CN113961552A - 船舶穿越特殊区域的监控方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种船舶穿越特殊区域的监控方法，本方法可对海量船舶和船舶AIS数据进行清洗、转化、关联存储，绘制更精准船舶轨迹；对AIS数据的分析，提供更精准的船舶状态判断；对全球特殊区域进行电子化处理和划分；提供船舶实时穿行特殊区域风险预警，解决目前事后申报的痛点。本申请对全球船舶海量AIS数据进行清洗梳理，将航运全球特殊区域进行电子化处理，提供及时准确的船舶特殊区域穿行监控。此外，本申请通过外切矩形处理将特殊区域进行缩小，降低了对穿行数据判断的计算资源的要求。
Description
技术领域
本发明涉及航运信息化技术领域，尤其涉及一种船舶穿越特殊区域的监控方法。
背景技术
为了保障航道内船舶安全通行，需要对水域内的船舶进行跟踪和监测，主动避免安全事故发生。航运业务所定义的特殊区域较多，包括但不限于特战区、海盗区、低硫区、冰区、制裁区等。船舶特殊区域穿行跟踪对于保障船舶、船员、货物安全，减少船东、货主损失具有重要意义。目前主流的船舶跟踪方式有：一是主要着重于港口及沿海跟踪的方法，该方法船基安装发射装置，岸基安装接收装置，通过CDMA网络实现船舶动态的数据传输，但是该方法对于远离海岸线的区域跟踪分析不足。二是全球卫星定位系统(GPS)：作用就是定位，并能授时，测算船舶航迹向、航速、风流压差、以及进行导航，但该方法采集信息大部分信息依赖于船舶端报文，缺乏及时性和准确性，且主要用于导航。根据克拉克森的最新报告，到2021年2月，全球船队船舶数量(100GT以上)超过10万艘，达到100001艘，如果要对上述船舶进行全球范围的穿行跟踪，将消耗巨大的计算资源。
因此，亟需一种新的用于船舶穿越特殊区域的监控方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1：确定目标特殊区域，并绘制所述目标区域的电子地图I；
S2：判断电子地图I是否为规则图像，若是，则创建一个与电子地图I完全重合的电子地图II，若否，根据目标特殊区域的经度和纬度确定电子地图I的外切矩形，并绘制外切矩形的电子地图II；
S3：以电子地图II的边界为起点，采集预设距离范围内的船舶的AIS信息，所述AIS信息包括静态信息和动态信息，所述静态信息包括船舶IMO编码、船名、呼号、船型、船长与船宽，所述动态信息包括精确船位、航向、航速和转向速度；
S4：通过船舶的AIS信息获取船舶行进的位置点，并将船舶行进路径相邻两个位置点形成关联位置单元，同时，将关联位置单元按照时间序列关联存储；
S5：根据步骤S4的时间序列的关联位置单元确定船舶的航行轨迹，将所述航行轨迹与所述电子地图II进行比对，判断船舶轨迹是否与所述电子地图II重合，若是，则对该船舶航行轨迹进行监控，若否，则结束。
进一步，所述步骤S2中确定电子地图I的外切矩形采用如下方法：所述外切矩形的宽度为所述目标特殊区域纬度差值的最大值，所述外切矩形的长度为所述目标区域经度差值的最大值。
进一步，所述步骤S3还包括对船舶AIS数据进行预处理，所述预处理包括对AIS的数据异常点进行清洗，所述数据异常点包括短时间内经纬度变化较大、短时间内速度变化过大的点，具体如下：
将待入库的AIS记录与数据库中对应船舶的最后的一条AIS记录进行关联，形成航行轨迹，确定经过时间和平均速度；
获取此船舶当前时刻最近的N条AIS动态，确定最大平均速度；
当最大平均速度小于80海里/小时，并且满足任一异常条件时，将待入库的AIS记录标识为异常记录；
所述异常条件包括异常条件1和异常条件2；
其中，异常条件1表示经过时间小于1h并且速度大于80海里/小时；异常条件2表示经过时间大于或等于1h并且速度大于50海里/小时。
进一步，所述预处理还包括去除停泊、修理和加油状态的船舶的AIS信息。
进一步，所述方法还包括根据步骤S4的位置点判断船舶轨迹不断靠近所述电子地图II的边界，可向监控船舶推送即将驶入特殊区域的警示信息。
进一步，步骤S1的目标特殊区域包括特殊战争战区、海盗区、低硫区、冰区和制裁区。
相应地，本申请还提供一种船舶穿越特殊区域的监控系统，其特征在于：包括：
特殊区域边界处理模块：用于根据航运业所公布的特殊区域，绘制所述目标区域的电子地图I；并判断电子地图I是否为规则图像，若是，则创建一个与电子地图I完全重合的电子地图II，若否，根据目标特殊区域的经度和纬度确定电子地图I的外切矩形，并绘制外切矩形的电子地图II，电子地图II的边界为电子警戒线；
数据采集与预处理模块：用于以电子地图II的边界为起点，采集预设距离范围内的船舶的AIS信息，并根据船舶IMO、MMSI进行绑定；
数据清洗及关联存储模块：清洗AIS中异常的点，如短时间经纬度变化较大、速度过大等异常点位，再按照时间序列结构化存储数据，形成船舶轨迹；
监控模块：用于根据船舶轨迹，对进入将所述电子地图II的船舶进行监控；
数据存储模块：用于存储采集的AIS信息和监控数据；
展示信息模块，用于在用户终端将电子警戒线范围在海图中显示。
进一步，所述系统还包括：
消息推送模块：用于将触发电子警戒线的信息通过消息通道进行推送，用户可以根据需求进行订阅。
