CN117826137A - 一种用于水面物标组合探测的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶导航技术领域，公开了一种用于水面物标组合探测的方法及系统，该系统包括：电子海图、雷达传感器组件、控制模块和显示组件，其中，电子海图用于导航船只进入港内作业；雷达传感器组件用于采集水面物标与船只的距离信息；控制模块，包括采集单元、判断单元和调整单元；采集单元用于根据距离信息选取雷达传感器组件内的一种进行细化探测；判断单元用于采集水面物标的特征信息并判断是否跟踪水面物标以及预测风险等级；调整单元用于采集环境信息对风险等级进行调整；显示组件用于显示调整后的风险等级、环境信息和距离信息。本申请提高了船舶在复杂港口环境中近距离的导航和监控能力，提高了港口作业的安全性和效率。

Description

一种用于水面物标组合探测的方法及系统

技术领域

本发明涉及船舶导航技术领域，具体而言，涉及一种用于水面物标组合探测的方法及系统。

背景技术

在现代航海中，船舶在复杂海域特别是繁忙的港口环境中的安全导航一直是一个挑战。船舶通常须配备S波段和（或）X波段航用雷达，这两种航用雷达对执行长航线航行的远洋、沿海运输船舶较为适用，主要探测跟踪3、6、12海里的水面上物标，但在港内作业的全回转拖轮，通常重点关注在1海里以内的物标，尤其是500米以内的小物标，甚至是50米左右的物标，这种情况下依靠上述两种航用雷达，无法满足港内作业时的作业需求，近距离探测结果不准确容易影响船舶作业的安全。

因此，有必要设计一种用于水面物标组合探测的方法及系统用以解决当前技术中存在的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种用于水面物标组合探测的方法及系统，旨在解决当前船只在港内作业时无法实现近距离探测或近距离探测效果差从而影响港内作业安全的问题。

一个方面，本发明提出了一种用于水面物标组合探测的系统，包括：

电子海图，用于导航船只进入港内作业；

雷达传感器组件，用于采集水面物标与所述船只的距离信息；所述雷达传感器组件包括X或S波段航用雷达、K波段雷达和1550nm激光雷达；

控制模块，包括采集单元、判断单元和调整单元；

采集单元，用于根据所述电子海图获取所述船只的位置信息，当所述船只进入预设范围内时，所述采集单元控制信号分配器开启所述雷达传感器组件采集所述距离信息；

当开启所述雷达传感器组件时，所述信号分配器用于根据所述距离信息选取所述雷达传感器组件内的一种进行细化探测；

当所述距离信息大于等于1500米时，所述信号分配器选取所述X或S波段航用雷达进行所述细化探测；

当所述距离信息大于等于500米且小于1500米时，所述信号分配器选取所述K波段雷达进行所述细化探测；

当所述距离信息小于500米时，所述信号分配器选取所述1550nm激光雷达进行所述细化探测；

当所述信号分配器确定所述雷达传感器组件内的一种进行细化探测时，所述判断单元用于采集所述水面物标的特征信息，根据所述特征信息判断是否跟踪所述水面物标；

所述判断单元根据所述特征信息判断是否跟踪所述水面物标时，包括：

所述判断单元用于采集所述水面物标的大小和移动速度，根据所述水面物标的大小和移动速度判断是否跟踪所述水面物标；

所述判断单元还用于预先设定物标体积阈值Vmax和移动速度阈值Smax，将所述水面物标的大小V0和移动速度S0分别与所述物标体积阈值Vmax和移动速度阈值Smax进行比对，根据比对结果判断是否跟踪所述水面物标；

当V0＞Vmax且S0＞Smax时，所述判断单元判定跟踪所述水面物标；

当V0≤Vmax或S0≤Smax时，所述判断单元判定不跟踪所述水面物标；

当确定跟踪所述水面物标时，所述判断单元还用于根据所述特征信息对风险等级进行预测；

当所述判断单元预测所述风险等级后，所述调整单元用于采集环境信息，根据所述环境信息对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级；

显示组件，用于显示所述调整后的风险等级、环境信息和距离信息。

进一步的，当所述判断单元判定跟踪所述水面物标后，所述判断单元根据所述特征信息对风险等级进行预测时，包括：

所述判断单元采集所述水面物标的移动方向；

当所述水面物标的移动方向朝向所述船只时，所述判断单元还用于计算碰撞系数，根据所述碰撞系数预测所述风险等级；

所述碰撞系数通过下式计算：

P=Vp*α+Sp*β；

其中，Vp为体积碰撞风险值，Sp为速度碰撞风险值，α、β为权重，且α＞0，β＞0，α+β=1；

当所述水面物标的移动方向未朝向所述船只时，所述判断单元预测所述风险等级为第三风险等级D3。

进一步的，所述判断单元根据所述碰撞系数预测所述风险等级时，包括：

所述判断单元还用于获取所述水面物标的大小V0和物标体积阈值Vmax的体积差值ΔV，ΔV=V0-Vmax；所述判断单元将所述体积差值ΔV分别与预先设定的第一预设体积差值ΔV1和第二预设体积差值ΔV2进行比对，ΔV1＜ΔV2，根据比对结果确定所述体积碰撞风险值Vp；

