CN206863216U - 一种海上定位数据预处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海上定位数据预处理装置，该装置包括：AIS监测器、雷达跟踪器、数据处理器、电子海图显示器；AIS监测器的输出端与数据处理器的输入端连接，雷达跟踪器的输出端与数据处理器的输入端连接；数据处理器的输出端与电子海图显示器的输入端连接。本实用新型将AIS监测器信息与雷达跟踪器信息的相融合，就能在雷达上直接辨识安装AIS监测器的目标船，读取相关的信息，使船舶目标信息更完善和更可靠，能互补两者的缺陷。

Description

一种海上定位数据预处理装置

技术领域

本实用新型属于航海定位数据技术领域，尤其涉及一种海上定位数据预处理装置。

背景技术

目前，GIS技术在我国已有较为广泛的应用，但这些应用仅仅局限于陆地上的GIS应用，在海上进行GIS技术的应用开发工作还十分少，而且这少部分的海上GIS应用还多是集中在单一的AIS方面或雷达系统方面。同时，目前海上平台建设多是采用传统的有线通信方式进行系统的搭建，但这种通信方式成本高、延迟大、且设备不易维护和升级，已经不能满足现今实时监测系统的要求。特别是海上的恶劣环境，导致线路的架接、设备的安装等都存在着严重的制约。

当AIS单独使用时，由于液晶显示屏太小，在船舶通航密度大的水域不能进行有效的分辨，还存在船位显示的局限性，AIS标记位置出现偏差；由于船舶操作人员没有及时更新或随意输入的原因，AIS设备广播的船舶类型和航行状态可能与实际不一样。当船舶单独使用雷达系统时，由于雷达扫描的局限性，周围环境对它影响较大，经常出现“误、漏、丢”的情况。另外，大多数船舶没有安装电子海图系统(ECS)、电子海图显示和信息系统(ECDIS)，或安装了该系统而没有融合AIS信息；大多数船舶的雷达没有融合AIS信息；一些船舶的AIS设备只能接受信息而不能广播信息，该设备既不提示也不报警，此时的AIS设备如同摆设；一些船舶安装了ECS或ECDIS又融合了AIS信息，但存在很大的误差；一些船舶的雷达搭配了AIS信息，但两者的数据没办法融合，误差也较大等等，所以在部分船舶的电子海图或雷达中很难有一个准确的GIS直观图，也很难评估所在海域的交通局面。并且目前大多数GIS系统可以对目标数据进行叠加，但无数据的融合处理能力。

由于大多数GIS都是针对具体任务在相对独立的平台上开发的，空间数据格式，数据组织方法差异较大，使得不同GIS之间存在数据交换困难，对于领域间协作及信息资源共享产生障碍。

GIS在监控平台上的应用已经初具雏形，但二者的结合无论从广度还是深度方面来看，都没达到令人满意的程度。

一是没有标准规范的指导，GIS空间数据的特殊性，决定了现实情况的空间数据往往格式，规范，质量方面差异很大，这对数据质量要求较高的GIS来说，不能满足使用需求；

二是基础数据来源功能上相对较弱，各种API使用条款以及商业上的应用限制，存在一定经济上的成本；基础数据标准不一致，要将这些数据集成到基础地图上，处理和集成过程需要付出相当大的代价。

三是平台功能单一，没有有效的设备集成。

运用在海上时，只能对装有AIS的船舶进行监测，对没装AIS的小船则无能为力。雷达单独时，由于雷达ARPA获取目标信息的可靠性问题，比如受小目标受海浪、雨雪的干扰和处于雷达阴影盲区的目标信息等影响较大，不能分辨距离较近影像重叠的两只或多只船舶，而且对障碍物也不能很好的分辨,存在“误、漏、丢”的现象。

发明内容

AIS设备是基于GPS系统，通过接收GPS信号从而实现定位。因此，其存在以下误差：

(1)GPS接收机所用的坐标系与实际海域的海图坐标系不一致，此差别会造成船位误差

(2)AIS接收的信号会受恶劣天气等因素影响，造成一定的船位误差

(3)部分GPS接收机存在时区误差、时钟误差，导致接收到的定位数据存在误差

(4)AIS天线若被其它导航设备天线阻挡，会产生信号接收误差

因此，本实用新型可以很好地解决上述误差问题，其通过融合雷达数据,实现AIS数据与雷达数据的对比，大大降低定位数据的误差。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种海上定位数据预处理装置，所述海上定位数据预处理装置包括：

