CN111401120B - 一种河道船流量分析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种河道船流量分析系统及方法，包括水下声音传感器、传输单元、处理单元和图像采集单元，所述水下声音传感器设置在河道河床上，图像采集单元设置在水下声音传感器所处位置的上游和下游，图像采集单元与水下声音传感器均通过传输单元与处理单元相连。基于该系统的河道船流量分析方法包括：检测船舶噪声并传输给处理单元；将数据转换为波形图；截取检测波形；选择检测个检测时间点，截取船舶噪声；建立曲线图；统计每一个曲线图中波峰个数并获取平均值船舶流量数回退至步骤S3。本发明的优点是：图像采集单元仅检测是否有船只驶入和驶出，对于河道可见度要求低；图像采集与声音检测结合，船流量检测准确度高。

Description

一种河道船流量分析系统及方法
技术领域
本发明涉及航道管理领域，尤其涉及一种河道船流量分析系统。
背景技术
通过获取河道的船舶流量情况，航运管理部门能够从宏观和微观上掌握特定水域内水上交通的实际状况、基本特征和一般规律。
常用的河道船舶流量检测方法主要有AIS系统和视频监测等，AIS，是AutomaticIdentification System船舶自动识别系统的缩写。AIS系统由岸基基站设施和船载设备共同组成。安装并开启AIS的船只会将自己当前的船只位置、航向，通过卫星传输给其他安装并开启AIS的船只与基站，这样通过AIS终端的屏幕就可以一目了然地知晓航道每个位置的状况。这里，AIS系统的有效与否极大程度上取决于船员的自觉，但是在现实中，过往的船只往往有很大一部分并没有安装AIS，或安装了但不开启AIS，这就使得河道船流量检测结果误差很大。视频监测则是通过在航道的特定位置，布置高清视频探头，通过捕捉实时的航道截面图像，再对图像进行图形检测来判断过往船只和航行状况，视频监测对于河道可见度和算法的依赖度较高，一旦河道可见度较差，当出现两船部分重叠时，很可能会被识别为同一船只，从而影响到船舶流量检测的准确性。
发明内容
本发明主要解决了上述问题，提供了对河道可见度要求低、不需要在船舶上加装装置，结合声音和视频实现的河道船流量分析系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是,一种河道船流量分析系统，包括水下声音传感器、传输单元、处理单元和图像采集单元，所述水下声音传感器设置在河道河床上，图像采集单元设置在水下声音传感器所处位置的上游和下游，图像采集单元与水下声音传感器均通过传输单元与处理单元相连。
水下声音传感器检测河道内船舶行驶过程中发出的噪声，处理单元根据水下声音传感器检测到的噪声进行船舶流量检测，图像采集单元之间的河道为图像采集单元监控区间，图像采集单元用于掌握船只驶入和驶出时间，能够提高流量检测的准确性。
作为上述方案的一种优选方案，所述水下声音传感器垂直于河道延伸方向设置，相邻两个水下声音传感器之间的距离为航道标准宽度的一半。保证在船只驶过水下声音传感器对应河段时，至少有三个水下声音传感器能够检测到该船只产生的噪音，同时保证在这三个水下声音传感器中位于中间的水下声音传感器检测到的噪音最大，还能够减小相邻船只对于这三个水下声音传感器检测噪音的影响。
对应的，本发明还提供一种河道船流量分析方法，采用上述河道船流量分析系统，包括以下步骤：
S1：水下声音传感器检测船舶噪声，并通过传输单元传输给处理单元；
S2：处理单元将所有水下声音传感器传输的数据转换为波形图；
S3：处理单元截取前一段时间内的波形图作为检测波形；
S4：选择检测波形中若干个检测时间点，截取这几个检测时间点每个水下声音传感器检测到的船舶噪声；
S5：以水下声音传感器排序为横坐标，以船舶噪声为纵坐标，给每个时间点建立曲线图；
S6：统计每一个曲线图中波峰个数，并获取所有曲线图波峰个数的平均值
S7：船舶流量数
