CN109660760B - 一种内河航道的船舶抓拍方法及系统 - Google Patents

一种内河航道的船舶抓拍方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内河航道的船舶抓拍方法及系统，对现有船用RFID读卡器的作业方式进行适应性改造，采用定向的外置的窄波束天线约束RFID读卡器的作用区域，当目标船驶入窄波束天线覆盖的河道范围时，RFID读卡器能够近距离及时接收船用RFID电子标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备联动爆闪灯对目标船进行同步抓拍，解决传统船用RFID读卡器作用区域过大、容易同时拍到多艘船舶的问题，实现在多艘船舶进入内河航道时，对单一目标船的精准、可靠抓拍；本发明将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据等多种数据融合为目标船特征数据，使目标船的特征数据更加完全，可信度更高。

Description

一种内河航道的船舶抓拍方法及系统
技术领域
本发明属于港航技术领域，具体是一种内河航道的船舶抓拍方法及系统。
背景技术
内河航道的船舶安装有船用RFID电子标签，电子标签用于标识船舶。船用RFID读卡器一般安装在航道堤岸上，其用于识别标签，识别后的数据用于区分不同的船舶。船用RFID电子标签、船用RFID读卡器共同组成内河船舶射频识别系统。航道边上往往也会安装一些视频监控和抓拍设备，对航道过往船舶进行监控，通常由于这些抓拍设备本身不具备识别目标船只的能力，只是靠划线和区域来触发，误识别率较高，且抓拍不准。
目前内河航道领域的船舶抓拍设备和船用RFID读卡器都是分别独立使用的，并没有涉及船用RFID读卡器与高清抓拍设备之间的数据融合。
公开号为CN103971543A的中国发明专利，利用激光传感器、摄像头和RFID综合实现船只自动识别监控，但是由激光传感器触发RFID的问题在于，激光传感器的作用距离短于RFID，导致监控区域内存在多艘船只被同时监控，并出现在摄像头中，无法对单只船只实现精确的抓拍，此外，激光传感器价格昂贵，点云信息数据量极大，无法直接被应用于监控和存储。
现有的内河船舶射频识别系统存在的主要不足是：一、在船舶领域的船用RFID读卡器，其作用距离最远300m，所以船舶一旦驶近读卡器300m就可能被识别到，但在这300m区域内，可能有多艘船舶被识别到，与抓拍系统同步的触发时刻难以确定；二、抓拍设备获得清晰抓拍效果的作用距离不足300m，300m远处的船舶抓拍照片清晰度差；三、抓拍区域是一个较小扇区，而RFID读卡器的作用区域是一个较大扇区，用大扇区去引导小扇区必然存在引导不准的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种内河航道的船舶抓拍方法及系统，利用定向的外置的窄波束天线约束RFID读卡器的作用区域，实现窄方位内单一目标船的精准、可靠抓拍。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种内河航道的船舶抓拍方法，包括以下步骤：
步骤1：AIS基站处于侦听状态，RFID读卡器模块、视频抓拍模块和视频监控模块处于待机状态；
步骤2：AIS基站在其两个工作频率信道上探测其探测区域内是否有目标船发出的AIS特征信号，该目标船上预先安装有船用RFID电子标签和AIS发射器，当AIS基站探测到目标船上的AIS发射器在AIS发射器的两个工作频率信道上交替发出的AIS特征信号时，由数据处理模块根据AIS特征信号提取AIS船只基本信息并建表保存入数据库，同时触发视频监控模块拍摄视频并将拍摄的视频数据保存入数据库，其中，提取的AIS船只基本信息包括船只的船名、船号和位置信息；
步骤3：数据处理模块触发RFID读卡器模块工作，该RFID读卡器模块包括相连接的RFID读卡器和外置的窄波束天线，该窄波束天线覆盖的河道范围与视频监控模块的监控范围和视频抓拍模块的抓拍范围相匹配，该视频抓拍模块包括相连接的视频抓拍设备和爆闪灯；
