CN115641750B - 一种基于北斗的船舶通航调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗的船舶通航调度方法和系统，涉及船舶调度领域，所述基于北斗的船舶通航调度方法包括通过北斗导航系统获取航道内的船舶数量，及每个船舶的位置信息；根据所述船舶数量及所述位置信息，计算所述航道的拥堵密度；获取所述航道内的船舶流量及船舶平均速度，结合所述拥堵密度，训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型；设置所述航道的状态阈值，将所述航道状态模型生成结果与所述状态阈值进行对比，确定所述航行状态通过本发明能够实时判断航道是否处于拥堵状态，并进行有效调控，通过本发明达到了智能过闸、智能调度，疏通航道的技术效果。

Description

一种基于北斗的船舶通航调度方法和系统

技术领域

本发明属于船舶控制技术领域，具体涉及一种基于北斗的船舶通航调度方法和系统。

背景技术

长江三峡工程是目前世界最大的水利枢纽工程，安全运行关系到国民经济的健康有序发展，关系到沿江几千万人民群众的生命和财产安全，关系到长江航运事业的稳步发展，关系到长江经济带的整体运行。过三峡船闸和升船机的船舶、货物，特别是危险品船舶及货物快速增长。随着长江经济带战略深入推进，三峡、葛洲坝船闸过闸需求逐年攀升，据统计，2019年三峡船闸和升船机通过的货物1.46亿吨，超过设计能力46%；通过危险品船舶5949艘、918万吨，较2012年增长90%、188%以上。三峡船闸和升船机作为三峡水利枢纽的重要设施，安全已成为三峡水利枢纽安全的重中之重。

近年来，随着长江经济带战略深入推进，通航环境发生了极大的改变，过闸船舶增多，过闸运量大幅度增加，三峡、葛洲坝等水域的船闸过闸需求逐年攀升。

船闸是水上交通的重要枢纽，但是，随着日益增加的船舶过闸需求与船舶实际通过能力的矛盾日益凸显，船闸也成为海上航区的通航瓶颈。

内河航运的发展较为迅速，航道、船闸等基础建设日益完善。通常，改善船闸通航能力有三种途径：第一种，改建或扩建船闸，通过提升船闸规模来提升船闸通航能力；第二种，提高船舶标准化水平；第三种，提高调度管控水平；扩建或新建船闸不仅需要消耗大量的人力、物力，而且需要占用大量社会资源，与之相比，从调度管理的角度出发提高通航能力可有效减少资源占用，具有较高的经济效益和社会效益。

在现有技术中，船闸上某个时间段内的船舶过闸调度计划是预先安排好的，在使用过程中通常都是固定不变。但是，在实际的航行过程中，海上船舶的运行情况往往会受到许多环境的影响，船舶到达船闸的时间是不固定的，使得预先安排好的船舶过闸调度计划难以满足实际的需求，导致船舶在过闸前需要等待较长时间。又因为各个航段的运行量分布不均匀，一般呈中间运行量大、两头小的分布趋势，而内河航道上船闸又是呈线状分布，使得当中间船闸运行不通畅时，将影响其他船闸的运行情况，从而大幅度降低船闸的利用率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于北斗的船舶通航调度方法和系统，通过计算船舶驶出航道的模型生成结果，并与航道的状态阈值进行比较，从而能够实时判断航道是否处于拥堵状态，通过获取多个航道的模型生成结果，将模型生成结果进行排序，按照顺序依次控制各航道内船舶过闸通航，从而达到了智能过闸，疏通航道的技术效果。

为了实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供一种基于北斗的船舶通航调度方法，包括：

通过北斗导航系统获取航道内的船舶数量，及每个船舶的位置信息；

根据所述船舶数量及所述位置信息，计算所述航道的拥堵密度；

获取所述航道内的船舶流量及船舶平均速度，结合所述拥堵密度，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型；

