CN108761440A - 一种基于雷达探测技术的船舶监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于雷达探测技术的船舶监控方法及系统，包括监控信息融合模块、网络配置模块和信号调理模块，所述监控信息融合模块接收来自主控设备的控制信号；所述监控信息融合模块的输入端接收信号调理模块的传感信号，所述信号调理模块的信号端分别接收监控采集模块、图像传感模块、声学传感器以及热传感器的反馈信号；所述监控信息融合模块的网络端口通过网络配置模块传递信息到共享平台上，系统采用WebGIS技术，将海量的空间数据信息保存在服务器端，根据不同用户的不同请求返回对应的数据信息，使得GIS系统能够以更快、更高效和更有针对性地响应客户端请求，用户也可以通过这种方式，实时的处理空间地理数据，提高了用户的自主性。

Description

一种基于雷达探测技术的船舶监控方法及系统

技术领域

本发明涉及船舶监控方法及系统领域，具体为一种基于雷达探测技术的船舶监控方法及系统。

背景技术

船舶安全监控室是集机舱自动控制系统及其辅助系统的监控、报警、自动控制于一体的安全监控系统，船舶的安全监控系统主要组成部分包括主动力系统、船舶电力系统以及其子系统、机舱安全系统以及航线系统安全，其中主要监控内容包括电站管理、累控制、机舱环境监控、主机遥控等，现有的用于船舶监控的系统还存在以下不足之处：

例如，申请号为201510739844.2，专利名称为一种船舶监控系统的发明专利：

其实现对航道的全天候监控，保障了航道的通畅及船舶的安全，减少了人工操作，实现了自动化管理，且将监控得到的数据信息等储存入数据库，便于船舶的数字化管理。

但是，现有的基于雷达探测技术的船舶监控方法及系统存在以下缺陷：

(1)传统的船舶监控系统的监测和控制功能的实现主要途径是硬件，但是这面临着不同的动力装置就需要研巧相应的配套监控系统这个问题，将造成资源浪费，可靠性相对较低，系统的维护和使用面临更复杂更繁琐的步骤，并且不同的系统互换性与参考性较差；

(2)现有的船舶监控阀方法有两种形式，第一种形式下，服务器端主要是将符合要求的矢量格式信息发送到客户端，由浏览器负责渲染和显示画面，称为WFS，这种服务方式往往要传输海量的空间数据信息，在网络带宽不佳的时候，往往会带来较大的网络延迟，极端情况下，还会导致网络拥堵和网络瘫痪；而另外一种被称为WMS的服务方式就可以避免这种情况，因为WMS主要传输的是地图图片，这些图片都是在服务器端通过算法程序已经合成好的.png、.gif或.jpeg图片，客户端只需要负责展示即可，这些图片在传输前还会被压缩，大大缩小了数据量，因此被广泛的使用与实际应用中。但同时它给服务器端加重了任务，因此服务器端往往会承受较大的处理压力。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种基于雷达探测技术的船舶监控方法及系统，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，包括如下步骤：

S100、前端网页浏览器设计，客户端浏览器通过HTTP协议向Web服务器提出服务请求，服务器接收到请求后，做出相应处理，并将结果再以HTML格式文件返回给客户端；

S200、基于中间件的WebGIS系统模型，通过CORBA技术实现异构平台之间的互操作；

S300、建立后台服务器与数据库之间的连接，后台服务器通过OracleOCI专用接口连接Oracle数据库，负责接收客户端的请求和从数据库选取数据；

S400、监控地图矢量化，对后台数据库内部的矢量地图进行初始化，配置地图上的环境元素，再由地图服务器上的管理对象负责加载基础地理信息系统。

进一步地，在步骤S100中，根据HTTP协议在显示界面设置GIS功能，并加入相应的地图图层控制元素，再利用DHTML相关技术实现网页链接功能。

进一步地，在步骤S200中，还包括以下步骤：

首先，建立中间件与客户端之间的应答模式；

然后，在中间件内部采用MVC设计模式实现多个GIS应用之间的相互调用；

最后，利用多个协同工作的分布式数据库实现与中间件之间的数据交互。

进一步地，在步骤S300中，后台服务器后台数据库由各级管理员共同管理，主要负责接收客户端的请求和从数据库选取数据，不同的管理员根据其权限分配不同的操作范围。

进一步地，在步骤S400中，还包括以下步骤：

S4100，在用户界面根据用户输入的请求，输入相应的访问地址，并从后台数据库中调取数据；

S4200，对调取的地图信息进行矢量化得到矢量地图，再对矢量地图进行初始化，并加载地图数据；

S4300，调用航行数据，并将数据按类别分层显示；

S4400，将包含地理数据的对象分配到页面的控制管理对象中，最终完成矢量图像的抛出。

进一步地，在步骤S4200中矢量地图初始化具体操作为：

首先，利用遗传算法将定位设备定位的空间信息进行解空间编码，确定GPS信号的捕获参数U_i，确定U_i＝(k-1)*(U_imax-U_imin)/N+Random((U_imax-U_imin)/N)，其中k＝1，2，3，…N；

