CN114063126B

CN114063126B - 一种电子围栏系统及建立电子围栏精准轨迹模型的方法

Info

Publication number: CN114063126B
Application number: CN202111350531.XA
Authority: CN
Inventors: 陈章杰
Original assignee: Guangzhou Yiliantong Internet Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Yiliantong Internet Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2041-11-15
Also published as: CN114063126A

Abstract

本发明涉及一种电子围栏系统及建立电子围栏精准轨迹模型的方法，包括以下步骤：步骤10、根据船舶GPS定位器获取船舶航行所经过的轨迹点，所述轨迹点为船舶定位器发送到基站的表示船舶当前位置的坐标点；步骤20、对所有的轨迹点进行去噪，比对已有的轨迹点，把偏差较大的轨迹点移除，得到较为圆滑的舶轨迹；步骤30、根据生成的船舶模板轨迹，根据船舶预计达到天数算法计算出船舶预计到达某个目的地所需的时间。本发明需通过电子围栏对船舶、车辆定位进行统一管理，对其轨迹进行数据分析并预测其到达目的地的所需时间，从而动态修复轨迹模型，提高模型的精准性。

Description

一种电子围栏系统及建立电子围栏精准轨迹模型的方法

技术领域

本发明涉及一种电子围栏系统及建立电子围栏精准轨迹模型的方法。

背景技术

电子围栏是一种结合传统电子围栏技术与网络技术所产生的新一代电子围栏系统，它主要是由电子围栏主机、智能控制键盘和管理软件组成，用户通过网络即可监管电子围栏，实现用户信息实时传递、数据交互和远程监管功能等。

但传统的电子围栏存在以下几个问题：

1、过度依赖硬件设备，不容易做到数据的共享，以及大数据分析预测。

2、无法通过大量的数据积累，对电子围栏相关事件进行动态的调整以及状态的更新。

3、不容易与其他外部系统进行集成，无法简单的让外部系统直接使用电子围栏处理自身的业务逻辑。

4、无法根据事物距离电子围栏的距离，动态调频并且进行不同的事件处理。

这些问题的存在一方面致使传统电子围栏技术成本较高，一方面导致电子围栏应用范围比较狭窄，另外，还因为无法做数据积累，无法更好的进行模型的动态更新修复，精准度也就无法保证。

发明内容

本发明设计了一种电子围栏系统及建立电子围栏精准轨迹模型的方法，其解决的技术问题是：（1）现有技术过度依赖硬件设备，不容易做到数据的共享，以及大数据分析预测。（2）现有技术无法通过大量的数据积累，对电子围栏相关事件进行动态的调整以及状态的更新。（3）现有技术不容易与其他外部系统进行集成，无法简单的让外部系统直接使用电子围栏处理自身的业务逻辑。（4）现有技术无法根据事物距离电子围栏的距离，动态调频并且进行不同的事件处理。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种建立电子围栏精准轨迹模型的方法，包括以下步骤：

步骤10、根据船舶GPS定位器获取船舶航行所经过的轨迹点，所述轨迹点为船舶定位器发送到基站的表示船舶当前位置的坐标点；

步骤20、对所有的轨迹点进行去噪，比对已有的轨迹点，把偏差较大的轨迹点移除，得到较为圆滑的舶轨迹；

步骤30、根据生成的船舶模板轨迹，根据船舶预计达到天数算法计算出船舶预计到达某个目的地所需的时间。

优选地，当存在车船联运情形时，还包括步骤40、根据车辆GPS定位器获取车辆当前定位和步骤30中计算出船舶预计到达某个目的地所需的时间，并根据实际道路阻塞情况，计算出车辆到所述目的地所需的时间；

优选地，船舶预计到达某个目的地所需的时间与车辆到所述目的地所需的时间进行相互修正，并且能够使得船舶和车辆调整行驶速度。

优选地，所述步骤10中船舶GPS定位器获得的数据经船舶自动识别系统AIS识别，获取船舶所经过的所述轨迹点，轨迹点是该路径上的“节点”，该“节点”包含船的精确船位、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。

