CN110288855A - 针对海上船只行为的分类方法及其分类系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种针对海上船只行为的分类方法，包括以下步骤：S1、以海上船只的航迹信息为依据判断海上船只是否正常行驶，若船只航向速度变化小，位置在航道内，则属于正常行驶船只，否则，属于非正常行驶船只；S2、结合辅助图像数据库对于非正常行驶的船只进行行为分类，船只非正常行驶的行为包括捕鱼行为、走私行为、贩毒行为、海盗行为、偷渡行为；S3、记录并保存非正常行驶船只的行为分类信息，同时对敏感区域内的所有船只行为进行分类分析。本发明提出了不同场景下完成海上目标行为判断的准则，为海上监管系统能够及时发现可疑行为、及时制止危险行为提供解决方案，可为海上监管部门提供极大便利，保障我国海域范围内的安全稳定。

Description

针对海上船只行为的分类方法及其分类系统
技术领域
本发明涉及海事检测技术领域，具体地，涉及一种针对海上船只行为的分类方法及其分类系统。
背景技术
由于海上环境复杂、海幅辽阔，各国在海上监管中投入大量人力物力仍然没有好的解决办法。
目前，针对海上船只行为分类，没有自动对船只航行状态进行判断的措施，都是人工判断，同时只能做到对一个船只的监控；数据支撑仅有航行数据，缺乏视频图像证据，难以判断历史航行状态。
经过对现有技术的检索，申请号为201811002098.9的发明专利公开了一种运用无人机进行海上态势感知监测船舶路径的方法，从构建MATLAB核心单元开始，引入模型预测控制(MPC)作为控制方法，建立了无人机和船舶的运动学方程，搭建了整个系统的框架。研究的控制框架实现在船舶和无人机之间的联动，控制无人机在船舶的计划路径周围所需控制精度的区域工作。无人机对海上态势进行感知，监视海况，指导船舶航行、避障、海上作业等操作任务。该方法只是对海上船只的航行进行指导，无法识别各种船只类型，不能及时察觉非法船只行为。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种针对海上船只行为的分类方法及其分类系统。
根据本发明提供的一种针对海上船只行为的分类方法，包括以下步骤：
S1、判断海上船只行为是否正常：以海上船只的航迹信息为依据判断海上船只是否正常行驶，若船只航向速度变化小，位置在航道内，则属于正常行驶船只，否则，属于非正常行驶船只；
S2、海上船只非正常行驶行为分类：结合辅助图像数据库对于非正常行驶的船只进行行为分类，船只非正常行驶的行为包括捕鱼行为、走私行为、贩毒行为、海盗行为、偷渡行为；
S3、记录并保存非正常行驶行为分类信息：记录并保存非正常行驶船只的行为分类信息，同时对非正常行驶船只出现频率高的敏感区域内的所有船只行为进行分类分析。
进一步地，所述步骤S1中，海上船只正常行驶的判断标准包括以下4项：(1)海上船只的航速大于1节且航速大小保持稳定，没有频繁改变速度大小；(2)海上船只航向稳定，没有频繁改变航向大小；(3)海上船只在特定区域内停留时间不能超过人为设定的最长停留时间；(4)海上船只航行轨迹平稳；若海上船只的行为不满足上述标准中的一项或多项，则属于非正常行驶船只。
进一步地，所述步骤S1中，航迹信息包括海上船只的连续航迹点位置以及海上船只到达连续航迹点位置时的时间、航速、航向。
进一步地，所述步骤S1中，航迹信息通过探测雷达、船舶自动识别系统(AIS)或北斗接收机获取。
进一步地，所述步骤S2中，捕鱼行为包括围网、撒网、拖网、电鱼、炸鱼；走私行为包括石油走私、货物走私。
进一步地，所述步骤S2中，具有围网行为的海上船只做S型运动或O型运动时；具有撒网行为的海上船只是走走停停的状态；具有拖网行为的海上船只航行速度慢、两拖网船只航迹并行；
