CN110718095A - 一种内河航道船舶的ais监控系统及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内河航道船舶的AIS监控系统及监控方法，其中方法包括以下步骤：采集航道的全景图像信息后，根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶；当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机的工作参数，并获取船舶图像信息以及云台的角度信息；结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息；采集AIS信号，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶。本发明通过结合图像信息、云台的角度信息和预设的坐标点计算船舶的位置，并结合位置和AIS信号进行匹配识别，从而获取没有开启AIS系统的船舶，方便管理人员对航道的管理，提高了航道的安全，可广泛应用于河道监控领域。

Description

一种内河航道船舶的AIS监控系统及监控方法
技术领域
本发明涉及河道监控领域，尤其涉及一种内河航道船舶的AIS监控系统及监控方法。
背景技术
为了河道行驶的安全，要求在河道上行驶的船舶安装有AIS系统，通过该系统，海事局可以获取过往船舶的信息，从而方便对河道进行管理。但是，在实际的船舶运营过程中，会有船舶故意关闭AIS系统以逃避监管。当河道上运行着多艘船的时候，海事局难以判定哪些船没有开启AIS系统。如此，严重影响了河道的安全监控。
名词解释：
AIS系统：自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)，是安装在船舶上的一自动追踪套系统，借由与邻近船舶、AIS岸台、以及卫星等设备交换电子资料，并且供船舶交通通管制(VTS)辨识及定位。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够识别没有开启船舶的AIS监控系统及监控方法。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种内河航道船舶的AIS监控系统，包括AIS接收模块、云台摄像机和监控主机，所述监控主机分别与AIS接收模块和云台摄像机连接；
所述AIS接收模块用于接收船舶发送的AIS信号；
所述云台摄像机用于采集航道的全景图像信息，以及采集船舶图像信息和云台的角度信息；
所述监控主机用于根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶，并在检测到存有船舶时，
根据全景图像信息控制云台摄像机的工作状态，以及结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶。
进一步，所述AIS接收模块上设有AIS天线，所述AIS天线的经纬度坐标与云台摄像机的经纬度坐标相同。
进一步，所述云台摄像机安装在AIS接收模块的上方位置。
进一步，还包括报警模块，所述报警模块与监控主机连接。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种内河航道船舶的AIS监控方法，包括以下步骤：
采集航道的全景图像信息后，根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶；
当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机的工作参数，并获取船舶图像信息以及云台的角度信息；
结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息；
采集船舶发送的AIS信号，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶。
进一步，所述采集航道的全景图像信息后，根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶这一步骤，具体包括以下步骤：
根据预设的时间周期采集航道的全景图像信息后，将最近获取的全景图像的像素值和上一周期获取的全景图像的像素值进行减运算，并获得运算图像；
根据运算图像检测航道上是否存有移动物体，并在检测到存有移动物体时，判定该移动物体为船舶。
进一步，所述工作参数包括摄像头的焦距和云台的角度，所述当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机的工作参数，并获取船舶图像信息以及云台的角度信息这一步骤，具体包括以下步骤：
