CN115291265A - 一种小型船舶定位装置防拆报警方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小型船舶定位装置防拆报警方法及装置。本发明方法，包括：构建定位单元，获取观测数据；对构建的定位单元进行预报，采用预测值和实测值相结合的形式，对当前所获得的数据进行分析，并结合所得现有数据，进行观测和预测；引入偏差准则，判定异常点；若定位单元发现异常点，则进行预报警，计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，并根据相对距离判定是否存在拆卸行为。本发明考虑小型船舶在水面航行时的运动干扰，提出一种小型船舶防拆定位报警方法，通过位置预报能够及时发现异常点进行预报警，通过剔除异常点后双定位单元的距离计算来进行报警确认，同时能够降低定位单元自身精度带来的误差和影响，降低对定位装置的精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及船舶定位技术领域，具体而言，尤其涉及一种小型船舶定位装置防拆报警方法及装置。
背景技术
船舶定位装置，包括测量传感设备、定位控制系统和推力器，其中，测量传感设备用于测量数据信息，定位控制系统与测量传感设备及推力器连接,用于选择模式并根据选择的模式向测量传感设备发出指令，并接受来自于测量传感设备的反馈信息，再根据反馈信息控制舵机和推力器工作。
目前，我国内河航道上小型船舶的船舶定位系统存在着拆卸后，发送虚假的位置信息的问题。
发明内容
根据上述提出的技术问题，提供一种小型船舶定位装置防拆报警方法及装置。本发明考虑小型船舶在水面航行时的运动干扰，提出了一种小型船舶防拆定位报警方法，通过位置预报，能够较为及时的发现异常点进行预报警，通过剔除异常点后双定位单元的距离计算来进行报警确认，同时能够降低定位单元自身精度带来的误差和影响，降低了对定位装置的精度要求。
本发明采用的技术手段如下：
一种小型船舶定位装置防拆报警方法，构建定位单元，获取观测数据；
对构建的定位单元进行预报，采用预测值和实测值相结合的形式，对当前所获得的数据进行分析，并结合所得现有数据，进行观测和预测；
引入偏差准则，判定异常点；
若定位单元发现异常点，则进行预报警，计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，并根据相对距离判定是否存在拆卸行为。
进一步地，所述构建定位单元，包括：构建第一定位单元和第二定位单元，具体包括：
获取第一定位单元的一定周期t内的n组观测数据Y11…Y1n；
获取第二定位单元的一定时间t内的n组观测数据Y21…Y2n。
进一步地，所述构建的定位单元，具体为：
Xk+1＝Xk+w(k)
Yk＝Xk+v(k)
式中xk+1为第k+1时间步上位置、xk为第k时间步上位置，w(k)为预测值偏差，Yk为第k时刻测量值位置、及第一定位单元和第二定位单元的测量值，v(k)为测量值偏差，w(k)，v(k)两者间互相独立。
进一步地，所述对构建的定位单元进行预报，采用预测值和实测值相结合的形式，对当前所获得的数据进行分析，并结合所得现有数据，进行观测和预测，具体包括：
设置初值，即X(k)，预测值偏差协方差Q(k)，测量值偏差协方差R(k)，k时刻预测值的偏差P(k)；
基于构建的定位单元公式，进行一次预测，得到k+1时刻的预测值；对于预测结果的影响将考虑在Q(k)中；
计算预测值的偏差，计算中，包含了预测值偏差以及测量值偏差协方差的影响，计算公式如下：
P(k+1)＝P(k)+Q(k)
计算预测值偏差与测量值偏差的权重比例，计算公式如下：
K＝P(k+1)/(P(k+1)+R(k))
基于计算得到的权重比例，考虑测量值的影响，得到k+1时刻的最优预测结果：Xk+1＝Xk+1+K*(Yk-Xk+1)
基于得到的最优预测结果，重新更新预测值偏差，计算公式如下：
P(k+1)＝P(k+1)*(1-K)。
进一步地，所述引入偏差准则，判定异常点，具体为：
对k+1时刻之前的数量为n的数据进行方差计算，记为σ2；
将最优预测结果Xk+1与Yk做差，记为M；
若M在±3σ范围内，则无异常，继续下一时刻计算，否则判断为异常点。
进一步地，所述若定位单元发现异常点，则进行预报警，计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，并根据相对距离判定是否存在拆卸行为，具体包括：
计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，计算公式如下：
若相对距离大于设定的阈值，则判定此时有拆卸行为，若相对距离小于所设阈值，则记录此时刻的预报警，观测下一时刻是否还是出现异常点，如果出现异常点，则判定有拆卸行为，如果没有异常点，则解除预报警。
本发明还提供了一种基于上述小型船舶定位装置防拆报警方法的小型船舶定位装置防拆报警装置，包括：第一定位单元、第二定位单元以及连接第一定位单元和第二定位单元的后台管理系统；其中：
第一定位单元，包括电性连接的第一位置传感器、第一通讯模块以及第一独立供电模块；
第二定位单元，包括电性连接的第二位置传感器、第二通讯模块以及第二独立供电模块；
其中，第一位置传感器和第二位置传感器用于接受卫星发送的位置信息；第一通讯模块和第二通讯模块用于将位置信息发送至后台管理系统；第一独立供电模块用于为第一位置传感器和第一通讯模块供电，第二独立供电模块用于为第二位置传感器和第二通讯模块供电。
