CN114972502A - 基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，在航道上设置高度监测站台，并在高度监测站台上设置拍摄装置；利用拍摄装置拍摄航道中的航船；根据拍摄的图像计算航船的实际高度；具体为，高度监测站台设在航道的两侧并在各高度监测站台上设置拍摄装置，两个拍摄装置相对拍摄；在各拍摄装置和航船之间设有高度和与拍摄装置距离已知的标定物；利用相对布置的两个拍摄装置拍摄标定物和航船，同时调整各标定物与各拍摄装置之间的距离使成像中标定物的最高点与航船最高点等高；利用各标定物到各拍摄装置的距离和各标定物的高度计算出航船最高点的高度，解决了航空器场周边存在水运航道的情况下，航道中船舶最高点检测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机场航行安全领域，尤其是涉及一种基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法。
背景技术
在机场跑道尽头存在水运航道的情况下，航道内行驶的超高船舶会影响航空器起降安全。当船舶通航保护区内船舶不高于国家高程标高时，船舶和航空器可自由通航，互不影响，当船舶通航保护区内船舶高于标高时，会触发安全运行机制，需要对航空器采取一定的控制措施，避免航空器与船舶产生冲突。因此在水运航道上下游需要设置警戒线，监测来往的船只尤其是大型船舶的高度。
对于较窄的河道，船舶高度检测主要是通过在两岸建立激光对射传感器检测是否超高，但是对于较宽的江面，激光在远端扩散导致监测线径变粗，精度下降，高度检测并不准确，另外，由于激光传感器为触碰式检测，需要在沿岸建立与监测线等高的高塔，前期投入较大。
发明内容
本发明提供了一种基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，解决了航空器场周边存在水运航道的情况下，航道中船舶最高点检测的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，
在航道上设置高度监测站台，并在高度监测站台上设置拍摄装置；
利用拍摄装置拍摄航道中的航船；
根据拍摄的图像计算航船的实际高度。
包括单向拍摄测高方法：
还设有AIS设备，AIS设备接收航船发出的AIS信息，AIS信息包括航船的实际长度W1；
高度监测站台设在航道的一侧；
拍摄装置拍摄航船得到图像，利用图像解析算法找出航船在图像中的矩形边界并计算矩形边界的宽度与高度的比值K；
利用航船的实际长度W1和矩形边界的宽高比K，计算出航船的实际高度W2，实际高度W2=W1/K；
利用航道实时水位高度W3，计算出航船海拔高度W4=W2+W3=（W1/K）+ W3。
包括双向拍摄测高方法：
高度监测站台设在航道的两侧并在各高度监测站台上设置拍摄装置，两个拍摄装置相对拍摄；
在各拍摄装置和航船之间设有高度和与拍摄装置距离已知的标定物；
利用相对布置的两个拍摄装置拍摄标定物和航船，同时调整各标定物与各拍摄装置之间的距离使成像中标定物的最高点与航船最高点等高；
利用各标定物到各拍摄装置的距离和各标定物的高度计算出航船最高点的高度。
优选的方案中，包括航船最高点高度计算方法：
在拍摄装置的镜头前端设置与镜头中心等高的基准片，基准片水平布置；
标定物为线状，标定物水平布置于拍摄装置前端，标定物高于基准片，标定物可沿与拍摄装置镜头轴线平行的方向移动；
在标定物与拍摄装置之间设置测距装置；
记两个相对的拍摄装置为第一拍摄装置和第二拍摄装置，第一拍摄装置和第二拍摄装置前端的标定物为第一标定物和第二标定物，记第一标定物和第二标定物的高度分别为H1和H2，航船顶端距离第一拍摄装置和第二拍摄装置连线高度为H，航船距离第一拍摄装置的水平距离为L1，航船距离第二拍摄装置的水平距离为L2，第一拍摄装置和第二拍摄装置之间的水平距离为L3，第一拍摄装置与第一标定物之间的水平距离为L4，第二拍摄装置与第二标定物之间的水平距离为L5；
第一拍摄装置和第二拍摄装置对航船和各标定物进行拍摄，调整第一标定物和第二标定物的位置，使航船最高点的在各图像上的成像高度与各标定物最高点的成像高度等高；
由几何比例关系可得，H1/H=L4/L1,H2/H=L5/L2;
由L3=L1+L2，计算出H=L3/((L4/H1)+(L5/H2))。
优选的方案中，还包括水平调整台，拍摄装置、基准片和标定物设置在水平调整台上。