当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息获取感兴趣区域；
根据感兴趣区域调控云台的角度和摄像头的焦距后，获取船舶图像信息以及云台的角度信息。
进一步，所述船舶图像信息包括多张焦距不同情况下获得的船舶图像，所述预设的坐标点信息为AIS接收模块的卫星坐标点信息，所述结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息这一步骤，具体包括以下步骤：
按照预设方式从多张船舶图像中选取一张船舶图像，并提取该船舶图像的EXIF信息；
根据EXIF信息获取焦距信息后，根据焦距信息计算船舶与云台摄像机的距离信息；
结合距离信息和卫星坐标点信息计算船舶的坐标信息。
进一步，所述AIS信号包括卫星坐标数据，所述采集船舶发送的AIS信号，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶这一步骤，具体为：
采集船舶发送的AIS信号后，结合计算获得的坐标信息和接收到的卫星坐标数据进行匹配，并获取匹配不成功的坐标信息对应的船舶后，判定该船舶没有开启AIS系统。
进一步，还包括以下步骤：
当检测到存有没有开启AIS系统的船舶后，发出报警信号；
根据计算获得的坐标信息对船舶进行跟踪拍摄。
本发明的有益效果是：本发明在识别到航道上有船舶后，通过结合图像信息、云台的角度信息和预设的坐标点计算船舶的位置坐标，并结合计算的位置坐标和接收到的AIS信号进行匹配识别，从而获取没有开启AIS系统的船舶，方便管理人员对航道的管理，极大地提高了航道的安全。
附图说明
图1是实施例中一种内河航道船舶的AIS监控系统的结构示意图；
图2是实施例中一种内河航道船舶的AIS监控方法的步骤流程图；
图3是具体实施方式中AIS接收模块和云台摄像机的位置示意图；
图4是具体实施方式中船舶的AIS监控方法的步骤流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种内河航道船舶的AIS监控系统，包括AIS接收模块3、云台摄像机2和监控主机1，所述监控主机1分别与AIS接收模块3和云台摄像机2连接；
所述AIS接收模块3用于接收船舶发送的AIS信号；
所述云台摄像机2用于采集航道的全景图像信息，以及采集船舶图像信息和云台的角度信息；
所述监控主机1用于根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶，并在检测到存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机2的工作状态，以及结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶。
本实施例系统中，所述AIS接收模块实时采集内河航道的船舶发送的AIS信号，可采用现有的AIS设备来实现即可，在本实施例中并不做限定。所述云台摄像机用于采集内河航道上的图像信息，可采用现有带有云台的摄像头来实现即可，在本实施例中并不做限定。
所述监控主机实时接收AIS接收模块和云台摄像机采集并发送的数据，并根据云台摄像机采集的全景图像信息检测内河航道上是否有船舶，所述全景图像信息为整个内河航道的图像，里面可包含有多个船舶，具体可采用多种方式来检测识别，比如通过神经网络模型来识别，或通过检测图像中的移动物体来检测。当监控主机检测到有船舶后，依次调控云台摄像机获取船舶图像，所述为针对某一船舶进行拍摄的图像。结合船舶图像、云台的角度可以求解摄像头与船舶的距离，最终结合预设的坐标点可以求解出船舶的坐标信息。将船舶的坐标信息与AIS信号进行匹配处理，可以识别到哪些船舶发送AIS信号，而哪些船舶没有开启并发送AIS信号，所述AIS信号包括有独特的识别码、船名、位置、航向、船速等信息。通过该系统即可识别出内河航道哪些船舶不开启并发送AIS信号，方便管理人员对内河航道船舶的管理，极大地提高了内河航道的安全。
参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述AIS接收模块3上设有AIS天线，所述AIS天线的经纬度坐标与云台摄像机2的经纬度坐标相同。所述云台摄像机2安装在AIS接收模块3的上方位置。
所述预设的坐标点信息可以为云台摄像机的坐标，比如预先通过GPS设备或者北斗设备测量云台摄像机的坐标，并记录在监控主机内。在本实施例中，所述预设的坐标点信息为AIS接收模块通过AIS天线实时定位的坐标，所述AIS天线包括VHF天线和卫星天线，通过接收到的卫星数据不断的更新优化AIS接收模块的位置信息，从而获得更加精确的坐标信息。所述AIS天线的经纬度坐标与云台摄像机的经纬度坐标相同，所述AIS天线可以安装在云台摄像机的上方，可以安装在云台摄像机的下方。
