CN112379367A - 一种水域多元探测智能避碰预警系统 - Google Patents

一种水域多元探测智能避碰预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水域多元探测智能避碰预警系统，系统集合多种类探测传感器如水面监视雷达、AIS、高清摄像机和光束灯、高音喇叭等电子设备，对特定水域内的各类目标船只、漂浮物进行多维度探测感知，对进入预置警戒区的目标进行危险等级判断，自动发出报警信息，并依据危险等级依次选择跟踪各报警目标，同步对该目标进行指向性声光告警，提示船只驾驶员规避碰撞风险，适用于各类涉水要地的警戒防卫和避碰预警需求。

Description

一种水域多元探测智能避碰预警系统
技术领域
本发明属于水域安全防卫及避碰预警技术领域，具体是一种水域多元探测智能避碰预警系统。
背景技术
在目前的水域安全防卫及避碰预警应用中，无有效得主动式避碰预警手段，水面监视雷达应用范围有限，主要以大区域的动态监视为主，缺少局部小区域重点监测和预警应用需求，同时受限于雷达目标跟踪技术的不成熟，应用于水域避碰预警的雷达系统几乎为空白。目前的岸基水面监视雷达主要以大区域的动态监视为主，通常探测半径在几公里到几十公里，成本较高、设备量大，不适用于近距离避碰系统。通常雷达探测距离越远，数据更新的时间越长，常用水面监视雷达数据更新率大于2.5秒一个扫描周期，所以如果用于避碰预警，报警的时效性和跟踪的稳定性都不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水域多元探测智能避碰预警系统，本系统以近程高精度水面监视雷达为主要探测设备，通过电磁波束扫描的方式对各类水面目标(各类船只、漂浮物)主动感应，回波经雷达数据处理、自动报警服务后、在系统显控终端软件雷达态势图窗口上展示目标位置、运动轨迹、实时状态、以及报警信息等；在视频图像窗口展示高清摄像机的监测、跟踪画面。本系统充分利用了雷达全天候气象条件下的工作特性，尤其是在恶劣天气、低可见度环境下的优异探测能力，结合其他探测感知设备对特定水域内的各类目标感知定位，并根据碰撞危险程度发出声光告警信息，是集探测、感知、报警、跟踪、记录于一体的智能避碰预警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水域多元探测智能避碰预警系统，该水域多元探测智能避碰预警系统的工作步骤为：
步骤一：通过水面监视雷达实时探测水面目标、经雷达数据处理、AIS数据解析和目标数据融后，定位并判断目标属性：
S1：当目标属性为非白名单目标时，即非合作船舶或漂浮物，对于这类目标经融合处理后采用单雷达数据、仍然保留位置、航向和船速信息，并对于该类目标进入报警流程后自动报警；
S2：当目标属性为白名单目标时，AIS接收机接收到的静态信息解析，获取船名、呼号、船身尺寸信息，并对白名单目标免除报警；
步骤二：在显控软件雷达态势图的地图背景下自定义系统警戒区，对进入报警区域内的目标进行报警分析，自动报警服务会根据目标的运动特性结合位置信息分别给出不同的报警级别；
步骤三：跟踪调度服务，根据雷达数据处理提取的目标位置，指引摄像机对目标进行自动跟踪取证，同步驱动重载云台对目标进行跟踪，通过云台上的高音喇叭和光束灯对目标进行声光告警，系统根据目标报警级别的变化动态调整跟踪对象，提示来船和操作员执行安全规避措施，以达到避碰预警的目的；
步骤四：显控终端为本地人机交互界面，分别显示叠加地图背景的雷达态势图画和光电视频画面，显控软件可以显示雷达的视频信号、航迹信号和报警信息，光电摄像机视频图像、摄像机方位指示线。
作为本发明再进一步的方案：该避碰预警系统能够在无人值守下自动工作，自动监测目标、自动进行碰撞威胁分析、自动引导摄像跟踪取证、自动开启和引导高功率聚光灯及定向喇叭对构成威胁的目标进行指向性聚光照射和高音喊话。
作为本发明再进一步的方案：所述跟踪调度服务中通过雷达数据处理提取目标的速度、航向、位置信息，对报警区域内的目标进行报警分析，自动报警服务会根据目标的运动特性结合位置信息分别给出报警级别1级和2级，且报警优先级顺序为1级＞2级。
