CN104010167A - 一种实时ais数据虚拟船舶视频化显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法，包括如下步骤：步骤一：利用GPS定位系统,准确定位电子航道图的船舶显示区域,使与视频监控的区域一致；步骤二：调整电子航道图中模拟船舶尺寸和模拟船舶之间相对位置尺寸的显示比例，使模拟船舶与视频监控中船舶的显示比例一致；步骤三：基于本次接收到的AIS信号提供的参数，对船舶在收到下一次AIS信号前的船舶航行轨迹进行预测并在电子航道图中模拟显示，使电子航道图中显示的模拟船舶位置与视频监控中的实际船舶位置实时一致。本发明对航道船舶的AIS数据进行虚拟船舶视频化显示及预测虚拟船舶位置，实现电子航道图中显示的AIS虚拟船舶与视频监控船舶图像的准确对应。

Description

一种实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法

技术领域

本发明涉及一种，特别涉及一种实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法。

背景技术

目前，近年来航运业飞速发展，水上交通日益繁忙，确保水上交通安全尤为重要，这直接关系到社会稳定和人民群众的生命财产安全。随着科技的进步，各种船舶安全监管技术也在不断更新发展。目前水上交通管理部门广泛使用船舶监控手段包括AIS船舶自动识别系统、视频监控系统等。

AIS船舶自动识别系统(Automatic Identification System)由岸基基站设备和船载设备共同构成，是一种集网络技术、现代通信技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统。配合全球定位系统(GPS)将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态信息和船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近水域所有船舶的动静态资讯，可与通航船舶立刻互相通话协调。对船舶安全采取必要避让行动。AIS的主要功能包括：第一、船舶避碰。安装AIS船载设备的船舶航行时能互相自动识别并进行信息交流。第二、船位监控。通过架设在航道两岸的AIS基站设备，能够将船舶航行的静态和动态信息传输到监控中心，结合内置电子航道图的监控软件平台，能够使管理者全面了解船舶航行状况。

视频监控系统由架设在码头、航道等重点区域的图像采集设备及信号传输网络构成，能够对船舶航行状况进行实时图像监控，监控效果比较直观。

AIS系统及视频监控系统在内河航道船舶监控方面都有独特的监控效果，两者互为补充，通过视频监控系统往往只知道某个位置有条船，但不知道这条船的其它信息；而在电子航道图中显示船舶的信息比较丰富，但却无法了解船舶的真实图像及直观的航行状况。用户在使用过程中，通常需要借助这两个系统同时掌握某条船舶的航行数据及实时动态，这时就需要在两个系统中准确找到这条船舶，由于这两个系统的技术原理不同，所呈现的监控画面差别比较大，往往不能准确地将两个系统监控画面中的船舶进行准确对应，造成了使用的不便。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法，包括如下步骤：

步骤一：利用GPS定位系统,准确定位电子航道图的船舶显示区域,使与视频监控的区域一致；

步骤二：调整电子航道图中模拟船舶尺寸和模拟船舶之间相对位置尺寸的显示比例，使模拟船舶与视频监控中船舶的显示比例一致；

步骤三：基于本次接收到的AIS信号提供的参数，对船舶在收到下一次AIS信号前的船舶航行轨迹进行预测并在电子航道图中模拟显示，使电子航道图中显示的模拟船舶位置与视频监控中的实际船舶位置实时一致。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述步骤一的具体步骤为：调整电子航道图显示区域比例，使其四个顶角位置的经纬度与航道摄像头所拍摄视频图片中四个顶角位置的经纬度保持一致。

所述步骤二的具体步骤为：虚拟摄像头，基于摄像成像原理，通过修改电子航道图的参数设置，使电子航道图的模拟船舶显示画面仿真摄像头的摄像：缩小远离虚拟摄像头的模拟船舶之间的左右相对距离及模拟船舶尺寸；扩大靠近虚拟摄像头的模拟船舶之间的左右相对距离及模拟船舶尺寸，同时缩小模拟船舶的前后相对距离，使电子航道图显示的模拟船舶图像与航道摄像头所拍摄视频的船舶图像相一致。

所述步骤三中对船舶在收到下一次AIS信号前的船舶航行轨迹进行预测的具体方法为：基于船舶航行速度与航行时间计算出航行距离，再根据船舶的航向和经纬度，预测出船舶在未来时间点的位置，其中船舶速度、航向、经纬度、上一次发送报文的时间信息可以在上一次的AIS信号中获取，航行时间即当前时间与上一次发送报文时间的差值。

