CN109887338A - 一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，本发明主要应用于海港边防检查机关对所管辖的船舶锚地区内的国际航行船舶与其它船舶(无搭靠许可证的船舶)进行非法搭靠的行为的监管工作，通过运用信息化手段来提供技术支撑，解决了海港边防检查机关在对锚地区进行监管的时候遇到的难题。本发明主要通过对船舶目标(来源于雷达及AIS设备的信号)的运动位置及其行驶轨迹的特点来进行自动智能分析，以此来监测是否有船舶目标非法搭靠于风险等级较高的国际航行船舶。

Description

一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法

技术领域

本发明涉及海上边防预警领域，尤其涉及一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法。

背景技术

海港边防检查机关的核心任务主要是防止危害国家安全和社会秩序的敌对分子、恐怖分子、犯罪分子等进出；预防和打击非法出入境违法犯罪活动；防止出入境船舶、人员携带危害国家安全和社会秩序的违禁物品、武器弹药等进出。国际航行船舶在国内航行以及锚地锚泊期间的边防管理工作，由于缺少必要的执勤交通工具和技术手段等原因已经成为目前边防检查机关管理工作的短板。

船舶目标自动搭靠预警算法主要应用于港口锚地区内，对船舶是否正在进行非法搭靠行为进行位置和行驶轨迹的综合分析和判断。对静止搭靠，伴行搭靠等情况进行智能分析并根据风险评估等级提示报警。目前，在海港边防检测机关所应用的监管系统中，尚未有类似本发明的预警算法应用。与本发明最接近的算法存在于VTS(港口船舶交通管理系统)系统及各类船舶导航系统(ECS,ECDIS等)中。在此类系统中，对船舶之间位置关系及行驶轨迹的分析的主要目的是防止两艘船舶发生碰撞，其技术特征为，通过计算两目标船舶可能相距的最小距离是否小于设定距离(CPA)，以及行驶至此最小距离位置处所需时间是否小于设定时间(TCPA)来给出报警。此算法无法满足海港边防检查机关对非法搭靠船舶的检测。现有的CPA/TCPA算法，无法直接满足海港边防检查机关对船舶搭靠实时检测的要求，主要体现在如下几点：

在应用中，CPA/TCPA算法对任意两艘船舶进行检测，海港边防检查机关只关心国际航行船舶与无搭靠许可证的船舶之间搭靠行为。在某一船舶高速接近一静止船舶时，如果两船相距最小值小于设定值，则CPA算法报警，但实际上高速船舶只是路过，并未产生搭靠行为。两艘行驶速度相差较大的船舶同样会产生此类问题，因为伴行(近距离伴行船舶也被视为搭靠)的船舶只发生在两船速度几乎一致的情况下。当两雷达目标船舶距离较近时，雷达回波会合并成一个，也就是说其中一个目标丢失了，此时两目标很有可能正在进行搭靠，但也有可能是一艘船在途径另一船舶时，由于距离较近，信号被遮挡。所以，在这种情况下，需要综合各种情况再进行分析与判定。但CPA/TCPA只能对两个信号稳定的目标进行计算，显然无法满足要求。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，具体包括以下步骤：

S1:判断船舶列表中的任意船舶是否为国际船舶，判断当前外轮是否已经产生了搭靠报警如果是则执行S2，如果否则执行S4；

S2：遍历已经与当前外轮产生搭靠报警的船舶，判断此搭靠船舶是否依然满足报警条件，如果否，则执行S3，如果是则继续遍历下一个搭靠船舶，遍历结束后执行S4；

S3：解除此搭靠船舶与当前外轮的搭靠报警，根据风险评估等级产生报警信息，并发送到终端提示用户，返回S2继续遍历一个搭靠船舶；

S4：判断当前外轮是否记载了搭靠圈内的未搭靠船舶，如果是，则执行S5，如果否则执行S7，其中搭靠圈是指以当前外轮所在位置为圆心、半径为R的圆；

S5：遍历当前外轮搭靠圈内的未搭靠船舶列表，判断当前未搭靠船舶是否已经丢失，如果已经丢失则根据风险评估等级产生搭靠报警信息发送到终端提示用户并继续遍历，否则执行S6；

