CN107659614A - 一种多基站式水域监视控制系统及其监视控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水域监视领域，特别涉及一种多基站式水域监视控制系统及其监视控制方法。本发明包括多基站目标数据融合系统、电子海图系统、船舶管制系统、视频监控系统、视频中转服务系统、AIS基站、水域多元联合感知基站；多基站目标数据融合系统首先对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，再将一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，大大降低了海杂波造成的负面影响，提高了目标的探测精度。本发明的光电设备如果无法准确取证时，调用无人机进行现场抓拍取证，极大地增加了船舶管制的可靠性。

Description

一种多基站式水域监视控制系统及其监视控制方法
技术领域
本发明属于水域监视领域，特别涉及一种多基站式水域监视控制系统及其监视控制方法。
背景技术
在现代水域监视管理中，雷达系统、船舶自动识别系统(AIS)和光电等监控设备得到了广泛的应用，它们的相互结合所组成的基站式水域监测系统使得对目标船舶的监视变得更为有效。我国具有18000多公里的海岸线，300多万平方公里的海域。相比于单基站，多基站式监视更加适合于大面积的水域。雷达系统在对水面上的目标进行探测时，海杂波的干扰会导致结果出现一定的虚警率，会导致探测结果不准确。
现有技术中的多基站式水域监视控制系统在进行远距离水面监视时，光电设备会受到自身变焦能力的制约和大气湍流等负面影响，因此无法对警戒区内的船舶进行准确的跟踪、抓拍取证，而且目标的探测精度低，亟需改进。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种多基站式水域监视控制系统，本发明对各基站的雷达目标数据和AIS数据进行融合，探测目标的精度高，实现了对警戒区内的船舶进行准确的跟踪、抓拍取证。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：
一种多基站式水域监视控制系统包括多基站目标数据融合系统、电子海图系统、船舶管制系统、视频监控系统、视频中转服务系统、AIS基站、水域多元联合感知基站，其中，
AIS基站，用于采集AIS数据，并将所述AIS数据发送至多基站目标数据融合系统；
水域多元联合感知基站，其设置为多路，多路水域多元联合感知基站均用于采集雷达目标数据和光电数据，并将所述雷达目标数据发送至多基站目标数据融合系统，将光电数据发送至船舶管制系统和视频中转服务系统；
多基站目标数据融合系统，用于首先对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据；再将一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据；
电子海图系统，用于接收来自多基站目标数据融合系统的航迹目标数据，并将所述航迹目标数据转换成海图目标进行显示，电子海图系统与控制中心之间双向通信连接，电子海图系统的输出端连接船舶管制系统的输入端；
船舶管制系统，用于接收分别来自多基站目标数据融合系统、水域多元联合感知基站的航迹目标数据、光电数据，以及接收来自电子海图系统的目标跟踪和光电选配指令，并判断是否有船舶进入警戒区，船舶管制系统分别与电子海图系统、视频监控系统之间双向通信连接；
视频监控系统，用于向船舶管制系统发送光电控制指令，视频监控系统与控制中心之间双向通信连接；
视频中转服务系统，用于接收来自水域多元联合感知基站的光电数据，并将所述光电数据发送至视频监控系统。
优选的，所述多基站目标数据融合系统包括雷达数据融合模块和多源数据融合模块，其中，
雷达数据融合模块，用于接收来自多路水域多元联合感知基站的雷达目标数据，并对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，将一路雷达目标数据发送至多源数据融合模块；
多源数据融合模块，用于接收分别来自雷达数据融合模块、AIS基站的一路雷达目标数据、AIS数据，并对一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，多源数据融合模块分别将所述航迹目标数据发送至电子海图系统和船舶管制系统。
优选的，所述光电数据包括光电设备状态数据和光电视频数据。
进一步的，多路所述水域多元联合感知基站分别与雷达数据融合模块之间通过专网相连。
本发明还提供了一种多基站式水域监视控制系统的监视控制方法，包括以下步骤：
雷达数据融合模块接收来自多路水域多元联合感知基站的雷达目标数据，对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，将一路雷达目标数据发送至多源数据融合模块；