采集目标信息的雷达跟踪器；

用于采集雷达跟踪器信息的数据处理器；

通过高频VHF信号传送目标的信息，在狭窄的，雷达跟踪器受限区域或雷达跟踪器图像严重受干扰的航线上提供有效和准确信息的AIS监测器；

用于显示AIS监测器提供的有效和准确信息的电子海图显示器；

AIS监测器的输出端与数据处理器的输入端连接，雷达跟踪器的输出端与数据处理器的输入端连接；数据处理器的输出端与电子海图显示器的输入端连接。

进一步，所述的AIS监测器、雷达跟踪器、数据处理器、电子海图显示器均安装于船舶上。

进一步，所述的数据处理器通过网口与AIS监测器信号连接。

进一步，所述的数据处理器通过RS232口与雷达跟踪器信号连接。

进一步，所述的电子海图显示器为液晶显示屏。

本实用新型具有的优点和积极效果是：该海上定位数据预处理装置结构简单，设计合理，将AIS监测器信息与雷达跟踪器信息的相融合，就能在雷达上直接辨识安装AIS监测器的目标船，读取相关的信息，使船舶目标信息更完善和更可靠，能互补两者的缺陷。

本实用新型，就是通过AIS和雷达航迹的有效融合加强船舶间避免碰撞的措施，并在电子图上显示所有船舶可视化的航向，航线，船名等信息，改进海事通信的功能，有助于加强海上安全生产，提高航行的安全性和效率。

本实用新型提高了系统的可靠性。当雷达或AIS故障其中一个受到干扰时，另一个会继续提供信息，使系统能够持续运行而不中断。

本实用新型提高了数据的精度。通过AIS和雷达融合，能够有效提高船舶位置的精度。

本实用新型扩展了时间和空间的覆盖范围。通过AIS和雷达的有效作用区域的结合，扩大了空间覆盖范围。

本实用新型增加数据的可信度。AIS和雷达确认同一目标，增加了数据的确定性并且减少数据的模糊性。

传统GIS系统数据的调用方法是把所有的数据都放入内存，优点是实现简单、快捷，但是计算机内存毕竟有限的，无法承载大数据量的应用。本实用新型采用先进的网格索引和虚拟内存管理算法，支持海量海图数据的调度和管理，能够保证用户页面在调用地图服务时迅速地加载，为使用者提供良好的使用感受。

本实用新型实现了GPS、GIS、AIS和雷达等多种设备及数据的融合和计算，大大提高了船舶的显示精度和准备度，对防碰撞起到了很好的效果。

本实用新型所使用的采集设备集成了丰富的数据接口，使系统具有极强的扩展性，可在不改变硬件的基础上方便实现用户的不同需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的海上定位数据预处理装置的结构示意图；

图中：1、AIS监测器；2、雷达跟踪器；3、数据处理器；4、电子海图显示器。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供的海上定位数据预处理装置包括：AIS监测器1、雷达跟踪器2、数据处理器3、电子海图显示器4；

AIS监测器1的输出端与数据处理器3的输入端连接，雷达跟踪器2的输出端与数据处理器3的输入端连接；数据处理器3的输出端与电子海图显示器4的输入端连接。

进一步，所述的AIS监测器1、雷达跟踪器2、数据处理器3、电子海图显示器4均安装于船舶上。

进一步，所述的数据处理器3通过网口从AIS监测器1上采集数据。

进一步，所述的数据处理器3通过RS232口从雷达跟踪器2上采集数据。

进一步，所述的电子海图显示器4为液晶显示屏。

进一步，所述的AIS监测器1通过高频(VHF)信号传送目标的信息，能在狭窄的，雷达跟踪器2受限区域或雷达跟踪器2图像严重受干扰的航线上提供有效和准确的信息。

进一步，所述的AIS监测器1提供目标的目的地、预计到达时间、航行路线、地面速度、转弯速度等数据能显示目标是转弯还是直线运动或是运动等机动情况时的轨迹。

进一步，所述的AIS监测器1和雷达跟踪器2的信息通过数据处理器3可以互补，进一步实现智能化管理。

下面结合工作原理对本实用新型的结构作进一步描述。

在海区区域船舶监控系统建设中，将无线传输、GPS、卫星通信、光传输、复合电缆等多种信号传输方式于一体，保证了在海上大雾潮湿等恶劣条件下数据传输的高可靠性。通过对雷达跟踪器2信号的数字化处理及解析得到船舶数据和经过AIS监测器1数据处理及解析得到的船舶信息为基础，以GIS电子海图为基础平台，开发的船舶信息综合处理与显示系统。

