CN108712633B - 一种多路cctv同时对船舶接力跟踪的监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，包括步骤1，经纬度监控范围内CCTV监控点判断；步骤2，高度范围内CCTV监控点判断；步骤3，CCTV监控点聚焦值的计算；步骤4，CCTV监控点镜头和船艏向间的夹角计算；步骤5，合适度排序等。船身通过配置镜头方向和船艏向越接近90度，越合适，其它非最合适的镜头也继续保持跟踪，随时切换最合适的，并实时显示，即实现接力；另外，根据船舶关联多个镜头，可自动或者手动打开该船所有合适的关联镜头。本发明解决船舶这类船名在船身的特殊物体的合理多路监控，保障了船舶的航行安全，达到了较好的监控效果。

Description

一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法

技术领域

本发明涉及船舶跟踪监控领域，特别是一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法。

背景技术

在VTS系统(船舶交通管理系统)中，包括的子系统有：雷达子系统、VHF子系统、AIS子系统、CCTV子系统、数据库子系统、多源子系统、气象水文子系统等。雷达子系统通过雷达扫描主动对雷达所覆盖区域的船舶位置和航行状况进行侦测；VHF子系统通过VHF通信系统对监控区内的重点船舶进行监管提示，并可发布提示信息；AIS子系统通过安装在船上的AIS船台发出船舶的mmsi、经纬度、航速、航向、船艏向、船舶尺寸、船舶吃水等信息，由岸基AIS台站接收船舶的AIS信息，实现对AIS船舶的跟踪；CCTV子系统是以视频摄录为信息采集手段的直观的现场监管手段，可以通过CCTV子系统直接了解现场船舶的航行状况、船舶类型等信息，单个CCTV可对船进行联动跟踪；数据库子系统保存船舶的基本资料、船舶违章等信息；多源子系统可对船舶实时状态进行监控，判断告警等；气象水文子系统可实时监控各处的气象情况，辅助监控船舶航行，保障航行安全。

对于重点船舶，如危险品船舶、客轮、客滚轮和其他需要重点监控的船舶，当船舶进入通航管理的重点水域时，不但要知道在哪儿，航速航向是多少，而且也需要对这类船舶进行现场全程监管，实现监控摄像机自动全程跟踪，以确保这类船舶的航行安全，因此实现CCTV对船舶跟踪监控是非常必要的。

在传统的跟踪监控实现方法中，考虑了船舶的经纬度信息，也有的参考不同监控时间段的水位、船舶的长度、宽度、船舶水面以上高度、航向等信息，但还是会造成不同大小或同样大小不同航向的船舶在监控画面中占的比例过大或过小，还可能造成某些水位情况下船舶不能被准确监控，而且有时还只能监控的船头，没法准确看到船名，来确定该船是否就是需要重点监控的船舶。在传统的接力跟踪，只能1个或者2个镜头同时监控一艘船，在船和镜头位置不合适的情况下，并不能很好的进行监控。经常出现看到船头，看不到船身的监控问题，此类监控不利于船舶交通管理系统实施船舶安全航行监控，没法看到船前后的状况，且看不到该船的船名，因船名都是标在船身上。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，该多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法综合考虑船舶位置设备的安装位置、船艏向、多个镜头和船夹角、多路跟踪排序合适度等多因素，实现多路CCTV对船舶的接力跟踪监控，并且保证在跟踪监控过程中，适时的调整合适度排序，达到较好的跟踪监控效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，包括如下步骤。

步骤1，经纬度监控范围内CCTV监控点判断：将多个CCTV监控点镜头的经纬度和船舶经纬度进行对比，并结合各个CCTV监控点范围，判断出监控船舶在M个CCTV监控点的监控范围内。

步骤2，高度范围内CCTV监控点判断：将步骤1中判断出的M个CCTV监控点的镜头和监控船舶的高度进行匹配，判断出监控船舶在N个CCTV监控点的高度范围内，N≤M。

步骤3，CCTV监控点聚焦值的计算：计算方法包括如下步骤。

步骤31，监控船舶中心位置计算：根据船舶交通管理系统获取的经纬度设备的位置和船长，结合步骤1中监控船舶的经纬度、步骤2中的监控船舶高度和船宽，算出监控船舶的中心位置，该中心位置，也即为CCTV监控点镜头要对准的位置。

步骤32，CCTV监控点方向偏移值的计算：根据步骤31中CCTV监控点镜头要对准的位置、步骤1中N个CCTV监控点镜头的经纬度和步骤2中N个CCTV监控点的镜头高度，算出N个CCTV监控点的方向偏移值。