优选的方案中，水平调整台包括安装板和底板，底板上设有球铰座，球铰座的球铰端与安装板的一端连接，安装板远离球铰座的一端两侧设有可调整的俯仰调整螺钉，俯仰调整螺钉一端穿过安装板抵靠在底板上。
优选的方案中，底板上安装板的两侧还设有可调整的偏摆调整螺钉，偏摆调整螺钉端部抵靠安装板的侧壁。
优选的方案中，安装板上设有至少两个竖直布置的导杆，基准片两端设有高度调整座，各高度调整座与各导杆滑动套接，高度调整座设有可调整的调整螺钉，调整螺钉下端穿过高度调整座抵靠在安装板上。
优选的方案中，标定物两端设有水平滑动座，安装板上设有至少两个导轨，各水平滑动座与各导轨滑动连接。
优选的方案中，还设有直线驱动装置，直线驱动装置的驱动端与水平滑动座连接，直线驱动装置一侧设有位移传感器，位移传感器与水平滑动座或直线驱动装置的驱动端连接。
本发明的有益效果为：采用拍摄与计算的方式，相对于激光传感器，精度高，建设投入少；双向拍摄测高方法中，采用双拍摄装置对向拍摄的方式，通过在两岸拍摄航船即可计算出航船高度，拍摄装置高度无须很高，也无须复杂的测量设备，节约成本；通过距离可调的已知标定物即可通过计算推算出远处船舶的高度，监测方式简单有效。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的拍摄示意图。
图2是本发明的实施示意图。
图3是本发明的单向拍摄测高方法拍摄图像示意。
图4是本发明的双向拍摄测高方法拍摄图像示意。
图5是本发明的双向拍摄测高方法原理图。
图6是本发明的双向拍摄测高方法使用装置示意图一。
图7是本发明的双向拍摄测高方法使用装置示意图二。
图8是本发明的双向拍摄测高方法使用装置示意图三。
图9是本发明的双向拍摄测高方法使用装置示意图四。
图中：拍摄装置1；安装板2；偏摆调整螺钉201；俯仰调整螺钉202；导轨203；基准片3；高度调整座301；调整螺钉302；标定物4；水平滑动座401；屏蔽板5；底板6；直线驱动装置7；位移传感器8；球铰座9；磁吸座10。
具体实施方式
实施例1：
如图1-9中，一种基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，
如图2，在航道上设置高度监测站台，并在高度监测站台上设置拍摄装置1，拍摄装置1优选为带热成像的装置，夜间成像质量依旧能保障；
利用拍摄装置1拍摄航道中的航船；
根据拍摄的图像计算航船的实际高度。
优选的方案中，包括双向拍摄测高方法：
在航道上下游设置高度监测站台，高度监测站台利用岸边的已有建筑或重新搭建，高度监测站台的海拔高度低于需要监测的标高；
高度监测站台设在航道的两侧并在各高度监测站台上设置拍摄装置1，两个拍摄装置1相对拍摄，航船出现在拍摄视野内时拍摄装置1被触发启动；
在各拍摄装置1和航船之间设有高度和与拍摄装置1距离已知的标定物4，标定物4为较容易被识别的物体，体积不宜过小或过大，可涂上区别于航船的颜色；
利用相对布置的两个拍摄装置1拍摄标定物4和航船，得到一组图像，根据图像反馈，调整各标定物4与各拍摄装置1之间的距离使最终成像中标定物4的最高点与航船最高点等高；
利用各标定物4到各拍摄装置1的距离和各标定物4的高度根据相似三角形原理计算出航船最高点的高度。
优选的方案中，包括航船最高点高度计算方法：
在拍摄装置1的镜头前端设置与镜头中心等高的基准片3，基准片3为薄片，由于其距镜头较近，宽度不宜太小，否则成像不清晰，基准片3水平布置，如此成像时图像上出现一条细线，调整基准片3高度使细线处于图像中心高度，拍摄装置1水平布置，由于拍摄装置1高度低于需要监测的标高且拍摄装置，超高船舶成像后不会出现在图像下半部分，因此只需要对图像上半部分进行测算，下半部分图像可用于辅助核实拍摄物是否是船只即可，细线作为图像上高度基点，图像基点以上没有图形，则说明没有船舶经过或船舶高度低于拍摄装置1，说明没有超高，如此处理便于简化图像处理难度；
标定物4水平布置于拍摄装置1前端，标定物4高于基准片3，标定物4为线状，线径宜较细但需要成像清晰，可图上显眼的颜色便于识别，标定物4底端于上述中心线高度一致即标定物4成像都在图像上半部分，标定物4可沿与拍摄装置1镜头轴线平行的方向移动；
在标定物4与拍摄装置1之间设置测距装置；
记两个相对的拍摄装置1为第一拍摄装置和第二拍摄装置，第一拍摄装置和第二拍摄装置前端的标定物4为第一标定物和第二标定物，记第一标定物和第二标定物的高度分别为H1和H2，航船顶端距离第一拍摄装置和第二拍摄装置连线高度为H，航船距离第一拍摄装置的水平距离为L1，航船距离第二拍摄装置的水平距离为L2，第一拍摄装置和第二拍摄装置之间的水平距离为L3，第一拍摄装置与第一标定物之间的水平距离为L4，第二拍摄装置与第二标定物之间的水平距离为L5；
