CN116027371A - 一种海上救援示位终端定位数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种海上救援示位终端定位数据处理方法，属于数据处理技术领域，该方法为：对北斗报文数据进行解析，得到落水人员当前经纬度定位数据、UTC时间和有效标志位；设计有效定位数据识别算法，判断该定位数据是否为有效定位数据；设计关键有效定位数据识别算法，获取关键有效定位数据；完成单次通信周期内的定位数据识别及存储，设计定位数据压缩算法，融合当前有效定位数据和关键有效定位数据，传输给后端服务器，便于救援团队更精准的预测落水人员位置并开展救援。本发明在保证设备工作寿命基础上为海上落水人员漂移位置预测提供更多关键有效定位数据，有利于提升海上落水人员漂移位置预测精度，提高海上落水救援效率。
Description
技术领域
本发明属于数据处理技术领域，具体涉及一种海上救援示位终端定位数据处理方法。
背景技术
近年来随着我国经济实力的不断提升，对海洋资源的需求不断提高，越来越多的海事工作人员参与到海洋事业当中。受制于恶劣多变的海洋环境，各种海上落水遇险事件时常发生，严重威胁了海上作业人员生命财产安全。
研究人员开展了海上应急救援示位标系统的研究，通过该类示位标系统，救援人员可周期性获得落水人员定位数据信息。目前示位标系统基本采用周期性发送最新有效定位数据的方式，救援人员不能够持续实时获取落水人员位置信息，导致难以精确预测落水遇险人员漂移位置，降低了海上落水救援效率。通过减少通信报警周期，可以提高实时数据获取频率及数据量，有利于提高漂移预测精度，但会增加终端设备运行功耗，降低设备运行时间，给海上落水遇险紧急救援带来隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种海上救援示位终端定位数据处理方法，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。
本发明采用如下技术方案：
一种海上救援示位终端定位数据处理方法，包括以下步骤：
S1：示位终端内部主控模块以1hz频率实时采集北斗模块接收到的北斗报文数据，对北斗报文数据进行解析，得到当前UTC时间下的落水人员wgs84经纬度定位数据、UTC时间和当前定位数据的有效标志位；
S2、通过判断有效标志位识别得到首个有效定位数据，记为；设计有效定位数据识别算法，通过算法识别到的第二个有效定位数据记为；
S3、采用S2中的有效定位数据识别算法，将接下来识别到的当前有效定位数据记为；
S4、设计关键有效定位数据识别算法，获取关键有效定位数据；
S5、重复执行步骤S3和S4，直到单次通信周期结束，共得到个关键有效定位数据；
S6：设计定位数据压缩算法，融合当前有效定位数据和个关键有效定位数据，示位终端设备将数据无线传输至后端服务器。
进一步地，所述步骤S2中，通过步骤S1中定位数据有效标志位判断有效性，若有效标志位为“1”则当前定位数据为首个有效定位数据，记为，否则丢弃数据。
进一步地，所述步骤S2中，所述有效定位数据识别算法包括以下子步骤：
S2.1：通过步骤S1中定位数据有效标志位初步判断有效性，若有效标志位为“1”则初步判断当前定位数据有效，执行步骤S2.2，否则丢弃数据；
S2.2：建立海上落水人员最大漂移距离估算模型：
；
其中，表示模型估算系数；表示不考虑垂向运动的情况下，结合水流流速、海浪大小、风速和风向及人体重量因素分析落水人员在海面上极大水平漂移速度，取值范围为0.5m/s~3m/s；，表示距历史最新有效定位数据时间间隔；、分别表示当前有效定位数据和历史最新有效定位数据所对应UTC时间；表示北斗定位最大误差范围；
求解得到理论漂移距离极大值，并与进行比较，的计算公式为：
；