作为本发明再进一步的方案：该水域多元探测智能避碰预警系统分为硬件设备和软件设备两部分，所述硬件设备包括设备安装立杆、声光报警器、双显工作站、数据服务处理器和网络硬盘录像机，所述设备安装立杆上设置有水面监视雷达、AIS接收机天线、高清红外摄像头、载重云台、光束灯、高音喇叭、和配电箱，所述配电箱包括设备电源组、工控机、电源插排、PDU、串口服务器、交换机、AIS接收机，所述设备安装立杆内的各设备与声光报警器、双显工作站、数据服务处理器和网络硬盘录像机之间通过区域网连接；
所述软件设备包括后台服务软件和显控终端，所述后台服务包含雷达数据处理、AIS解析服务、目标数据融合、自动报警服务、跟踪调度、白名单管理和数据记录；所述显控终端为本地人机交互界面，分别显示叠加地图背景的雷达态势图画和光电视频画面，显控软件可以显示雷达的视频信号、航迹信号和报警信息，光电摄像机视频图像、摄像机方位指示线，同时可对系统设备进行开关操作和参数控制。
作为本发明再进一步的方案：所述雷达数据处理用于雷达信号的目标提取、杂波抑制和航迹管理；AIS解析服务用于AIS信号的解码和管理；自动报警服务根据警戒区位置，判断目标是否进入警戒区，进入后向显示软件推送报警信息同时向光电引导服务发起跟踪请求；跟踪调度服务根据报警目标的位置信息向光电摄像机和声光云台发送控制指令，实现目标的自动跟踪，同时实时读取光电指向线，在终端态势图上同步显示。
作为本发明再进一步的方案：所述跟踪调度服务在“自动跟踪”模式下，目标进入警戒区报警后，光电跟踪服务将目标的雷达位置信息解析后发送给摄像头实现雷达引导光电跟踪，自动跟踪基本原则为：光电始终跟踪报警级别最高的目标，待目标解除报警时释放光电控制权，自动跟踪下一个报警目标，无目标则按预设位置定向监视。
作为本发明再进一步的方案：所述显控终端支持数据的记录和重演，记录回放服务用于对雷达、AIS和光电摄像机的数据存储和数据的回放重演管理。
作为本发明再进一步的方案：本系统的所有探测设备均采用一体化立杆式架设安装，设计精巧、搭建灵活。可单系统独立工作，也可多套探测设备联网组成跨区域集中式监控系统，操作简单、自动化程度高、可靠性高、超低辐射、不受环境气候等因素影响、有效减轻了安防人工巡查的工作强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明选用体积小巧、结构简单的圆盘雷达，探测距离从几米到几公里，通过简易的支架安装，依靠高速的数据更新率1.25～2.5秒可设，保证了对目标的跟踪时效性、非常适用于水域避碰预警系统。依靠优异的雷达数据处理软件，对目标精准定位，测算目标的航速、航向，辅助接收的AIS信息对警戒区内目标按危险程度自动分级输出报警，自动引导摄像机和载重云台对目标进行跟踪取证和声光告警驱离，可以在各种气象环境条件，尤其是能见度较低的夜晚、雨雪环境情况下，实现智能避碰预警的目的；
2、本发明充分利用雷达对目标主动探测的技术优势，对警戒区内的目标实时定位、跟踪并发出报警信息。克服传统被动式避碰装置不能自动预警的缺点，开创性的引入了高数据率雷达在水域智能避碰领域的应用。系统具有结构紧凑，配置灵活，预警准确等优点，同时具备雷达、AIS、光电视频数据存档回放功能。可以单点部署，也可以多点组网部署，组网部署时加装数据处理服务器和NVR用于多路通道管理和数据处理，支持多工作站数据访问和信息共享。组网应用可以避免监测盲区，系统灵活配置，适用于各类涉水要地(码头、桥梁、海上牧场、风电、钻井平台等)的周界防卫、避碰预警等应用；
3、本系统的所有探测设备如水面监视雷达、AIS接收机、高清红外摄像头、载重云台、光束灯、高音喇叭、和配电箱均采用一体化安装在设备安装立杆上，设计精巧、搭建灵活，可单系统独立工作，也可多套探测设备联网组成跨区域集中式监控系统，操作简单、自动化程度高、可靠性高、超低辐射、不受环境气候等因素影响、有效减轻了安防人工巡查的工作强度。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1本发明系统工作原理示意图。
图2本发明单点系统设备组成图
图3本发明配电箱主要设备组成图
图4本发明多点组网系统设备组成图
图中：1、水面监视雷达；2、AIS接收机天线；3、高清红外摄像头；4、载重云台；5、光束灯；6、高音喇叭；7、配电箱；8、设备安装立杆；9、设备电源组；10、工控机；11、电源插排；12、PDU；13、串口服务器；14、交换机；15、AIS接收机、16、声光报警器、17、双显工作站；18、数据服务处理器；19、网络硬盘录像机。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种水域多元探测智能避碰预警系统，该水域多元探测智能避碰预警系统的工作步骤为：