步骤33，CCTV监控点聚焦值计算：结合船长，船宽，算出N个CCTV监控点的聚焦值，并控制N个云台。

步骤4，CCTV监控点镜头和船艏向间的夹角计算：根据船舶交通管理系统获取的船艏向，结合CCTV监控点镜头方向，计算N个CCTV监控点的镜头和船艏向间的夹角。

步骤5，合适度排序：根据设定的合适夹角值，将步骤4计算出的N个CCTV监控点的镜头和船艏向间的夹角进行夹角合适度排序：最合适的，次合适的，……N合适的，依次排序；其中，与合适夹角值最接近的CCTV监控点镜头为最合适镜头，其它非最合适镜头也继续保持跟踪；根据船在动，船艏向在动，最合适镜头也会发生变化，通过最合适镜头的实时切换与显示，实现接力。

步骤6，跟踪的N个CCTV监控点，可设置自动或者手动打开，打开时默认按步骤5的合适度排序好，但能手动调整，调整后，保存CCTV监控点镜头的顺序。

步骤7，重复步骤1至步骤6，实现了多路CCTV同时对监控船舶的接力跟踪。

步骤5中，在夹角合适度排序计算之前，先设定最佳距离范围，接着计算N个CCTV监控点与监控船舶之间的距离值，并将计算出的距离值在最佳距离范围内的，统一归类其距离合适度为1，在最佳距离范围外的，归类其距离合适度为0；然后，选择距离合适度为1的CCTV监控点镜头再进行角度合适度排序。

步骤31中，假设监控船舶的中心位置点为D，则

式中，L为监控船舶长度；X为根据经纬度计算出来的船长中间位置值。

步骤5中，假设CCTV监控点和船艏向的夹角为θ，设定的合适夹角值为α，角度差为Δr，则

Δr＝|θ-α|

式中，Δr越小，夹角合适度越靠前，也即为最合适镜头。

步骤5中，监控船舶的船身监控时，设定的合适夹角值为90°。

本发明具有如下有益效果：本发明实现了多路CCTV对船舶的接力跟踪监控，并且保证在跟踪监控过程中，适时的调整了合适度排序，达到较好的跟踪监控效果。

附图说明

图1显示了本发明一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法的结构示意图。

图2显示了监控角度使用船艏向优于航向的示意图。

图3显示了角度合适度的计算示意图。

图4显示了增加了距离合适度的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，包括如下步骤。

步骤1，经纬度监控范围内CCTV监控点判断。

将多个CCTV监控点镜头的经纬度和船舶经纬度进行对比，并结合各个CCTV监控点范围，判断出监控船舶在M个CCTV监控点的监控范围内。

步骤2，高度范围内CCTV监控点判断：将步骤1中判断出的M个CCTV监控点的镜头和监控船舶的高度进行匹配，判断出监控船舶在N个CCTV监控点的高度范围内，N≤M。

CCTV监控点的高度范围具体为：CCTV云台上下动有角度限制，一般CCTV会装在稍高一点的位置，当船很靠近CCTV铁塔时，船高又高，因为CCTV角度没法再往下转，只能监测到该船船顶，监测不全，所以此类现象认为高度不合适。CCTV云台合适高度要求，可以正常监测到船的全身。

步骤3，CCTV监控点聚焦值的计算：计算方法包括如下步骤。

步骤31，监控船舶中心位置计算：根据船舶交通管理系统获取的经纬度设备的位置和船长，结合步骤1中监控船舶的经纬度、步骤2中的监控船舶高度和船宽(高度和船宽均可从船舶交通管理系统获取)，算出监控船舶的中心位置，该中心位置，也即为CCTV监控点镜头要对准的位置。

对于监控船舶的中心位置，应该为船长，船宽，船水面高度(船高-吃水)的正中位置。本发明中，获取船长的中心位置采用了更准确的方法，具体计算方法是：假设监控船舶的中心位置点为D，则

式中，L为监控船舶长度；X为根据经纬度计算出来的船长中间位置值。

上述监控船舶中心位置的计算方法，对于大型船舶的位置校准很重要，有利于CCTV的有效跟踪，根据经纬度设备安装位置不同，经纬度会相差正负半个船长的位置，越长的船可能产生的误差越大。危化品船一般都是大型船舶，此方法的改进，在船舶交通管理系统尤为重要。