本发明的有益技术效果：本申请的船舶穿越特殊区域的监控方法对全球船舶海量AIS数据进行清洗梳理，将航运全球特殊区域进行电子化处理，提供及时准确的船舶特殊区域穿行监控。本申请全球船舶AIS数据进行清洗，剔除异常AIS点数据，按照时间序列进行存储，提供的船舶轨迹更及时和准确；将特殊区域进行可视化处理，船舶管理者更直观的了解船舶航运风险；提供船舶穿行特殊区域及时准确的监控数据；将海量AIS数据进行筛选，只选用状态适用的数据，以及将特殊区域进行缩小，降低了对穿行数据判断的计算资源的要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1本申请的特殊区域外切矩形处理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
本申请提供一种船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1：确定目标特殊区域，并绘制所述目标区域的电子地图I；所述目标特殊区域包括特殊战争战区、海盗区、低硫区、冰区和制裁区，所述特殊区域的官方每年公布和调整的为准，以特战区(特殊战争区域)为例，每年英国保险市场联合战争委员会(JWC)会公布和调整航运保险所定义的特殊战争区域。根据当年的公布和调整的信息来确定目标特殊区域，本领域技术人员可根据实际需要监控的范围来确定目标特殊区域以及目标特殊区域的位置信息，如目标特殊区域的经度和纬度。上述技术方案将目标特殊区域进行电子化处理形成电子地图I，在本实施例中，将电子地图I进行可视化处理，使船舶管理者更直观的了解船舶航运风险。
S2：判断电子地图I是否为规则图像，若是，则创建一个与电子地图I完全重合的电子地图II，若否，根据目标特殊区域的经度和纬度确定电子地图I的外切矩形，并绘制外切矩形的电子地图II；根据外切矩形处理后，只针对靠近电子地图II的船舶进行跟踪计算，降低系统总体计算资源。
S3：以电子地图II的边界为起点，采集预设距离范围内的船舶的AIS信息，所述AIS信息包括静态信息和动态信息，所述静态信息包括船舶IMO编码、船名、呼号、船型、船长与船宽，所述动态信息包括精确船位、航向、航速和转向速度；将船舶AIS信号中的精准船位对应的经度和纬度与距离电子地图II的边界50海里的经度和纬度进行对比，若进入该区域则采集船舶数据，若否，则不采集船舶AIS信息，降低采集的数据量，从而减小计算资源的开销。
AIS是一种船舶定位技术，通过低轨道的卫星接收船舶发送的AIS报文信息，卫星将接收和解码AIS报文信息转发给相应的地球站，从而让陆地管理机构掌握船舶的相关动态信息，实现对远海海域航行船舶的监控。AIS信息包含本船的精确船位、航向、航速(矢量线)、转向速度和最近船舶会遇距离等动态信息和船名、呼号、船型、船长与船宽等静态信息。系统根据船舶IMO编码作为识别手段(以MMSI、呼号等作为补充)将AIS信息与系统船舶进行匹配存储。
S4：通过船舶的AIS信息获取船舶行进的位置点，并将船舶行进路径相邻两个位置点形成关联位置单元，同时，将关联位置单元按照时间序列关联存储；
将船舶位置数据定义为P，P0点包含当前AIS经纬度信息(lat0，lon0，time0)，P1为第2个位置点，P1点数据包含当前AIS1信息以及此前P0点AIS信息：Cur AIS1(lat1，lon1，time1)，Pre AIS0(lat0，lon0，time0)，P2为第3个位置点，P2点数据包含当前AIS2信息以及此前P1点AIS信息：Cur AIS2(lat2，lon2，time2)，Pre AIS1(lat1，lon1，time1)，以此类推形成位置点数据,目的是优化存储结构，去除脏数据。将上述位置点按照时间序列进行关联存储：P0，P1，P2，P3，P4，P5…，形成船舶轨迹。对采集到的船舶AIS数据进行清洗，剔除异常AIS点数据，按照时间序列进行存储，提供的船舶轨迹更及时和准确。如表1为AIS结构化处理后的船舶位置点。
表1、AIS结构化处理后的船舶位置点
| P<sub>0</sub>： | Cur AIS<sub>0(lat，lon，time)</sub> | |
| P<sub>1</sub>： | Cur AIS<sub>1(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>0(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>2</sub>； | Cur AIS<sub>2(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>1(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>3</sub>: | Cur AIS<sub>3(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>2(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>4</sub>: | Cur