设置所述航道的状态阈值，将所述航道状态模型生成结果与所述状态阈值进行对比，确定所述航行状态。

进一步地，根据北斗导航系统获取的所述船舶数量及所述位置信息包括：将所述航道分成多个区域，分别计算每个区域的所述拥堵密度。

进一步地，计算每个区域的所述拥堵密度包括：

其中所述

为第i个船舶与前面船舶的距离，

为第i个船舶与后面船 舶的距离，

为第i个船舶与左面船舶的距离，

为第i个船舶与右面船舶的距离，m 为航道内每个区域内船舶的数量。

进一步地，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型为：

其中k为航道内第k个区域，

为拥堵密度，

为第k个区域的船舶流量，

为 第i个船舶的船舶平均速度。

进一步地，所述航行状态包括畅通状态和拥堵状态包括：当所述航道状态模型生成结果未超过所述状态阈值，则所述航道处于畅通状态，否则，处于拥堵状态。

按照本发明的第二方面，提供一种基于北斗的船舶通航调度系统，包括：

信息获取单元，用于通过北斗导航系统获取航道内的船舶数量，及每个船舶的位置信息；

计算拥堵密度单元，用于根据所述船舶数量及所述位置信息，计算所述航道的拥堵密度；

计算航行时间单元，用于获取所述航道内的船舶流量及船舶平均速度，结合所述拥堵密度，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型；

确定航行状态单元，用于设置所述航道的状态阈值，将所述航道状态模型生成结果与所述状态阈值进行对比，确定所述航行状态。

进一步地，根据北斗导航系统获取的所述船舶数量及所述位置信息包括：将所述航道分成多个区域，分别计算每个区域的所述拥堵密度。

进一步地，计算每个区域的所述拥堵密度包括：

其中所述

为第i个船舶与前面船舶的距离，

为第i个船舶与后面船 舶的距离，

为第i个船舶与左面船舶的距离，

为第i个船舶与右面船舶的距离，m 为航道内每个区域内船舶的数量。

进一步地，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型为：

其中k为航道内第k个区域，

为拥堵密度，

为第k个区域的船舶流量，

为 第i个船舶的船舶平均速度。

进一步地，所述航行状态包括畅通状态和拥堵状态包括：当所述航道状态模型生成结果未超过所述状态阈值，则所述航道处于畅通状态，否则，处于拥堵状态。

本发明的技术效果：

1.通过计算船舶驶出航道的模型生成结果，并与航道的状态阈值进行比较，从而能够实时判断航道是否处于拥堵状态；

2.通过获取多个航道的模型生成结果，将模型生成结果进行排序，按照顺序依次控制各航道内船舶过闸通航，从而达到了智能过闸，疏通航道的技术效果；

3.结合船员疲劳检测、定位装置拆除检测、船员验证等手段，有效检测船舶是否达到过闸标准，从而安全高效的达到通航目的。

附图说明

图1为实施例一基于北斗的船舶通航调度方法的流程图；

图2为实施例二基于北斗的船舶通航调度系统的结构示意图；

图3为实施例三船舶过闸控制方法的流程图；

图4为实施例四船员疲劳检测的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

本发明提供的方法可以在如下的终端环境中实施，该终端可以包括一个或多个如下部件：处理器、存储器和显示屏。其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现下述实施例所述的方法。

处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。

存储器可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令。

显示屏用于显示各个应用程序的用户界面。

除此之外，本领域技术人员可以理解，上述终端的结构并不构成对终端的限定，终端可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，终端中还包括射频电路、输入单元、传感器、音频电路、电源等部件，在此不再赘述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于北斗的船舶通航调度方法，基于北斗导航系统，包括：

通过北斗导航系统获取航道内的船舶数量，及每个船舶的位置信息；北斗导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。当船舶在海上航道航行时，都会将自身的位置信息上报到航运枢纽，以便航运枢纽能够知晓航道内船舶的航行信息，从而能够掌握每个航道内的船舶数量及位置信息，例如船舶想要通过三峡枢纽，则必须将自身信息上传到三峡枢纽的系统中。

根据北斗导航系统获取的所述船舶数量及所述位置信息，计算所述航道的拥堵密度；

根据北斗导航系统获取的所述船舶数量及所述位置信息，将所述航道分成多个区域，分别计算每个区域的所述拥堵密度。

计算每个区域的所述拥堵密度包括：

其中所述

为第i个船舶与前面船舶的距离，

为第i个船舶与后面船 舶的距离，

为第i个船舶与左面船舶的距离，

为第i个船舶与右面船舶的距离，m 为航道内每个区域内船舶的数量。

获取所述航道内的船舶流量及船舶平均速度，结合所述拥堵密度，训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型；