步骤一：通过水面监视雷达实时探测水面目标、经雷达数据处理、AIS数据解析和目标数据融后，定位并判断目标属性：
S1：当目标属性为非白名单目标时，即非合作船舶或漂浮物，对于这类目标经融合处理后采用单雷达数据、仍然保留位置、航向和船速信息，并对于该类目标进入报警流程后自动报警；
S2：当目标属性为白名单目标时，AIS接收机接收到的静态信息解析，获取船名、呼号、船身尺寸信息，并对白名单目标免除报警；
步骤二：在显控软件雷达态势图的地图背景下自定义系统警戒区，对进入报警区域内的目标进行报警分析，自动报警服务会根据目标的运动特性结合位置信息分别给出不同的报警级别；
步骤三：跟踪调度服务，根据雷达数据处理提取的目标位置，指引摄像机对目标进行自动跟踪取证，同步驱动重载云台对目标进行跟踪，通过云台上的高音喇叭和光束灯对目标进行声光告警，系统根据目标报警级别的变化动态调整跟踪对象，提示来船和操作员执行安全规避措施，以达到避碰预警的目的；
步骤四：显控终端为本地人机交互界面，分别显示叠加地图背景的雷达态势图画和光电视频画面，显控软件可以显示雷达的视频信号、航迹信号和报警信息，光电摄像机视频图像、摄像机方位指示线。
雷达数据处理指对雷达的回波信号进行提取和处理、确定目标的位置、航向、航速信息，为保证跟踪的时效性、雷达数据更新的速率不得超过2.5秒，由于AIS信号的更新时间一般大于10秒，为了报警的准确性，系统通过目标数据融合处理，完成同一目标雷达与AIS数据的信息融合，融合后的目标进入报警服务程序，完成相应报警或白名单功能，由于非合作船舶或漂浮物，不安装AIS收发设备或不正常开机，对于这类目标经融合处理后依然是单雷达数据、仍然保留位置、航向和船速信息，但没有AIS身份信息(呼号、船名、船身尺寸等信息)，对于该类目标进入报警流程后自动报警。
雷达数据处理——提取目标的速度、航向、位置信息，对报警区域内的目标进行报警分析，自动报警服务会根据目标的运动特性结合位置信息分别给出不同的报警级别。危险三要素：距离、速度、航向，报警优先级顺序为1级＞2级，排列逻辑组合共8种，对应报警级别如下表所示
序号 距离 速度 航向 报警级别
1 1 1 1 紧急
2 1 1 2 紧急
3 1 2 1 紧急
4 1 2 2 中等
5 2 1 1 中等
6 2 1 2 中等
7 2 2 1 中等
8 2 2 2 一般
跟踪调度服务，根据雷达数据处理提取的目标位置，指引摄像机对目标进行自动跟踪取证，同步驱动重载云台对目标进行跟踪，通过云台上的高音喇叭和光束灯对目标进行声光告警，系统根据目标报警级别的变化动态调整跟踪对象。服务根据读取高清摄像机和云台的P/T/Z状态，计算修正跟踪角度，保证跟踪的连续性和平滑性，并在雷达态势图上显示方位指示线。同步控制高音喇叭、光束灯的开关实现自动跟踪和声光报警的功能。
显控终端为人际交互界面，提供电子地图(海图)背景的雷达态势图展示主窗口和视频画面展示子窗口，雷达态势图实时显示目标的位置、光电跟踪指示线、航迹信息、报警信息等；航迹信息包含目标的雷达批号、船速、船向、呼号、船名、船长、船宽等基本信息，其中当目标无AIS信息时，呼号、船名、船长、船宽信息缺省。通过雷达态势图画面菜单栏，可以实现态势图的基本操作，菜单包括：系统、设置、操作、历史记录、视图、帮助；
主窗口显示地图背景的雷达监视态势图，下方显示报警任务栏，当有报警发生时，通过目标图标闪烁提示用户，同时驱动声光电报警器发出声光报警。
主要菜单功能如下：
系统——退出(退出终端软件并关闭界面)
设置——雷达(添加、设置定位点IP)、
光电(添加、定位、IP)
地图(设置雷达位置基准点，选择地图文件夹所在路径)
警戒区(可定义名称，添加、撤销、删除)
自定义区(可定义名称、轮廓颜色，添加、删除、列表选择)；
自定义线(可定义名称、线型，添加、删除、列表选择)；
自定义点(可定义名称、样式，添加、删除、列表选择)；
操作——设备开关机管理；
历史记录——报警查询；
日志查询；
航迹回放；
视图——工具栏、浮动窗口选择和状态栏显示；
帮助——使用指南、版本说明；
记录回放服务用来管理航迹、报警数据和视频文件的存档和回放，根据硬盘容量按需存储、自动覆盖。在显控终端菜单内选择历史数据回放，支持按时间查询、选择时间段回放。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水域多元探测智能避碰预警系统，其特征在于，该水域多元探测智能避碰预警系统的工作步骤为：
