船舶位置的预测方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及航海领域，特别是涉及一种船舶位置的预测方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.在实际应用中，船舶位置信息如ais数据的发送间隔从十几秒到十几分钟不等，这导致在地图上绘制的船舶轨迹可能出现跳变，影响了对船舶动态的实时监控。针对这个问题，目前已有一些技术尝试解决，例如：基于卡尔曼滤波的船舶位置预测方法，卡尔曼滤波是一种线性最优估计方法，用于估计系统状态变量，可以通过引入观测数据来实时更新位置预测。然而，卡尔曼滤波方法对模型的精确性要求较高，且在处理非线性系统时可能存在较大误差；基于船舶动力学模型的位置预测方法，这类方法根据船舶的物理特性和动力学原理建立数学模型，然后利用该模型预测船舶的未来位置。然而，这类方法的预测精度高度依赖于模型的准确性，ais数据中的低速和静止时航速航向不准，导致预测结果不准确。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的上述问题，本发明的实施例提供了一种船舶位置的预测方法、电子设备及存储介质。
4.为了实现上述目的，一方面，提供了一种船舶位置的预测方法，包括：
5.s1，接收船舶信息，所述船舶信息包括船舶位置、船舶航向和船舶航速；
6.s2，利用所述船舶信息预测第一预定时长后的船舶位置，获得所述第一预定时长后的第一船舶预测位置；
7.s3，利用所述船舶信息向所述第一船舶预测位置逼近预定的比例以获得预定时间间隔后的船舶估计信息，所述船舶估计信息包括：船舶估计位置，其中，所述预定时间间隔通过所述第一预定时长与所述预定的比例相乘获得，所述预定的比例小于1；
8.s4，利用所述船舶信息预测第二预定时长后的船舶位置，获得所述第二预定时长后的第二船舶预测位置，将所述第二船舶预测位置作为所述船舶在所述第二预定时长后的船舶真实位置；其中，所述第二预定时长小于所述第一预定时长；
9.s5，使用所述第二预定时长后的船舶真实位置作为所述船舶信息中的船舶位置循环执行所述步骤s2至步骤s4。
10.优选地，所述的预测方法，步骤s1包括：接收ais信号，所述ais信号中包含所述船舶信息。
11.优选地，所述的预测方法，在所述步骤s2之前还包括判断是否新接收到船舶信息；如是，则使用所述新接收到的船舶信息来更新所述步骤s2、步骤s3和步骤s4中使用的船舶信息。
12.优选地，所述的预测方法，所述步骤s2和步骤s4中获取第一或第二船舶预测位置的步骤包括：
13.根据所述船舶信息中的船舶航向和船舶航速来计算所述第一或第二预定时长后船舶的北向位移和东向位移；
14.根据所述船舶信息中的船舶位置和计算出的所述北向位移和东向位移获得所述第一或第二预定时长后的船舶预测位置。
15.优选地，所述的预测方法，其中，所述步骤s3中利用所述船舶信息向所述船舶预测位置逼近预定的比例来获得预定时间间隔后的船舶估计信息包括：
16.判断当前船舶的速度是否为零或nan；如是，则直接返回当前时刻的船舶信息作为预定时间间隔后的船舶估计信息；如否，则继续执行下面的步骤：
17.计算所述船舶预测位置与当前时刻的船舶位置的位置差值；
18.将所述位置差值乘以所述预定的比例获得的乘积与当前时刻的船舶位置相加，得到所述预定时间间隔后的船舶估计位置。
19.优选地，所述的预测方法，其中，船舶估计信息还包括：船舶估计航向和船舶估计航速；所述步骤s3中，在得到所述预定时间间隔后的船舶估计位置后，将当前时刻的船舶航向和船舶航速作为所述预定时间间隔后的船舶估计航向和船舶估计航速。
20.优选地，所述的预测方法，其中，所述第二预定时长等于所述预定时间间隔。
21.优选地，所述的预测方法，其中，所述预定时长为10秒；所述预定时间间隔为1秒；所述第二时长为1秒。
22.优选地，所述的预测方法，还包括：
23.使用所述船舶估计信息来绘制船舶轨迹。