训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型为：

其中k为航道内第k个区域，

为拥堵密度，

为第k个区域的船舶流量，

为 第i个船舶的船舶平均速度。

设置所述航道的状态阈值，将所述航道状态模型生成结果与所述状态阈值进行对比，确定所述航行状态。

所述航行状态包括畅通状态和拥堵状态，当所述航道状态模型生成结果未超过所述状态阈值，则所述航道处于畅通状态，否则，处于拥堵状态。

实施例二

如图2所示，本发明实施例还提出一种基于北斗的船舶通航调度系统，基于北斗导航系统，包括：

信息获取单元，用于通过北斗导航系统获取航道内的船舶数量，及每个船舶的位置信息；

计算拥堵密度单元，用于根据所述船舶数量及所述位置信息，计算所述航道的拥堵密度；

根据北斗导航系统获取的所述船舶数量及所述位置信息，将所述航道分成多个区域，分别计算每个区域的所述拥堵密度。

计算每个区域的所述拥堵密度包括：

其中所述

为第i个船舶与前面船舶的距离，

为第i个船舶与后面船 舶的距离，

为第i个船舶与左面船舶的距离，

为第i个船舶与右面船舶的距离，m 为航道内每个区域内船舶的数量。计算航行时间单元，用于获取所述航道内的船舶流量及 船舶平均速度，结合所述拥堵密度，训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型；

训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型为：

其中k为航道内第k个区域，

为拥堵密度，

为第k个区域的船舶流量，

为 第i个船舶的船舶平均速度。

确定航行状态单元，用于设置所述航道的状态阈值，将所述航道状态模型生成结果与所述状态阈值进行对比，确定所述航行状态。

所述航行状态包括畅通状态和拥堵状态，当所述航道状态模型生成结果未超过所述状态阈值，则所述航道处于畅通状态，否则，处于拥堵状态。

实施例三

长江三峡通航管理局所辖水域，位于长江上、中游连接处，横亘着三峡、葛洲坝两座世界级大型水利枢纽。考虑到随着三峡水利枢纽工程的建设，通航环境发生了极大的改变，过闸船舶增多，过闸运量大幅度增加，航行秩序和运输格局都发生了重大变化。在船舶过闸方面，可以利用船舶精准定位手段，建立良好的过闸秩序，提高船舶过闸效率，是推进长江经济带稳定发展的重要环节之一。

如图3所示，本发明实施例还提出一种利用基于北斗的船舶通航调度方法的船舶过闸控制方法，包括：

获取多个航道的模型生成结果，将模型生成结果进行排序，按照顺序依次控制各航道内船舶过闸通航，由此可知，按照顺序进行通航，能够让拥堵的航道内船舶优先过闸，让通畅的航道内船舶减速，提高过闸效率的同时，达到疏通航道的效果。

实时计算多个航道的模型生成结果，动态调整模型生成结果的排序顺序，当通畅的航道有越来越多的船舶驶入，有可能导致航道拥堵，通过实时计算模型生成结果并排序，能够使航道内船舶动态调整排序过闸，不至于之前通畅的航道由于变成拥堵航道导致依然等待的技术问题。

设置过闸阈值，将超过所述过闸阈值的模型生成结果所对应的航道设置为优先过闸航道。

实施例四

如图4所示，本发明实施例还提出一种利用基于北斗的船舶通航调度方法的船舶过闸控制方法，包括：

获取多个航道的模型生成结果，将模型生成结果进行排序，按照顺序依次控制各航道内船舶过闸通航，并且获取船员当前的视频信息，对所述视频信息进行处理，得到所述船员当前的人眼状态信息；

根据所述人眼状态信息，对所述船员进行疲劳判定，若所述船员处于疲劳状态，则根据当前的时间和航段，对所述船员进行提醒，其中将所述时间和航段根据风险等级进行划分，根据所述风险等级，采取相应的提醒策略，以使船舶能够正常通航。