步骤4：当目标船驶入窄波束天线覆盖的河道范围时，目标船上的船用RFID电子标签与RFID读卡器建立通信，船用RFID电子标签定时发送船只RFID标签信息，该船只RFID标签信息包括目标船的船名、船号、船类型和船重，RFID读卡器接收船只RFID标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备联动爆闪灯对目标船进行抓拍，产生目标船的图像数据，由数据处理模块保存目标船的船只RFID标签信息和图像数据；当目标船驶出窄波束天线覆盖的河道范围时，RFID读卡器不再接收船只RFID标签信息，视频抓拍模块进入待机状态；
步骤5：数据融合模块对步骤2中保存的AIS船只基本信息中的船名和船号与步骤4中保存的船只RFID标签信息中的船名和船号进行正确性比对，若比对一致，则依据目标船通过AIS基站的探测区域的时间信息，截取视频监控模块拍摄的目标船的视频数据，最后将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据融合为目标船特征数据，完成对目标船的抓拍，AIS基站进入侦听状态，等待下一目标船的到来；若比对不一致，则重复步骤2～步骤5。
作为优选，步骤2中，视频监控模块被触发后，对其监控范围进行实时全景拍摄监控，记录一段时间的实时视频数据并保存入数据库。
作为优选，步骤2中，在数据处理模块提取AIS船只基本信息后，当AIS基站未探测到AIS特征信号时，AIS基站向数据处理模块发出一个空信号，数据处理模块指令视频监控模块和RFID读卡器进入休眠状态。
作为优选，在视频抓拍模块的抓拍范围可见度低时，视频抓拍设备联动常亮灯进行补光拍摄，以确保可见度低的情况下抓拍的图像的清晰度。
一种内河航道的船舶抓拍系统，包括：AIS基站、RFID读卡器模块、视频监控模块、视频抓拍模块、数据处理模块和数据融合模块，所述的RFID读卡器模块包括相连接的RFID读卡器和外置的窄波束天线，所述的窄波束天线覆盖的河道范围与所述的视频监控模块的监控范围和所述的视频抓拍模块的抓拍范围相匹配，所述的视频抓拍模块包括相连接的视频抓拍设备和爆闪灯，所述的数据处理模块分别与所述的AIS基站、RFID读卡器、视频监控模块、视频抓拍设备和数据融合模块连接，待抓拍的目标船上安装有船用RFID电子标签和AIS发射器，所述的AIS发射器与所述的AIS基站连接；
所述的AIS基站用于在其两个工作频率信道上探测是否有目标船发出的AIS特征信号，并将探测到的AIS特征信号发送给所述的数据处理模块；
所述的RFID读卡器模块用于与目标船上的船用RFID电子标签建立通信，接收船用RFID电子标签定时发送的船只RFID标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备联动爆闪灯对目标船进行抓拍，其中，所述的船只RFID标签信息包括目标船的船名、船号、船类型和船重；
所述的视频监控模块用于拍摄视频并将拍摄的视频数据发送给所述的数据处理模块；
所述的视频抓拍模块用于抓拍目标船，产生目标船的图像数据，并将目标船的图像数据发送给所述的数据处理模块；
所述的数据处理模块用于根据AIS特征信号提取AIS船只基本信息并建表保存入数据库，同时触发视频监控模块拍摄视频并将拍摄的视频数据保存入数据库，并触发RFID读卡器模块工作，且保存目标船的船只RFID标签信息和图像数据，其中所述的AIS船只基本信息包括船只的船名、船号和位置信息；
所述的数据融合模块用于对保存的AIS船只基本信息中的船名和船号与保存的船只RFID标签信息中的船名和船号进行正确性比对，若比对一致，则依据目标船通过AIS基站的探测区域的时间信息，截取视频监控模块拍摄的目标船的视频数据，最后将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据融合为目标船特征数据。
作为优选，所述的视频监控模块用于对其监控范围进行实时全景拍摄监控，记录一段时间的实时视频数据并保存入数据库。
作为优选，在数据处理模块提取AIS船只基本信息后，当所述的AIS基站未探测到AIS特征信号时，所述的AIS基站向所述的数据处理模块发出一个空信号，所述的数据处理模块指令所述的视频监控模块和所述的RFID读卡器进入休眠状态。