在系统建设过程中，主要分三步完成：

第一步，首先完成GIS海图显示平台的建设，用各离散点的平面坐标或地理坐标的有序集合以及属性编码表示海图要素的空间位置及其属性，标绘作业海域平台、海管等设施。

第二步，读AIS监测器1数据，解析程序解析AIS监测器1数据包，显示船舶数据。AIS监测器1解析的过程是通过对AIS监测器1数据格式的分析和解析，完成对船舶动态、静态以及航行状态的信息的解析、归类，而后再将解析后的数据存进数据库更新船舶数据。

第三步，读取雷达跟踪器2数据，解析雷达跟踪器2数据，电子海图显示器4上显示船舶数据。先是打开串口读取雷达跟踪器2的数据，利用解析程序对定位数据和定位时间进行解析，其他无用的数据抛掉，再将解析后的定位数据和定位时间存进数据库更新船舶数据。

第四步，对AIS监测器1数据和雷达跟踪器2数据按照设定好的条件参数进行对比与匹配，将匹配好的数据存进数据库，并在电子海图显示器4上显示出来。

下面结合原理分析对本实用新型的结构作进一步描述。

本实用新型通过网口和RS232口从AIS和雷达设备采集到AIS与雷达数据。

本实用新型根据相关协议对AIS和雷达数据包进行解析，获得所需要的船舶信息，送入AIS和雷达数据库；

本实用新型对目标动态信息进行了测量，统计与分析，包括AIS和雷达的位置，航速，航向等参数；

本实用新型建立数据模型。进行时间相关分析，然后分析其时空统一，开展目标关联算法分析，最后进行动态信息合并，把合并结合送入融合数据库。

本实用新型的AIS与雷达融合具有如下优点：(1)它们之间的冗余数据，如利用AIS船舶位置，航向，航速等动态信息可以弥补ARRA数据在准确度，分辨力和可靠性上的缺陷，求得更加准确，可靠的本船舱位，提高了系统的可靠性。(2)AIS是通过高频(VHF)信号传送目标的信息，能在狭窄的，雷达受限区域或雷达图像严重受干扰的航线上提供有效和准确的信息。因其是通过无线电导航系统取得目标的方位信号，所以雷达相比能连续地提供和显示更多的最新信息，而且没有雷达在其覆盖区域内探测获得目标显示时出现的肓点或扇形阴影。(3)船舶动态系统模型的偏差是造成ARPA目标跟踪错误的一个重要因素，利用AIS提供目标长度、类型和吃水等数据可以建立更好的船舶动态模型，包括船舶加速度较向率和动态扰动等，从而提高跟踪精度，增强系统的分辨能力。(4)AIS提供目标的目的地、预计到达时间、航行路线、地面速度、转弯速度等数据有利于于显示目标是转弯还是直线运动或是运动等机动情况时的轨迹，从而更进一步了解船舶的操作意图，以便在ARPA目标跟踪中更准确地给出预测目标动态和预测的相关信息，同时与电子海图信息系统相结合，增强数据的可信度，提高ARPA在杂波区，多目标区和强机动情况下的目标跟踪的可靠性。AIS与雷达信息融合实施以后在识别目标和协助船舶避让方面会有长足的进步，对减少碰撞事故也会起到很好的作用。(5)AIS和雷达的信息互补可以进一步实现智能化管理，因为两者互补的信息不仅提供给船上的决策者，同时还提供船舶可能和推荐的行动方向以及其预测会达到的效果协助其航行决策，而且还可向船上的决策者提供明确的行动指示，实现了海上交通管理的智能化。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种海上定位数据预处理装置，其特征在于，所述海上定位数据预处理装置包括：

采集目标信息的雷达跟踪器；

用于采集雷达跟踪器信息的数据处理器；

通过高频VHF信号传送目标的信息，在狭窄的，雷达跟踪器受限区域或雷达跟踪器图像严重受干扰的航线上提供有效和准确信息的AIS监测器；

用于显示AIS监测器提供的有效和准确信息的电子海图显示器；

AIS监测器的输出端与数据处理器的输入端连接，雷达跟踪器的输出端与数据处理器的输入端连接；数据处理器的输出端与电子海图显示器的输入端连接。

2.如权利要求1所述的海上定位数据预处理装置，其特征在于，所述的AIS监测器、雷达跟踪器、数据处理器、电子海图显示器均安装于船舶上。

3.如权利要求1所述的海上定位数据预处理装置，其特征在于，所述的数据处理器通过网口与AIS监测器信号连接。

4.如权利要求1所述的海上定位数据预处理装置，其特征在于，所述的数据处理器通过RS232口与雷达跟踪器信号连接。

5.如权利要求1所述的海上定位数据预处理装置，其特征在于，所述的电子海图显示器为液晶显示屏。