当ΔV≤ΔV1时，所述判断单元确定所述体积碰撞风险值Vp为第一预设体积碰撞风险值Vp1；

当ΔV1＜ΔV≤ΔV2时，所述判断单元确定所述体积碰撞风险值Vp为第二预设体积碰撞风险值Vp2；

当ΔV2＜ΔV时，所述判断单元确定所述体积碰撞风险值Vp为第三预设体积碰撞风险值Vp3；

其中，Vp1＜Vp2＜Vp3。

进一步的，所述判断单元根据所述碰撞系数预测所述风险等级时，还包括：

所述判断单元还用于获取所述移动速度S0和移动速度阈值Smax的速度差值ΔS，ΔS=S0-Smax，所述判断单元将所述速度差值ΔS分别与预先设定的第一预设速度差值ΔS1和第二预设速度差值ΔS2进行比对，ΔS1＜ΔS2，根据比对结果确定所述速度碰撞风险值Sp；

当ΔS≤ΔS1时，所述判断单元确定所述速度碰撞风险值Sp为第一预设速度碰撞风险值Sp1；

当ΔS1＜ΔS≤ΔS2时，所述判断单元确定所述速度碰撞风险值Sp为第二预设速度碰撞风险值Sp2；

当ΔS2＜ΔS时，所述判断单元确定所述速度碰撞风险值Sp为第三预设速度碰撞风险值Sp3；

其中，Sp1＜Sp2＜Sp3。

进一步的，所述判断单元根据所述碰撞系数预测所述风险等级时，包括：

所述判断单元还用于预先设定第一预设碰撞系数P1和第二预设碰撞系数P2，且P1＜P2；将所述碰撞系数P与预设碰撞系数进行比对，根据比对结果预测所述风险等级；

当P≤P1时，所述判断单元确定所述风险等级为第三风险等级D3；

当P1＜P≤P2时，所述判断单元确定所述风险等级为第二风险等级D2；

当P2＜P时，所述判断单元确定所述风险等级为第一风险等级D1；

其中，所述第一风险等级D1表示碰撞损失高于所述第二风险等级D2，所述第二风险等级D2表示碰撞损失高于所述第三风险等级D3。

进一步的，当所述判断单元预测所述风险等级为第i风险等级Di后，i=1，2，3，所述调整单元根据所述环境信息对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级时，包括：

所述调整单元采集风向与风速F0，所述调整单元根据所述风向判断对风险等级Di进行调升或调降；

当所述风向与所述水面物标的移动方向一致时，所述调整单元根据所述风速F0对风险等级Di进行调升；

当所述风向与所述水面物标的移动方向不一致时，所述调整单元根据所述风速F0对风险等级Di进行调降。

进一步的，所述调整单元根据所述风速F0对风险等级Di进行调整时，包括：

所述调整单元还用于预先设定第一预设风速F1和第二预设风速F2，且F1＜F2；

所述调整单元将所述风速F0与预设风速进行比对，当所述风向与所述水面物标的移动方向一致时，根据比对结果对风险等级Di进行调升；

当F1＜F0≤F2时，所述调整单元将风险等级Di调升一级，当原风险等级为第一风险等级D1时保持不变；

当F2＜F0时，所述调整单元将风险等级Di调升两级，当原风险等级为第一风险等级D1时保持不变，当原风险等级为第二风险等级D2时，将第二风险等级D2调升为第一风险等级D1；

所述调整单元将所述风速F0与预设风速进行比对，当所述风向与所述水面物标的移动方向不一致时，根据比对结果对风险等级Di进行调降；

当F1＜F0≤F2时，所述调整单元将风险等级Di调降一级，当原风险等级为第三风险等级D3时保持不变；

当F2＜F0时，所述调整单元将风险等级Di调降两级，当原风险等级为第三风险等级D3时保持不变，当原风险等级为第二风险等级D2时，将第二风险等级D2调降为第三风险等级D3。

进一步的，当所述调整单元根据所述风向与风速F0对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级后，所述调整单元根据所述环境信息对所述风险等级进行调整时，还包括：