在本实施例中，将云台摄像机安装在AIS天线在垂直上方，具体地，云台摄像机安装在AIS天线垂直上方约20米处。
进一步作为优选的实施方式，还包括报警模块，所述报警模块与监控主机连接。
当识别到在航道上行驶的船舶没有开启AIS系统时，通过报警模块发送报警信息，所述报警模块可以为蜂鸣器和/LED灯。
如图2所示，本实施例还提供了一种内河航道船舶的AIS监控方法，包括以下步骤：
S1、采集航道的全景图像信息后，根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶；
S2、当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机的工作参数，并获取船舶图像信息以及云台的角度信息；
S3、结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息；
S4、采集船舶发送的AIS信号，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶。
在本实施例方法中，先根据全景图像信息识别航道上是否有船舶，其中可采用预设的数据模型进行识别，或者采用图片识别方式进行识别。当识别到有船舶后，获取船舶图像信息和云台的角度信息，根据船舶图像信息可获得摄像头的物距，结合角度信息和预设坐标点后，可以获得船舶的坐标，将该坐标与AIS信号中的位置信息进行匹配，从而识别出是否有没有开启AIS系统的船舶。
其中，步骤S1具体包括步骤S11～S12：
S11、根据预设的时间周期采集航道的全景图像信息后，将最近获取的全景图像的像素值和上一周期获取的全景图像的像素值进行减运算，并获得运算图像；
S12、根据运算图像检测航道上是否存有移动物体，并在检测到存有移动物体时，判定该移动物体为船舶。
其中，所述工作参数包括摄像头的焦距和云台的角度，所述步骤S2具体包括步骤S21～S22：
S21、当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息获取感兴趣区域；
S22、根据感兴趣区域调控云台的角度和摄像头的焦距后，获取船舶图像信息以及云台的角度信息。
所述船舶图像信息包括多张焦距不同情况下获得的船舶图像，所述预设的坐标点信息为AIS接收模块的卫星坐标点信息，所述步骤S3具体包括步骤S31～S33：
S31、按照预设方式从多张船舶图像中选取一张船舶图像，并提取该船舶图像的EXIF信息；
S32、根据EXIF信息获取焦距信息后，根据焦距信息计算船舶与云台摄像机的距离信息；
S33、结合距离信息和卫星坐标点信息计算船舶的坐标信息。
所述AIS信号包括卫星坐标数据，所述步骤S4具体为：
采集船舶发送的AIS信号后，结合计算获得的坐标信息和接收到的卫星坐标数据进行匹配，并获取匹配不成功的坐标信息对应的船舶后，判定该船舶没有开启AIS系统。
进一步作为优选的实施方式，还包括报警步骤，所述报警步骤如A1～A2所示：
A1、当检测到存有没有开启AIS系统的船舶后，发出报警信号；
A21、根据计算获得的坐标信息对船舶进行跟踪拍摄。
具体实施例
以下结合图4对上述监控方法进行详细解释。
云台摄像机先采用广角焦段拍摄航道上的全景图像，具体地，每隔30秒拍摄一次。将拍摄到的全景图发送至AIS监控主机(即监控主机)，AIS监控主机对全景图像进行船舶监测处理，具体地，通过获取最近两个全景图像的像素进行减运算，当航道上没有出现移动的物体时，则采集到的两个全景图像是相同的，那么像素进行减运算后，得到的每个结果都是0，即得到一张全黑的图片。如果运算的图像并不是全黑，则说明存有移动物体，判断该移动物体为船舶，通过这种方式可以简单快速地检测到航道内是否存有船舶。检测到存有船舶后，依次获取全景图像上获取感兴趣区域，该感兴趣区域为移动物对应的区域。调控云台摄像机的云台角度，以及对摄像头进行变焦处理，在多个焦距的情况下获得对应的船舶图像，并多个船舶图像中获取一张最清晰的图像，并提取该清晰图像的EXIF信息(可交换图像文件的缩写，是专门为数码相机的照片设定的，可以记录数码照片的属性信息和拍摄数据)。根据EXIF信息可以提前图像的焦距F；基于摄像头的相距(即感光器件CCD或CMOS到快门的距离)是固定的，用V表示相距。根据透镜公式
Figure BDA0002201541690000061
可以求解得物距U(即镜头到拍摄物体的距离)。结合物距U、云台的角度和AIS接收模块接收到的GPS信息即可求解出船舶的坐标。将该求解的坐标与AIS信号中的位置信息进行匹配，并在查找出匹配不成功的坐标时，判定该坐标对应的船舶没有开启AIS系统，并发出报警信号，提醒工作人员。