第一拍摄装置和第二拍摄装置对航船和各标定物进行拍摄，调整第一标定物和第二标定物的位置，使航船最高点的在各图像上的成像高度与各标定物最高点的成像高度等高；
由几何比例关系可得，H1/H=L4/L1,H2/H=L5/L2;
由于L3在第一拍摄装置和第二拍摄装置安装时比较容易获知，即为已知量，由于L3=L1+L2，计算出H=L3/((L4/H1)+(L5/H2))，由于拍摄装置1海拔高度安装时已知，很容易计算出船舶的最高海拔高度即为该高度加上H，最终可判断出是否超高。
优选的方案中，还包括水平调整台，拍摄装置1、基准片3和标定物4设置在水平调整台上。
拍摄装置1设置在岸边，海拔高度上低于监测标高，水平调整台设有可伸缩的屏蔽板5，拍摄时屏蔽板5伸出并调整伸出长度，使成像上岸边的景物被遮挡，只留下航道景物。
由于基准片3、标定物4和屏蔽板5的存在，拍摄图像如图4所示，下方存在屏蔽区，主要使是被遮挡的岸边景物，图像中心存在一条中心线，是薄片状的基准片3成像所得，图像上半部区域存在一条横向标高线，是线状的标定物4成像所得。
图像处理时，首先识别船舶轮廓，并记录轮廓最高点的像素高度，然后识别标高线，并记录标高线像素高度，比较二者高度是否一致，若不一致则调整标定物4的位置，使其一致。
优选的方案中，水平调整台包括安装板2和底板6，底板6上设有球铰座9，球铰座9座端与底板6连接，球铰座9的球铰端与安装板2的一端连接，安装板2远离球铰座9的一端两侧设有可调整的俯仰调整螺钉202，俯仰调整螺钉202一端穿过安装板2抵靠在底板6上，形成三点支撑，俯仰调整螺钉202下端优选为半球形，俯仰调整螺钉202与安装板2螺纹连接，在建筑水平仪的指导下旋转调整两个俯仰调整螺钉202可调整安装板2水平。
安装板2和底板6之间安装磁吸座10，磁吸座10设置在两个俯仰调整螺钉202之间，安装板2采用导磁材料如钢制，磁吸座10上端与安装板2之间预留一定的调整间隙，俯仰调整螺钉202长度调整完毕后，磁吸座10吸住安装板2使其保持稳定。
优选的方案中，底板6上安装板2的两侧设有连接座，连接座上设有螺纹连接的偏摆调整螺钉201，偏摆调整螺钉201端部抵靠安装板2的侧壁，旋转两个偏摆调整螺钉201可改变安装板2的水平转角，便于调整对准航道上合适的位置。
优选的方案中，安装板2上设有至少两个竖直布置的导杆，基准片3两端设有高度调整座301，各高度调整座301与各导杆滑动套接，高度调整座301设有可调整的调整螺钉302，调整螺钉302下端穿过高度调整座301抵靠在安装板2上，调整螺钉302与高度调整座301螺纹连接，用于调整基准片3处于拍摄装置1中轴高度。
优选的方案中，标定物4两端设有水平滑动座401，安装板2上设有至少两个导轨203，各水平滑动座401与各导轨203滑动连接。
优选的方案中，还设有直线驱动装置7，安装板2上靠近导轨203处设有条形通槽，直线驱动装置7宜安装在安装板2底面，直线驱动装置7可选择电动推杆，推杆端通过连接板与水平滑动座401连接，直线驱动装置7一侧设有位移传感器8，位移传感器8可选择拉线式传感器，拉线端与水平滑动座401或直线驱动装置7的驱动端连接，用于反馈直线位移量。
实施例2：
优选的方案中，包括单向拍摄测高方法，如图3：
还设有AIS设备，AIS为船舶自动识别系统，AIS设备接收航船发出的AIS信息，AIS信息包括航船的实际长度W1；
高度监测站台设在航道的一侧；
拍摄装置1拍摄航船得到图像，利用图像解析算法找出航船在图像中的矩形边界并计算矩形边界的宽度与高度的比值K；
利用航船的实际长度W1和矩形边界的宽高比K，计算出航船的实际高度W2，实际高度W2=W1/K；
由于航道水位比较容易获知，可通过岸边设置的水位标尺得到或查询最近的水文监测站的数据得到，利用航道实时水位高度W3，计算出航船海拔高度W4=W2+W3= W1/K+ W3。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：
在航道上设置高度监测站台，并在高度监测站台上设置拍摄装置（1）；
利用拍摄装置（1）拍摄航道中的航船；
根据拍摄的图像计算航船的实际高度。
2.根据权利要求1所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：包括单向拍摄测高方法：
还设有AIS设备，AIS设备接收航船发出的AIS信息，AIS信息包括航船的实际长度W1；
高度监测站台设在航道的一侧；