所述调整单元还用于采集能见度数据N0，将所述能见度数据N0与预先设定的能见度阈值Nmax进行比对，根据比对结果对所述调整后的风险等级进行二次调整；

当N＞Nmax时，所述调整单元不对所述调整后的风险等级进行调整；

当N=Nmax时，所述调整单元将所述调整后的风险等级调升一级，当所述调整后的风险等级为所述第一风险等级D1时维持不变；

当N＜Nmax时，所述调整单元将所述调整后的风险等级调升两级，当所述调整后的风险等级为所述第一风险等级D1时维持不变，当所述调整后的风险等级为所述第二风险等级D2时调升为所述第一风险等级D1。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过电子海图定位，并使用适合不同距离范围的雷达设备进行物标的精细探测和跟踪。特别是对于港口作业的全回转拖轮，更准确地识别和跟踪1海里甚至500米以内的物标，提升了近距离物标探测的分辨率和准确性。此外，通过判断单元分析水面物标特征并预测风险等级，结合调整单元根据环境信息调整风险等级，提供了更全面的安全预警，帮助船舶操作员做出更有效的决策。通过显示组件集中展示所有关键信息，不仅提高了港口作业的安全性和效率，还增强了对复杂海洋环境的应对能力。

另一方面，本申请还提供了一种用于水面物标组合探测的方法，应用于上述用于水面物标组合探测的系统中，包括：

获取所述船只的位置信息，当所述船只进入预设范围内时，采集水面物标与所述船只的距离信息；根据所述距离信息选取雷达传感器组件内的一种进行细化探测；

当所述距离信息大于等于1500米时，选取所述X或S波段航用雷达进行所述细化探测；当所述距离信息大于等于500米且小于1500米时，选取所述K波段雷达进行所述细化探测；当所述距离信息小于500米时，选取所述1550nm激光雷达进行所述细化探测；

当确定所述雷达传感器组件内的一种进行细化探测时，采集所述水面物标的特征信息，根据所述特征信息判断是否跟踪所述水面物标；当确定跟踪所述水面物标时，根据所述特征信息对风险等级进行预测；

当预测所述风险等级后，采集环境信息，根据所述环境信息对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级；

根据所述风险等级对所述船只进行预警。

可以理解的是，上述用于水面物标组合探测的方法及系统具备相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于水面物标组合探测的系统的功能框图；

图2为本发明实施例提供的用于水面物标组合探测的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。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。

全回转拖轮（Azimuth Stern Drive, ASD拖轮或全方位拖轮）是一种特别设计的拖轮，广泛用于港口及近海作业。这种拖轮的主要特点是它的推进系统，该系统提供了出色的机动性和控制能力，特别适合于港口和狭窄水域中的操作。港口通常包含狭窄的水道和码头区域，这要求拖轮能够在有限的空间中精确地操控。为了防止与其他船舶或港口设施的碰撞，全回转拖轮需要准确探测并及时响应周围的物标。并且在能见度低的情况下，如雾或暴雨天气，近距离物标探测变得尤为重要。因此，对全回转拖轮进行近距离物标探测对于确保港口作业的安全、高效和精确至关重要，不仅有助于避免事故和碰撞，还能提升整体作业的流畅度和效率。

然而，在当前的技术中依靠常用S波段和（或）X波段航用雷达只能提供分辨力下降的物标的位置与方向数据，近距离探测能力受到很大限制。

因此，存在一种迫切需要，即开发一个集成了多雷达传感器、复杂数据处理和人机交互界面的综合船舶导航系统。能够在提高船舶在港口和近海作业时的安全性和效率的同时，适应多变的海洋环境和气象条件。

在本申请的一些实施例中，参阅图1所示，一种用于水面物标组合探测的系统，包括：电子海图、雷达传感器组件、控制模块和显示组件。其中，电子海图用于导航船只进入港内作业。雷达传感器组件用于采集水面物标与船只的距离信息。雷达传感器组件包括X或S波段航用雷达、K波段雷达和1550nm激光雷达。控制模块，包括采集单元、判断单元和调整单元。

采集单元用于根据电子海图获取船只的位置信息，当船只进入预设范围内时，采集单元控制信号分配器开启雷达传感器组件采集距离信息。当开启雷达传感器组件时，信号分配器用于根据距离信息选取雷达传感器组件内的一种进行细化探测。

具体而言，当距离信息大于等于1500米时，信号分配器选取X或S波段航用雷达进行细化探测。当距离信息大于等于500米且小于1500米时，信号分配器选取K波段雷达进行细化探测。当距离信息小于500米时，信号分配器选取1550nm激光雷达进行细化探测。

当信号分配器确定雷达传感器组件内的一种进行细化探测时，判断单元用于采集水面物标的特征信息，根据特征信息判断是否跟踪水面物标。当确定跟踪水面物标时，判断单元还用于根据特征信息对风险等级进行预测。