优选地，所述步骤20中计算某时刻船舶运动的所有可能状态,估计船舶下一时刻位置可达的范围作为可达域判别条件,将不满足可达域判别条件的点作为噪声点进行滤除,形成轨迹去噪算法流程。

优选地，所述轨迹去噪算法流程包括以下步骤：

A、根据划定的电子围栏区域进行捕获关键坐标点，即船舶到达起始港口电子围栏的坐标点及到达目的港口电子围栏的坐标点，把两点之间在特定时间范围内的所有“节点”连成一条完整的轨迹；

B、划定的电子围栏为不规则多边形区域，判断坐标点是否处于不规则多边形区域，需通过坐标点水平划一条线，先数数看这条横线和多边形的边相交几次，或者说先排除那些不相交的边，第一个判断条件，然后再数这条横线穿越多边形的次数是否为奇数，如果是奇数，那么该点在多边形内，如果是偶数，则在多边形外；

C、把轨迹中的所有坐标点根据墨卡托投影坐标转换算法进行墨卡托投影坐标转换，计算出相邻坐标点间的距离，超出距离范围阈值的坐标点判定为噪点；

D、根据已有轨迹点计算出相邻坐标点的向量夹角，超出角度范围阈值的坐标点也可视为噪点；

E、轨迹去噪完成后，根据压缩模板算法需对轨迹进行压缩，得出更精细的船舶模板轨迹。

优选地，所述步骤30中所述根据船舶预计达到天数算法包括以下步骤：根据求两点距离算法获取当前船舶的经纬度与当前轨迹最近的一个坐标点，利用该坐标点取得最近历史轨迹模板，并根据该坐标点求得平均航速进而求得当前经纬度距离终点的预计到达时间，其中坐标点和轨迹终点的距离/所需天数 = 平均航速。

优选地，所述步骤S40的计算过程可以包括如下：根据车辆GPS定位器获取目标车辆当前坐标点，结合高德实时道路监控平台的数据和实际道路阻塞情况推荐目标车辆最佳行驶路线，计算出车辆到达目的地的预计时间，即：车辆与目的地的距离 / 车辆平均速度= 预计到达时间。

一种电子围栏系统，其特征在于：包括

收集模块，其用于收集船舶、车辆所经过的定位信息。

过滤模块，其用于过滤轨迹中的噪点，得到真实轨迹点。

压缩模块，其用于对所有轨迹模板进行压缩，获取精细轨迹模板。

计算模块，其用于计算坐标点到目的地所需的时间。

优选地，所述过滤模块使用上述轨迹去噪算法；所述计算模块使用上述船舶预计达到天数算法。

该电子围栏系统及建立电子围栏精准轨迹模型的方法具有以下有益效果：

（1）本发明需通过电子围栏对船舶、车辆定位进行统一管理，对其轨迹进行数据分析并预测其到达目的地的所需时间，从而动态修复轨迹模型，提高模型的精准性。

（2）本发明压缩后的船舶轨迹便于向客户展示，数据更直观，更均匀，系统也能根据轨迹做出优化，及时调整产品的相关信息。

（3）本发明主要包括AIS数据预处理、船舶典型运动轨迹获取、船舶到港时间预测三个步骤,由于原始AIS数据无法直接使用,需要进行预处理,这一步主要包括数据筛选以及错误数据剔除;经过AIS数据预处理,得到船舶原始航行轨迹,其中的数据量是十分庞大的,原始轨迹划分压缩的目的在于将原始光滑的轨迹划分压缩成若干子段,降低原始轨迹中数据量,提高后续步骤的运算效率,同时又能很好的保持轨迹的原始特征。

（4）本发明实现车船联运，并且可以使得陆地上的车辆驾驶与船舶的驾驶进行联动，并且合理调整两者的行驶速度和时间，从而使得两者运行可以无缝衔接，也可以使得港口的利用率得到更高效，避免车辆在港口或轮船在港口存在等待时间或等待时间过长。