AIS<sub>4(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>3(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>5</sub>: | Cur AIS<sub>5(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>4(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>6</sub>: | Cur AIS<sub>6(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>5(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>7</sub>: | Cur AIS<sub>7(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>6(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>8</sub>: | Cur AIS<sub>8(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>7(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>9</sub>: | Cur AIS<sub>9(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>8(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>10</sub>: | Cur AIS<sub>10(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>9(lat，lon，time)</sub> |
| P<sub>11</sub>: | Cur AIS<sub>11(lat，lon，time)</sub> | Pre AIS<sub>10(lat，lon，time)</sub> |
S5：根据步骤S4的时间序列的关联位置单元确定船舶的航行轨迹，将所述航行轨迹与所述电子地图II进行比对，判断船舶轨迹是否与所述电子地图II重合，若是，则对该船舶航行轨迹进行监控，若否，则结束。
本申请根据船舶轨迹确定穿行目标区域的穿行记录，如表2所示。
表2、系统获取的特殊战争区域穿行记录
| Theater | Intime | Outtime | Mmsi |
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目前船舶保险行业大部分对于特殊战争险采用事后申报的方式，本申请提供的监控方法对进入电子地图II的船舶进行监控，可提供更及时准确的数据，为保险公司提高业务效益，同时降低船公司管理风险。
在本实施例中，所述步骤S2中确定电子地图I的外切矩形采用如下方法：所述外切矩形的宽度为所述目标特殊区域纬度差值的最大值，所述外切矩形的长度为所述目标区域经度差值的最大值。通过外切矩形划定待监控的区域范围，减少全球船舶信息的计算开销。外切矩形具体实施例如图1所示，矩形框内的阴影部分为目标特殊区域。
在本实施例中，所述步骤S3还包括对船舶AIS数据进行预处理，所述预处理包括对AIS的数据异常点进行清洗，所述数据异常点包括短时间内经纬度变化较大、短时间内速度变化过大的点，具体如下：
将待入库的AIS记录与数据库中对应船舶的最后的一条AIS记录进行关联，形成航行轨迹，确定经过时间和平均速度；
获取此船舶当前时刻最近的N条AIS动态，确定最大平均速度；在本实施例中N为预设数量，通过经验值设定，如5条，10条，本领域技术人员可根据实际精度需要和经验进行设定，确定各个时刻的平均速度，并从N条数据中筛选出平均速度最大的。
当最大平均速度小于80海里/小时，并且满足任一异常条件时，将待入库的AIS记录标识为异常记录；
所述异常条件包括异常条件1和异常条件2；
其中，异常条件1表示经过时间小于1h并且速度大于80海里/小时；异常条件2表示经过时间大于或等于1h并且速度大于50海里/小时。
对船舶AIS数据进行清洗，剔除异常AIS点数据，按照时间序列进行存储，提供的船舶轨迹更及时和准确。
在本实施例中，所述预处理还包括去除停泊、修理和加油状态的船舶的AIS信息。将海量AIS数据进行筛选，只选用状态适用的数据，以及将特殊区域进行缩小，降低了对穿行数据判断的计算资源，提高系统性能。本申请主要用于监控船舶穿越特殊区域进行监控，若船舶未穿越，或者在特殊区域内停泊，则不是本申请的监控的范围，剔除目标区域停泊数据可节省计算资源。
在本实施例中，所述方法还包括根据步骤S4的位置点判断船舶轨迹不断靠近所述电子地图II的边界，可向监控船舶推送即将驶入特殊区域的警示信息。所述不断靠近是指船舶轨迹位置点与电子地图II的边界的位置差值越来越小。向船舶发送警示信息，便于船舶管理者直观的了解船舶航运风险。
相应地，本申请还提供一种船舶穿越特殊区域的监控系统，其特征在于：包括：