实施例四的方法依托北斗导航系统获取的时间和位置信息，经过视频解码及帧提取、图像预处理、人眼特征提取、疲劳识别和综合分析五个步骤，能够很好捕捉到人眼状态并进行准确识别，将图像采集模块的疲劳判定结果与北斗导航系统获取的时间和位置信息进行融合分析，便于综合分析潜在船舶航行风险，能够有效对船员疲劳状态进行判定，一旦船员进入疲劳状态则通过语音方式进行报警提示。

具体的，视频解码及帧提取包括：视频文件解码后，通过提取视频流中图像帧，生成静态红外彩色图像；

图像预处理包括：获取人眼区域图像后，需先经过灰度处理获取灰度图像，并进行降噪、对比度调整、滤波等一系列调整，获取图像质量较好的灰度图像；

人眼特征提取包括：在灰度图像的基础上，计算人眼开度值，为船员疲劳度识别提供数据；

疲劳识别与综合分析包括：根据获取的人眼开度信息，基于PERCLOS算法的船员疲劳识别算法，进行疲劳判定，再根据北斗导航系统获取的时间和位置信息进行匹配，判断当前风险级别，报警信息以告警语音的方式提醒船员已经处于疲劳驾驶状态。

为便于测试算法在实际应用场景中的应用，需要基于动态视频进行视频分析，通过分析该段时间的视频（视频素材与静态图片相同）并进行疲劳判定，发现疲劳判定结果能够很好反映船舶驾驶员在驾船过程中逐渐疲劳的过程，随着疲劳程度加深，通过船员疲劳识别算法计算的数值逐渐增加。

本发明实施例四中将所述风险等级分为三个级别，所述风险等级包括：低级、中级和高级；

当所述时间的风险等级为低级时，且所述航段的风险等级为低级时，仅记录所述船员当前的人眼状态信息；

当所述时间的风险等级为低级时，且所述航段的风险等级为中级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，并每间隔一段时间提醒所述船员一次；

当所述时间的风险等级为低级时，且所述航段的风险等级为高级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，连续对所述船员进行提醒，直到所述船员的所述疲劳状态消失，同时，获取所述船舶当前的位置信息，并发送给周围船舶，提醒所述周围船舶注意；

当所述时间的风险等级为中级时，且所述航段的风险等级为低级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，并每间隔一段时间提醒所述船员一次；

当所述时间的风险等级为中级时，且所述航段的风险等级为中级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，连续对所述船员进行提醒，直到所述船员的所述疲劳状态消失；

当所述时间的风险等级为中级时，且所述航段的风险等级为高级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，连续对所述船员进行提醒，直到所述船员的所述疲劳状态消失，同时，获取所述船舶当前的位置信息，并发送给周围船舶，提醒所述周围船舶注意；

当所述时间的风险等级为高级时，且所述航段的风险等级为低级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，并每间隔一段时间提醒所述船员一次；

当所述时间的风险等级为高级时，且所述航段的风险等级为中级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，连续对所述船员进行提醒，直到所述船员的所述疲劳状态消失；

当所述时间的风险等级为高级时，且所述航段的风险等级为高级时，记录所述船员当前的人眼状态信息，连续对所述船员进行提醒，直到所述船员的所述疲劳状态消失，同时，获取所述船舶当前的位置信息，并发送给周围船舶，提醒所述周围船舶注意。

可选的，当检测到船员处于疲劳状态时，提醒方式包括：每间隔一段时间就发出警报声、持续不断发出警报声、给其他船员提醒信息等，同时可以将报警信息发送给岸上系统。

本发明通过设置不同的风险等级，能够采取相应的提醒策略，对船员的监测及风险预警更智能化，更高效。

实施例五

随着信息、通讯、网络技术的不断发展和个性化需求和服务的要求不断提高，以往的过闸检测终端暴露出诸多问题。例如：船舶定位精度不高，存在信号漂移，经常在电子航道图上出现“船在岸上走”的现象；个别船主存在投机行为，为实现插队优先过闸的目的，拆除GPS定位终端提前到达过闸申报位置，利用虚假位置信息申报过闸计划，严重扰乱了过闸秩序。为此，本发明通过将定位单元拆除检测和船员疲劳检测相结合的方式，解决了以上技术问题，具体技术方案如下所示：