其中、分别表示的经度、纬度数据，表示历史最新有效定位数据，、分别为的经度、纬度数据，R表示地球半径，取6371km；表示当前定位数据与历史最新有效定位数据之间的距离；
若，则最终判断该定位数据为当前有效定位数据，记为。
进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：
S4.1：将、作为后续历史漂移轨迹方向参考起点和终点，并将和投影至以为坐标原点的xy定位系上；与连成的直线记为，表示以为原点的坐标系上与连成的漂移方向拟合直线，以为起点为终点的向量记为历史最新漂移轨迹方向向量；
S4.2：建立海上落水人员最小漂移范围估算模型，求解得到理论漂移距离极小值并与实际漂移距离对比，判断人员漂移状态，若，则判定人员位置静止，执行S4.6，若，则判定人员存在较大位移，执行步骤S4.3；
S4.3：将投影至以为原点的xy坐标系上，以为起点为终点的向量记为最新漂移轨迹方向向量，计算向量与向量间的夹角，表示最新漂移轨迹方向向量与历史最新漂移轨迹方向向量夹角，记漂移轨迹拐角阈值为，若则判定漂移轨迹存在大角度拐点，则将该记为关键有效定位数据，执行步骤S4.5；若则判定漂移轨迹不存在大拐点，执行步骤S4.4；
S4.4：在以为坐标原点的xy坐标系上计算到垂直距离，记漂移轨迹偏移距离阈值为，若则判定漂移轨迹存在微小偏移，则将该记为关键有效定位数据，执行步骤S4.5；若则判定漂移方向无偏移，执行步骤S4.6；
S4.5：将保存至数组，更新和，令，，从而更新及；
S4.6：更新历史最新有效定位数据。
进一步地，所述步骤S4.2中建立的海上落水人员最小漂移范围估算模型为：
；
其中，表示模型估算系数；表示不考虑垂向运动的情况下，结合水流流速、海浪大小、风速和风向及人体重量因素分析落水人员在海面上极大水平漂移速度，取值范围为0m/s~0.5m/s；表示北斗定位最大误差范围。
进一步地，所述步骤4.3中，所述向量，和分别为相较于经度和纬度方向的实际移动距离，向量，和分别为相较于经度和纬度方向的实际移动距离；
所述向量与向量间的夹角计算公式为：
；
其中，，， 、分别为的经度、纬度数据。
进一步地，所述步骤4.4中，以为坐标原点的坐标系上计算到垂直距离计算方法为：所述对应的直线表达式为，根据点到直线的距离公式得，和分别为在以为坐标原点的xy坐标系上的横纵坐标，斜率。
进一步地，所述步骤S6中，包括以下子步骤：
所述步骤S6中，包括以下子步骤：
S6.1：将步骤S4得到的关键有效定位数据数组内数据转存至缓存数组中；清空，用于继续存储下一通信周期内关键有效定位数据；
S6.2：获取当前有效定位数据，以float形式将存至首位；
S6.3：求解历史最新关键有效定位数据相较于当前有效定位数据在经纬度坐标系下经纬度方向位移增量并以float形式存储至第二位；
S6.4：采用差分编码的形式依次求解中相邻关键有效定位数据在经纬度坐标系下经纬度方向位移增量，并以float形式存入；
S6.5：将中存储的经纬度位移增量数据转换为整数形式，并以short类型压缩至，示位终端将无线传输至后端服务器。
与现有技术相比，本发明提供的一种海上救援示位终端定位数据处理方法具有以下有益效果：
本发明提取周期间隔内落水人员漂移轨迹上的关键有效定位数据，与最新有效定位数据融合后统一发给后端服务器，增加发送信息的定位点数量并减小数据长度。本发明在保证设备工作寿命基础上能够为海上落水人员漂移位置预测提供更多关键有效定位数据，具有便于对目标进行实时跟踪的效果，有利于提升海上落水人员漂移位置预测精度，提高海上落水救援效率，有效保证落水遇险人员生命财产安全。
附图说明
图1为本发明中一种海上落水人员跟踪方法整体流程图。
图2为本发明中有效定位数据识别流程图。
图3为本发明中关键有效定位数据识别流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