本发明具有的优点和积极效果是：利用GPS定位系统将电子航道图船舶监控软件中的显示区域与视频监控画面的对应区域进行准确定位，通过调整电子航道图船舶监控软件中虚拟船舶的相对位置及船舶尺寸等比例关系，使其与视频监控图片中船舶的比例关系一致。由于AIS系统在传输船舶信息时的非连续性，使电子航道图船舶监控软件中虚拟船舶的位置显示与实际船舶存在偏差，为此设计了一套预测船舶航行轨迹的算法，进而实现良好的船舶对应效果。通过在航道船舶监控软件中设计加入AIS数据虚拟船舶视频化显示及虚拟船舶位置预测功能，实现电子航道图中显示的AIS虚拟船舶数据与视频监控船舶图像数据的准确对应，从而实现对航道船舶全面、直观的监控。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是AIS监控系统及视频监控系统的工作原理示意图；

图3是视频监控系统监控画面中船舶位置示意图；

图4是现有技术的电子航道图船舶监控画面中虚拟船舶位置示意图；

图5是本发明的电子航道图船舶监控画面中虚拟船舶位置示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1～图5，一种实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法，包括如下步骤：

步骤一：利用GPS定位系统,准确定位电子航道图的船舶显示区域,使与视频监控的区域一致；所述步骤一的具体步骤可为：调整电子航道图显示区域比例，使其四个顶角位置的经纬度与航道摄像头所拍摄视频图片中四个顶角位置的经纬度保持一致。

将视频监控图片中所拍摄的航道区域与电子航道图船舶监控软件中的相应位置根据GPS坐标进行对应。通过调整监控摄像头的拍摄角度及焦距，使其拍摄的视频监控图片的显示位置固定在所需要监控的航道区域，由于摄像头拍摄航道图片时无法自动获取经纬度位置，因而需要采用人工测量的方式确定视频监控图片四个顶角位置的GPS经纬度信息，多个角度及焦距的监控图片位置信息经一次性人工测定后，存入数据库中，以便重复使用。由于AIS基站监控的范围比较广，电子航道图船舶监控软件中显示的船舶数量比较多，因此在确定视频监控图片四个位置的经纬度后，需要调整电子航道图的缩放比例，使其显示区域四个顶角的GPS经纬度与视频监控图片四个顶角位置的经纬度值一致。

步骤二：调整电子航道图中模拟船舶尺寸和模拟船舶之间相对位置尺寸的显示比例，使模拟船舶与视频监控中船舶的显示比例一致；所述步骤二的具体步骤可为：虚拟摄像头，基于摄像成像原理，通过修改电子航道图的参数设置，使电子航道图的模拟船舶显示画面仿真摄像头的摄像：缩小远离虚拟摄像头的模拟船舶之间的左右相对距离及模拟船舶尺寸；扩大靠近虚拟摄像头的模拟船舶之间的左右相对距离及模拟船舶尺寸，同时缩小模拟船舶的前后相对距离，使电子航道图显示的模拟船舶图像与航道摄像头所拍摄视频的船舶图像相一致。

按照摄像头拍摄视频图片的特点，将电子航道图船舶监控软件中虚拟船舶的位置及船舶尺寸等比例关系进行对应调整。由于视频监控图片上部船舶距离摄像头较远，船舶尺寸及相互之间的距离会被压缩，视频图片由上到下，船舶距离摄像头越近，在图片中显示的尺寸和间距就会越大，如图2所示为摄像头拍摄的航道某一区域船舶的显示效果。而电子航道图船舶监控软件中的虚拟船舶(由于不了解船舶的具体形状，此时船舶统一用近似形状的图标代替)是根据AIS信号提供的位置信息所呈现的，所以明确知道船舶所处电子航道图中的具体经纬度位置(电子航道图也是根据实测航道经纬度位置描绘的)，显示效果如图3所示。比较图2和图3可以看出，尽管图2中船舶的形变比较大，但属于连续规律变化，通过人工测量视频监控图片中的船舶与实际船舶的尺寸及位置变化情况即可找出其中的变化比例关系。基于这种变化比例关系，调整图3中船舶的尺寸及位置，即将上部船舶之间的左右相对位置减小，虚拟船舶尺寸缩小，下部船舶之间的左右相对位置增大，虚拟船舶尺寸加大，同时将所有船舶的上下相对位置也进行压缩，如图4所示，此时可明显看出，图2与图4中的船舶位置可以很好的对应。