若所述船员未处于疲劳状态，且所述船舶的定位单元未被拆除，则允许过闸；

若所述船员处于疲劳状态，且所述船舶的定位单元未被拆除，则对所述船员采取相应的提醒策略，直到所述船员未处于疲劳状态，则允许过闸；

若所述船员未处于疲劳状态，且所述船舶的定位单元被拆除，则生成所述定位单元被拆除的提醒信息；

若所述船员处于疲劳状态，且所述船舶的定位单元被拆除，则对所述船员采取相应的提醒策略，生成所述定位单元被拆除的提醒信息。

具体设计原则如下：

1）采用国产北斗SOC芯片，核心技术自主可控；

2）自带备用电池，支持AIS主板供电和备用电池供电，主板断电后自动切换到备用电池供电；

3）天线状态自动检测并可存储天线状态，检测天线拔除情况；

4）定位数据存储，可读；

5）支持最新的北斗三号系统，支持单北斗双频定位，具备多路径抑制，抗干扰，支持静电防护，支持天线短路保护功能；

6）定位模块主要技术参数设置及设计思路包括：

支持串口通讯，波特率设置从9600到460800，默认115200；支持热启动模式，使用预制的辅助信息进行快速定位；支持外接RTCM数据，进入差分模式。支持单北斗双频定位，较单北斗单频定位在搜星数量，定位精度，启动速度上都有明显提升，同时引入的北斗三号B2a频点提升了产品的捕获和跟踪灵敏度及抗干扰性。

船舶违规过闸检测流程，即北斗定位模块的防拆除检测方法的流程包括：

步骤1、主电源切断信号接入；

例如：北斗芯片有一个ADC检测功能，比较主电池与备用电池之间的电压差，来判断主电源是否接入。

在船舶运行期间主电源24小时运行，主电源切断有两种情况，一是船舶停止航行或完成一次运输任务（属于正常操作）。二是人为拆除机器（违规行为）。

步骤2、定位模块的备用电源启动；

步骤3、检测天线状态；检测天线目的在于：仅凭主电源是否掉电不能判别船舶是否拆除定位单元，需检测天线状态信号。比如在正常操作时不会拔掉定位天线的，只有拆除设备才需要拔掉天线，因为天线已经固定在船舶上，不能和终端一同携带。

步骤4、判断北斗天线是否拆除。若是，则执行步骤5；否则，结束防拆除检测流程；

步骤5、保存最后一条北斗定位数据；

步骤6、判断主电源是否开启。若是，则执行步骤7；否则，执行步骤8；

步骤7、检测天线状态；

步骤8、判断北斗天线是否接入；若是，则执行步骤9；否则，结束防拆除检测流程；

步骤9、获取最新一条北斗定位数据。

步骤10、判断船舶位置变化是否异常；若是，则执行步骤11；否则，结束防拆除检测流程。

步骤11、推送终端拆除警示信息，之后结束防拆除检测流程。

北斗终端拆除检测与离线定位，包括：定位模组以及分别与定位模组连接的有源天线、ISP接口、AIS通讯接口、电源切换电路和电压采集模块。定位模块如北斗终端拆除检测与离线定位模块，还包括：LDO模块、充电管理电路、备用电池和电源；电源通过LDO模块连接至电源切换电路，电源依次通过充电管理电路、备用电池连接至电源切换电路。

通过高精度单模双频北斗定位芯片内置的ADC采集电压的功能，判断供电电源的切换，结合芯片PMU电源管理功能，实现在脱离船电的情况下，定位模块能够定位并存储船只的运行轨迹数据的功能。另外，通过单北斗定位模块的UART接口与通信模块相连接，将定位数据和log信息反馈到服务器。

可选地，定位单元，可以包括：卫星定位单元。卫星定位单元，可以包括：AIS射频板。

例如：定位单元采用AIS射频板，实现了AIS射频板与主基板的数据融合，AIS射频板的定位方式采用单模双频的北斗定位芯片。AIS射频板，可以提供AIS数据采集、发送功能。