进一步地，所述步骤S2中，具有石油走私行为的海上船只，两船靠近时间长，船型为大中型船；具有货物走私行为的海上船只，两船靠近时间长，船型小。
本发明还提供一种针对海上船只行为的分类系统，包括，
判断模块：以海上船只的航迹信息为依据判断海上船只是否正常行驶，若船只航向速度变化小，位置在航道内，则属于正常行驶船只，否则，属于非正常行驶船只；
分类模块：结合辅助图像数据库，对于非正常行驶的船只进行行为分类，船只非正常行驶的行为包括捕鱼行为、走私行为、贩毒行为、海盗行为、偷渡行为；
记录保存模块：记录并保存非正常行驶船只的行为分类信息，同时对非正常行驶船只出现频率高的敏感区域内的所有船只行为进行分类分析。
进一步地，所述判断模块中，海上船只正常行驶的判断标准包括以下4项：(1)海上船只的航速大于1节且航速大小保持稳定，没有频繁改变速度大小；(2)海上船只航向稳定，没有频繁改变航向大小；(3)海上船只在特定区域内停留时间不能超过人为设定的最长停留时间；(4)海上船只航行轨迹平稳；若海上船只的行为不满足上述标准中的一项或多项，则属于非正常行驶船只。
进一步地，当海上船只被判断为非正常行驶时，系统会主动调用光电设备根据海上船只的方位、距离，调整光电设备的方位、视场角、俯仰角参数，聚焦后对海上船只进行视频记录并保存，当用户需要人工判断时就能作为证据。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、鉴于在海上行驶的大多数目标处于正常行驶状态，因此以目标所记录的航迹为主要依据在系统中对正常行驶目标进行计算筛选滤除后只有很小部分需要再次验证，因此系统计算量很小。
2、系统会连续记录船只的航迹信息，一定条件下对雷达范围内所有目标进行筛选，对筛选出的异常船只再结合图像进行行为分类，为监管部门提供决策依据。
3、本发明提出了不同场景下完成海上目标行为判断的准则，为海上监管系统能够及时发现可疑行为、及时制止危险行为提供解决方案，可为海上监管部门提供极大便利，保障我国海域范围内的安全稳定。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明海上目标基于航迹的典型航迹示意图；
图2为本发明海上船只行为分类相应的判断方法；
图3为本发明系统的流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示，根据本发明提供的一种针对海上船只行为的分类方法，包括以下步骤：
S1、判断海上船只行为是否正常：以海上船只的航迹信息为依据判断海上船只是否正常行驶，若船只航向速度变化小，位置在航道内，则属于正常行驶船只，否则，属于非正常行驶船只；航迹信息包括海上船只的连续航迹点位置以及海上船只到达连续航迹点位置时的时间、航速、航向，航迹信息通过根据雷达探测到的目标回拨信息进行解算得到，以及根据AIS或北斗接收机等收到的详细信息融合得到。
海上船只正常行驶的判断标准包括以下4项：(1)海上船只的航速大于1节且航速大小保持稳定，没有频繁改变速度大小；(2)海上船只航向稳定，没有频繁改变航向大小；(3)海上船只在特定区域内停留时间不能超过人为设定的最长停留时间；(4)海上船只航行轨迹平稳，是否平稳的判断方法为：通过最小二乘法进行直线或二次曲线拟合得到的拟合误差不大于人为设定的最大误差；若海上船只的行为不满足上述标准中的一项或多项，则属于非正常行驶船只。
S2、海上船只非正常行驶行为分类：结合辅助图像数据库对于非正常行驶的船只进行行为分类，船只非正常行驶的行为包括捕鱼行为、走私行为、贩毒行为、海盗行为、偷渡行为。