附图说明

图1：本发明中建立电子围栏精准轨迹模型流程图；

图2：本发明中建立电子围栏精准轨迹模型系统结构示意图。

附图标记说明：

10—收集模块；20—过滤模块；30—压缩模块；40—计算模块。

术语定义：

1、压缩模板算法：初始点和浮动点计算出投影点，判断投影点和轨迹点的距离与阈值；若存在距离大于阈值，则初始点放入集合，浮动点向前检索一点作为新的初始点,新的初始点向后检索第二个作为新的浮动点, 这里存在判断：即新的初始点位置+1是不是等于列表长度；这里决定了浮动点的选取，如此处理至终点。

2、墨卡托投影坐标转换算法：经纬度转换墨卡托（即平面坐标系x,y），用于点数相隔距离计算。

3、船舶预计达到天数算法：根据求两点距离算法获取当前船舶的经纬度与当前轨迹最近的一个坐标点，利用该坐标点取得最近几次轨迹模板，并根据该坐标点求得平均航速（坐标点和模板终点的距离 / 相隔天数 = 平均航速）进而求得当前经纬度距离终点的预计到达时间。

4、判断一个坐标点是否在不规则多边形内部的算法：通过坐标点水平划一条线，先数数看这条横线和多边形的边相交几次，（或者说先排除那些不相交的边，第一个判断条件），然后再数这条横线穿越多边形的次数是否为奇数，如果是奇数，那么该点在多边形内，如果是偶数，则在多边形外。

具体实施方式

下面结合图1至图2，对本发明做进一步说明：

参考图1，图1所示为一个实施例的建立电子围栏精准轨迹模型流程图，包括如下步骤：

S10，根据船舶GPS定位器获取船舶航行所经过的轨迹点，轨迹点为船舶定位器发送到基站的表示船舶当前位置的坐标点。

上述步骤，基于船舶自动识别系统AIS记录的数据，获取船舶所经过的轨迹点，轨迹点是该路径上的“节点”，该“节点”包含船的精确船位、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，两段“节点”信息之间的时间间隔，将随着船速的增加而自动减少，如果船舶正在做机动航行，信息间隔则进一步减少。例如，当船舶停港或抛锚时信息间隔为数分钟，船舶在高速行驶时，信息间隔为两秒。

S20，对所有的轨迹点进行去噪，比对已有的轨迹点，把偏差较大的轨迹点移除，得到较为圆滑的船舶轨迹；

计算某时刻船舶运动的所有可能状态,估计船舶下一时刻位置可达的范围作为可达域判别条件,将不满足可达域判别条件的点作为噪声点进行滤除,形成轨迹去噪算法流程。

在一个实施例中，步骤S20的去噪过程可以包括如下：

判断轨迹上的坐标点是否处于设定角度范围内，若否，则判定该坐标点为噪点。

具体实现步骤：

具体算法实现：初始点和浮动点计算出投影点，根据判断一个坐标点是否在不规则多边形内部的算法判断投影点和轨迹点的距离与阈值；若存在距离大于阈值，则初始点放入集合，浮动点向前检索一点作为新的初始点,新的初始点向后检索第二个作为新的浮动点, 这里存在判断，即新的初始点位置+1是不是等于列表长度，这里决定了浮动点的选取，如此处理至终点。

S30，根据生成的船舶模板轨迹，根据船舶预计达到天数算法计算出船舶预计到达某个目的地所需的时间。

结合船舶典型运动轨迹和船舶航速预测船舶到港时间。在一个实施例中，步骤S30的计算过程可以包括如下：

具体算法实现：根据求两点距离算法获取当前船舶的经纬度与当前轨迹最近的一个坐标点，利用该坐标点取得最近历史轨迹模板，并根据该坐标点求得平均航速（坐标点和轨迹终点的距离/所需天数 = 平均航速）进而求得当前经纬度距离终点的预计到达时间。