多源数据融合模块接收分别来自雷达数据融合模块、AIS基站的一路雷达目标数据、AIS数据，并对一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，多源数据融合模块分别将所述航迹目标数据发送至电子海图系统和船舶管制系统；
电子海图系统将航迹目标数据转换成海图目标进行显示；
船舶管制系统实时接收分别来自多源数据融合模块、水域多元联合感知基站的航迹目标数据、光电数据，判断是否有船舶进入警戒区，当有船舶进入警戒区时，船舶管制系统提示报警，并控制光电设备进行抓拍取证，光电设备如果无法准确取证，船舶管制系统调用无人机进行现场抓拍取证；船舶管制系统接收电子海图系统发送的目标跟踪和光电选配指令，选择空闲的光电设备跟踪船舶，船舶管制系统接收视频监控系统发送的光电控制指令来管理控制已选择进行跟踪船舶的光电设备；
视频中转服务系统实时接收多路水域多元联合感知基站的光电视频数据，并向视频监控系统转发该视频。
优选的，所述电子海图系统将航迹目标数据转换成海图目标进行显示的具体操作步骤包括：电子海图系统将航迹目标数据的经纬度转换成屏幕坐标，并保存屏幕坐标。
优选的，所述船舶管制系统通过使用垂线法判断船舶是否在警戒区的方法，从而判断是否有船舶进入警戒区。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明包括多基站目标数据融合系统、电子海图系统、船舶管制系统、视频监控系统、视频中转服务系统、AIS基站、水域多元联合感知基站；多基站目标数据融合系统首先对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，再将一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，大大降低了海杂波造成的负面影响，提高了目标的探测精度。
2)、本发明的光电设备如果无法准确取证时，调用无人机进行现场抓拍取证，极大地增加了船舶管制的可靠性。
3)、本发明根据各基站光电设备所处的状态，统一调配光电设备进行抓拍和取证，提高了光电设备的工作效率。
4)、所述船舶管制系统通过使用垂线法判断船舶是否在警戒区的方法，从而判断是否有船舶进入警戒区，此方法操作简单，探测精度高，极大地提高了本发明的探测精度。
附图说明
图1为本发明的水域监视控制系统的结构原理框图。
1—多基站目标数据融合系统 2—电子海图系统
3—船舶管制系统 4—视频监控系统
5—视频中转服务系统 6—AIS基站
7—水域多元联合感知基站 11—雷达数据融合模块
12—多源数据融合模块
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种多基站式水域监视控制系统包括多基站目标数据融合系统1、电子海图系统2、船舶管制系统3、视频监控系统4、视频中转服务系统5、AIS基站6、水域多元联合感知基站7，所述AIS基站6用于采集AIS数据，并将所述AIS数据发送至多基站目标数据融合系统1；所述水域多元联合感知基站7设置为多路，多路水域多元联合感知基站7均用于采集雷达目标数据和光电数据，并将所述雷达目标数据发送至多基站目标数据融合系统1，将光电数据发送至船舶管制系统3和视频中转服务系统5；多基站目标数据融合系统1用于首先对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据；再将一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据；电子海图系统2用于接收来自多基站目标数据融合系统1的航迹目标数据，并将所述航迹目标数据转换成海图目标进行显示，电子海图系统2与控制中心之间双向通信连接，电子海图系统2的输出端连接船舶管制系统3的输入端；船舶管制系统3用于接收分别来自多基站目标数据融合系统1、水域多元联合感知基站7的航迹目标数据、光电数据，以及接收来自电子海图系统2的目标跟踪和光电选配指令，并判断是否有船舶进入警戒区，船舶管制系统3分别与电子海图系统2、视频监控系统4之间双向通信连接；视频监控系统4用于向船舶管制系统3发送光电控制指令，视频监控系统4与控制中心之间双向通信连接；视频中转服务系统5用于接收来自水域多元联合感知基站7的光电数据，并将所述光电数据发送至视频监控系统4。
具体的，电子海图系统2是基于开源跨平台C++构架库wxWidgets开发完成，能够在Windows、Linux操作系统中稳定运行，所述电子海图系统2能够支持s57格式的电子海图并通过海图管理组件管理多类图层、物标、航迹。
船舶管制系统3是基于开源服务器框架ACE开发完成，主要实施报警、取证、设备调配等功能。
视频监控系统4是基于.net框架开发完成，用于各视频的监控显示、光电设备的人机交互。