一种海上救援示位终端定位数据处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：示位终端内部主控模块以1hz频率实时采集来自北斗模块接收到的北斗报文数据，对北斗报文数据进行解析，得到当前UTC时间下的落水人员wgs84经纬度定位数据、UTC时间和当前定位数据的有效标志位；
S2：定位数据预处理：通过有效标志位判断有效性，若有效标志位为“1”则当前定位数据为首个有效定位数据，记为；设计有效定位数据识别算法，通过算法识别到的第二个有效定位数据记为；
如图2所示，有效定位数据识别算法包括以下子步骤：
S2.1：通过步骤S1中定位数据有效标志位初步判断有效性，若有效标志位为“1”则初步判断该定位数据有效，执行步骤S2.2，否则丢弃数据；
S2.2：建立海上落水人员最大漂移距离估算模型：
；
其中，表示模型估算系数；表示不考虑垂向运动的情况下，结合水流流速、海浪大小、风速和风向及人体重量因素分析落水人员在海面上极大水平漂移速度，按经验取值为0.5m/s~3m/s；，表示距历史最新有效定位数据时间间隔；、分别表示当前有效定位数据和历史最新有效定位数据所对应UTC时间；表示北斗定位最大误差范围；
求解得到理论漂移距离极大值，并与进行比较，的计算公式为：
；
其中、分别表示的经度、纬度数据，表示历史最新有效定位数据，、分别为的经度、纬度数据，R表示地球半径，取6371km；表示当前定位数据与历史最新有效定位数据之间的距离；
若，则最终判断该定位数据为当前有效定位数据，记为。
S3：采用S2中的有效定位数据识别算法，将接下来识别到的当前有效定位数据记为；
S4：设计关键有效定位数据识别算法，获取关键有效定位数据；
如图3所示，步骤S4包括以下子步骤：
S4.1：将、作为后续历史漂移轨迹方向参考起点和终点，并将经纬度定位投影至以为坐标原点的xy坐标系上；与连成的直线记为，表示以为原点的坐标系上与连成的漂移方向拟合直线，以为起点为终点的向量记为历史最新漂移轨迹方向向量；
S4.2：建立海上落水人员最小漂移范围估算模型，求解得到理论漂移距离极小值并与实际漂移距离对比，判断人员漂移状态，若，则判定人员位置静止，执行S4.6，若，则判定人员存在较大位移，执行步骤S4.3；
步骤S4.2中建立的海上落水人员最小漂移范围估算模型为：
；
其中，表示模型估算系数；表示不考虑垂向运动的情况下，结合水流流速、海浪大小、风速和风向及人体重量因素分析落水人员在海面上极大水平漂移速度，取值范围为0m/s~0.5m/s；表示北斗定位最大误差范围。
S4.3：将经纬度定位投影至以为原点的xy坐标系上，以为起点为终点的向量记为最新漂移轨迹方向向量，计算向量与向量间的夹角，表示最新漂移轨迹方向向量与历史最新漂移轨迹方向向量夹角，记漂移轨迹拐角阈值为，若则判定漂移轨迹存在大角度拐点，则将该记为关键有效定位数据，执行步骤S4.5；若则判定漂移轨迹不存在大拐点，执行步骤S4.4；
其中，向量，和分别为相较于经度和纬度方向的实际移动距离，向量，和分别为相较于经度和纬度方向的实际移动距离；向量与向量间的夹角计算公式为：
。
其中，， 111km表示赤道附近（纬度为0°时）1经度的横向距离；，111km表示赤道附近（纬度为0°时）1经度的横向距离；、分别为的经度、纬度数据。
S4.4：在以为坐标原点的xy坐标系上计算到垂直距离，记漂移轨迹偏移距离阈值为，若则判定漂移轨迹存在微小偏移，则将该记为关键有效定位数据，执行步骤S4.5；若则判定漂移方向无偏移，执行步骤S4.6；
其中，以为坐标原点的坐标系上计算到垂直距离计算方法为：对应的直线表达式为，和分别为在以为坐标原点的xy坐标系上的横纵坐标根据点到直线的距离公式得，其中斜率。
S4.5：将保存至， 更新和，令，，从而更新及。
S4.6：更新历史最新有效定位数据。
S5：重复执行步骤S3和S4，直到单次通信周期结束，共得到个关键有效定位数据；