进一步地，所述第一位置传感器设置在船艏位置的顶层甲板，所述第二位置传感器设置在船艉位置处的机械甲板，定位精度为A，所述第一位置传感器与所述第二位置传感器的空间距离务必要大于A。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明针对内河航道上小型船舶的船舶定位系统存在着拆卸后，发送虚假的位置信息的问题，考虑小型船舶在水面航行时的运动干扰，提出了一种小型船舶防拆定位报警方法，通过位置预报，能够较为及时的发现异常点进行预报警，通过剔除异常点后双定位单元的距离计算来进行报警确认，同时能够降低定位单元自身精度带来的误差和影响，降低了对定位装置的精度要求。
基于上述理由本发明可在船舶定位等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明装置结构示意图。
图3为本发明定位单元布置图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种小型船舶定位装置防拆报警方法，包括：
S1、构建定位单元，获取观测数据；
S2、对构建的定位单元进行预报，采用预测值和实测值相结合的形式，对当前所获得的数据进行分析，并结合所得现有数据，进行观测和预测；
S3、引入偏差准则，判定异常点；
S4、若定位单元发现异常点，则进行预报警，计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，并根据相对距离判定是否存在拆卸行为。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述构建定位单元，获取观测数据，包括：构建第一定位单元和第二定位单元，具体包括：
获取第一定位单元的一定周期t内的n组观测数据Y11…Y1n；
获取第二定位单元的一定时间t内的n组观测数据Y21…Y2n。
其构建的定位单元，具体为：
Xk+1＝Xk+w(k)
Yk＝Xk+v(k)
式中xk+1为第k+1时间步上位置、xk为第k时间步上位置，w(k)为预测值偏差，Yk为第k时刻测量值位置、及第一定位单元和第二定位单元的测量值，v(k)为测量值偏差，w(k)，v(k)两者间互相独立。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，小型船舶在水面航行时，由于受到波浪一阶和二阶载荷的作用，呈现出低频和波频的运动特性，对于第一定位单元和第二定位单元，为了降低传感器精度以及船舶运动的偏差干扰，对定位单元进行预报，采用预测值和实测值相结合的形式，既不仅仅对当前所获得的数据进行分析，亦结合所得现有数据，进行观测和预测，并引入偏差准则判定异常点，即，所述步骤S2的具体实现过程如下：
S21、设置初值，即X(k)，预测值偏差协方差Q(k)，测量值偏差协方差R(k)，k时刻预测值的偏差P(k)；
S22、基于构建的定位单元公式，进行一次预测，得到k+1时刻的预测值；对于预测结果的影响将考虑在Q(k)中；
S23、计算预测值的偏差，计算中，包含了预测值偏差以及测量值偏差协方差的影响，计算公式如下：
P(k+1)＝P(k)+Q(k)
S24、计算预测值偏差与测量值偏差的权重比例，计算公式如下：
K＝P(k+1)/(P(k+1)+R(k))
S25、基于计算得到的权重比例，考虑测量值的影响，得到k+1时刻的最优预测结果：Xk+1＝Xk+1+K*(Yk-Xk+1)
S26、基于得到的最优预测结果，重新更新预测值偏差，计算公式如下：
P(k+1)＝P(k+1)*(1-K)。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤S3引入偏差准则，判定异常点，具体为：
S31、对k+1时刻之前的数量为n的数据进行方差计算，记为σ2；
S32、将最优预测结果Xk+1与Yk做差，记为M；
S33、若M在±3σ范围内，则无异常，继续下一时刻计算，否则判断为异常点。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤S4若定位单元发现异常点，则进行预报警，计算将剔除异常点该时刻t定位单元的相对距离，并根据相对距离判定是否存在拆卸行为，具体包括：
S41、计算将剔除异常点该时刻t定位单元的相对距离，计算公式如下：
S42、若相对距离大于设定的阈值，则判定此时有拆卸行为，若相对距离小于所设阈值，则记录此时刻的预报警，观测下一时刻是否还是出现异常点，如果出现异常点，则判定有拆卸行为，如果没有异常点，则解除预报警。
如图2所示，本发明还提供了一种基于上述小型船舶定位装置防拆报警方法的小型船舶定位装置防拆报警装置，包括：第一定位单元、第二定位单元以及连接第一定位单元和第二定位单元的后台管理系统；其中：
第一定位单元，包括电性连接的第一位置传感器、第一通讯模块以及第一独立供电模块；
第二定位单元，包括电性连接的第二位置传感器、第二通讯模块以及第二独立供电模块；