步骤32，CCTV监控点方向偏移值的计算：根据步骤31中CCTV监控点镜头要对准的位置、步骤1中N个CCTV监控点镜头的经纬度和步骤2中N个CCTV监控点的镜头高度，算出N个CCTV监控点的方向偏移值。

步骤33，CCTV监控点聚焦值计算：结合船长，船宽，算出N个CCTV监控点的聚焦值，并控制N个云台。其中，CCTV监控点的聚焦值的计算为现有技术，这里不再赘述。

步骤4，CCTV监控点镜头和船艏向间的夹角计算：根据船舶交通管理系统获取的船艏向，结合CCTV监控点镜头方向，计算N个CCTV监控点的镜头和船艏向间的夹角。

本发明中，采用的不是航向，因为不同于汽车，水上的船舶会受水浪的影响，导致船头朝向即船艏向和航向有一定的角度差，所以用船艏向更准确，如图2所示，水浪导致船艏向和航向有了20°的角度差，如监控角度采用航向的话，则会有较大的偏差。对于此类监控角度，显然船艏向更合适。

步骤5，合适度排序。

步骤51，距离合适度归类。

先设定最佳距离范围，接着计算N个CCTV监控点与监控船舶之间的距离值，并将计算出的距离值在最佳距离范围内的，如太近或太远等，统一归类其距离合适度为1，在最佳距离范围外的，归类其距离合适度为0。

本步骤51中，距离合适度归类可根据需要选择是否采用。

步骤52，夹角合适度排序。

A)当不采用步骤51，直接进行步骤52，则夹角排序方法为：根据设定的合适夹角值，将步骤4计算出的N个CCTV监控点的镜头和船艏向间的夹角进行夹角合适度排序：最合适的，次合适的，……N合适的，依次排序；其中，与合适夹角值最接近的CCTV监控点镜头为最合适镜头，其它非最合适镜头也继续保持跟踪。

假设CCTV监控点和船艏向的夹角为θ，设定的合适夹角值为α，角度差为Δr，则

Δr＝|θ-α|

式中，Δr越小，夹角合适度越靠前，也即为最合适镜头。

根据船在动，船艏向在动，最合适镜头也会发生变化，通过最合适镜头的实时切换与显示，实现接力。

本发明中，监控船舶的船身监控时，设定的合适夹角值优选为90°，镜头方向和船艏向越接近90度，越合适，其它非最合适的镜头也继续保持跟踪。另外，本发明能进行拓展，如需要监控车子，车牌在前面，则可设置越接近180度，越合适。

在图3中，有四个CCTV，分别为CCTV1、CCTV2、CCTV3和CCTV4，对船A的跟踪，如CCTV4已经超过监控范围，不考虑。

另外三个CCTV，如图3所示，如果是按距离远近来选择镜头，选择CCTV3，不合理，该镜头只能看到船的头部，没法看到船具体的航行情况，因船名在船的侧面，CCTV3也没法看到船名。

在这边，我们选中了一种新型的角度算法，CCTV1，CCTV2，CCTV3三个CCTV监控点都能监控到船A，通过计算发现，与船A船艏向的夹角，CCTV1角度为88度，CCTV2为50度，CCTV3为20度，故而通过计算镜头方向和船艏向的夹角，来排优先级合适度。

当取α＝90°时，四个CCTV的Δr1为2度，Δr2为40度，Δr3为70度，故CCTV1为最合适镜头，则三个CCTV监控点的合适度先后顺序为：CCTV1，CCTV2，CCTV3。

B)采用步骤51，先进行距离合适度归类，再进行角度合适度排序。

一般监控船舶时，CCTV监控点镜头会架高，不会存在船离镜头太近没法聚焦的情况，但合适度可进行拓展，如除了角度合适度，再加入距离合适度。在计算角度合适度之前，可根据获取的N个CCTV的最佳距离范围，船在CCTV的最佳距离范围内的镜头距离合适度为1，范围外的，太近或者太远的合适度为0。可只选择距离合适度为1的镜头再来计算角度合适度。

如图4，增加了一个CCTV5，虽然Δr5为0度，比CCTV1的Δr1还小，但是因为距离过近，在距离合适度归类筛选计算时，CCTV5直接置为无效镜头，而后就不参与CCTV的角度合适度筛选，最终的角度合适度排序依然是：CCTV1，CCTV2，CCTV3。