24.另一方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由处理器执行以实现如上文任一所述的预测方法。
25.又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由处理器执行以实现如上文任一所述的预测方法。
26.上述技术方案具有如下技术效果：
27.本发明实施例的技术方案基于接收的船舶真实信息来预测第一预定时长后的船舶预测位置，并通过使用预定时间间隔向船舶预测位置进行逼近来获得预定时间间隔后的船舶估计位置，并利用第二预定时长的预测位置作为真实位置可以实现持续预测；这样，即使船舶动态数据是不定时接收的，也可以按照预定时间间隔输出船舶预测位置，从而可以使船舶轨迹在地图上更加平滑，实现船舶轨迹在地图上的实时描绘及提高航行监控的实时性；
28.进一步地，本发明实施例简单且易于实现；具体地，本发明实施例采用直接计算船舶在指定时间内的位移，并将其转换为经纬度坐标的方式进行位置预测；相比于基于复杂数学模型或机器学习方法的预测技术，具有较低的计算复杂性和实现难度；进一步地，本发明实施例在收到新的真实数据时，会将船舶的速度和航向信息更新至当前预测数据，使得预测结果更加接近实际船舶轨迹，有助于提高预测结果的准确性；进一步地，本发明实施例中可以灵活调整预测时间段，从而可以根据实际需求预测船舶在不同时间段内的位置，因此具有更高的适用性和灵活性。综上所述，与现有技术相比，本发明实施例在实时性、易实现性、基于真实数据的预测更新以及预测时间段的可调整性等方面具有显著的技术优势。
附图说明
29.图1为本发明一实施例的船舶位置的预测方法的流程示意图；
30.图2为本发明一实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
31.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
32.现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
33.实施例一：
34.图1为本发明一实施例的船舶位置的预测方法的流程示意图。该实施例的预测方法包括如下步骤：
35.s1，接收船舶信息，船舶信息包括当前时刻的船舶位置、船舶航向和船舶航速；
36.具体实现中，接收的船舶信息为不定时的船舶动态数据，如包含船舶信息ais信号；
37.s2，利用上述船舶信息预测第一预定时长后的船舶位置，获得第一预定时长后的船舶预测位置；
38.一种具体实现中，第一预定时长后的船舶位置指的市从与上述船舶信息对应的时刻起第一预定时长后的船舶位置；
39.一种实现中，根据上述船舶信息中的船舶航向和船舶航速来计算第一预定时长后船舶的北向位移和东向位移；然后根据船舶信息中的船舶位置和计算出的北向位移和东向位移来获得第一预定时长后的船舶预测位置；
40.s3，利用上述船舶信息向船舶预测位置逼近预定的比例以获得预定时间间隔后的船舶估计信息，船舶估计信息包括：船舶估计位置，其中，预定时间间隔通过预定时长与预定的比例相乘获得，预定的比例小于1；预定的比例可根据需求预先设定；
41.优选地，船舶估计信息还包括：船舶估计航向和船舶估计航速；该步骤s3中，在得到预定时间间隔后的船舶估计位置后，将所使用的上述船舶信息中的船舶航向和船舶航速作为预定时间间隔后的船舶估计航向和船舶估计航速；
42.一种实现中，步骤s3中利用当前时刻的船舶信息向船舶预测位置逼近预定的比例来获得预定时间间隔后的船舶估计信息包括：判断当前船舶的速度是否为零或nan，其中，nan表示非数字；如是，则直接返回当前时刻的船舶信息作为预定时间间隔后的船舶估计信息；如否，则继续执行下面的步骤：计算船舶预测位置与当前时刻的船舶位置的位置差值；将位置差值乘以预定的比例获得的乘积与当前时刻的船舶位置相加，得到预定时间间隔后的船舶估计位置；