S6：判断当前未搭靠船舶是否已经驶出当前外轮的搭靠圈，如果是，则从记载的当前外轮的搭靠圈内未搭靠船舶记录中将当前未搭靠船舶移除，返回S5继续遍历；

S7：遍历当前外轮的搭靠圈内未产生搭靠报警的船舶并判断当前未产生搭靠报警的船舶与当前外轮是否满足搭靠报警条件，如果是，则产生搭靠报警信息、根据风险评估等级发送到终端提示用户，如果否，则执行S8，遍历结束后返回S1，继续检测下一艘外轮；

S8：判断当前未产生搭靠报警的船舶是否已经存在于当前外轮的搭靠圈内未搭靠船舶记录中，如果不存在，则将此当前未产生搭靠报警的船舶记载到记录中，执行完毕返回S7。

所述判断搭靠船舶是否依然满足报警条件具体采用如下方式：

S21：判断搭靠船舶是否是AIS目标，如果是，则执行S22，如果否则执行S24；

S22：判断搭靠船舶是否驶出当前外轮的搭靠圈，如果是，则认为不满足报警条件，子流程结束，如果否，则执行S23；

S23：判断搭靠船舶和当前外轮是否满足报警条件，如果是，则认为满足搭靠报警条件，子流程结束，如果否，则认为不满足报警条件，子流程结束；

S24：如果搭靠船舶不是AIS目标，则必然是雷达目标，判断此雷达搭靠船舶是否已经丢失，如果没有丢失，则判断此雷达搭靠船舶是否驶出当前外轮的搭靠圈，如果驶出，则认为不满足报警条件，如果未驶出，判断搭靠船舶和当前外轮是否满足报警条件，如果满足则认为应产生搭靠报警；如果不满足，则认为不应产生搭靠报警，子流程结束；如果此雷达搭靠船舶已经丢失，执行S25；

S25：判断当前外轮的扩展搭靠圈内是否存在新建的雷达目标，如果此目标的形状、质量和密度与丢失的雷达搭靠船舶目标的差值都在设置范围内，则认为此丢失的雷达搭靠船舶目标被重新发现；若被重新发现，则判断当前外轮和搭靠船舶是否满足报警条件，如果满足则认为应产生搭靠报警；如果不满足则认为不应产生搭靠报警，若没有被重新发现，则判断此搭靠报警持续时间是否超过阈值参数II，如果超过，则认为不满足报警条件，如果没超过，则认为满足搭靠报警条件。

判断当前未产生搭靠报警的船舶与当前外轮是否满足搭靠报警条件具体采用如下方式：

S71：判断当前外轮是否处于锚泊状态或者靠泊状态，如果是，则执行S72；否则执行S73；

S72：判断搭靠船舶的速度是否小于阈值参数I，如果是则认为应产生搭靠报警；否则认为不应产生搭靠报警；

S73：判断当前外轮的速度是否小于阈值参数I，如果小于，判断搭靠船舶的速度是否也小于阈值参数I，如果小于则认为产生搭靠报警，否则认为不产生搭靠报警，如果当前外轮的速度大于阈值参数I则执行S74；

S74：判断两运动船舶的航向差和航速差是否连续N次以上分别小于设定阈值，如果是，则认为两运动船舶处于伴行状态，产生搭靠报警；否则，不产生搭靠报警。

判断雷达目标是否丢失具体采用如下方式：

判断此雷达目标是否处于丢失状态，如果是，则执行下一步，否则，认为雷达目标未丢失，子流程结束；

当雷达目标丢失后，根据目标丢失前的最后的位置信息以及航向航速信息，推算出后续多个时刻对应的的多个检测波门；其中检测波门是指以不同时刻推测出的目标预测位置为中心建立的矩形区域，如果在对应时刻，波门中出现新建雷达回波，则认为雷达目标未丢失，如果在推测位置驶出搭靠圈之前，对应波门中始终未发现新建雷达目标，则认为雷达目标丢失，子流程结束。由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，本发明主要应用于海港边防检查机关对所管辖的船舶锚地区内的国际航行船舶与其它船舶(无搭靠许可证的船舶)进行非法搭靠的行为的监管工作，通过运用信息化手段来提供技术支撑，解决了海港边防检查机关在对锚地区进行监管的时候遇到的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明中搭靠报警解除判断子流程的流程图；

