CN110047331A - 一种基于ais的船舶与目标物之间距离测算方法 - Google Patents

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刘善成
丁勇毅
周晓刚
程志田
田进
杜珊珊
孙熠谦
李振
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Abstract

本发明公开了一种基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，包括以下步骤：1)目标物初始化；2)输入AIS基站接收的船舶AIS信息；3)监测范围初始化：以目标物为核心，使用电子航道图设置监测范围，监测范围以经纬度数值表示；4)过滤出需要检测的运动目标；5)进行船舶与目标物距离测量，具体包括以下子步骤：(1)依据Haversine公式，计算最近时刻船舶地理坐标距离目标物划定的边界线的起始点A的距离a和终止点B的距离b，以及起始点A到终止点B的距离c；(2)利用海伦公式计算(1)中船舶地理坐标距离边界线AB的直线距离。本发明解决了船舶与航道中敏感目标实时距离的测量问题，实现对船舶精准监管。

Description

一种基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法
技术领域
本发明涉及一种基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，属于水上地理位置测量技术领域。
背景技术
随着内河航运的快速发展，水上运输船舶数量不断增多，船舶通航密度越来越大，水上交通安全时刻面临着巨大的压力和挑战，一方面由于水上无固定“船道”、内河航道较窄且环境复杂、人员安全意识薄弱等因素，船舶碰撞桥梁、违规进入禁航区等行为时有发生，极易导致各类水上交通事故。另一方面内河水上监管信息化建设起步较晚，执法力量薄弱、执法设备智能化水平较低，智能化的监管手段仍显不足，现场执法效率较低。如何利用先进的科技手段提高水上交通管理水平，抑制交通事故，同时减少对正常航行船舶干扰，提升后台化监管水平，提高监管、执法精准度是当前海事部门亟待解决的问题。
船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem,AIS)是一种集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备，它通过自身接口连接船上的GPS定位仪、测深仪、电罗经等采集各种船舶航行动态信息，显示在电子显示屏上为操纵人员提供船舶的实时航行信息；同时也通过系统的发射设备将船舶的静态和动态信息发送到附近的岸上基站或者卫星上，在这个过程中，周围船舶和交管中心均能够收到这种信息。AIS发送的信息包括船舶身份、船舶位置、吃水、航速、船首向、船舶类型、船舶长度、宽度。AIS设备的使用积累了大量的船舶航行数据，为利用数据分析技术对船舶预计航行轨迹推算提供重要的基础数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，解决船舶与航道中敏感目标如桥梁、禁航区等实时距离的测量问题，实现对船舶精准监管。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，包括以下步骤：
1)目标物初始化：借助电子航道图中目标物的经纬度信息，设置边界线Line(Alat,Alng,Blat，Blng)，A、B分别为边界线起始点和终止点，其中Alat、Alng分别表示边界线起始点A点的经度、纬度；Blat、Blng分别表示边界线终止点B点的经度、纬度；
2)输入AIS基站接收的船舶AIS信息；
3)监测范围初始化：以目标物为核心，使用电子航道图设置监测范围，监测范围以经纬度数值表示；
4)过滤出需要检测的运动目标：通过监测范围经纬度信息，过滤出符合条件的船舶，即经纬度位于监测范围内的船舶，提取每一条船舶的MMSI(水上移动通信业务标识码，Maritime Mobile Service Identify)、经度、纬度、航速和航向信息；
5)进行船舶与目标物距离测量，具体包括以下子步骤：
(1)依据Haversine公式，计算最近时刻船舶地理坐标距离目标物划定的边界线的起始点A的距离a和终止点B的距离b，以及起始点A到终止点B的距离c；
(2)利用海伦公式计算(1)中船舶地理坐标距离边界线AB的直线距离。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，其中Haversine计算两点间距离d的公式如下：
其中：haversin(θ)＝sin2(θ/2)＝(1-cos(θ))/2；
R为地球半径，取平均值6371km；表示两点的纬度；Δλ表示两点经度的差值。
前述基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，其中海伦公式计算方法如下，三角形边长分别为a、b、c，三角形的面积S可以由以下公式求得：