S8：回退至步骤S3。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S3中检测波形的起始时间为图像采集单元检测到有船驶入到图像采集单元监控区间的时间点，检测波形的终止时间为图像采集单元检测到所有船驶出图像采集单元监控区间的时间点。以同一批次船只开始驶入图像采集单元监控区为起点，以同一批次船只完全驶出图像采集单元监控区为终点，避免因同一批次船速度不同导致误判，同一批次船只指并行或在不同航道上有重叠的船只。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S4中检测时间点通过以下方法选取得到：
S41：统计船开始驶入到图像采集单元监控区间至所有船驶出图像采集单元监控区间所用的时间t；
S42：将时间t平均划分为n个时间段，n＝b+c，b为选择的检测时间点的个数，c为忽略的时间段；
S43：在第d个时间段到第e个时间段的每一个时间段中随机选取一个检测时间点，
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S6中波峰个数通过以下方法获取：
S61：建立船舶噪声集合V＝[v1,v2,v3,v4…vi]，i为水下声音传感器个数；
S62：计算差分向量D1(n)＝V(n+1)-V(n)，n∈1,2…i-1；
S63：进行取符号运算，形成新的集合V1
其中，k＝n∈1,2…i-1；
S64：从尾部开始遍历集合V1，生成新的集合V2，遍历规则如下：
S65：计算集合V2的差分向量D2(j)＝V2(j+1)-V2(j)，j∈1,2…k-1。
S66：统计差分向量中值为-2的元素个数。
本发明的优点是：河道船流量检测不需要安装昂贵的岸基基站设施和在船舶上加装特定的自动识别系统，也不需要布设大量视频监测探头，检测成本低；图像采集单元仅检测是否有船只驶入和驶出，对于河道可见度和视频算法的要求低，船舶识别误差小；声音检测波形时间点选择和船舶噪声集合的差分向量运算精确，船流量统计准确；图像采集与声音检测有机结合，船流量检测的精准度更高。
附图说明
图1为实施例中河道船流量分析系统的一种结构框图。
图2为实施例中河道船流量分析方法的一种流程示意图。
图3为实施例中选取检测时间点的一种流程示意图。
图4为实施例中获取波峰个数的一种流程示意图。
1-水下声音传感器 2-传输单元 3-处理单元 4-图像采集单元。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种河道船流量分析系统，如图1所示，包括水下声音传感器1、传输单元2、处理单元3和图像采集单元4，水下声音传感器设置在河道河床上，水下声音传感器垂直于河道延伸方向设置，相邻两个水下声音传感器之间的距离为航道标准宽度的一半，保证在船只驶过水下声音传感器对应河段时，至少有三个水下声音传感器能够检测到该船只产生的噪音，同时保证在这三个水下声音传感器中位于中间的水下声音传感器检测到的噪音最大，还能够减小相邻船只对于这三个水下声音传感器检测噪音的影响。图像采集单元设置在水下声音传感器所处位置的上游和下游，图像采集单元之间的河道段为图像采集单元监控区间，图像采集单元监控区间的长度为该航道级别对应船只最长长度的1.5倍，例如该航道为五级航道，则图像采集单元监控区间长度为允许在五级航道内航行的船只的最长长度的1.5倍。图像采集单元与水下声音传感器均通过传输单元与处理单元相连。
本实施例还提供一种河道船流量分析方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：水下声音传感器检测船舶噪声，并通过传输单元传输给处理单元；
S2：处理单元将所有水下声音传感器传输的数据转换为波形图；
S3：处理单元截取前一段时间内的波形图作为检测波形，检测波形的起始时间为图像采集单元检测到有船驶入到图像采集单元监控区间的时间点，检测波形的终止时间为图像采集单元检测到所有船驶出图像采集单元监控区间的时间点。
S4：选择检测波形中若干个检测时间点，检测时间点的选择，如图3所示，包括以下步骤：
S41：统计船开始驶入到图像采集单元监控区间至所有船驶出图像采集单元监控区间所用的时间t；
S42：将时间t平均划分为n个时间段，n＝b+c，b为选择的检测时间点的个数，c为忽略的时间段；