捕鱼行为包括围网、撒网、拖网、电鱼、炸鱼；具有围网行为的海上船只做S型运动或O型运动时；具有撒网行为的海上船只是走走停停的状态；具有拖网行为的海上船只航行速度慢、两拖网船只航迹并行。
走私行为包括石油走私、货物走私具有石油走私行为的海上船只，两船靠近时间长，船型为大中型船；具有货物走私行为的海上船只，两船靠近时间长，船型小。
S3、记录并保存非正常行驶行为分类信息：记录并保存非正常行驶船只的行为分类信息，同时对非正常行驶船只出现频率高的敏感区域内的所有船只行为进行分类分析。
本发明还提供一种针对海上船只行为的分类系统，包括，
判断模块：以海上船只的航迹信息为依据判断海上船只是否正常行驶，若船只航向速度变化小，位置在航道内，则属于正常行驶船只，否则，属于非正常行驶船只；海上船只正常行驶的判断标准包括以下4项：(1)海上船只的航速大于1节且航速大小保持稳定，没有频繁改变速度大小；(2)海上船只航向稳定，没有频繁改变航向大小；(3)海上船只在特定区域内停留时间不能超过人为设定的最长停留时间；(4)海上船只航行轨迹平稳；若海上船只的行为不满足上述标准中的一项或多项，则属于非正常行驶船只。
分类模块：结合辅助图像数据库，对于非正常行驶的船只进行行为分类，船只非正常行驶的行为包括捕鱼行为、走私行为、贩毒行为、海盗行为、偷渡行为。实时计算航行状态方法为：程序内部通过与数据库连接得到每个目标最新几分钟的航行数据并保持与数据库的连接实时更新信息，从而再根据上述几个判断标准对目标航行数据进行计算得到航行状态。
记录保存模块：记录并保存非正常行驶船只的行为分类信息，同时对非正常行驶船只出现频率高的敏感区域内的所有船只行为进行分类分析。可以在系统界面对非正常行驶船只以醒目颜色标出并闪烁；同时在目标处添加标注并时刻保持标注在目标处，对敏感区域实行重点关注。对不明船只调取其历史航行记录及图像证据综合分析，对敏感区域内的所有目标进行航行分析，确保在可能产生重大影响的区域不会遗漏任何危险判断。
当海上船只被判断为非正常行驶时，系统会主动调用光电设备根据海上船只的方位、距离，调整光电设备的方位、视场角、俯仰角参数，聚焦后对海上船只进行视频记录并保存，当用户需要人工判断时就能作为证据，或者当用户需要对异常行驶目标进行告警时就能结合航迹以及图像进行更加准确地分析。
首先系统在运行过程中会持续记录下每个目标的航迹，并实时检测航行状态，对海上目标船只进行观察，调取其航迹信息后发现正常或异常航行的目标的航迹有迹可循：正常行驶的船只航迹平滑，航向航速稳定，航行位置往往在航道内；异常行驶的船只往往航迹明显异常，围网捕鱼船只航迹呈S型及O型较多；拖网捕鱼船只航速小，两拖网船只航迹并行；同时基于经验知道走私船只往往有交汇现象，而根据交汇船只大小可推算走私货物类型，大型船只交汇走私石油可能性较大，此时船只交汇时间长；贩毒船只及偷渡船只交汇时间短、交易完成会迅速离开。
若航行状态发生异常则调用光电设备进行图像取证，当在需要告警的时候先通过航迹信息筛选出潜在危险目标并提醒海上监管部门操作人员通过图像确认船只状态。
鉴于以上结论设计出此分类系统，系统会连续记录船只的航迹信息，一定条件下对雷达范围内所有目标进行筛选，对筛选出的异常船只再结合图像进行行为分类，为监管部门提供决策依据。
以检测捕鱼行为为例，渔业所对于在禁渔期内抓捕偷捕船只的方法现阶段任基于人工调取船只航迹信息之后结合抓捕经验进行判断，此方法不能及时发现并制止偷捕行为，对于在夜间进行偷捕的船只也无法做到24小时监控，但是本发明系统只要在正常运行就能24小时不间断检测，第一时间找到偷捕的船只并产生告警信息以便监管人员及时制止偷捕行为。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种针对海上船只行为的分类方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、判断海上船只行为是否正常：以海上船只的航迹信息为依据判断海上船只是否正常行驶，若船只航向速度变化小，位置在航道内，则属于正常行驶船只，否则，属于非正常行驶船只；