当判断单元预测风险等级后，调整单元用于采集环境信息，根据环境信息对风险等级进行调整，获取调整后的风险等级。

显示组件用于显示调整后的风险等级、环境信息和距离信息。

具体而言，电子海图为船舶提供港口及其周围水域的详细导航信息，帮助船只确定其在港口的位置，规划合适的航线。雷达传感器组件包括X或S波段航用雷达、K波段雷达和1550nm激光雷达。S波段雷达的波长较长受大气条件影响较小，有利于提供更稳定的探测性能，适用于长距离的物体探测，尤其在开阔海域中。K波段雷达适合中等距离的探测，适用于多种航海环境，如近海航行和一些复杂的海洋条件。1550nm激光雷达以其极高的精度著称，能够精确测量小范围内物体的距离和细节，能够识别小型或细小的物体，非常适合进行精细化探测，尤其在繁忙的港口或者需要进行精确操作的场合非常有用。控制模块中的采集单元使用电子海图获取船只位置，并在船只进入预设范围内时激活雷达传感器组件。信号分配器根据物标的距离选择合适的雷达进行细化探测。信号分配器可以接收来自多个传感器（如X或S波段雷达、K波段雷达和激光雷达）的数据，确保这些数据能够被系统准确地捕获和处理。在处理多源数据时，信号分配器有助于融合这些信息，提供一个综合的数据视图，以便于后续的分析和决策。信号分配器还可根据目标物标与船只的距离动态选择最适合的传感器进行数据采集。例如，在不同的距离阈值下选择不同的雷达。判断单元收集物标特征信息，决定是否跟踪物标，并预测风险等级。调整单元收集环境信息，根据这些信息调整风险等级。显示组件展示调整后的风险等级、环境信息和物标距离信息。为船员提供直观的信息显示，帮助他们做出快速而准确的决策。

可以理解的是，判断单元预测风险等级时是在确定距离后划分的风险等级，例如当此时水面物标位于船只1000米时，此时使用的是K波段雷达进行的细化探测，当确定此时的风险等级时，此时确定的为距离船只1000米的风险等级。当此时水面物标位于船只300米时，此时使用的是激光雷达进行的细化探测，当预测风险等级后，此时确定的为距离船只300米的风险等级。

可以理解的是，电子海图结合多波段雷达传感器（包括S波段、K波段雷达和1550nm激光雷达）确保了在不同距离和环境下都能有效探测水面物标。多层次的探测方法提高了在复杂港口环境中的导航精确性，尤其是在需要进行精细操作的情况下。控制模块满足了自动判断物标和跟踪的需求，并根据物标特征和环境信息预测风险等级。减轻了船员的负担，提高了响应速度和安全性。根据物标的距离自动选择最合适的雷达进行细化探测，无论是长距离、中距离还是短距离，都能保证高效和准确的探测。显示组件提供了集成的界面，展示了风险等级、环境信息和物标距离等关键数据，有利于船员快速且准确地理解周围环境，从而做出更好的决策。

在本申请的一些实施例中，判断单元根据特征信息判断是否跟踪水面物标时，包括：判断单元用于采集水面物标的大小和移动速度，根据水面物标的大小和移动速度判断是否跟踪水面物标。判断单元还用于预先设定物标体积阈值Vmax和移动速度阈值Smax，将水面物标的大小V0和移动速度S0分别与物标体积阈值Vmax和移动速度阈值Smax进行比对，根据比对结果判断是否跟踪水面物标。

具体而言，当V0＞Vmax且S0＞Smax时，判断单元判定跟踪水面物标。当V0≤Vmax或S0≤Smax时，判断单元不跟踪水面物标。

可以理解的是，大型物标通常代表更高的风险，因为它们可能对船舶造成更大的碰撞伤害。例如，一个大型船舶或漂浮的容器可能比小型浮标或杂物更危险。移动速度快的物标意味着有更少的时间来做出反应和适当的操控决策。快速移动的物标可能是在进行主动航行的船舶，需要特别注意。当一个物标的大小超过预设的最大体积阈值且其移动速度超过最大速度阈值时，它被认为是高风险的，需要被跟踪和监控。这是因为大型且快速移动的物标可能迅速接近船舶，给航行安全带来威胁。当物标的大小和速度都低于这些阈值时，它们被视为低风险，不需要紧密监控。有助于节省系统运算资源，专注于更关键的威胁。本实施例实现了快速区分出需要紧急关注的物标和那些相较不具威胁性的物标。确保在面对真正的风险时迅速反应。

在本申请的一些实施例中，当判断单元判定跟踪水面物标后，判断单元根据特征信息预测风险等级时，包括：判断单元采集水面物标的移动方向，使用雷达能够提供物标的距离、方位和相对运动信息，根据这些信息来判断物标的移动方向。

具体而言，当水面物标的移动方向朝向船只时，判断单元还用于计算碰撞系数，根据碰撞系数预测风险等级。

碰撞系数通过下式计算：

P=Vp*α+Sp*β。

其中，Vp为体积碰撞风险值，Sp为速度碰撞风险值，α、β为权重，且α＞0，β＞0，α+β=1。

当水面物标的移动方向未朝向船只时，判断单元预测风险等级为第三风险等级D3。

可以理解的是，通过量化的碰撞系数，判断单元可以更准确地预测由水面物标移动造成的碰撞风险。不仅根据物标的大小和速度，还根据其移动方向和与船只的相对位置来动态调整风险等级。通过区分高风险和低风险物标，实现了有效地分配监控资源，确保对真正重要的威胁给予足够的关注。