例如：卫星定位单元，可以用于具有卫星定位功能的模块给出定位信息，可以包括位置信息、速度信息和时间信息，该模块可以包括卫星定位接收机和内部接口及协议。如单北斗芯片、北斗天线及内部接口和协议，AIS板卡、AIS天线及内部接口和协议。

由此，通过采用AIS射频板，实现了AIS射频板与主基板的数据融合，定位精准性好。

北斗定位单元提供实时的时间，经纬度及高程、速度信息；全球定位系统是采用卫星发射的无线电信号进行定位，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性，可以为接收机提供位置和时间信息。位置信息主要采用经度、纬度和高程的表示方式。北斗定位系统作为一种全球定位系统，同样可为接收机提供位置和时间信息。

北斗定位单元在工作中会获得实时的位置和时间信息，并通过串口进行输出。基于不同的应用需求，有些在外部对数据进行使用并存储。但是北斗定位模组也需要支持定位信息在内部进行保存，并且掉电不丢失。可通过接口在任何时间，把内部保存的数据进行输出。北斗定位单元持外部电源断开后的位置保存功能，当外部电源上电后，自动打印输出存储信息。

北斗定位单元支持单频双频定位（B1I+B2a）。北斗三号包括B1C、B1I和B2a三个信号。B1i是北斗现在应用最多的民用信号。B2a为北斗三号的第二个民用信号，是一种数据与导频正交的复合信号，与GPS L5和Galileo E5a相似用来替换北斗二号的B2I信号，主要为双频或者三频接收机提供服务，可用于生命安全服务和高精度测量等高性能服务，也可用于对性能要求较高的消费类服务。

北斗定位单元支持自定义协议。NMEA-0183协议是全球定位接收机输出数据的标准协议，也是目前接收机上使用最广泛的协议。不过，也有少数厂商的设备使用自行约定的协议，以满足不同领域或行业特殊需求。单北斗定位单元应该具有根据实际需求，软件端修改数据输出协议的能力。

实施例六

本发明实施例还提出一种利用基于北斗的船舶通航调度方法的船舶过闸控制方法，包括：

获取多个航道的模型生成结果，将模型生成结果进行排序，按照顺序依次控制各航道内船舶过闸通航，并且获取船员当前的视频信息，对所述视频信息进行处理，得到所述船员当前的人眼状态信息；

根据所述人眼状态信息，对所述船员进行疲劳判定，若所述船员处于疲劳状态，则根据当前的时间和航段，对所述船员进行提醒，其中将所述时间和航段根据风险等级进行划分，根据所述风险等级，采取相应的提醒策略，以使船舶能够正常通航。

若所述船员未处于疲劳状态，且对所述船员的身份进行验证，验证通过后，则允许过闸；

若所述船员处于疲劳状态，则对所述船员采取相应的提醒策略，直到所述船员未处于疲劳状态，然后对所述船员的身份进行验证，验证通过后，则允许过闸；

若所述船员未处于疲劳状态，且对所述船员的身份进行验证，验证未通过，则生成所述船员身份未通过的提醒信息；

若所述船员处于疲劳状态，且对所述船员的身份进行验证，验证未通过后，则对所述船员采取相应的提醒策略，生成所述船员身份未通过的提醒信息。

船员身份验证可以通过以下方式进行采集及验证：

双摄像头采集模块，可以用于采集船员的人脸信息和/或虹膜信息。例如：双目摄像头，可以用于通过人脸识别方式，实现船员身份核验，并提供视频通信功能。双目摄像头人脸图像采集和存储功能要求可以包括：终端具备双目摄像头，可见光彩色摄像头和红外摄像。终端应能自动拍摄人员正面照片，可以包括人脸自动定位、人脸照片质量评判、人脸模板提取、多人尾随照片自动分离与靠前人员照片优先处理。人脸图像存储到本地终端或者平台服务器。采集照片分别人可见光彩色照片及红外黑白照片。