AIS基站6设置于被监控海面区域的范围内，用于接收船舶发出的AIS信号，设置的站点数通常由被监控区域的范围大小而定。
多个水域多元联合感知基站7均由系统所需的各前端设备组成，例如，其包括雷达、AIS信号接收器、光电设备、安全监控摄像头、设备塔架、供电系统、制冷设备、感知基站服务器。
其中，所述多基站目标数据融合系统1、电子海图系统2、船舶管制系统3、视频监控系统4、视频中转服务系统5构成了多基站水域监视控制中心，所述多基站水域监视控制中心是整个水域监视控制系统的核心枢纽，处理各基站上传的数据，管理员可通过电子海图系统2向船舶管制系统3发送警戒区划分、目标跟踪、光电控制等指令；管理员可通过视频监控系统4向船舶管制系统3发送光电控制指令的方式来管控某个已选择的光电设备。
具体的，视频中转服务系统5实时地接收多路水域多元联合感知基站7的光电视频数据，并向视频监控系统4转发该视频。
所述电子海图系统2根据国家海事局公布的电子海图实时地向控制中心传输最新的地理海图，并显示出二次融合后的航迹目标数据。
所述多基站目标数据融合系统1包括雷达数据融合模块11和多源数据融合模块12，所述雷达数据融合模块11用于接收来自多路水域多元联合感知基站7的雷达目标数据，并对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，将一路雷达目标数据发送至多源数据融合模块12；多源数据融合模块12用于接收分别来自雷达数据融合模块11、AIS基站6的一路雷达目标数据、AIS数据，并对一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，多源数据融合模块12分别将所述航迹目标数据发送至电子海图系统2和船舶管制系统3。
所述光电数据包括光电设备状态数据和光电视频数据。
多路所述水域多元联合感知基站7分别与雷达数据融合模块11之间通过专网相连。
其中，专网是指在一些行业、部门或单位内部，为满足其进行组织管理、安全生产、调度指挥等需要所建设的通信网络。
本发明还提供了一种多基站式水域监视控制系统的监视控制方法，包括以下步骤：
雷达数据融合模块11接收来自多路水域多元联合感知基站7的雷达目标数据，对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，将一路雷达目标数据发送至多源数据融合模块12；
多源数据融合模块12接收分别来自雷达数据融合模块11、AIS基站6的一路雷达目标数据、AIS数据，并对一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，多源数据融合模块12分别将所述航迹目标数据发送至电子海图系统2和船舶管制系统3；
其中，各水域多元联合感知基站7在坐标系和时钟统一的基础下将雷达目标数据实时传送至雷达数据融合模块11，雷达数据融合模块11将各雷达目标数据按照经纬度、目标批号等属性融合成系统点迹即一路雷达目标数据，与AIS基站6发送的AIS数据进行二次融合，并通过估值推算形成航迹目标数据。
电子海图系统2将航迹目标数据转换成海图目标进行显示；
船舶管制系统3实时接收分别来自多源数据融合模块12、水域多元联合感知基站7的航迹目标数据、光电数据，判断是否有船舶进入警戒区，当有船舶进入警戒区时，船舶管制系统3提示报警，并控制光电设备进行抓拍取证，光电设备如果无法准确取证，船舶管制系统3调用最近基站的无人机进行现场抓拍取证；船舶管制系统3接收电子海图系统2发送的目标跟踪和光电选配指令，选择空闲的光电设备跟踪船舶，船舶管制系统3接收视频监控系统4发送的光电控制指令来管理控制已选择进行跟踪船舶的光电设备；
视频中转服务系统5实时接收多路水域多元联合感知基站7的光电视频数据，并向视频监控系统4转发该视频。
所述电子海图系统2将航迹目标数据转换成海图目标进行显示的具体操作步骤包括：电子海图系统2将航迹目标数据的经纬度转换成屏幕坐标，并保存屏幕坐标。
所述船舶管制系统3通过使用现有技术中的垂线法判断船舶是否在警戒区的方法，从而判断是否有船舶进入警戒区。
垂线法的基本思想是从光标点引垂线，计算与多边形的交点个数，若交点个数为奇数则说明该点在多边形内；若交点个数为偶数，则该点在多边形外。
如图1所示，本发明提供了一个实施例：一种多基站式水域监视控制系统包括多基站水域监视控制中心，多基站水域监视控制中心内设有多基站目标数据融合系统1、电子海图系统2、船舶管制系统3、视频监控系统4、视频中转服务系统5，这些子系统在控制中心的内部相连，相互作用。电子海图系统2根据国家海事局公布的电子海图实时地向控制中心传输最新的地理海图并显示出二次融合后的目标数据，管理员可通过电子海图系统2向船舶管制系统3发送警戒区划分、目标跟踪、光电控制等指令。

Claims (7)

1.一种多基站式水域监视控制系统，其特征在于：包括多基站目标数据融合系统(1)、电子海图系统(2)、船舶管制系统(3)、视频监控系统(4)、视频中转服务系统(5)、AIS基站(6)、水域多元联合感知基站(7)，其中，