特殊区域边界处理模块：用于根据航运业所公布的特殊区域，绘制所述目标区域的电子地图I；并判断电子地图I是否为规则图像，若是，则创建一个与电子地图I完全重合的电子地图II，若否，根据目标特殊区域的经度和纬度确定电子地图I的外切矩形，并绘制外切矩形的电子地图II，电子地图II的边界为电子警戒线；
数据采集与预处理模块：用于以电子地图II的边界为起点，采集预设距离范围内的船舶的AIS信息，并根据船舶IMO、MMSI进行绑定；
数据清洗及关联存储模块：清洗AIS中异常的点，如短时间经纬度变化较大、速度过大等异常点位，再按照时间序列结构化存储数据，形成船舶轨迹；
监控模块：用于根据船舶轨迹，对进入将所述电子地图II的船舶进行监控；
数据存储模块：用于存储采集的AIS信息和监控数据；
展示信息模块，用于在用户终端将电子警戒线范围在海图中显示。
在本实施例中，所述系统还包括：消息推送模块：用于将触发电子警戒线的信息通过消息通道进行推送，用户可以根据需求进行订阅。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1：确定目标特殊区域，并绘制所述目标区域的电子地图I；
S2：判断电子地图I是否为规则图像，若是，则创建一个与电子地图I完全重合的电子地图II，若否，根据目标特殊区域的经度和纬度确定电子地图I的外切矩形，并绘制外切矩形的电子地图II；
S3：以电子地图II的边界为起点，采集预设距离范围内的船舶的AIS信息，所述AIS信息包括静态信息和动态信息，所述静态信息包括船舶IMO编码、船名、呼号、船型、船长与船宽，所述动态信息包括精确船位、航向、航速和转向速度；
S4：通过船舶的AIS信息获取船舶行进的位置点，并将船舶行进路径相邻两个位置点形成关联位置单元，同时，将关联位置单元按照时间序列关联存储；
S5：根据步骤S4的时间序列的关联位置单元确定船舶的航行轨迹，将所述航行轨迹与所述电子地图II进行比对，判断船舶轨迹是否与所述电子地图II重合，若是，则对该船舶航行轨迹进行监控，若否，则结束。
2.根据权利要求1所述船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：所述步骤S2中确定电子地图I的外切矩形采用如下方法：所述外切矩形的宽度为所述目标特殊区域纬度差值的最大值，所述外切矩形的长度为所述目标区域经度差值的最大值。
3.根据权利要求1所述船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：所述步骤S3还包括对船舶AIS数据进行预处理，所述预处理包括对AIS的数据异常点进行清洗，所述数据异常点包括短时间内经纬度变化较大、短时间内速度变化过大的点，具体如下：
将待入库的AIS记录与数据库中对应船舶的最后的一条AIS记录进行关联，形成航行轨迹，确定经过时间和平均速度；
获取此船舶当前时刻最近的N条AIS动态，确定最大平均速度；
当最大平均速度小于80海里/小时，并且满足任一异常条件时，将待入库的AIS记录标识为异常记录；
所述异常条件包括异常条件1和异常条件2；
其中，异常条件1表示经过时间小于1h并且速度大于80海里/小时；异常条件2表示经过时间大于或等于1h并且速度大于50海里/小时。
4.根据权利要求3所述船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：所述预处理还包括去除停泊、修理和加油状态的船舶的AIS信息。
5.根据权利要求1所述船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：所述方法还包括根据步骤S4的位置点判断船舶轨迹不断靠近所述电子地图II的边界，可向监控船舶推送即将驶入特殊区域的警示信息。
6.根据权利要求1所述船舶穿越特殊区域的监控方法，其特征在于：步骤S1的目标特殊区域包括特殊战争战区、海盗区、低硫区、冰区和制裁区。
7.一种船舶穿越特殊区域的监控系统，其特征在于：包括：
特殊区域边界处理模块：用于根据航运业所公布的特殊区域，绘制所述目标区域的电子地图I；并判断电子地图I是否为规则图像，若是，则创建一个与电子地图I完全重合的电子地图II，若否，根据目标特殊区域的经度和纬度确定电子地图I的外切矩形，并绘制外切矩形的电子地图II，电子地图II的边界为电子警戒线；
数据采集与预处理模块：用于以电子地图II的边界为起点，采集预设距离范围内的船舶的AIS信息，并根据船舶IMO、MMSI进行绑定；
数据清洗及关联存储模块：清洗AIS中异常的点，如短时间经纬度变化较大、速度过大等异常点位，再按照时间序列结构化存储数据，形成船舶轨迹；
监控模块：用于根据船舶轨迹，对进入将所述电子地图II的船舶进行监控；
数据存储模块：用于存储采集的AIS信息和监控数据；
展示信息模块，用于在用户终端将电子警戒线范围在海图中显示。
8.根据权利要求7所述船舶穿越特殊区域的监控系统，其特征在于：所述系统还包括：
消息推送模块：用于将触发电子警戒线的信息通过消息通道进行推送，用户可以根据需求进行订阅。
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