一个通信周期内采集的落水人员wgs84经纬度定位数据如表1所示；
表1：单次通信周期经纬度定位数据；
。
经过算法处理识别出了如表2所示单次通信周期内关键有效定位数据和当前有效定位数据：
表2：关键有效定位数据和当前有效定位数据；
。
S6：设计定位数据压缩算法，融合当前有效定位数据和通信周期内个关键有效定位数据，示位终端将融合后的数据无线传输至后端服务器，对落水人员位置进行跟踪。
步骤S6中，包括以下子步骤：
S6.1：将步骤S4得到的关键有效定位数据数组内数据转存至缓存数组中；清空，用于继续存储下一通信周期内关键有效定位数据；
S6.2：获取当前有效定位数据，以float形式将存至首位；
S6.3：求解历史最新关键有效定位数据相较于当前有效定位数据在经纬度坐标系下经纬度方向位移增量并以float形式存储至第二位；
S6.4：采用差分编码的形式依次求解中相邻关键有效定位数据在经纬度坐标系下经纬度方向位移增量并以float形式存入；
S6.5：将中存储的经纬度位移增量数据转换为整数形式，并以short类型压缩至，示位终端将无线传输至后端服务器。如表3所示，有效增加发送信息的定位点数量并减小数据长度。
short类型数值取值范围为-32767~32767。根据表1所示数据分析，经纬度位移增量数据绝对值恒小于0.03。当经纬度位移增量数据分别为0.03时，以黄海海域为例经纬度方向漂移距离分别约为2700m和3330m，远超无线通信周期间隔内人员漂移距离范围。因此字节转换具体方法为将如表2第4、5两列数据所表示的float类型经纬度方向位移增量数据小数点右移6位得到如表2第6、7两列整数数据并转换为short类型数据。
表3：定位数据压缩格式；
。
其中，short类型数值取值范围为-32767~32767，占2个字节内存；float类型数值占4个字节内存。通过数据类型转换，对关键经纬度数据的存储可节省50%数据长度，达到了经纬度数据无损压缩的效果且便于单片机运算。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：示位终端内部主控模块以1hz频率实时采集北斗模块接受到的北斗报文数据，对北斗报文数据进行解析，得到当前UTC时间下的落水人员wgs84经纬度定位数据、UTC时间和当前定位数据的有效标志位；
S2、通过判断有效标志位识别得到首个有效定位数据，记为；设计有效定位数据识别算法，通过算法识别到的第二个有效定位数据记为；
S3、采用S2中的有效定位数据识别算法，将接下来识别到的当前有效定位数据记为；
S4、设计关键有效定位数据识别算法，获取关键有效定位数据；
S5、重复执行步骤S3和S4，直到单次通信周期结束，共得到个关键有效定位数据；
S6：设计定位数据压缩算法，融合当前有效定位数据和通信周期内个关键有效定位数据，示位终端将融合后的数据无线传输至后端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过步骤S1中定位数据有效标志位判断有效性，若有效标志位为“1”则当前定位数据为首个有效定位数据，记为，否则丢弃数据。
3.根据权利要求1所述的一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述有效定位数据识别算法包括以下子步骤：
S2.1：通过步骤S1中定位数据有效标志位初步判断有效性，若有效标志位为“1”则初步判断当前定位数据有效，执行步骤S2.2，否则丢弃数据；
S2.2：建立海上落水人员最大漂移距离估算模型：
；
其中，表示模型估算系数；表示不考虑垂向运动的情况下，结合水流流速、海浪大小、风速和风向及人体重量因素分析落水人员在海面上极大水平漂移速度，取值范围为0.5m/s~3m/s；，表示距历史最新有效定位数据时间间隔；、分别表示当前有效定位数据和历史最新有效定位数据所对应UTC时间；表示北斗定位最大误差范围；