由此，通过身份验证模块、指纹验证模块、双摄像头采集模块等多种验证方式，可以方便多种需求或多种场合的验证使用，可以提高验证效率。

基于人脸、指纹特征的多维比对与船员身份远程核验方法。实现了现场人脸双目智能识别、历史人脸图片特征校验、身份证人脸特征及指纹比对的多维度智能化人员身份核验，在此基础上，与管理部门船员数据服务联动，实现船员身份远程核验，并配合三峡通航管理部门要求，实现了船舶过闸安检接入，避免海事人员登船核验船员信息，大大提升了安检效率。

通过船员信息采集与远程核验功能，实现对过闸船舶证件、配员、船员身份等信息的综合核验比对。在原有过闸安检要求的基础上，创新的采用点检方式，实现对危化品船、客船等重点船舶的重点监督与检查，以保障船舶航行安全和船闸安全。依托智能终端实现，通过内部测试与实际运行来看，人脸验证准确率≥99.9%，拒识率＜1%，人证核验速度＜0.5s。

本发明还设计了船员身份远程核验流程，具体包括船员资料维护远程核验流程、船员核验与船舶过闸申报整合流程、船员远程安检核验流程和公安网对接流程。通过船员信息采集与远程核验功能，实现对过闸船舶证件、配员、船员身份等信息的综合核验比对。在原有过闸安检要求的基础上，创新的采用点检方式，实现对危化品船、客船等重点船舶的重点监督与检查，以保障船舶航行安全和船闸安全。依托智能终端实现，通过内部测试与实际运行来看，人脸验证准确率≥99.9%，拒识率＜1%，人证核验速度＜0.5s。

终端船员身份核验功能，人证验证技术基于深度卷积神经网络的人脸识别算法，通过数据训练，利用深度学习多特征融合实现了性能高的人脸识别算法。指掌纹识别技术在指掌纹图像预处理、质量评估、图像增强、特征提取、检索与认定等技术基础，优化并实现了算法。

基于深度卷积神经网络的人脸识别算法在国际权威数据库上得到了几乎满分的识别率，但在具体的应用场景中，尤其是在基于二代身份证的人脸验证场景中，现有算法并不能直接应用，需要根据具体的应用场景进行网络参数微调。基于深度学习“数据驱动”的特性，能很好的应用于该场景中的算法均依赖于上万或数十万的此类应用图像数据的训练，也就是说需要提前获得上万张身份证登记照图像，或者有权限通过联网的方式实时获取身份证登记照的高清原图。本项目所用的人脸识别算法，经过十余年技术积累，依托公安大数据，能够实现身份证芯片内照片与现场摄像头采集人脸的比对，秒级判断人证的一致性、合规性。目前人证核验和指纹识别技术已广泛服务于公安、交通、教育、社保、企业考勤等领域。

进一步的，为了提高船舶通过三峡船闸、葛洲坝船闸的效率，进一步提高管理和服务水平，可以依托多功能单北斗智能终端，搭建船—岸（即管理者与服务对象之间的）实时信息交互平台，入网船舶用户可通过多功能单北斗船载智能终端，实现船舶过闸的远程电子申报、调度系统实现了申报信息的自动接收、计划的自动编制、下发等，彻底改变了传统的人工到锚申报、24小时计划过闸方式。

例如：该船舶控制装置，具备电子江图、船舶自动识别、过闸申报、远程安检、通航通告、船务管理、防污染管理等船用终端的各项功能。

其中，电子江图是一种特殊的地理信息系统，一些电子江图的生成和开发系统大多采用平台，采用离线存储的方式。内河电子江图是一种应用现代计算机技术和信息处理技术，满足内河航运与管理信息化需要的综合信息系统平台，其应用范围应根据不同的实际要求来完成，它们存在一些不同：

1）电子江图尚无统一的国际规范和标准，但可以借鉴电子海图国际标准制定各个不同国家和地区的信息化技术标准，如开发平台的确定，系统接口等；

2）电子江图的数据库是基于不同航河道测量数据而定，由各国航道部门提供和更新，一般不对外开放；

3）电子江图的应用除可作为内河驾引替代纸质航行参考图外，还可用于内河航运管理部门进行船舶调度、安全、事故分析、营运的重要手段。同时，在港口规划、航道管理和环境保护等方面也有着更加广泛的用途；