作为优选，所述的视频抓拍模块还包括常亮灯，在所述的视频抓拍模块的抓拍范围可见度低时，所述的视频抓拍设备联动所述的常亮灯进行补光拍摄。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明对现有船用RFID读卡器的作业方式进行适应性改造，采用定向的外置的窄波束天线约束RFID读卡器的作用区域，当目标船驶入窄波束天线覆盖的河道范围时，RFID读卡器能够近距离及时接收船用RFID电子标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备联动爆闪灯对目标船进行同步抓拍，解决传统船用RFID读卡器作用区域过大、容易同时拍到多艘船舶的问题，实现在多艘船舶进入内河航道时，对单一目标船的精准、可靠抓拍；
（2）针对AIS特征信号这一船舶特有的广域信息，本发明通过将AIS特征信号与RFID读卡器读取的船只RFID标签信息进行比对，增强信息的正确性，此外，本发明将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据等多种数据融合，形成涵盖目标船的概况、地点、图像、时间等完整信息的目标船特征数据，使目标船的特征数据更加完全，可信度更高；
（3）本发明抓拍方法及系统工作过程节能、合理，系统使用效率高，可实现对目标船的有效监测；当船舶在内河航道行驶时，先由作用距离较远的AIS基站进行探测，当AIS基站探测到有船时，触发RFID读卡器、视频监控模块和视频抓拍模块工作，否则继续待机；
（4）本发明易于扩展，可根据需要设置在不同的河道区域，能够对并行的多航道内河进行船舶抓拍。
附图说明
图1为实施例2的内河航道的船舶抓拍系统的结构连接框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
以下实施例1和实施例2中，参考海域使用情况，以有效区域为20海里的AIS基站作为基站，同时考虑河道的实际情况，设定该AIS基站的有效探测区域为5公里，其两个工作频率信道分别为161.975MHz和162.025MHz；设定RFID读卡器模块的有效作用距离为300米；选择两个工作频率信道分别为161.975MHz和162.025MHz的AIS发射器。
实施例1的内河航道的船舶抓拍方法，包括以下步骤：
步骤1：AIS基站处于侦听状态，RFID读卡器模块、视频抓拍模块和视频监控模块处于待机状态；
步骤2：AIS基站在其两个工作频率信道（即161.975MHz和162.025MHz）上探测其5公里的有效探测区域内是否有目标船发出的AIS特征信号，该目标船上预先安装有船用RFID电子标签和AIS发射器，目标船驶入内河航道，当AIS基站探测到目标船上的AIS发射器在AIS发射器的两个工作频率信道上（即161.975MHz和162.025MHz）交替发出的AIS特征信号时，由数据处理模块根据AIS特征信号提取AIS船只基本信息并建表保存入数据库，同时触发视频监控模块对其监控范围进行实时全景拍摄监控，记录一段时间的实时视频数据并保存入数据库，其中，提取的AIS船只基本信息包括船只的船名、船号和位置信息；在数据处理模块提取AIS船只基本信息后，当AIS基站未探测到AIS特征信号时，AIS基站向数据处理模块发出一个空信号，数据处理模块指令视频监控模块和RFID读卡器进入休眠状态；
步骤3：数据处理模块触发RFID读卡器模块工作，该RFID读卡器模块包括相连接的RFID读卡器和外置的窄波束天线，该窄波束天线覆盖的河道范围与视频监控模块的监控范围和视频抓拍模块的抓拍范围相匹配，该视频抓拍模块包括相连接的视频抓拍设备和爆闪灯；
步骤4：当目标船驶入窄波束天线覆盖的300米河道范围时，目标船上的船用RFID电子标签与RFID读卡器建立通信，船用RFID电子标签定时发送船只RFID标签信息，该船只RFID标签信息包括目标船的船名、船号、船类型和船重，RFID读卡器接收船只RFID标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备联动爆闪灯和常亮灯对目标船进行抓拍，产生目标船的图像数据，由数据处理模块保存目标船的船只RFID标签信息和图像数据；当目标船驶出窄波束天线覆盖的300米河道范围时，RFID读卡器不再接收船只RFID标签信息，视频抓拍模块进入待机状态；