图3为本发明中是否满足搭靠报警子流程的流程图；

图4为本发明中判断船舶是否丢失的子流程的流程图；

图5为本发明中实施例中扩展搭靠圈示意图；

图6为本发明中实施例中雷达回波图像参数说明图；

图7为本发明中实施例中判断雷达目标是否丢失的方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

如图1所示的一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，具体采用如下步骤：

S1:遍历船舶列表，对于每一艘国际船舶(也称外轮，包括外籍船舶以及具有国际航线的国内船舶)执行后续步骤。判断船舶列表中的任意船舶是否为国际船舶的船舶资料数据来源于海港边防检查机关的信息系统。遍历结束后，本次定时搭靠报警检测的流程也结束。判断当前外轮是否已经产生了搭靠报警，如果是，则执行S2，否则执行S4。

S2:遍历已经与当前外轮产生搭靠报警的船舶，判断此搭靠船舶是否依然满足报警条件(判断流程参见子流程1)，如果否，则执行S3，否则继续遍历。遍历结束后执行S4。

S3:解除此搭靠船舶与当前外轮的搭靠报警，产生解除报警信息并发送到终端提示用户。返回S2继续遍历。

S4:判断当前外轮是否记载了搭靠圈内的未搭靠船舶(搭靠圈是指以当前外轮所在位置为圆心，半径为R的圆圈，其中R作为参数⑥可以由用户配置)，如果是，则执行S5，否则执行S7。

S5:遍历当前外轮搭靠圈内的未搭靠船舶列表，判断当前未搭靠船舶是否已经丢失(判断流程参见子流程3)，如果已经丢失，则根据风险评估等级产生搭靠报警信息，发送到终端提示用户，然后继续遍历。否则执行S6。遍历结束后执行S7。

S6:判断当前未搭靠船舶是否已经驶出当前外轮的搭靠圈，如果是，则从记载的当前外轮的搭靠圈内未搭靠船舶记录中，将当前未搭靠船舶移除。返回S5继续遍历。

S7:遍历当前外轮的搭靠圈内未产生搭靠报警的船舶(当前状态下外轮搭靠圈内的实时情况，非记载的记录)。判断当前未产生搭靠报警的船舶与当前外轮是否满足搭靠报警条件(判断流程参见子流程2)，如果是，则产生搭靠报警信息，根据风险评估等级发送到终端提示用户。如果否，则执行S8。遍历结束后返回S1，继续检测下一艘外轮。

S8:判断当前未产生搭靠报警的船舶是否已经存在于当前外轮的搭靠圈内未搭靠船舶记录中了。如果不存在，则将此当前未产生搭靠报警的船舶记载到记录中。执行完毕，返回S7。

进一步的，如图2-图7所示，判断搭靠船舶是否依然满足报警条件(即子流程1)具体采用如下方式：

①搭靠船舶是否是AIS目标，如果是，则执行步骤②，否则，执行步骤④。

②、搭靠船舶是否驶出当前外轮的搭靠圈，如果是，则认为不满足报警条件，子流程结束。如果否，则执行步骤③。

③、使用子流程2来判断搭靠船舶和当前外轮是否满足报警条件，如果是，则认为满足搭靠报警条件，子流程结束。如果否，则认为不满足报警条件，子流程结束。

④、搭靠船舶不是AIS目标，则必然是雷达目标。判断此雷达搭靠船舶是否已经丢失。如果没有丢失，则判断此雷达搭靠船舶是否驶出当前外轮的搭靠圈，如果驶出，则认为不满足报警条件。如果未驶出，则使用子流程2来判断搭靠船舶和当前外轮是否满足报警条件，如果满足，则认为应产生搭靠报警；如果不满足，则认为不应产生搭靠报警。子流程结束。如果此雷达搭靠船舶已经丢失，执行步骤⑤。