其中，第一位置传感器和第二位置传感器用于接受卫星发送的位置信息，采用北斗定位或GPS定位；第一通讯模块和第二通讯模块用于将位置信息发送至后台管理系统，采用CDMA通讯网络；第一独立供电模块用于为第一位置传感器和第一通讯模块供电，第二独立供电模块用于为第二位置传感器和第二通讯模块供电，采用锂电池供电。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，所述第一位置传感器设置在船艏位置的顶层甲板，所述第二位置传感器设置在船艉位置处的机械甲板，定位精度为A，所述第一位置传感器与所述第二位置传感器的空间距离务必要大于A。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种小型船舶定位装置防拆报警方法，其特征在于，包括：
构建定位单元，获取观测数据；
对构建的定位单元进行预报，采用预测值和实测值相结合的形式，对当前所获得的数据进行分析，并结合所得现有数据，进行观测和预测；
引入偏差准则，判定异常点；
若定位单元发现异常点，则进行预报警，计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，并根据相对距离判定是否存在拆卸行为。
2.根据权利要求1所述的小型船舶定位装置防拆报警方法，其特征在于，所述构建定位单元，包括：构建第一定位单元和第二定位单元，具体包括：
获取第一定位单元的一定周期t内的n组观测数据Y11…Y1n；
获取第二定位单元的一定时间t内的n组观测数据Y21…Y2n。
3.根据权利要求2所述的小型船舶定位装置防拆报警方法，其特征在于，所述构建的定位单元，具体为：
Xk+1＝Xk+w(k)
Yk＝Xk+v(k)
式中xk+1为第k+1时间步上位置、xk为第k时间步上位置，w(k)为预测值偏差，Yk为第k时刻测量值位置、及第一定位单元和第二定位单元的测量值，v(k)为测量值偏差，w(k)，v(k)两者间互相独立。
4.根据权利要求1所述的小型船舶定位装置防拆报警方法，其特征在于，所述对构建的定位单元进行预报，采用预测值和实测值相结合的形式，对当前所获得的数据进行分析，并结合所得现有数据，进行观测和预测，具体包括：
设置初值，即X(k)，预测值偏差协方差Q(k)，测量值偏差协方差R(k)，k时刻预测值的偏差P(k)；
基于构建的定位单元公式，进行一次预测，得到k+1时刻的预测值；对于预测结果的影响将考虑在Q(k)中；
计算预测值的偏差，计算中，包含了预测值偏差以及测量值偏差协方差的影响，计算公式如下：
P(k+1)＝P(k)+Q(k)
计算预测值偏差与测量值偏差的权重比例，计算公式如下：
K＝P(k+1)/(P(k+1)+R(k))
基于计算得到的权重比例，考虑测量值的影响，得到k+1时刻的最优预测结果：Xk+1＝Xk+1+K*(Yk-Xk+1)
基于得到的最优预测结果，重新更新预测值偏差，计算公式如下：
P(k+1)＝P(k+1)*(1-K)。
5.根据权利要求1所述的小型船舶定位装置防拆报警方法，其特征在于，所述引入偏差准则，判定异常点，具体为：
对k+1时刻之前的数量为n的数据进行方差计算，记为σ2；
将最优预测结果Xk+1与Yk做差，记为M；
若M在±3σ范围内，则无异常，继续下一时刻计算，否则判断为异常点。
6.根据权利要求1所述的小型船舶定位装置防拆报警方法，其特征在于，所述若定位单元发现异常点，则进行预报警，计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，并根据相对距离判定是否存在拆卸行为，具体包括：
计算将剔除异常点该时刻定位单元的相对距离，计算公式如下：
若相对距离大于设定的阈值，则判定此时有拆卸行为，若相对距离小于所设阈值，则记录此时刻的预报警，观测下一时刻是否还是出现异常点，如果出现异常点，则判定有拆卸行为，如果没有异常点，则解除预报警。
7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述小型船舶定位装置防拆报警方法的小型船舶定位装置防拆报警装置，其特征在于，包括：第一定位单元、第二定位单元以及连接第一定位单元和第二定位单元的后台管理系统；其中：
第一定位单元，包括电性连接的第一位置传感器、第一通讯模块以及第一独立供电模块；
第二定位单元，包括电性连接的第二位置传感器、第二通讯模块以及第二独立供电模块；
其中，第一位置传感器和第二位置传感器用于接受卫星发送的位置信息；第一通讯模块和第二通讯模块用于将位置信息发送至后台管理系统；第一独立供电模块用于为第一位置传感器和第一通讯模块供电，第二独立供电模块用于为第二位置传感器和第二通讯模块供电。
8.根据权利要求7所述的小型船舶定位装置防拆报警装置，其特征在于，所述第一位置传感器设置在船艏位置的顶层甲板，所述第二位置传感器设置在船艉位置处的机械甲板，定位精度为A，所述第一位置传感器与所述第二位置传感器的空间距离务必要大于A。
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| 钟昭永;孙希延;纪元法;刘雪婷;: "运动模式自适应的GPS动态定位算法", 计算机仿真, no. 01, 15 January 2017 (2017-01-15), pages 94 - 97 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115291265B (zh) | 2024-07-16 |
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