步骤5：数据融合模块对步骤2中保存的AIS船只基本信息中的船名和船号与步骤4中保存的船只RFID标签信息中的船名和船号进行正确性比对，若比对一致，则依据目标船通过AIS基站的探测区域的时间信息，截取视频监控模块拍摄的目标船的视频数据，最后将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据融合为目标船特征数据，完成对目标船的抓拍，AIS基站进入侦听状态，等待下一目标船的到来；若比对不一致，则重复步骤2～步骤5。
实施例2的内河航道的船舶抓拍系统，可实现实施例1的内河航道的船舶抓拍方法，如图1所示，该抓拍系统包括AIS基站1、RFID读卡器模块、视频监控模块3、视频抓拍模块、数据处理模块5和数据融合模块6，RFID读卡器模块包括相连接的RFID读卡器21和外置的窄波束天线22，窄波束天线22覆盖的河道范围与视频监控模块3的监控范围和视频抓拍模块的抓拍范围相匹配，视频抓拍模块包括相连接的视频抓拍设备41、爆闪灯42和常亮灯43，数据处理模块5分别与AIS基站1、RFID读卡器21、视频监控模块3、视频抓拍设备41和数据融合模块6连接，待抓拍的目标船上安装有船用RFID电子标签71和AIS发射器72，AIS发射器72与AIS基站1连接；
AIS基站1用于在其两个工作频率信道上探测是否有目标船发出的AIS特征信号，并将探测到的AIS特征信号发送给数据处理模块5；
RFID读卡器模块用于与目标船上的船用RFID电子标签71建立通信，接收船用RFID电子标签71定时发送的船只RFID标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备41联动爆闪灯42对目标船进行抓拍，其中，船只RFID标签信息包括目标船的船名、船号、船类型和船重；
视频监控模块3用于拍摄视频并将拍摄的视频数据发送给数据处理模块5；
视频抓拍模块用于抓拍目标船，产生目标船的图像数据，并将目标船的图像数据发送给数据处理模块5；
数据处理模块5用于根据AIS特征信号提取AIS船只基本信息并建表保存入数据库，同时触发视频监控模块3拍摄视频并将拍摄的视频数据保存入数据库，并触发RFID读卡器模块工作，且保存目标船的船只RFID标签信息和图像数据，其中AIS船只基本信息包括船只的船名、船号和位置信息；
数据融合模块6用于对保存的AIS船只基本信息中的船名和船号与保存的船只RFID标签信息中的船名和船号进行正确性比对，若比对一致，则依据目标船通过AIS基站1的探测区域的时间信息，截取视频监控模块3拍摄的目标船的视频数据，最后将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据融合为目标船特征数据。

Claims (8)

1.一种内河航道的船舶抓拍方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：AIS基站处于侦听状态，RFID读卡器模块、视频抓拍模块和视频监控模块处于待机状态；
步骤2：AIS基站在其两个工作频率信道上探测其探测区域内是否有目标船发出的AIS特征信号，该目标船上预先安装有船用RFID电子标签和AIS发射器，当AIS基站探测到目标船上的AIS发射器在AIS发射器的两个工作频率信道上交替发出的AIS特征信号时，由数据处理模块根据AIS特征信号提取AIS船只基本信息并建表保存入数据库，同时触发视频监控模块拍摄视频并将拍摄的视频数据保存入数据库，其中，提取的AIS船只基本信息包括船只的船名、船号和位置信息；
步骤3：数据处理模块触发RFID读卡器模块工作，该RFID读卡器模块包括相连接的RFID读卡器和外置的窄波束天线，该窄波束天线覆盖的河道范围与视频监控模块的监控范围和视频抓拍模块的抓拍范围相匹配，该视频抓拍模块包括相连接的视频抓拍设备和爆闪灯；
步骤4：当目标船驶入窄波束天线覆盖的河道范围时，目标船上的船用RFID电子标签与RFID读卡器建立通信，船用RFID电子标签定时发送船只RFID标签信息，该船只RFID标签信息包括目标船的船名、船号、船类型和船重，RFID读卡器接收船只RFID标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备联动爆闪灯对目标船进行抓拍，产生目标船的图像数据，由数据处理模块保存目标船的船只RFID标签信息和图像数据；当目标船驶出窄波束天线覆盖的河道范围时，RFID读卡器不再接收船只RFID标签信息，视频抓拍模块进入待机状态；