步骤三：基于本次接收到的AIS信号提供的参数，对船舶在收到下一次AIS信号前的船舶航行轨迹进行预测并在电子航道图中模拟显示，使电子航道图中显示的模拟船舶位置与视频监控中的实际船舶位置实时一致。所述步骤三中对船舶在收到下一次AIS信号前的船舶航行轨迹进行预测的具体方法可为：基于船舶航行速度与航行时间计算出航行距离，再根据船舶的航向和经纬度，预测出船舶在未来时间点的位置，其中船舶速度、航向、经纬度、上一次发送报文的时间信息可以在上一次的AIS信号中获取，航行时间即当前时间与上一次发送报文时间的差值。

由于船舶上AIS设备发送信号的频率随船舶运动的快慢变化，有时船舶已经航行了一段距离后，才发送一次AIS信号，此时在电子航道图船舶监控软件中虚拟船舶的位置与实际位置会存在偏差。而摄像头拍摄的图片则不受船速影响，因此会出现视频图片中船舶与电子航道图船舶监控软件中虚拟船舶位置和数目不一致的情况。为解决此问题，本发明在电子航道图船舶监控软件中设计了预测船舶航行轨迹的功能模块。在电子航道图船舶监控软件中设计了预测船舶航行轨迹的功能。其工作原理是基于船舶航行速度与航行时间计算出航行距离，再根据船舶的航向和经纬度，即可预测船舶在未来时间点的大概位置。其中船舶速度、航向、经纬度、上一次发送报文的时间等信息可以在这条船上一次的AIS信号中获取，航行时间即当前时间与上一次发送报文时间的差值。

本发明的工作原理：

如图1所示，AIS及视频监控系统主要由架设在航道两侧的AIS基站、AIS船载设备、摄像头、信号传输网络及岸基监控软件构成。AIS船载设备在航行过程中不断向外发送AIS信号，包括船名、航速、航向、经纬度、日期时间等信息，岸基AIS基站在监控范围内能够收到所有AIS船载设备发送的AIS信号，并将其传输到监控中心。监控中心电子航道图船舶监控软件中虚拟船舶的位置即根据AIS信号中每条船舶的GPS经纬度信息显示，所以船舶之间显示的间距与实际船舶航行间距的比例一致。由于视频监控摄像头架设的位置总是靠近航道的一侧，摄像头的拍摄方向与水平面存在一定的倾斜角度，只能从航道船舶的侧面进行拍摄，这样在拍摄航道船舶图片时，船舶形状、位置的比例变化会比较大。

Claims (4)

1.一种实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法，包括如下步骤：

步骤一：利用GPS定位系统,准确定位电子航道图的船舶显示区域,使与视频监控的区域一致；

步骤二：调整电子航道图中模拟船舶尺寸和模拟船舶之间相对位置尺寸的显示比例，使模拟船舶与视频监控中船舶的显示比例一致；

步骤三：基于本次接收到的AIS信号提供的参数，对船舶在收到下一次AIS信号前的船舶航行轨迹进行预测并在电子航道图中模拟显示，使电子航道图中显示的模拟船舶位置与视频监控中的实际船舶位置实时一致。

2.根据权利要求1所述的实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法，其特征在于：所述步骤一的具体步骤为：调整电子航道图显示区域比例，使其四个顶角位置的经纬度与航道摄像头所拍摄视频图片中四个顶角位置的经纬度保持一致。

3.根据权利要求1所述的实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法，其特征在于：所述步骤二的具体步骤为：虚拟摄像头，基于摄像成像原理，通过修改电子航道图的参数设置，使电子航道图的模拟船舶显示画面仿真摄像头的摄像：缩小远离虚拟摄像头的模拟船舶之间的左右相对距离及模拟船舶尺寸；扩大靠近虚拟摄像头的模拟船舶之间的左右相对距离及模拟船舶尺寸，同时缩小模拟船舶的前后相对距离，使电子航道图显示的模拟船舶图像与航道摄像头所拍摄视频的船舶图像相一致。

4.根据权利要求1所述的实时AIS数据虚拟船舶视频化显示方法，其特征在于：所述步骤三中对船舶在收到下一次AIS信号前的船舶航行轨迹进行预测的具体方法为：基于船舶航行速度与航行时间计算出航行距离，再根据船舶的航向和经纬度，预测出船舶在未来时间点的位置，其中船舶速度、航向、经纬度、上一次发送报文的时间信息可以在上一次的AIS信号中获取，航行时间即当前时间与上一次发送报文时间的差值。