S43：在第d个时间段到第e个时间段的每一个时间段中随机选取一个检测时间点，
在确定检测时间点后，截取这几个检测时间点每个水下声音传感器检测到的船舶噪声；
S5：以水下声音传感器排序为横坐标，以船舶噪声为纵坐标，给每个检测时间点建立曲线图；
S6：统计每一个曲线图中波峰个数，并获取所有曲线图波峰个数的平均值如图4所示，包括以下步骤：
S61：建立船舶噪声集合V＝[v1,v2,v3,v4…vi]，i为水下声音传感器个数，同时表示水下声音传感器的排序号，本实施例中以位于河道水流流向为正方向的左边的第一个水下声音传感器为起始水下声音传感器，排序号为1；
S62：计算差分向量D1(n)＝V(n+1)-V(n)，n∈1,2…i-1；
S63：进行取符号运算，形成新的集合V1
其中，k＝n∈1,2…i-1；
S64：从尾部开始遍历集合V1，生成新的集合V2，遍历规则如下：
S65：计算集合V2的差分向量D2(j)＝V2(j+1)-V2(j)，j∈1,2…k-1；
S66：统计差分向量中值为-2的元素个数；
S7：船舶流量数
S8：回退至步骤S3。
最终得到的船舶流量数sum即为该河道船舶的总流量，基于本实施例系统及方法，可以检测河道日船流量、周船流量、月船流量等数据，便于航运管理部门对河道进行管理。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改、补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种河道船流量分析系统，其特征是：包括水下声音传感器(1)、传输单元(2)、处理单元(3)和图像采集单元(4)，所述水下声音传感器设置在河道河床上，图像采集单元设置在水下声音传感器所处位置的上游和下游，图像采集单元与水下声音传感器均通过传输单元与处理单元相连；相邻两个所述水下声音传感器之间的距离为航道标准宽度的一半；
还包括一种河道船流量分析方法，具体包括以下步骤：
S1：水下声音传感器检测船舶噪声，并通过传输单元传输给处理单元；
S2：处理单元将所有水下声音传感器传输的数据转换为波形图；
S3：处理单元截取前一段时间内的波形图作为检测波形；
S4：选择检测波形中若干个检测时间点，截取这几个检测时间点每个水下声音传感器检测到的船舶噪声；
S5：以水下声音传感器排序为横坐标，以船舶噪声为纵坐标，给每个检测时间点建立曲线图；
S6：统计每一个曲线图中波峰个数，并获取所有曲线图波峰个数的平均值
S7：船舶流量数
S8：回退至步骤S3；
所述步骤S4中检测时间点通过以下方法选取得到：
S41：统计船开始驶入到图像采集单元监控区间至所有船驶出图像采集单元监控区间所用的时间t；
S42：将时间t平均划分为n个时间段，n＝b+c，b为选择的检测时间点的个数，c为忽略的时间段；
S43：在第d个时间段到第e个时间段的每一个时间段中随机选取一个检测时间点，所述步骤S6中波峰个数通过以下方法获取：
S61：建立船舶噪声集合V＝[v1,v2,v3,v4…vi]，i为水下声音传感器个数；
S62：计算差分向量D1(n)＝V(n+1)-V(n)，n∈1,2…i-1；
S63：进行取符号运算，形成新的集合V1
其中，k＝n∈1,2…i-1；
S64：从尾部开始遍历集合V1，生成新的集合V2，遍历规则如下：
S65：计算集合V2的差分向量D2(j)＝V2(j+1)-V2(j)，j∈1,2…k-1；
S66：统计差分向量中值为-2的元素个数。
2.根据权利要求1所述的一种河道船流量分析系统，其特征是：所述水下声音传感器垂直于河道延伸方向设置。
3.根据权利要求1所述的一种河道船流量分析系统，其特征是：所述步骤S3中检测波形的起始时间为图像采集单元检测到有船驶入到图像采集单元监控区间的时间点，检测波形的终止时间为图像采集单元检测到所有船驶出图像采集单元监控区间的时间点；所述图像采集单元监控区间的长度为该航道级别对应船只最长长度的1.5倍。
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