步骤5：数据融合模块对步骤2中保存的AIS船只基本信息中的船名和船号与步骤4中保存的船只RFID标签信息中的船名和船号进行正确性比对，若比对一致，则依据目标船通过AIS基站的探测区域的时间信息，截取视频监控模块拍摄的目标船的视频数据，最后将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据融合为目标船特征数据，完成对目标船的抓拍，AIS基站进入侦听状态，等待下一目标船的到来；若比对不一致，则重复步骤2～步骤5。
2.根据权利要求1所述的一种内河航道的船舶抓拍方法，其特征在于，步骤2中，视频监控模块被触发后，对其监控范围进行实时全景拍摄监控，记录一段时间的实时视频数据并保存入数据库。
3.根据权利要求1所述的一种内河航道的船舶抓拍方法，其特征在于，步骤2中，在数据处理模块提取AIS船只基本信息后，当AIS基站未探测到AIS特征信号时，AIS基站向数据处理模块发出一个空信号，数据处理模块指令视频监控模块和RFID读卡器进入休眠状态。
4.根据权利要求1所述的一种内河航道的船舶抓拍方法，其特征在于，在视频抓拍模块的抓拍范围可见度低时，视频抓拍设备联动常亮灯进行补光拍摄。
5.一种内河航道的船舶抓拍系统，其特征在于，包括：AIS基站、RFID读卡器模块、视频监控模块、视频抓拍模块、数据处理模块和数据融合模块，所述的RFID读卡器模块包括相连接的RFID读卡器和外置的窄波束天线，所述的窄波束天线覆盖的河道范围与所述的视频监控模块的监控范围和所述的视频抓拍模块的抓拍范围相匹配，所述的视频抓拍模块包括相连接的视频抓拍设备和爆闪灯，所述的数据处理模块分别与所述的AIS基站、RFID读卡器、视频监控模块、视频抓拍设备和数据融合模块连接，待抓拍的目标船上安装有船用RFID电子标签和AIS发射器，所述的AIS发射器与所述的AIS基站连接；
所述的AIS基站用于在其两个工作频率信道上探测是否有目标船发出的AIS特征信号，并将探测到的AIS特征信号发送给所述的数据处理模块；
所述的RFID读卡器模块用于与目标船上的船用RFID电子标签建立通信，接收船用RFID电子标签定时发送的船只RFID标签信息并产生触发信号，触发视频抓拍设备联动爆闪灯对目标船进行抓拍，其中，所述的船只RFID标签信息包括目标船的船名、船号、船类型和船重；
所述的视频监控模块用于拍摄视频并将拍摄的视频数据发送给所述的数据处理模块；
所述的视频抓拍模块用于抓拍目标船，产生目标船的图像数据，并将目标船的图像数据发送给所述的数据处理模块；
所述的数据处理模块用于根据AIS特征信号提取AIS船只基本信息并建表保存入数据库，同时触发视频监控模块拍摄视频并将拍摄的视频数据保存入数据库，并触发RFID读卡器模块工作，且保存目标船的船只RFID标签信息和图像数据，其中所述的AIS船只基本信息包括船只的船名、船号和位置信息；
所述的数据融合模块用于对保存的AIS船只基本信息中的船名和船号与保存的船只RFID标签信息中的船名和船号进行正确性比对，若比对一致，则依据目标船通过AIS基站的探测区域的时间信息，截取视频监控模块拍摄的目标船的视频数据，最后将AIS船只基本信息、船只RFID标签信息、目标船的视频数据和图像数据融合为目标船特征数据。
6.根据权利要求5所述的一种内河航道的船舶抓拍系统，其特征在于，所述的视频监控模块用于对其监控范围进行实时全景拍摄监控，记录一段时间的实时视频数据并保存入数据库。
7.根据权利要求5所述的一种内河航道的船舶抓拍系统，其特征在于，在数据处理模块提取AIS船只基本信息后，当所述的AIS基站未探测到AIS特征信号时，所述的AIS基站向所述的数据处理模块发出一个空信号，所述的数据处理模块指令所述的视频监控模块和所述的RFID读卡器进入休眠状态。
8.根据权利要求5所述的一种内河航道的船舶抓拍系统，其特征在于，所述的视频抓拍模块还包括常亮灯，在所述的视频抓拍模块的抓拍范围可见度低时，所述的视频抓拍设备联动所述的常亮灯进行补光拍摄。
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