求解得到理论漂移距离极大值，并与进行比较，的计算公式为：
；
其中、分别表示的经度、纬度数据，表示历史最新有效定位数据，、分别为的经度、纬度数据，R表示地球半径，取6371km；表示当前定位数据与历史最新有效定位数据之间的距离；
若，则最终判断该定位数据为当前有效定位数据，记为。
4.根据权利要求3所述的一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下子步骤：
S4.1：将、作为后续历史漂移轨迹方向参考起点和终点，并将和投影至以为坐标原点的xy定位系上；与连成的直线记为，表示以为原点的坐标系上与连成的漂移方向拟合直线，以为起点为终点的向量记为历史最新漂移轨迹方向向量；
S4.2：建立海上落水人员最小漂移范围估算模型，求解得到理论漂移距离极小值并与实际漂移距离对比，判断人员漂移状态，若，则判定人员位置静止，执行S4.6，若，则判定人员存在较大位移，执行步骤S4.3；
S4.3：将投影至以为原点的xy坐标系上，以为起点为终点的向量记为最新漂移轨迹方向向量，计算向量与向量间的夹角，表示最新漂移轨迹方向向量与历史最新漂移轨迹方向向量夹角，记漂移轨迹拐角阈值为，若则判定漂移轨迹存在大角度拐点，则将该记为关键有效定位数据，执行步骤S4.5；若则判定漂移轨迹不存在大拐点，执行步骤S4.4；
S4.4：在以为坐标原点的xy坐标系上计算到垂直距离，记漂移轨迹偏移距离阈值为，若则判定漂移轨迹存在微小偏移，则将该记为关键有效定位数据，执行步骤S4.5；若则判定漂移方向无偏移，执行步骤S4.6；
S4.5：将保存至数组，更新和，令，，从而更新及；
S4.6：更新历史最新有效定位数据。
5.根据权利要求4所述的一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，所述步骤S4.2中建立的海上落水人员最小漂移范围估算模型为：
；
其中，表示模型估算系数；表示不考虑垂向运动的情况下，结合水流流速、海浪大小、风速和风向及人体重量因素分析落水人员在海面上极大水平漂移速度，取值范围为0m/s~0.5m/s；表示北斗定位最大误差范围。
6.根据权利要求5所述的一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，所述步骤4.3中，所述向量，和分别为相较于经度和纬度方向的实际移动距离，向量，和分别为相较于经度和纬度方向的实际移动距离；
所述向量与向量间的夹角计算公式为：
；
其中，，， 、分别为的经度、纬度数据。
7.根据权利要求6所述的一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，所述步骤4.4中，以为坐标原点的坐标系上计算到垂直距离计算方法为：所述对应的直线表达式为，根据点到直线的距离公式得，和分别为在以为坐标原点的xy坐标系上的横纵坐标，斜率。
8.根据权利要求7所述的一种海上救援示位终端定位数据处理方法，其特征在于，所述步骤S6中，包括以下子步骤：
S6.1：将步骤S4得到的关键有效定位数据数组内数据转存至缓存数组中；清空，用于继续存储下一通信周期内关键有效定位数据；
S6.2：获取当前有效定位数据，以float形式将存至首位；
S6.3：求解历史最新关键有效定位数据相较于当前有效定位数据在经纬度坐标系下经纬度方向位移增量并以float形式存储至第二位；
S6.4：采用差分编码的形式依次求解中相邻关键有效定位数据在经纬度坐标系下经纬度方向位移增量，并以float形式存入；
S6.5：将中存储的经纬度位移增量数据转换为整数形式，并以short类型压缩至，示位终端将无线传输至后端服务器。
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