在本申请的一些实施例中，判断单元根据碰撞系数预测风险等级时，包括：判断单元还用于获取水面物标的大小V0和物标体积阈值Vmax的体积差值ΔV，ΔV=V0-Vmax。判断单元将体积差值ΔV分别与预先设定的第一预设体积差值ΔV1和第二预设体积差值ΔV2进行比对，ΔV1＜ΔV2，根据比对结果确定体积碰撞风险值Vp。

具体而言，当ΔV≤ΔV1时，判断单元确定体积碰撞风险值Vp为第一预设体积碰撞风险值Vp1。当ΔV1＜ΔV≤ΔV2时，判断单元确定体积碰撞风险值Vp为第二预设体积碰撞风险值Vp2。当ΔV2＜ΔV时，判断单元确定体积碰撞风险值Vp为第三预设体积碰撞风险值Vp3。其中，Vp1＜Vp2＜Vp3。

在本申请的一些实施例中，判断单元根据碰撞系数预测风险等级时，还包括：判断单元还用于获取移动速度S0和移动速度阈值Smax的速度差值ΔS，ΔS=S0-Smax，判断单元将速度差值ΔS分别与预先设定的第一预设速度差值ΔS1和第二预设速度差值ΔS2进行比对，ΔS1＜ΔS2，根据比对结果确定速度碰撞风险值Sp。

具体而言，当ΔS≤ΔS1时，判断单元确定速度碰撞风险值Sp为第一预设速度碰撞风险值Sp1。当ΔS1＜ΔS≤ΔS2时，判断单元确定速度碰撞风险值Sp为第二预设速度碰撞风险值Sp2。当ΔS2＜ΔS时，判断单元确定速度碰撞风险值Sp为第三预设速度碰撞风险值Sp3。其中，Sp1＜Sp2＜Sp3。

可以理解的是，通过比较物标实际体积与预设体积阈值的差值来评估体积对碰撞风险的贡献，根据差值与预设阈值的比较结果，确定不同的体积碰撞风险值。通过比较物标实际移动速度与预设速度阈值的差值，来评估速度对碰撞风险的贡献，根据差值与预设阈值的比较结果，确定不同的速度碰撞风险值。不仅考虑物标本身的特性（如大小和速度），还考虑其相对于船只的运动趋势，为风险预测提供了一个全面的视角。确保能够精确识别和响应高风险情况，提高了预警的有效性，通过综合评估碰撞风险，增强船舶在复杂环境下的安全防护性能。

在本申请的一些实施例中，判断单元根据碰撞系数预测风险等级时，包括：判断单元还用于预先设定第一预设碰撞系数P1和第二预设碰撞系数P2，且P1＜P2。将碰撞系数P与预设碰撞系数进行比对，根据比对结果预测风险等级。

具体而言，当P≤P1时，判断单元预测风险等级为第三风险等级D3。当P1＜P≤P2时，判断单元预测风险等级为第二风险等级D2。当P2＜P时，判断单元预测风险等级为第一风险等级D1。其中，第一风险等级D1表示碰撞损失高于第二风险等级D2，第二风险等级D2表示碰撞损失高于第三风险等级D3。

可以理解的是，根据实时情况动态调整风险预测，有利于应对快速变化的海洋环境，通过量化风险等级，可以有效地分配监控资源，确保高风险物标获得足够的关注，同时避免对低风险物标的过度关注。为船舶操作员提供基于数据的、量化的风险预测，有助于提高他们做出的决策质量。

在本申请的一些实施例中，当判断单元预测风险等级为第i风险等级Di后，i=1，2，3，调整单元根据环境信息对风险等级进行调整，获取调整后的风险等级时，包括：调整单元采集风向与风速F0，调整单元根据风向判断对风险等级Di进行调升或调降。

具体而言，当风向与水面物标的移动方向一致时，调整单元根据风速F0对风险等级Di进行调升。当风向与水面物标的移动方向不一致时，调整单元根据风速F0对风险等级Di进行调降。

具体而言，调整单元根据风速F0对风险等级Di进行调整时，包括：调整单元还用于预先设定第一预设风速F1和第二预设风速F2，且F1＜F2。调整单元将风速F0与预设风速进行比对，当风向与水面物标的移动方向一致时，根据比对结果对风险等级Di进行调升。

具体而言，当F1＜F0≤F2时，调整单元将风险等级Di调升一级，当原风险等级为第一风险等级D1时保持不变。当F2＜F0时，调整单元将风险等级Di调升两级，当原风险等级为第一风险等级D1时保持不变，当原风险等级为第二风险等级D2时，将第二风险等级D2调升为第一风险等级D1。

