標進行對應(yīng)。通過調(diào)整監(jiān)控攝像頭的拍攝角度及焦距，使其拍攝的視頻監(jiān)控圖片的顯示位置固定在所需要監(jiān)控的航道區(qū)域，由于攝像頭拍攝航道圖片時無法自動獲取經(jīng)緯度位置，因而需要采用人工測量的方式確定視頻監(jiān)控圖片四個頂角位置的GPS經(jīng)緯度信息，多個角度及焦距的監(jiān)控圖片位置信息經(jīng)一次性人工測定后，存入數(shù)據(jù)庫中，以便重復(fù)使用。由于AIS基站監(jiān)控的范圍比較廣，電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中顯示的船舶數(shù)量比較多，因此在確定視頻監(jiān)控圖片四個位置的經(jīng)緯度后，需要調(diào)整電子航道圖的縮放比例，使其顯示區(qū)域四個頂角的GPS經(jīng)緯度與視頻監(jiān)控圖片四個頂角位置的經(jīng)緯度值一致。
[0025]步驟二:調(diào)整電子航道圖中模擬船舶尺寸和模擬船舶之間相對位置尺寸的顯示比例，使模擬船舶與視頻監(jiān)控中船舶的顯示比例一致；所述步驟二的具體步驟可為:虛擬攝像頭，基于攝像成像原理，通過修改電子航道圖的參數(shù)設(shè)置，使電子航道圖的模擬船舶顯示畫面仿真攝像頭的攝像:縮小遠離虛擬攝像頭的模擬船舶之間的左右相對距離及模擬船舶尺寸；擴大靠近虛擬攝像頭的模擬船舶之間的左右相對距離及模擬船舶尺寸，同時縮小模擬船舶的前后相對距離，使電子航道圖顯示的模擬船舶圖像與航道攝像頭所拍攝視頻的船舶圖像相一致。
[0026]按照攝像頭拍攝視頻圖片的特點，將電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中虛擬船舶的位置及船舶尺寸等比例關(guān)系進行對應(yīng)調(diào)整。由于視頻監(jiān)控圖片上部船舶距離攝像頭較遠，船舶尺寸及相互之間的距離會被壓縮，視頻圖片由上到下，船舶距離攝像頭越近，在圖片中顯示的尺寸和間距就會越大，如圖2所示為攝像頭拍攝的航道某一區(qū)域船舶的顯示效果。而電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中的虛擬船舶(由于不了解船舶的具體形狀，此時船舶統(tǒng)一用近似形狀的圖標代替)是根據(jù)AIS信號提供的位置信息所呈現(xiàn)的，所以明確知道船舶所處電子航道圖中的具體經(jīng)緯度位置(電子航道圖也是根據(jù)實測航道經(jīng)緯度位置描繪的)，顯示效果如圖3所示。比較圖2和圖3可以看出，盡管圖2中船舶的形變比較大，但屬于連續(xù)規(guī)律變化，通過人工測量視頻監(jiān)控圖片中的船舶與實際船舶的尺寸及位置變化情況即可找出其中的變化比例關(guān)系?；谶@種變化比例關(guān)系，調(diào)整圖3中船舶的尺寸及位置，即將上部船舶之間的左右相對位置減小，虛擬船舶尺寸縮小，下部船舶之間的左右相對位置增大，虛擬船舶尺寸加大，同時將所有船舶的上下相對位置也進行壓縮，如圖4所示，此時可明顯看出，圖2與圖4中的船舶位置可以很好的對應(yīng)。
[0027]步驟三:基于本次接收到的AIS信號提供的參數(shù)，對船舶在收到下一次AIS信號前的船舶航行軌跡進行預(yù)測并在電子航道圖中模擬顯示，使電子航道圖中顯示的模擬船舶位置與視頻監(jiān)控中的實際船舶位置實時一致。所述步驟三中對船舶在收到下一次AIS信號前的船舶航行軌跡進行預(yù)測的具體方法可為:基于船舶航行速度與航行時間計算出航行距離，再根據(jù)船舶的航向和經(jīng)緯度，預(yù)測出船舶在未來時間點的位置，其中船舶速度、航向、經(jīng)緯度、上一次發(fā)送報文的時間信息可以在上一次的AIS信號中獲取，航行時間即當前時間與上一次發(fā)送報文時間的差值。
[0028]由于船舶上AIS設(shè)備發(fā)送信號的頻率隨船舶運動的快慢變化，有時船舶已經(jīng)航行了一段距離后，才發(fā)送一次AIS信號，此時在電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中虛擬船舶的位置與實際位置會存在偏差。而攝像頭拍攝的圖片則不受船速影響，因此會出現(xiàn)視頻圖片中船舶與電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中虛擬船舶位置和數(shù)目不一致的情況。為解決此問題，本發(fā)明在電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中設(shè)計了預(yù)測船舶航行軌跡的功能模塊。在電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中設(shè)計了預(yù)測船舶航行軌跡的功能。其工作原理是基于船舶航行速度與航行時間計算出航行距離，再根據(jù)船舶的航向和經(jīng)緯度，即可預(yù)測船舶在未來時間點的大概位置。其中船舶速度、航向、經(jīng)緯度、上一次發(fā)送報文的時間等信息可以在這條船上一次的AIS信號中獲取，航行時間即當前時間與上一次發(fā)送報文時間的差值。