S2、海上船只非正常行驶行为分类：结合辅助图像数据库对于非正常行驶的船只进行行为分类，船只非正常行驶的行为包括捕鱼行为、走私行为、贩毒行为、海盗行为以及偷渡行为；
S3、记录并保存非正常行驶行为分类信息：记录并保存非正常行驶船只的行为分类信息，同时对非正常行驶船只出现频率高的敏感区域内的所有船只行为进行分类分析。
2.根据权利要求1所述的针对海上船只行为的分类方法，其特征在于，所述步骤S1中，海上船只正常行驶的判断标准包括以下4项：(1)海上船只的航速大于1节且航速大小保持稳定，没有频繁改变速度大小；(2)海上船只航向稳定，没有频繁改变航向大小；(3)海上船只在特定区域内停留时间不能超过人为设定的最长停留时间；(4)海上船只航行轨迹平稳；若海上船只的行为不满足上述标准中的一项或多项，则属于非正常行驶船只。
3.根据权利要求1所述的针对海上船只行为的分类方法，其特征在于，所述步骤S1中，航迹信息包括海上船只的连续航迹点位置以及海上船只到达连续航迹点位置时的时间、航速、航向。
4.根据权利要求1或3所述的针对海上船只行为的分类方法，其特征在于，所述步骤S1中，航迹信息通过探测雷达、船舶自动识别系统或北斗接收机获取。
5.根据权利要求1所述的针对海上船只行为的分类方法，其特征在于，所述步骤S2中，捕鱼行为包括围网、撒网、拖网、电鱼以及炸鱼；走私行为包括石油走私、货物走私。
6.根据权利要求5所述的针对海上船只行为的分类方法，其特征在于，所述步骤S2中，具有围网行为的海上船只做S型运动或O型运动时；具有撒网行为的海上船只是走走停停的状态；具有拖网行为的海上船只航行速度慢、两拖网船只航迹并行。
7.根据权利要求5所述的针对海上船只行为的分类方法，其特征在于，所述步骤S2中，具有石油走私行为的海上船只，两船靠近时间长，船型为大中型船；具有货物走私行为的海上船只，两船靠近时间长，船型小。
8.一种针对海上船只行为的分类系统，其特征在于，包括，
判断模块：以海上船只的航迹信息为依据判断海上船只是否正常行驶，若船只航向速度变化小，位置在航道内，则属于正常行驶船只，否则，属于非正常行驶船只；
分类模块：结合辅助图像数据库，对于非正常行驶的船只进行行为分类，船只非正常行驶的行为包括捕鱼行为、走私行为、贩毒行为、海盗行为以及偷渡行为；
记录保存模块：记录并保存非正常行驶船只的行为分类信息，同时对非正常行驶船只出现频率高的敏感区域内的所有船只行为进行分类分析。
9.根据权利要求8所述的针对海上船只行为的分类系统，其特征在于，所述判断模块中，海上船只正常行驶的判断标准包括以下4项：(1)海上船只的航速大于1节且航速大小保持稳定，没有频繁改变速度大小；(2)海上船只航向稳定，没有频繁改变航向大小；(3)海上船只在特定区域内停留时间不能超过人为设定的最长停留时间；(4)海上船只航行轨迹平稳；若海上船只的行为不满足上述标准中的一项或多项，则属于非正常行驶船只。
10.根据权利要求8所述的针对海上船只行为的分类系统，其特征在于，当海上船只被判断为非正常行驶时，系统会主动调用光电设备根据海上船只的方位、距离，调整光电设备的方位、视场角以及俯仰角参数，聚焦后对海上船只进行视频记录并保存，当用户需要人工判断时就能作为证据。
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