然后，采用自适应的方法去调节种群规模的大小，第P代种群的规模大小N^(p+1)＝N^P/(F^(P+1)MAX/F^PMAX)，其中F^PMAX指的是第P代种群个体适应度函数最大值；

再计算个体的适应度值，利用适应度函数对每个个体进行优劣评判；

最后，根据种群适应度值自适应调整交叉、变异概率以及交叉、变异等确定最优解。

进一步地，在步骤S300中，后台数据库主要是将理信息表示为空间数据模型和数据结构，并利用E-R图实现概念模型向空间模型的转换。

本发明还提供了一种基于雷达探测技术的船舶监控系统，包括监控信息融合模块、网络配置模块和信号调理模块，

所述监控信息融合模块接收来自主控设备的控制信号，并将AD数据传输到主控模块上；

所述监控信息融合模块的输入端接收信号调理模块的传感信号，所述信号调理模块的信号端分别接收监控采集模块、图像传感模块、声学传感器以及热传感器的反馈信号；

所述监控信息融合模块的网络端口通过网络配置模块传递信息到共享平台上，实现资源共享。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的船舶监控方法采用WebGIS技术，将海量的空间数据信息保存在服务器端，根据不同用户的不同请求返回对应的数据信息，使得GIS系统能够以更快、更高效和更有针对性地响应客户端请求，用户也可以通过这种方式，实时的处理空间地理数据，提高了用户的自主性；

(2)本发明的船舶监控系统在嵌入式环境下进行系统模块化设计，进行系统的模块化设计和硬件开发，有效克服了基于标准遗传算法信号捕获方式伴随的定位效率和精度不够高的不足，具有较好的信号采集和数据分析能力，监控系统输出稳定性较好，具有很好的应用价值。

附图说明

图1为本发明的方法示意图；

图2为本发明的结构框图。

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2所示，本发明提供了一种基于雷达探测技术的船舶监控系统，包括监控信息融合模块、网络配置模块和信号调理模块，所述监控信息融合模块接收来自主控设备的控制信号，并将AD数据传输到主控模块上；所述监控信息融合模块的输入端接收信号调理模块的传感信号，所述信号调理模块的信号端分别接收监控采集模块、图像传感模块、声学传感器以及热传感器的反馈信号；所述监控信息融合模块的网络端口通过网络配置模块传递信息到共享平台上，实现资源共享。

本实施例中，采用低功耗的嵌入式用ARMCortex-M0为处理内核，在嵌入式环境下进行系统模块化设计，分别对信号采集模块、信号处理模块、核心控制模块和输出模块组成，采用ADSP2161型号的嵌入式内核处理芯片，开发低电压DSP内核，在LabWindows/CVI环境下创建虚拟参数面板，进行船舶实时监控系统的参数配置，根据参数设置，通过PCI总线将监控信息送到DSP，使用LabWindows/CVI应用软件实现监控系统的人机通信。

本实施例中，信号调理模块采用ZigBee技术进行船舶监控系统功能的射频识别和输出控制，采用8位和16位微控制器进行智能船舶监控系统的嵌入式控制设计，智能船舶监控信息处理模块配置为4路组联合Cache，信号处理的射频芯片选择具有低功耗特性的TRF7960，使用有源晶振构建船舶监控系统的时钟电路，采用双路16位电流输出型D/A实现监控信息的视频读写和片选信号处理。

本实施例中，如图1所示，监控方法包括如下步骤：

S100、前端网页浏览器设计，客户端浏览器通过HTTP协议向Web服务器提出服务请求，服务器接收到请求后，做出相应处理，并将结果再以HTML格式文件返回给客户端；