⑤、如图5所示，判断当前外轮的扩展搭靠圈(其半径由参数⑦指定)内是否存在新建的雷达目标，并且，此目标的形状、质量和密度与丢失的雷达搭靠船舶目标的差值都在设置范围内，那么认为此丢失的雷达搭靠船舶目标被重新发现。若被重新发现，则使用子流程2来判断搭靠船舶和当前外轮是否满足报警条件，如果满足，则认为应产生搭靠报警；如果不满足，则认为不应产生搭靠报警。若没有被重新发现，则判断此搭靠报警持续时间是否超过参数阈值II，如果超过，则认为不满足报警条件，如果没超过，则认为满足搭靠报警条件。子流程结束。

进一步的，判断当前未产生搭靠报警的船舶与当前外轮是否满足搭靠报警条件(即子流程2)具体采用如下方式和步骤：

1、当前外轮(被搭靠船舶)是否处于锚泊状态或者靠泊状态(此状态信息来源于海港边防检查机关的信息系统)。如果是，则执行步骤2；否则，执行步骤3。

2、搭靠船舶的速度是否小于参数阈值I，如果是，则认为应产生搭靠报警；否则，认为不应产生搭靠报警。子流程结束。

3、当前外轮的速度是否小于参数阈值I，如果小于，判断搭靠船舶的速度是否也小于参数阈值I，如果也小于，则认为产生搭靠报警，否则，认为不产生搭靠报警。子流程结束。如果不小于，执行步骤4。

4、判断两运动船舶的航向差(参数⑧)以及航速差(参数⑨)是否连续N(参数⑩)次小于设定值，其中航向差与参数⑧比较，航速差与参数⑨比较，如果是，则认为两运动船舶处于伴行状态，产生搭靠报警；否则，不产生搭靠报警。子流程结束。

进一步的，判断雷达目标是否丢失(即子流程3)具体包括如下步骤：

①、判断此雷达目标是否处于丢失状态，如果是，则执行步骤②，否则，认为雷达目标未丢失，子流程结束。

②在此雷达目标丢失后，根据图4所示，根据目标丢失前的最后的位置信息以及航向航速信息，推算出后续多个时刻对应的的多个检测波门，其中波门逐渐扩大，类似扇形区域。

进一步的，此检测波门是指以不同时刻推测出的目标预测位置为中心建立的矩形区域，初始波门的宽度值以及每次推算的宽度值的扩大百分比分别由参数⑾及参数⑿来控制，如图7所示。进一步的，如果在对应时刻，波门中出现新建雷达回波，则认为雷达目标未丢失。如果在推测位置驶出搭靠圈之前，对应波门中始终未发现新建雷达目标，则认为雷达目标丢失。子流程结束。其中本申请中出现的参数阈值I、参数⑧和参数⑨等都是根据实际需要设定的阈值。

本发明主要通过对船舶目标(来源于雷达及AIS设备的信号)的运动位置及其行驶轨迹的特点来进行自动智能分析，以此来监测是否有船舶目标非法搭靠于风险等级较高的国际航行船舶，其中边检机关通过对出入境的船舶的资料进行分析评估后，所得到的风险评估等级。如果发现，则立即在本发明所应用的监管系统的终端显示器上给出报警提示，根据被搭靠船舶的风险评估等级的高低，终端提示方式有所不同(屏幕闪烁及报警音等手段综合应用)。边检机关发现报警后会立即组织执勤人员前往搭靠地点进行检查，有效的预防和打击了通过非法搭靠来进行的违法犯罪活动(偷渡或走私等)，提高了执勤效率，降低了边检机关执勤时对人力物力的依赖性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，其特征在于包括以下步骤：

S1:判断船舶列表中的任意船舶是否为国际船舶，判断当前外轮是否已经产生了搭靠报警如果是则执行S2，如果否则执行S4；

S2：遍历已经与当前外轮产生搭靠报警的船舶，判断此搭靠船舶是否依然满足报警条件，如果否，则执行S3，如果是则继续遍历下一个搭靠船舶，遍历结束后执行S4；

S3：解除此搭靠船舶与当前外轮的搭靠报警，根据风险评估等级产生报警信息，并发送到终端提示用户，返回S2继续遍历一个搭靠船舶；

S4：判断当前外轮是否记载了搭靠圈内的未搭靠船舶，如果是，则执行S5，如果否则执行S7，其中搭靠圈是指以当前外轮所在位置为圆心、半径为R的圆；

S5：遍历当前外轮搭靠圈内的未搭靠船舶列表，判断当前未搭靠船舶是否已经丢失，如果已经丢失则根据风险评估等级产生搭靠报警信息发送到终端提示用户并继续遍历，否则执行S6；