AIS基站(6)，用于采集AIS数据，并将所述AIS数据发送至多基站目标数据融合系统(1)；
水域多元联合感知基站(7)，其设置为多路，多路水域多元联合感知基站(7)均用于采集雷达目标数据和光电数据，并将所述雷达目标数据发送至多基站目标数据融合系统(1)，将光电数据发送至船舶管制系统(3)和视频中转服务系统(5)；
多基站目标数据融合系统(1)，用于首先对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据；再将一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据；
电子海图系统(2)，用于接收来自多基站目标数据融合系统(1)的航迹目标数据，并将所述航迹目标数据转换成海图目标进行显示，电子海图系统(2)与控制中心之间双向通信连接，电子海图系统(2)的输出端连接船舶管制系统(3)的输入端；
船舶管制系统(3)，用于接收分别来自多基站目标数据融合系统(1)、水域多元联合感知基站(7)的航迹目标数据、光电数据，以及接收来自电子海图系统(2)的目标跟踪和光电选配指令，并判断是否有船舶进入警戒区，船舶管制系统(3)分别与电子海图系统(2)、视频监控系统(4)之间双向通信连接；
视频监控系统(4)，用于向船舶管制系统(3)发送光电控制指令，视频监控系统(4)与控制中心之间双向通信连接；
视频中转服务系统(5)，用于接收来自水域多元联合感知基站(7)的光电数据，并将所述光电数据发送至视频监控系统(4)。
2.如权利要求1所述的一种多基站式水域监视控制系统，其特征在于：所述多基站目标数据融合系统(1)包括雷达数据融合模块(11)和多源数据融合模块(12)，其中，
雷达数据融合模块(11)，用于接收来自多路水域多元联合感知基站(7)的雷达目标数据，并对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，将一路雷达目标数据发送至多源数据融合模块(12)；
多源数据融合模块(12)，用于接收分别来自雷达数据融合模块(11)、AIS基站(6)的一路雷达目标数据、AIS数据，并对一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，多源数据融合模块(12)分别将所述航迹目标数据发送至电子海图系统(2)和船舶管制系统(3)。
3.如权利要求2所述的一种多基站式水域监视控制系统，其特征在于：所述光电数据包括光电设备状态数据和光电视频数据。
4.如权利要求3所述的一种多基站式水域监视控制系统，其特征在于：多路所述水域多元联合感知基站(7)分别与雷达数据融合模块(11)之间通过专网相连。
5.一种如权利要求3或4所述的多基站式水域监视控制系统的监视控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
雷达数据融合模块(11)接收来自多路水域多元联合感知基站(7)的雷达目标数据，对多路雷达目标数据进行融合，得到一路雷达目标数据，将一路雷达目标数据发送至多源数据融合模块(12)；
多源数据融合模块(12)接收分别来自雷达数据融合模块(11)、AIS基站(6)的一路雷达目标数据、AIS数据，并对一路雷达目标数据和AIS数据进行融合得到航迹目标数据，多源数据融合模块(12)分别将所述航迹目标数据发送至电子海图系统(2)和船舶管制系统(3)；
电子海图系统(2)将航迹目标数据转换成海图目标进行显示；
船舶管制系统(3)实时接收分别来自多源数据融合模块(12)、水域多元联合感知基站(7)的航迹目标数据、光电数据，判断是否有船舶进入警戒区，当有船舶进入警戒区时，船舶管制系统(3)提示报警，并控制光电设备进行抓拍取证，光电设备如果无法准确取证，船舶管制系统(3)调用无人机进行现场抓拍取证；船舶管制系统(3)接收电子海图系统(2)发送的目标跟踪和光电选配指令，选择空闲的光电设备跟踪船舶，船舶管制系统(3)接收视频监控系统(4)发送的光电控制指令来管理控制已选择进行跟踪船舶的光电设备；
视频中转服务系统(5)实时接收多路水域多元联合感知基站(7)的光电视频数据，并向视频监控系统(4)转发该视频。
6.如权利要求5所述的多基站式水域监视控制系统的监视控制方法，其特征在于，所述电子海图系统(2)将航迹目标数据转换成海图目标进行显示的具体操作步骤包括：电子海图系统(2)将航迹目标数据的经纬度转换成屏幕坐标，并保存屏幕坐标。
7.如权利要求6所述的多基站式水域监视控制系统的监视控制方法，其特征在于：所述船舶管制系统(3)通过使用垂线法判断船舶是否在警戒区的方法，从而判断是否有船舶进入警戒区。
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