S200、基于中间件的WebGIS系统模型，通过CORBA技术实现异构平台之间的互操作；

S300、建立后台服务器与数据库之间的连接，后台服务器通过OracleOCI专用接口连接Oracle数据库，负责接收客户端的请求和从数据库选取数据，系统将数据库和应用服务器分开了，降低了数据库操作对逻辑程序的影响；

S400、监控地图矢量化，对后台数据库内部的矢量地图进行初始化，配置地图上的环境元素，再由地图服务器上的管理对象负责加载基础地理信息系统。

本实施例中，构建了以网页浏览器为中心的船舶监控平台，能够实时监控来往船舶的位置信息和垃圾量信息，从而实现对船舶和船舶垃圾的联动监控，大大提高了环保部门对水域内船舶垃圾的管理效率。

在步骤S100中，根据HTTP协议在显示界面设置GIS功能，并加入相应的地图图层控制元素，再利用DHTML相关技术实现网页链接功能。

在步骤S200中，还包括以下步骤：

首先，建立中间件与客户端之间的应答模式；

然后，在中间件内部采用MVC设计模式实现多个GIS应用之间的相互调用；

最后，利用多个协同工作的分布式数据库实现与中间件之间的数据交互。

本实施例中，在基于中间件技术的WebGIS系统模型中，客户端的请求由中间件来处理的，服务器不是由一个进程来完成，而是多个分布式进程共同完成，这些进程又多个中间件实现，中间件不但能相互调用，一个进程同时也是另外进程的客户，为别的进程服务，调用关系比较复杂，数据库也不再是单一的数据库，而是多个协同工作的分布式数据库。

在步骤S300中，后台服务器后台数据库由各级管理员共同管理，主要负责接收客户端的请求和从数据库选取数据，不同的管理员根据其权限分配不同的操作范围。

在步骤S300中，后台数据库主要是将理信息表示为空间数据模型和数据结构，并利用E-R图实现概念模型向空间模型的转换。

在步骤S400中，还包括以下步骤：

S4100，在用户界面根据用户输入的请求，输入相应的访问地址，并从后台数据库中调取数据；

S4200，对调取的地图信息进行矢量化得到矢量地图，再对矢量地图进行初始化，并加载地图数据；

S4300，调用航行数据，并将数据按类别分层显示；

S4400，将包含地理数据的对象分配到页面的控制管理对象中，最终完成矢量图像的抛出。

本实施例中，监控地图加载步骤为：当用户登入监控系统以后，系统首先需要对矢量地图进行初始化，配置地图上的环境元素，再由地图服务器上的管理对象负责加载基础地理信息系统，接着需要创建航行要素显示图层，将包含地理数据的对象分配到页面的控制管理对象中，最终完成矢量图像的抛出。

在步骤S4200中矢量地图初始化具体操作为：

首先，利用遗传算法将定位设备定位的空间信息进行解空间编码，确定GPS信号的捕获参数U_i，确定U_i＝(k-1)*(U_imax-U_imin)/N+Random((U_imax-U_imin)/N)，其中k＝1，2，，…N；

然后，采用自适应的方法去调节种群规模的大小，第P代种群的规模大小N^(p+1)＝N^P/(F^(P+1)MAX/F^PMAX)，其中F^PMAX指的是第P代种群个体适应度函数最大值；

再计算个体的适应度值，利用适应度函数对每个个体进行优劣评判，在适当的时候根据优良个体参数的实际取值范围去动态调整参数区间，这样不仅可以收缩捕获参数区间至最优值附近，提高捕获效率和精度，还可以防止捕获区间偏离最优值；

最后，根据种群适应度值自适应调整交叉、变异概率以及交叉、变异等确定最优解。

本实施例中，通过对GPS捕获信号的性能特征分析研究，改进标准的遗传算法并将改进的遗传算法应用于GPS信号捕获问题中，以此来提高GPS信号参数的捕获速度和精度。

本实施例中，具体要实现的功能如下所示：

全图显示：能够根据用户对窗口大小的调整，自动改变地图尺寸适应窗口大小，不改变地图分辨率；

放大缩小：当用户选中地图后，可以根据用户鼠标或相关控件的调整，实时调整地图的显示比例，放大缩小的倍数与鼠标轮滑或控件的调整比例相关；

地图漫游：当用户将鼠标移至地图上方并按住左键不放拖动地图，地图要能够随鼠标移动的方向移动；

距离测算：包括直线距离测算和曲线多边形测算，用户需要先选择距离测算功能，然后在地图上单击，每次单击形成一个点，知道双击结束，所有的点依次连接，如果不能闭合将测算所有线段的距离之和，反之，如果可以闭合，计算周长之外，还需给出闭合区域的面积；