拍摄装置（1）拍摄航船得到图像，利用图像解析算法找出航船在图像中的矩形边界并计算矩形边界的宽度与高度的比值K；
利用航船的实际长度W1和矩形边界的宽高比K，计算出航船的实际高度W2，实际高度W2=W1/K；
利用航道实时水位高度W3，计算出航船海拔高度W4=W2+W3= （W1/K）+ W3。
3.根据权利要求1所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：包括双向拍摄测高方法：
高度监测站台设在航道的两侧并在各高度监测站台上设置拍摄装置（1），两个拍摄装置（1）相对拍摄；
在各拍摄装置（1）和航船之间设有高度和与拍摄装置（1）距离已知的标定物（4）；
利用相对布置的两个拍摄装置（1）拍摄标定物（4）和航船，同时调整各标定物（4）与各拍摄装置（1）之间的距离使成像中标定物（4）的最高点与航船最高点等高；
利用各标定物（4）到各拍摄装置（1）的距离和各标定物（4）的高度计算出航船最高点的高度。
4.根据权利要求3所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：包括航船最高点高度计算方法：
在拍摄装置（1）的镜头前端设置与镜头中心等高的基准片（3），基准片（3）水平布置；
标定物（4）为线状，标定物（4）水平布置于拍摄装置（1）前端，标定物（4）高于基准片（3），标定物（4）可沿与拍摄装置（1）镜头轴线平行的方向移动；
在标定物（4）与拍摄装置（1）之间设置测距装置；
记两个相对的拍摄装置（1）为第一拍摄装置和第二拍摄装置，第一拍摄装置和第二拍摄装置前端的标定物（4）为第一标定物和第二标定物，记第一标定物和第二标定物的高度分别为H1和H2，航船顶端距离第一拍摄装置和第二拍摄装置连线高度为H，航船距离第一拍摄装置的水平距离为L1，航船距离第二拍摄装置的水平距离为L2，第一拍摄装置和第二拍摄装置之间的水平距离为L3，第一拍摄装置与第一标定物之间的水平距离为L4，第二拍摄装置与第二标定物之间的水平距离为L5；
第一拍摄装置和第二拍摄装置对航船和各标定物进行拍摄，调整第一标定物和第二标定物的位置，使航船最高点的在各图像上的成像高度与各标定物最高点的成像高度等高；
由几何比例关系可得，H1/H=L4/L1,H2/H=L5/L2;
由L3=L1+L2，计算出H=L3/((L4/H1)+(L5/H2))。
5.根据权利要求4所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：还包括水平调整台，拍摄装置（1）、基准片（3）和标定物（4）设置在水平调整台上。
6.根据权利要求5所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：水平调整台包括安装板（2）和底板（6），底板（6）上设有球铰座（9），球铰座（9）的球铰端与安装板（2）的一端连接，安装板（2）远离球铰座（9）的一端两侧设有可调整的俯仰调整螺钉（202），俯仰调整螺钉（202）一端穿过安装板（2）抵靠在底板（6）上。
7.根据权利要求6所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：底板（6）上安装板（2）的两侧还设有可调整的偏摆调整螺钉（201），偏摆调整螺钉（201）端部抵靠安装板（2）的侧壁。
8.根据权利要求6所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：安装板（2）上设有至少两个竖直布置的导杆，基准片（3）两端设有高度调整座（301），各高度调整座（301）与各导杆滑动套接，高度调整座（301）设有可调整的调整螺钉（302），调整螺钉（302）下端穿过高度调整座（301）抵靠在安装板（2）上。
9.根据权利要求6所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：标定物（4）两端设有水平滑动座（401），安装板（2）上设有至少两个导轨（203），各水平滑动座（401）与各导轨（203）滑动连接。
10.根据权利要求9所述基于拍摄成像的大型船舶海拔高度测算方法，其特征是：还设有直线驱动装置（7），直线驱动装置（7）的驱动端与水平滑动座（401）连接，直线驱动装置（7）一侧设有位移传感器（8），位移传感器（8）与水平滑动座（401）或直线驱动装置（7）的驱动端连接。
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