具体而言，调整单元将风速F0与预设风速进行比对，当风向与水面物标的移动方向不一致时，根据比对结果对风险等级Di进行调降。当F1＜F0≤F2时，调整单元将风险等级Di调降一级，当原风险等级为第三风险等级D3时保持不变。当F2＜F0时，调整单元将风险等级Di调降两级，当原风险等级为第三风险等级D3时保持不变，当原风险等级为第二风险等级D2时，将第二风险等级D2调降为第三风险等级D3。

可以理解的是，当风助长物标向船只移动时，风力加速物标的移动速度，从而增加与船只碰撞的可能性。因此，在这种情况下，提升风险等级是为了反映由风力增强的碰撞风险。相反，如果风向与物标移动方向相反，风力减缓物标的移动速度，降低碰撞风险。因此，降低风险等级可以反映风力对减少碰撞风险的作用。通过设定不同的风速阈值，根据实际风速的强度来调整风险等级。风速较高时，对物标的推动作用更为显著，因此需要更大幅度地调整风险等级。在风速超过较高阈值时，风险等级的调整更为明显，无论是提升还是降低，都反映了风速对物标移动影响的增强。将风速和风向作为调节风险等级的因素，使得风险预测过程更全面，能更准确地反映环境条件对航海安全的影响。提升了风险评估的准确性和适应性，增强了船舶在复杂海洋环境中的安全航行能力。

在本申请的一些实施例中，当调整单元根据风向与风速F0对风险等级进行调整，获取调整后的风险等级后，调整单元根据环境信息对风险等级进行调整时，还包括：调整单元还用于采集能见度数据N0，将能见度数据N0与预先设定的能见度阈值Nmax进行比对，根据比对结果对调整后的风险等级进行二次调整。

具体而言，当N＞Nmax时，调整单元不对调整后的风险等级进行调整。当N=Nmax时，调整单元将调整后的风险等级调升一级，当调整后的风险等级为第一风险等级D1时维持不变。当N＜Nmax时，调整单元将调整后的风险等级调升两级，当调整后的风险等级为第一风险等级D1时维持不变，当调整后的风险等级为第二风险等级D2时调升为第一风险等级D1。

可以理解的是，低能见度条件下，船员的视线受限，难以及时发现其他船舶或障碍物，从而增加了碰撞风险。在能见度不佳的情况下，对潜在危险的反应时间缩短，这可能导致避让措施不足或迟缓。通过比对实际能见度与预设阈值，可以判断当前视线条件对航行安全的影响。当能见度降低至阈值或以下时，意味着视线条件不佳，需要提高风险等级，以反映增加的安全风险。如果能见度良好，可能考虑根据其他环境因素稍微降低风险等级。考虑能见度对航海安全的影响，使得风险预测更加全面，进一步预测和响应潜在风险。根据实时能见度变化动态调整风险等级，提高了对不同气象条件的适应能力。通过综合考虑风速、风向和能见度等因素，更有效地识别真正的高风险情况，确保安全资源得到合理分配。

上述实施例中用于水面物标组合探测的系统通过电子海图定位，并使用适合不同距离范围的雷达设备进行物标的精细探测和跟踪。特别是对于港口作业的全回转拖轮，更准确地识别和跟踪1海里甚至500米以内的物标，提升了近距离物标探测的分辨率和准确性。此外，通过判断单元分析物标特征并预测风险等级，结合调整单元根据环境信息调整风险等级，提供了更全面的安全预警，帮助船舶操作员做出更有效的决策。通过显示组件集中展示所有关键信息，不仅提高了港口作业的安全性和效率，还增强了对复杂海洋环境的应对能力。

基于上述实施例的另一种优选的方式中，参阅图2所示，本实施方式提供了一种用于水面物标组合探测的方法，应用于上述用于水面物标组合探测的系统中，包括：

S100：获取船只的位置信息，当船只进入预设范围内时，采集水面物标与船只的距离信息；根据距离信息选取雷达传感器组件内的一种进行细化探测；

当距离信息大于等于1500米时，选取X或S波段航用雷达进行细化探测；当距离信息大于等于500米且小于1500米时，选取K波段雷达进行细化探测；当距离信息小于500米时，选取1550nm激光雷达进行细化探测；

S200：当确定雷达传感器组件内的一种进行细化探测时，采集水面物标的特征信息，根据特征信息判断是否跟踪水面物标；当确定跟踪水面物标时，根据特征信息对风险等级进行预测；