[0029]本發(fā)明的工作原理:
[0030]如圖1所示，AIS及視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由架設(shè)在航道兩側(cè)的AIS基站、AIS船載設(shè)備、攝像頭、信號傳輸網(wǎng)絡(luò)及岸基監(jiān)控軟件構(gòu)成。AIS船載設(shè)備在航行過程中不斷向外發(fā)送AIS信號，包括船名、航速、航向、經(jīng)緯度、日期時間等信息，岸基AIS基站在監(jiān)控范圍內(nèi)能夠收到所有AIS船載設(shè)備發(fā)送的AIS信號，并將其傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心電子航道圖船舶監(jiān)控軟件中虛擬船舶的位置即根據(jù)AIS信號中每條船舶的GPS經(jīng)緯度信息顯示，所以船舶之間顯示的間距與實際船舶航行間距的比例一致。由于視頻監(jiān)控攝像頭架設(shè)的位置總是靠近航道的一側(cè)，攝像頭的拍攝方向與水平面存在一定的傾斜角度，只能從航道船舶的側(cè)面進行拍攝，這樣在拍攝航道船舶圖片時，船舶形狀、位置的比例變化會比較大。
【權(quán)利要求】
1.一種實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法，包括如下步驟: 步驟一:利用GPS定位系統(tǒng)，準確定位電子航道圖的船舶顯示區(qū)域，使與視頻監(jiān)控的區(qū)域一致； 步驟二:調(diào)整電子航道圖中模擬船舶尺寸和模擬船舶之間相對位置尺寸的顯示比例，使模擬船舶與視頻監(jiān)控中船舶的顯示比例一致； 步驟三:基于本次接收到的AIS信號提供的參數(shù)，對船舶在收到下一次AIS信號前的船舶航行軌跡進行預(yù)測并在電子航道圖中模擬顯示，使電子航道圖中顯示的模擬船舶位置與視頻監(jiān)控中的實際船舶位置實時一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法，其特征在于:所述步驟一的具體步驟為:調(diào)整電子航道圖顯示區(qū)域比例，使其四個頂角位置的經(jīng)緯度與航道攝像頭所拍攝視頻圖片中四個頂角位置的經(jīng)緯度保持一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法，其特征在于:所述步驟二的具體步驟為:虛擬攝像頭，基于攝像成像原理，通過修改電子航道圖的參數(shù)設(shè)置，使電子航道圖的模擬船舶顯示畫面仿真攝像頭的攝像:縮小遠離虛擬攝像頭的模擬船舶之間的左右相對距離及模擬船舶尺寸；擴大靠近虛擬攝像頭的模擬船舶之間的左右相對距離及模擬船舶尺寸，同時縮小模擬船舶的前后相對距離，使電子航道圖顯示的模擬船舶圖像與航道攝像頭所拍攝視頻的船舶圖像相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時AIS數(shù)據(jù)虛擬船舶視頻化顯示方法，其特征在于:所述步驟三中對船舶在收到下一次AIS信號前的船舶航行軌跡進行預(yù)測的具體方法為:基于船舶航行速度與航行時間計算出航行距離，再根據(jù)船舶的航向和經(jīng)緯度，預(yù)測出船舶在未來時間點的位置，其中船舶速度、航向、經(jīng)緯度、上一次發(fā)送報文的時間信息可以在上一次的AIS信號中獲取，航行時間即當前時間與上一次發(fā)送報文時間的差值。
【文檔編號】G08G3/00GK104010167SQ201410265059
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】劉新, 蘇淼, 馬殿光, 程樹軍, 李華國, 張相波, 張波 申請人:交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所, 天津水運工程勘察設(shè)計院, 天津七一二通信廣播有限公司