4）电子江图强调的是内河航道的信息查询与显示。在船舶自动引航等方面，由于内河航道复杂多变的特点，目前还只能作为一种内河驾引的参考手段。但对于内河驾引人员的教学和培训有着在实践中不可替代的作用；

可见，电子江图采用离线数据存储的方式，不具备远程自动更新功能。离线江图中各项要素数据时效性差，由于航道随着季节、时间变化，航道信息发生变化。而离线江图数据不支持更新，容易造成船舶搁浅、碰撞等事故。

实施例七

本发明实施例还提出一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现基于北斗的船舶通航调度方法。

实施例八

本发明实施例还提出一种电子设备，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行基于北斗的船舶通航调度方法。

通过本发明实现了可在船-船和船-岸之间自动进行航行通信，并能够建立船舶信息交换和船舶识别体系，保证船舶海上交通安全。另外，船载AIS系统采用全球定位系统导航定位及甚高频通信系统（VHF通信技术），能够自动处理船舶动态信息，可提供最快捷和最有效的方法来自动地进行船舶位置报告及与其他船舶信息交流，使船舶用户及VTS中心得到高精度的船舶动态信息。

由此，通过多种功能选项，可以根据不同的使用环境选用不同的船舶过闸控制功能，以使船舶过闸控制可以用于多种环境。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种基于北斗的船舶通航调度方法，其特征在于，包括：

通过北斗导航系统获取航道内的船舶数量，及每个船舶的位置信息；

根据所述船舶数量及所述位置信息，计算所述航道的拥堵密度，其中根据北斗导航将所述航道分成多个区域，分别计算每个区域的所述拥堵密度，计算每个区域的所述拥堵密度包括：

其中所述

为第i个船舶与前面船舶的距离，/>

为第i个船舶与后面船舶的距离，/>

为第i个船舶与左面船舶的距离，/>

为第i个船舶与右面船舶的距离，m为航道内每个区域内船舶的数量；

获取所述航道内的船舶流量及船舶平均速度，结合所述拥堵密度，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型；

设置所述航道的状态阈值，将所述航道状态模型生成结果与所述状态阈值进行对比，确定航行状态。

2.如权利要求1所述的基于北斗的船舶通航调度方法，其特征在于，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型为：

其中k为航道内第k个区域，

为拥堵密度，/>

为第k个区域的船舶流量，/>

为第i个船舶的船舶平均速度。

3.如权利要求1-2任一项所述的基于北斗的船舶通航调度方法，其特征在于，所述航行状态包括畅通状态和拥堵状态包括：当所述航道状态模型生成结果未超过所述状态阈值，则所述航道处于畅通状态，否则，处于拥堵状态。

4.一种基于北斗的船舶通航调度系统，其特征在于，包括：

信息获取单元，用于通过北斗导航系统获取航道内的船舶数量，及每个船舶的位置信息；

计算拥堵密度单元，用于根据所述船舶数量及所述位置信息，计算所述航道的拥堵密度，其中根据北斗导航系统：将所述航道分成多个区域，分别计算每个区域的所述拥堵密度，计算每个区域的所述拥堵密度包括：

其中所述

为第i个船舶与前面船舶的距离，/>

为第i个船舶与后面船舶的距离，/>

为第i个船舶与左面船舶的距离，/>

为第i个船舶与右面船舶的距离，m为航道内每个区域内船舶的数量；/>

计算航行时间单元，用于获取所述航道内的船舶流量及船舶平均速度，结合所述拥堵密度，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型；

确定航行状态单元，用于设置所述航道的状态阈值，将所述航道状态模型生成结果与所述状态阈值进行对比，确定所述航行状态。

5.如权利要求4所述的基于北斗的船舶通航调度系统，其特征在于，建立并训练所述船舶所在的所述航道的航道状态模型为：

其中k为航道内第k个区域，

为拥堵密度，/>

为第k个区域的船舶流量，/>

为第i个船舶的船舶平均速度。

6.如权利要求4-5任一项所述的基于北斗的船舶通航调度系统，其特征在于，所述航行状态包括畅通状态和拥堵状态包括：当所述航道状态模型生成结果未超过所述状态阈值，则所述航道处于畅通状态，否则，处于拥堵状态。

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