S40, 根据车辆GPS定位器获取车辆当前定位，并根据实际道路阻塞情况，计算出车辆到目的地所需的时间。

在一个实施例中，步骤S40的计算过程可以包括如下：

根据车辆GPS定位器获取目标车辆当前坐标点，结合高德实时道路监控平台的数据和实际道路阻塞情况推荐目标车辆最佳行驶路线，计算出车辆到达目的地的预计时间（车辆与目的地的距离 / 车辆平均速度 = 预计到达时间）。

综上所述，本发明的技术方案，能够解决系统中船舶航行轨迹异常的情况，建立精准轨迹模型以提高集装箱码头作业效率，降低船舶到港时间的不确定性，以期为智慧港口建设提供支持，对船舶航行状态分析及船舶交通流预测等具有一定的意义。

图2所示为一个实施例的建立精准轨迹模型系统结构示意图，包括：

收集模块10，用于收集船舶、车辆所经过的定位信息。

过滤模块20，用于过滤轨迹中的噪点，得到真实轨迹点。

压缩模块30，用于对所有轨迹模板进行压缩，获取精细轨迹模板。

计算模块40，用于计算坐标点到目的地所需的时间。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种建立电子围栏精准轨迹模型的方法，包括以下步骤：

所述步骤20中计算某时刻船舶运动的所有可能状态,估计船舶下一时刻位置可达的范围作为可达域判别条件,将不满足可达域判别条件的点作为噪声点进行滤除,形成轨迹去噪算法流程；所述轨迹去噪算法流程包括以下步骤：

E、轨迹去噪完成后，根据压缩模板算法需对轨迹进行压缩，得出更精细的船舶模板轨迹

步骤30、根据生成的船舶模板轨迹，根据船舶预计达到天数算法计算出船舶预计到达某个目的地所需的时间；

当存在车船联运情形时，还包括步骤40、根据车辆GPS定位器获取车辆当前定位和步骤30中计算出船舶预计到达某个目的地所需的时间，并根据实际道路阻塞情况，计算出车辆到所述目的地所需的时间；

船舶预计到达某个目的地所需的时间与车辆到所述目的地所需的时间进行相互修正，并且能够使得船舶和车辆调整行驶速度。

2.根据权利要求1所述的建立电子围栏精准轨迹模型的方法，其特征在于：

所述步骤10中船舶GPS定位器获得的数据经船舶自动识别系统AIS识别，获取船舶所经过的所述轨迹点，轨迹点是路径上的“节点”，该“节点”包含船的精确船位、航向、航速、转向速度和最近船舶会遇距离动态信息和船名、呼号、船型、船长与船宽静态信息。

3.根据权利要求1或2所述的建立电子围栏精准轨迹模型的方法，其特征在于：所述步骤30中所述根据船舶预计达到天数算法包括以下步骤：根据求两点距离算法获取当前船舶的经纬度与当前轨迹最近的一个坐标点，利用该坐标点取得最近历史轨迹模板，并根据该坐标点求得平均航速进而求得当前经纬度距离终点的预计到达时间，其中坐标点和轨迹终点的距离/所需天数 = 平均航速。

4.根据权利要求3所述的建立电子围栏精准轨迹模型的方法，其特征在于：

所述步骤S40的计算过程包括如下：根据车辆GPS定位器获取目标车辆当前坐标点，结合高德实时道路监控平台的数据和实际道路阻塞情况推荐目标车辆最佳行驶路线，计算出车辆到达目的地的预计时间，即：车辆与目的地的距离 / 车辆平均速度 = 预计到达时间。

5.一种使用权利要求1-4中任何一项所述方法建立的电子围栏系统，其特征在于：包括

收集模块（10），其用于收集船舶、车辆所经过的定位信息；

过滤模块（20），其用于过滤轨迹中的噪点，得到真实轨迹点；

压缩模块（30），其用于对所有轨迹模板进行压缩，获取精细轨迹模板；

计算模块（40），其用于计算坐标点到目的地所需的时间。

6.根据权利要求5所述的电子围栏系统，其特征在于：所述过滤模块（20）使用所述轨迹去噪算法；所述计算模块（40）使用权利要求3中的所述船舶预计达到天数算法。