区域选择查询：用户可以通过下拉框选择图形形状查询想要查询的区域，选择完成后，系统能够根据选择区域的图层情况返回详细的地理属性，区域形状主要包括圆形、矩形和点；

点选：当用户点击地图上某个点的时候，系统将以该点为圆心，显示离该点最近的地物，并显示详细信息；

框选：当用户用鼠标在地图上拉框，则系统将方框以内的地理要素信息展现在地图上。

地理信息查询功能：用户在客户端浏览器上输入需要查看的地理信息关键字，然后点击查找，系统便可以根据关键字在地图上显示相关地理信息，这种查询可以支持模糊查询，只要将关键信息输入，就能够在地图上显示相关度最高的点，并将其高亮显示。

周边查找功能：这项功能是基于数据库匹配的方法，通过对内存缓存的地图矢量数据进行分析从而搜索出当前焦点周边的地理信息，并由服务器发送到客户端，显示在客户端浏览器上。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，其特征在于：包括如下步骤：

S100、前端网页浏览器设计，客户端浏览器通过HTTP协议向Web服务器提出服务请求，服务器接收到请求后，做出相应处理，并将结果再以HTML格式文件返回给客户端；

S200、基于中间件的WebGIS系统模型，通过CORBA技术实现异构平台之间的互操作；

S300、建立后台服务器与数据库之间的连接，后台服务器通过OracleOCI专用接口连接Oracle数据库，负责接收客户端的请求和从数据库选取数据；

S400、监控地图矢量化，对后台数据库内部的矢量地图进行初始化，配置地图上的环境元素，再由地图服务器上的管理对象负责加载基础地理信息系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，其特征在于：在步骤S100中，根据HTTP协议在显示界面设置GIS功能，并加入相应的地图图层控制元素，再利用DHTML相关技术实现网页链接功能。

3.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，其特征在于：在步骤S200中，还包括以下步骤：

首先，建立中间件与客户端之间的应答模式；

然后，在中间件内部采用MVC设计模式实现多个GIS应用之间的相互调用；

最后，利用多个协同工作的分布式数据库实现与中间件之间的数据交互。

4.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，其特征在于：在步骤S300中，后台服务器后台数据库由各级管理员共同管理，主要负责接收客户端的请求和从数据库选取数据，不同的管理员根据其权限分配不同的操作范围。

5.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，其特征在于：在步骤S400中，还包括以下步骤：

S4100，在用户界面根据用户输入的请求，输入相应的访问地址，并从后台数据库中调取数据；

S4200，对调取的地图信息进行矢量化得到矢量地图，再对矢量地图进行初始化，并加载地图数据；

S4300，调用航行数据，并将数据按类别分层显示；

S4400，将包含地理数据的对象分配到页面的控制管理对象中，最终完成矢量图像的抛出。

6.根据权利要求5所述的一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，其特征在于：在步骤S4200中矢量地图初始化具体操作为：

首先，利用遗传算法将定位设备定位的空间信息进行解空间编码，确定GPS信号的捕获参数U_i，确定U_i＝(k-1)*(U_imax-U_imin)/N+Random((U_imax-U_imin)/N)，其中k＝1，2，，…N；

然后，采用自适应的方法去调节种群规模的大小，第P代种群的规模大小N^(p+1)＝N^P/(F^{(P +1)MAX}/F^PMAX)，其中F^PMAX指的是第P代种群个体适应度函数最大值；

再计算个体的适应度值，利用适应度函数对每个个体进行优劣评判；

最后，根据种群适应度值自适应调整交叉、变异概率以及交叉、变异等确定最优解。

7.根据权利要求1所述的一种基于雷达探测技术的船舶监控方法，其特征在于：在步骤S300中，后台数据库主要是将理信息表示为空间数据模型和数据结构，并利用E-R图实现概念模型向空间模型的转换。

8.一种基于雷达探测技术的船舶监控系统，其特征在于：包括监控信息融合模块、网络配置模块和信号调理模块，

所述监控信息融合模块接收来自主控设备的控制信号，并将AD数据传输到主控模块上；

所述监控信息融合模块的输入端接收信号调理模块的传感信号，所述信号调理模块的信号端分别接收监控采集模块、图像传感模块、声学传感器以及热传感器的反馈信号；

所述监控信息融合模块的网络端口通过网络配置模块传递信息到共享平台上，实现资源共享。