通过上述方法，能够自动识别出开启并发送AIS信号的船舶，方便管理人员对航道进行管理，极大地提高航道的安全。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种内河航道船舶的AIS监控系统，其特征在于，包括AIS接收模块、云台摄像机和监控主机，所述监控主机分别与AIS接收模块和云台摄像机连接；
所述AIS接收模块用于接收船舶发送的AIS信号；
所述云台摄像机用于采集航道的全景图像信息，以及采集船舶图像信息和云台的角度信息；
所述监控主机用于根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶，并在检测到存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机的工作状态，以及结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶。
2.根据权利要求1所述的一种内河航道船舶的AIS监控系统，其特征在于，所述AIS接收模块上设有AIS天线，所述AIS天线的经纬度坐标与云台摄像机的经纬度坐标相同。
3.根据权利要求2所述的一种内河航道船舶的AIS监控系统，其特征在于，所述云台摄像机安装在AIS接收模块的上方位置。
4.根据权利要求1所述的一种内河航道船舶的AIS监控系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与监控主机连接。
5.一种内河航道船舶的AIS监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集航道的全景图像信息后，根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶；
当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机的工作参数，并获取船舶图像信息以及云台的角度信息；
结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息；
采集船舶发送的AIS信号，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶。
6.根据权利要求5所述的一种内河航道船舶的AIS监控方法，其特征在于，所述采集航道的全景图像信息后，根据全景图像信息检测航道上是否存有船舶这一步骤，具体包括以下步骤：
根据预设的时间周期采集航道的全景图像信息后，将最近获取的全景图像的像素值和上一周期获取的全景图像的像素值进行减运算，并获得运算图像；
根据运算图像检测航道上是否存有移动物体，并在检测到存有移动物体时，判定该移动物体为船舶。
7.根据权利要求5所述的一种内河航道船舶的AIS监控方法，其特征在于，所述工作参数包括摄像头的焦距和云台的角度，所述当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息控制云台摄像机的工作参数，并获取船舶图像信息以及云台的角度信息这一步骤，具体包括以下步骤：
当检测到航道上存有船舶时，根据全景图像信息获取感兴趣区域；
根据感兴趣区域调控云台的角度和摄像头的焦距后，获取船舶图像信息以及云台的角度信息。
8.根据权利要求7所述的一种内河航道船舶的AIS监控方法，其特征在于，所述船舶图像信息包括多张焦距不同情况下获得的船舶图像，所述预设的坐标点信息为AIS接收模块的卫星坐标点信息，所述结合船舶图像信息、角度信息和预设的坐标点信息获取船舶的坐标信息这一步骤，具体包括以下步骤：
按照预设方式从多张船舶图像中选取一张船舶图像，并提取该船舶图像的EXIF信息；
根据EXIF信息获取焦距信息后，根据焦距信息计算船舶与云台摄像机的距离信息；
结合距离信息和卫星坐标点信息计算船舶的坐标信息。
9.据权利要求8所述的一种内河航道船舶的AIS监控方法，其特征在于，所述AIS信号包括卫星坐标数据，所述采集船舶发送的AIS信号，并结合AIS信号和坐标信息识别没有开启AIS系统的船舶这一步骤，具体为：
采集船舶发送的AIS信号后，结合计算获得的坐标信息和接收到的卫星坐标数据进行匹配，并获取匹配不成功的坐标信息对应的船舶后，判定该船舶没有开启AIS系统。
10.据权利要求5所述的一种内河航道船舶的AIS监控方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当检测到存有没有开启AIS系统的船舶后，发出报警信号；
根据计算获得的坐标信息对船舶进行跟踪拍摄。
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