S300：当预测风险等级后，采集环境信息，根据环境信息对风险等级进行调整，获取调整后的风险等级；

S400：根据风险等级对船只进行预警。

可以理解的是，上述用于水面物标组合探测的方法通过电子海图定位，并使用适合不同距离范围的雷达设备进行物标的精细探测和跟踪。特别是对于港口作业的全回转拖轮，更准确地识别和跟踪1海里甚至500米以内的物标，提升了近距离物标探测的分辨率和准确性。此外，通过判断单元分析物标特征并预测风险等级，结合调整单元根据环境信息调整风险等级，提供了更全面的安全预警，帮助船舶操作员做出更有效的决策。通过显示组件集中展示所有关键信息，不仅提高了港口作业的安全性和效率，还增强了对复杂海洋环境的应对能力。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序商品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序商品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）和计算机程序商品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框，以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，包括：

电子海图，用于导航船只进入港内作业；

雷达传感器组件，用于采集水面物标与所述船只的距离信息；所述雷达传感器组件包括X或S波段航用雷达、K波段雷达和1550nm激光雷达；

控制模块，包括采集单元、判断单元和调整单元；

采集单元，用于根据所述电子海图获取所述船只的位置信息，当所述船只进入预设范围内时，所述采集单元控制信号分配器开启所述雷达传感器组件采集所述距离信息；

当开启所述雷达传感器组件时，所述信号分配器用于根据所述距离信息选取所述雷达传感器组件内的一种进行细化探测；

当所述距离信息大于等于1500米时，所述信号分配器选取所述X或S波段航用雷达进行所述细化探测；

当所述距离信息大于等于500米且小于1500米时，所述信号分配器选取所述K波段雷达进行所述细化探测；

当所述距离信息小于500米时，所述信号分配器选取所述1550nm激光雷达进行所述细化探测；

当所述信号分配器确定所述雷达传感器组件内的一种进行细化探测时，所述判断单元用于采集所述水面物标的特征信息，根据所述特征信息判断是否跟踪所述水面物标；

所述判断单元根据所述特征信息判断是否跟踪所述水面物标时，包括：

所述判断单元用于采集所述水面物标的大小和移动速度，根据所述水面物标的大小和移动速度判断是否跟踪所述水面物标；

所述判断单元还用于预先设定物标体积阈值Vmax和移动速度阈值Smax，将所述水面物标的大小V0和移动速度S0分别与所述物标体积阈值Vmax和移动速度阈值Smax进行比对，根据比对结果判断是否跟踪所述水面物标；

当V0＞Vmax且S0＞Smax时，所述判断单元判定跟踪所述水面物标；

当V0≤Vmax或S0≤Smax时，所述判断单元判定不跟踪所述水面物标；

当确定跟踪所述水面物标时，所述判断单元还用于根据所述特征信息对风险等级进行预测；

当所述判断单元预测所述风险等级后，所述调整单元用于采集环境信息，根据所述环境信息对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级；

显示组件，用于显示所述调整后的风险等级、环境信息和距离信息。

2.根据权利要求1所述的用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，当所述判断单元判定跟踪所述水面物标后，所述判断单元根据所述特征信息对风险等级进行预测时，包括：

所述判断单元采集所述水面物标的移动方向；

当所述水面物标的移动方向朝向所述船只时，所述判断单元还用于计算碰撞系数，根据所述碰撞系数预测所述风险等级；

所述碰撞系数通过下式计算：

P=Vp*α+Sp*β；

其中，Vp为体积碰撞风险值，Sp为速度碰撞风险值，α、β为权重，且α＞0，β＞0，α+β=1；

当所述水面物标的移动方向未朝向所述船只时，所述判断单元预测所述风险等级为第三风险等级D3。

3.根据权利要求2所述的用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，所述判断单元根据所述碰撞系数预测所述风险等级时，包括：

所述判断单元还用于获取所述水面物标的大小V0和物标体积阈值Vmax的体积差值ΔV，ΔV=V0-Vmax；所述判断单元将所述体积差值ΔV分别与预先设定的第一预设体积差值ΔV1和第二预设体积差值ΔV2进行比对，ΔV1＜ΔV2，根据比对结果确定所述体积碰撞风险值Vp；

当ΔV≤ΔV1时，所述判断单元确定所述体积碰撞风险值Vp为第一预设体积碰撞风险值Vp1；

当ΔV1＜ΔV≤ΔV2时，所述判断单元确定所述体积碰撞风险值Vp为第二预设体积碰撞风险值Vp2；

当ΔV2＜ΔV时，所述判断单元确定所述体积碰撞风险值Vp为第三预设体积碰撞风险值Vp3；

其中，Vp1＜Vp2＜Vp3。

4.根据权利要求3所述的用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，所述判断单元根据所述碰撞系数预测所述风险等级时，还包括：

所述判断单元还用于获取所述移动速度S0和移动速度阈值Smax的速度差值ΔS，ΔS=S0-Smax，所述判断单元将所述速度差值ΔS分别与预先设定的第一预设速度差值ΔS1和第二预设速度差值ΔS2进行比对，ΔS1＜ΔS2，根据比对结果确定所述速度碰撞风险值Sp；