步骤一：通过水面监视雷达实时探测水面目标、经雷达数据处理、AIS数据解析和目标数据融后，定位并判断目标属性：
S1：当目标属性为非白名单目标时，即非合作船舶或漂浮物，对于这类目标经融合处理后采用单雷达数据、仍然保留位置、航向和船速信息，并对于该类目标进入报警流程后自动报警；
S2：当目标属性为白名单目标时，AIS接收机接收到的静态信息解析，获取船名、呼号、船身尺寸信息，并对白名单目标免除报警；
步骤二：在显控软件雷达态势图的地图背景下自定义系统警戒区，对进入报警区域内的目标进行报警分析，自动报警服务会根据目标的运动特性结合位置信息分别给出不同的报警级别；
步骤三：跟踪调度服务，根据雷达数据处理提取的目标位置，指引摄像机对目标进行自动跟踪取证，同步驱动重载云台对目标进行跟踪，通过云台上的高音喇叭和光束灯对目标进行声光告警，系统根据目标报警级别的变化动态调整跟踪对象，提示来船和操作员执行安全规避措施，以达到避碰预警的目的；
步骤四：显控终端为本地人机交互界面，分别显示叠加地图背景的雷达态势图画和光电视频画面，显控软件可以显示雷达的视频信号、航迹信号和报警信息，光电摄像机视频图像、摄像机方位指示线。
2.根据权利要求1所述的一种水域多元探测智能避碰预警系统，其特征在于，该避碰预警系统能够在无人值守下自动工作，自动监测目标、自动进行碰撞威胁分析、自动引导摄像跟踪取证、自动开启和引导高功率聚光灯及定向喇叭对构成威胁的目标进行指向性聚光照射和高音喊话。
3.根据权利要求1所述的一种水域多元探测智能避碰预警系统，其特征在于，所述跟踪调度服务中通过雷达数据处理提取目标的速度、航向、位置信息，对报警区域内的目标进行报警分析，自动报警服务会根据目标的运动特性结合位置信息分别给出报警级别1级和2级，且报警优先级顺序为1级＞2级。
4.根据权利要求1所述的一种水域多元探测智能避碰预警系统，其特征在于，该水域多元探测智能避碰预警系统分为硬件设备和软件设备两部分，所述硬件设备包括设备安装立杆(8)、声光报警器(16)、双显工作站(17)、数据服务处理器(18)和网络硬盘录像机(19)，所述设备安装立杆(8)上设置有水面监视雷达(1)、AIS接收机天线(2)、高清红外摄像头(3)、载重云台(4)、光束灯(5)、高音喇叭(6)、和配电箱(7)，所述配电箱(7)包括设备电源组(9)、工控机(10)、电源插排(11)、PDU(12)、串口服务器(13)、交换机(14)、AIS接收机(15)，所述设备安装立杆(8)上的各设备与声光报警器(16)、双显工作站(17)、数据服务处理器(18)和网络硬盘录像机(19)之间通过区域网连接；
所述软件设备包括后台服务软件和显控终端，所述后台服务包含雷达数据处理、AIS解析服务、目标数据融合、自动报警服务、跟踪调度、白名单管理和数据记录；所述显控终端为本地人机交互界面，分别显示叠加地图背景的雷达态势图画和光电视频画面，显控软件可以显示雷达的视频信号、航迹信号和报警信息，光电摄像机视频图像、摄像机方位指示线，同时可对系统设备进行开关操作和参数控制。
5.根据权利要求4所述的一种水域多元探测智能避碰预警系统，其特征在于，所述雷达数据处理用于雷达信号的目标提取、杂波抑制和航迹管理；AIS解析服务用于AIS信号的解码和管理；自动报警服务根据警戒区位置，判断目标是否进入警戒区，进入后向显示软件推送报警信息同时向光电引导服务发起跟踪请求；跟踪调度服务根据报警目标的位置信息向光电摄像机和声光云台发送控制指令，实现目标的自动跟踪，同时实时读取光电指向线，在终端态势图上同步显示。
6.根据权利要求5所述的一种水域多元探测智能避碰预警系统，其特征在于，所述跟踪调度服务在“自动跟踪”模式下，目标进入警戒区报警后，光电跟踪服务将目标的雷达位置信息解析后发送给摄像头实现雷达引导光电跟踪，自动跟踪基本原则为：光电始终跟踪报警级别最高的目标，待目标解除报警时释放光电控制权，自动跟踪下一个报警目标，无目标则按预设位置定向监视。
7.根据权利要求4所述的一种水域多元探测智能避碰预警系统，其特征在于，所述显控终端支持数据的记录和重演，记录回放服务用于对雷达、AIS和光电摄像机的数据存储和数据的回放重演管理。
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