船航行到不同的位置，角度发生变化，都会重新计算合适值，从而保证了排序第一的镜头进行合理的接力跟踪，而后面的镜头顺序都会随着变化。

步骤6，根据船舶关联多个镜头，可自动或者手动打开该船所有合适的关联镜头。具体为：跟踪的N个CCTV监控点，可设置自动或者手动打开，打开时默认按步骤5的合适度排序好，但能手动调整，调整后，保存CCTV监控点镜头的顺序。这样做的好处是，不用到很多镜头里面去找对应跟踪该船的镜头，也不限制只能打开有且只有一个的镜头。且在角度校准判断多镜头自动跟踪合适度排序后，可人工手动进行调整排序，增加了自主度。

步骤7，重复步骤1至步骤6，实现了多路CCTV同时对监控船舶的接力跟踪。

综上所述，本发明是一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，重点在于在监控过程中综合考虑了船舶交通管理系统获取的经纬度设备的位置，船舶的船艏向，船艏向和镜头的角度，实现了多路CCTV同时对船舶的跟踪接力监控，并且保证在跟踪监控过程中，适时的调整了合适度排序，达到较好的跟踪监控效果。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，经纬度监控范围内CCTV监控点判断：将多个CCTV监控点镜头的经纬度和船舶经纬度进行对比，并结合各个CCTV监控点范围，判断出监控船舶在M个CCTV监控点的监控范围内；

步骤2，高度范围内CCTV监控点判断：将步骤1中判断出的M个CCTV监控点的镜头和监控船舶的高度进行匹配，判断出监控船舶在N个CCTV监控点的高度范围内，N≤M；

步骤3，CCTV监控点聚焦值的计算：计算方法包括如下步骤：

步骤31，监控船舶中心位置计算：根据船舶交通管理系统获取的经纬度设备的位置、船长和船宽，结合步骤1中监控船舶的经纬度、步骤2中的监控船舶高度，算出监控船舶的中心位置，该中心位置，也即为CCTV监控点镜头要对准的位置；

步骤32，CCTV监控点方向偏移值的计算：根据步骤31中CCTV监控点镜头要对准的位置、N个CCTV监控点镜头的经纬度和步骤2中N个CCTV监控点的镜头高度，算出N个CCTV监控点的方向偏移值；

步骤33，CCTV监控点聚焦值计算：结合船长，船宽，算出N个CCTV监控点的聚焦值，并控制N个云台；

步骤4，CCTV监控点镜头和船艏向间的夹角计算：根据船舶交通管理系统获取的船艏向，结合CCTV监控点镜头方向，计算N个CCTV监控点的镜头和船艏向间的夹角；

步骤5，合适度排序：根据设定的合适夹角值，将步骤4计算出的N个CCTV监控点的镜头和船艏向间的夹角进行夹角合适度排序：最合适的，次合适的，……N合适的，依次排序；其中，与合适夹角值最接近的CCTV监控点镜头为最合适镜头，其它非最合适镜头也继续保持跟踪；根据船在动，船艏向在动，最合适镜头也会发生变化，通过最合适镜头的实时切换与显示，实现接力；

步骤6，跟踪的N个CCTV监控点，可设置自动或者手动打开，打开时默认按步骤5的合适度排序好，但能手动调整，调整后，保存CCTV监控点镜头的顺序；

步骤7，重复步骤1至步骤6，实现了多路CCTV同时对监控船舶的接力跟踪。

2.根据权利要求1所述的多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，其特征在于：步骤5中，在夹角合适度排序计算之前，先设定最佳距离范围，接着计算N个CCTV监控点与监控船舶之间的距离值，并将计算出的距离值在最佳距离范围内的，统一归类其距离合适度为1，在最佳距离范围外的，归类其距离合适度为0；然后，选择距离合适度为1的CCTV监控点镜头再进行角度合适度排序。

3.根据权利要求1所述的多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，其特征在于：步骤31中，假设监控船舶的中心位置点为D，则

式中，L为监控船舶长度；X为根据经纬度计算出来的船长中间位置值。

4.根据权利要求1所述的多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，其特征在于：步骤5中，假设CCTV监控点和船艏向的夹角为θ，设定的合适夹角值为α，角度差为Δr，则

Δr＝|θ-α|

式中，Δr越小，夹角合适度越靠前，也即为最合适镜头。

5.根据权利要求1所述的多路CCTV同时对船舶接力跟踪的监控方法，其特征在于：步骤5中，监控船舶的船身监控时，设定的合适夹角值为90°。

Images