当ΔS≤ΔS1时，所述判断单元确定所述速度碰撞风险值Sp为第一预设速度碰撞风险值Sp1；

当ΔS1＜ΔS≤ΔS2时，所述判断单元确定所述速度碰撞风险值Sp为第二预设速度碰撞风险值Sp2；

当ΔS2＜ΔS时，所述判断单元确定所述速度碰撞风险值Sp为第三预设速度碰撞风险值Sp3；

其中，Sp1＜Sp2＜Sp3。

5.根据权利要求4所述的用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，所述判断单元根据所述碰撞系数预测所述风险等级时，包括：

所述判断单元还用于预先设定第一预设碰撞系数P1和第二预设碰撞系数P2，且P1＜P2；将所述碰撞系数P与预设碰撞系数进行比对，根据比对结果预测所述风险等级；

当P≤P1时，所述判断单元确定所述风险等级为第三风险等级D3；

当P1＜P≤P2时，所述判断单元确定所述风险等级为第二风险等级D2；

当P2＜P时，所述判断单元确定所述风险等级为第一风险等级D1；

其中，所述第一风险等级D1表示碰撞损失高于所述第二风险等级D2，所述第二风险等级D2表示碰撞损失高于所述第三风险等级D3。

6.根据权利要求5所述的用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，当所述判断单元预测所述风险等级为第i风险等级Di后，i=1，2，3，所述调整单元根据所述环境信息对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级时，包括：

所述调整单元采集风向与风速F0，所述调整单元根据所述风向判断对风险等级Di进行调升或调降；

当所述风向与所述水面物标的移动方向一致时，所述调整单元根据所述风速F0对风险等级Di进行调升；

当所述风向与所述水面物标的移动方向不一致时，所述调整单元根据所述风速F0对风险等级Di进行调降。

7.根据权利要求6所述的用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，所述调整单元根据所述风速F0对风险等级Di进行调整时，包括：

所述调整单元还用于预先设定第一预设风速F1和第二预设风速F2，且F1＜F2；

所述调整单元将所述风速F0与预设风速进行比对，当所述风向与所述水面物标的移动方向一致时，根据比对结果对风险等级Di进行调升；

当F1＜F0≤F2时，所述调整单元将风险等级Di调升一级，当原风险等级为第一风险等级D1时保持不变；

当F2＜F0时，所述调整单元将风险等级Di调升两级，当原风险等级为第一风险等级D1时保持不变，当原风险等级为第二风险等级D2时，将第二风险等级D2调升为第一风险等级D1；

所述调整单元将所述风速F0与预设风速进行比对，当所述风向与所述水面物标的移动方向不一致时，根据比对结果对风险等级Di进行调降；

当F1＜F0≤F2时，所述调整单元将风险等级Di调降一级，当原风险等级为第三风险等级D3时保持不变；

当F2＜F0时，所述调整单元将风险等级Di调降两级，当原风险等级为第三风险等级D3时保持不变，当原风险等级为第二风险等级D2时，将第二风险等级D2调降为第三风险等级D3。

8.根据权利要求7所述的用于水面物标组合探测的系统，其特征在于，当所述调整单元根据所述风向与风速F0对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级后，所述调整单元根据所述环境信息对所述风险等级进行调整时，还包括：

所述调整单元还用于采集能见度数据N0，将所述能见度数据N0与预先设定的能见度阈值Nmax进行比对，根据比对结果对所述调整后的风险等级进行二次调整；

当N＞Nmax时，所述调整单元不对所述调整后的风险等级进行调整；

当N=Nmax时，所述调整单元将所述调整后的风险等级调升一级，当所述调整后的风险等级为所述第一风险等级D1时维持不变；

当N＜Nmax时，所述调整单元将所述调整后的风险等级调升两级，当所述调整后的风险等级为所述第一风险等级D1时维持不变，当所述调整后的风险等级为所述第二风险等级D2时调升为所述第一风险等级D1。

9.一种用于水面物标组合探测的方法，应用于如权利要求1-8任一项所述的用于水面物标组合探测的系统中，其特征在于，包括：

获取所述船只的位置信息，当所述船只进入预设范围内时，采集水面物标与所述船只的距离信息；根据所述距离信息选取雷达传感器组件内的一种进行细化探测；

当所述距离信息大于等于1500米时，选取所述X或S波段航用雷达进行所述细化探测；当所述距离信息大于等于500米且小于1500米时，选取所述K波段雷达进行所述细化探测；当所述距离信息小于500米时，选取所述1550nm激光雷达进行所述细化探测；

当确定所述雷达传感器组件内的一种进行细化探测时，采集所述水面物标的特征信息，根据所述特征信息判断是否跟踪所述水面物标；当确定跟踪所述水面物标时，根据所述特征信息对风险等级进行预测；

当预测所述风险等级后，采集环境信息，根据所述环境信息对所述风险等级进行调整，获取调整后的风险等级；

根据所述风险等级对所述船只进行预警。