S6：判断当前未搭靠船舶是否已经驶出当前外轮的搭靠圈，如果是，则从记载的当前外轮的搭靠圈内未搭靠船舶记录中将当前未搭靠船舶移除，返回S5继续遍历；

S7：遍历当前外轮的搭靠圈内未产生搭靠报警的船舶并判断当前未产生搭靠报警的船舶与当前外轮是否满足搭靠报警条件，如果是，则产生搭靠报警信息、根据风险评估等级发送到终端提示用户，如果否，则执行S8，遍历结束后返回S1，继续检测下一艘外轮；

S8：判断当前未产生搭靠报警的船舶是否已经存在于当前外轮的搭靠圈内未搭靠船舶记录中，如果不存在，则将此当前未产生搭靠报警的船舶记载到记录中，执行完毕返回S7。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，其特征还在于：所述判断搭靠船舶是否依然满足报警条件具体采用如下方式：

S21：判断搭靠船舶是否是AIS目标，如果是，则执行S22，如果否则执行S24；

S22：判断搭靠船舶是否驶出当前外轮的搭靠圈，如果是，则认为不满足报警条件，子流程结束，如果否，则执行S23；

S23：判断搭靠船舶和当前外轮是否满足报警条件，如果是，则认为满足搭靠报警条件，子流程结束，如果否，则认为不满足报警条件，子流程结束；

S24：如果搭靠船舶不是AIS目标，则必然是雷达目标，判断此雷达搭靠船舶是否已经丢失，如果没有丢失，则判断此雷达搭靠船舶是否驶出当前外轮的搭靠圈，如果驶出，则认为不满足报警条件，如果未驶出，判断搭靠船舶和当前外轮是否满足报警条件，如果满足则认为应产生搭靠报警；如果不满足，则认为不应产生搭靠报警，子流程结束；如果此雷达搭靠船舶已经丢失，执行S25；

S25：判断当前外轮的扩展搭靠圈内是否存在新建的雷达目标，如果此目标的形状、质量和密度与丢失的雷达搭靠船舶目标的差值都在设置范围内，则认为此丢失的雷达搭靠船舶目标被重新发现；若被重新发现，则判断当前外轮和搭靠船舶是否满足报警条件，如果满足则认为应产生搭靠报警；如果不满足则认为不应产生搭靠报警，若没有被重新发现，则判断此搭靠报警持续时间是否超过阈值参数II，如果超过，则认为不满足报警条件，如果没超过，则认为满足搭靠报警条件。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，其特征还在于：判断当前未产生搭靠报警的船舶与当前外轮是否满足搭靠报警条件具体采用如下方式：

S71：判断当前外轮是否处于锚泊状态或者靠泊状态，如果是，则执行S72；否则执行S73；

S72：判断搭靠船舶的速度是否小于阈值参数I，如果是则认为应产生搭靠报警；否则认为不应产生搭靠报警；

S73：判断当前外轮的速度是否小于阈值参数I，如果小于，判断搭靠船舶的速度是否也小于阈值参数I，如果小于则认为产生搭靠报警，否则认为不产生搭靠报警，如果当前外轮的速度大于阈值参数I则执行S74；

S74：判断两运动船舶的航向差和航速差是否连续N次以上分别小于设定阈值，如果是，则认为两运动船舶处于伴行状态，产生搭靠报警；否则，不产生搭靠报警。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能搭靠预警算法的海上边防预警方法，其特征还在于：判断雷达目标是否丢失具体采用如下方式：

判断此雷达目标是否处于丢失状态，如果是，则执行下一步，否则，认为雷达目标未丢失，子流程结束；

当雷达目标丢失后，根据目标丢失前的最后的位置信息以及航向航速信息，推算出后续多个时刻对应的的多个检测波门；其中检测波门是指以不同时刻推测出的目标预测位置为中心建立的矩形区域，如果在对应时刻，波门中出现新建雷达回波，则认为雷达目标未丢失，如果在推测位置驶出搭靠圈之前，对应波门中始终未发现新建雷达目标，则认为雷达目标丢失，子流程结束。