p为半周长：p＝(a+b+c)/2；
通过反推，可以求得各个边对应的高：
底a对应的高为
底b对应的高为
底c对应的高为
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)实时性强，算法复杂度低，计算量小，适用于水上船舶与航道重要设施目标物之间距离的实时计算；2)精确度高，Haversine公式采用了正弦函数，即使距离很小，也能保持足够的有效数字；3)应用范围广，能够适用于不同等级的航道，不限于特定的船舶，只需保证AIS设备处于正常开启状态。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，包括以下步骤：
1)目标物初始化：借助电子航道图中目标物的经纬度信息，设置边界线Line(Alat,Alng,Blat，Blng)，A、B分别为边界线起始点和终止点，其中Alat、Alng分别表示边界线起始点A点的经度、纬度；Blat、Blng分别表示边界线终止点B点的经度、纬度；
2)输入AIS基站接收的船舶AIS信息；
3)监测范围初始化：以目标物为核心，使用电子航道图设置监测范围，监测范围以经纬度数值表示；
4)过滤出需要检测的运动目标：通过监测范围经纬度信息，过滤出符合条件的船舶，即经纬度位于监测范围内的船舶，提取每一条船舶的MMSI(水上移动通信业务标识码，Maritime Mobile Service Identify)、经度、纬度、航速和航向信息；
5)进行船舶与目标物距离测量，具体包括以下子步骤：
(1)依据Haversine公式，计算最近时刻船舶地理坐标距离目标物划定的边界线的起始点A的距离a和终止点B的距离b，以及起始点A到终止点B的距离c；
(2)利用海伦公式计算(1)中船舶地理坐标距离边界线AB的直线距离。
前述Haversine公式采用了正弦函数，即使距离很小，也能保持足够的有效数字。Haversine计算两点间距离d的公式如下：
其中：haversin(θ)＝sin2(θ/2)＝(1-cos(θ))/2
R为地球半径，可取平均值6371km；
表示两点的纬度；
Δλ表示两点经度的差值。
接着根据海伦公式进行计算，边长分别为a、b、c，三角形的面积S可以由以下公式求得：
而公式里的p为半周长：p＝(a+b+c)/2
通过反推，可以求得各个边对应的高
底a对应的高为
底b对应的高为
底c对应的高为
通过以上方法，计算出船舶地理坐标距离边界线AB的直线距离。
本发明基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法实时性强，算法复杂度低，计算量小，适用于水上船舶与航道重要设施目标物之间距离的实时计算，计算精确度高，Haversine公式采用了正弦函数，即使距离很小，也能保持足够的有效数字；本发明应用范围广，能够适用于不同等级的航道，不限于特定的船舶，只需保证AIS设备处于正常开启状态。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)目标物初始化：借助电子航道图中目标物的经纬度信息，设置边界线Line(Alat,Alng,Blat，Blng)，A、B分别为边界线起始点和终止点，其中Alat、Alng分别表示边界线起始点A点的经度、纬度；Blat、Blng分别表示边界线终止点B点的经度、纬度；
2)输入AIS基站接收的船舶AIS信息；
3)监测范围初始化：以目标物为核心，使用电子航道图设置监测范围，监测范围以经纬度数值表示；
4)过滤出需要检测的运动目标：通过监测范围经纬度信息，过滤出符合条件的船舶，即经纬度位于监测范围内的船舶，提取每一条船舶的MMSI、经度、纬度、航速和航向信息；
5)进行船舶与目标物距离测量，具体包括以下子步骤：
(1)依据Haversine公式，计算最近时刻船舶地理坐标距离目标物划定的边界线的起始点A的距离a和终止点B的距离b，以及起始点A到终止点B的距离c；
(2)利用海伦公式计算(1)中船舶地理坐标距离边界线AB的直线距离。
2.如权利要求1所述的基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，其特征在于，所述Haversine公式计算两点间距离d的公式如下：
其中：haversin(θ)＝sin2(θ/2)＝(1-cos(θ))/2；
R为地球半径，取平均值6371km；表示两点的纬度；Δλ表示两点经度的差值。
3.如权利要求1所述的基于AIS的船舶与目标物之间距离测算方法，其特征在于，所述海伦公式计算方法如下，三角形边长分别为a、b、c，三角形的面积S可以由以下公式求得：
p为半周长：p＝(a+b+c)/2；
通过反推，可以求得各个边对应的高：
底a对应的高为
底b对应的高为
底c对应的高为
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