43.s4，利用上述船舶信息预测第二预定时长后的船舶位置，获得第二预定时长后的第二船舶预测位置，将第二船舶预测位置作为船舶在第二预定时长后的船舶真实位置；其中，第二预定时长小于第一预定时长；
44.具体实现中，上述第二预定时长后的船舶真实位置指的是从与所使用的船舶信息
对应的时刻起之后的第二预定时长后的船舶真实位置；
45.s5，使用上述第二预定时长后的船舶真实位置作为上述船舶信息中的船舶位置循环执行步骤s2至步骤s4。
46.具体实现中，第一预定时长、第二预定时长和预定时间间隔可以根据需求来设定。优选地，第二预定时长等于上述预定时间间隔。优选地，该第一预定时长为10秒；第二预定时长和预定时间间隔为1秒；如果延长上述第一预定时长，会让估计值的变化更加平稳；如果缩短这个时间，会让估计值更接近船舶真实值。
47.具体实现中，在步骤s2之前还包括：
48.步骤s12，判断是否新接收到船舶信息；如是，则使用该新接收到的船舶信息来更新步骤s2、步骤s3和步骤s4中使用的船舶信息；其中，步骤s2、步骤s3和步骤s4中提到的预定时长之后或预定时间间隔都是从与新接收的真实船舶信息对应的时刻起开始计算的。
49.步骤s5中，循环执行步骤s2至步骤s4直到所有数据处理完成。
50.一种具体实现中，还包括：使用船舶估计信息即所获得的每预定时间间隔的船舶信息如船舶位置输出来绘制船舶轨迹。
51.实施例二：
52.该实施例中，使用真实值、估计值和预测值三个变量来分别存储船舶信息的真实值、估计值和预测值。其中，真实值变量：用于保存接收的船舶信息的真实值以及根据真实值预测的可作为真实值的当前数据；估计值变量：用于保存对外输出的当前值，以实现船舶信息如船舶位置的每预定时间间隔一输出；预测值变量：用于保存预定时长后的船舶预测位置，作为估计值前进的目标。
53.该实施例的预测方法包括：
54.1，将收到的ais数据中的船舶真实位置、速度、航向赋值给真实值变量和估计值变量；
55.2，判断是否有新的ais数据进来，如果有新的ais数据，则用新的ais数据中的船舶位置、速度和航向来更新真实值变量；
56.3，利用真实值变量中存储的当前时刻的船舶位置、速度和航向来预测如10s后的船舶位置，然后将预测出的预测位置赋值给预测值变量；
57.4，将估计值的位置往预测值的位置逼近1/10，该例中即逼近10s的1/10，即逼近1s；
58.5，利用真实值变量中存储的当前时刻的船舶位置、速度和航向来预测如10s后的船舶位置来预测1s后的船舶预测位置，将该船舶预测位置作为下一秒的船舶真实位置，以返回步骤2实现对该下一秒的10s之后的位置进行预测；
59.6，重复上述步骤2至步骤5，直至所有数据处理完成。
60.其中步骤3中，预测10s后的船舶位置包括如下步骤：
61.将用角度表述的当前船舶的航向转换为弧度表示；
62.根据当前的船舶速度(speed)和弧度表示的航向(angle_rad)计算10秒后船舶在东北天坐标系ned坐标系中的北向位移(dnorth)和东向位移(deast)，其中：
63.dnorth＝speed*cos(angle_rad)*10/3600*1852；
64.deast＝speed*sin(angle_rad)*10/3600*1852；
65.将当前经纬度表示的船舶位置转换为弧度表示，包括纬度弧度表示lat_rad和经度弧度表示lon_rad,后缀rad表示是弧度值；该步骤可以利用现有技术的方法或函数来实现；
66.利用北向位移(dnorth)和东向位移(deast)，将ned坐标转换为经纬度表示，其中，lat表示纬度，lon表示经度，具体地，例如：
67.lat＝rad2deg(lat_rad+dnorth/r)；
68.lon＝rad2deg(lon_rad+deast/(r*cos(lat_rad)))；
69.其中，地球平均半径r＝6371000米；rad2deg弧度转角度的现有函数；
70.将经过上述计算得到的预测经纬度赋值给预测值变量，作为当前时刻10s后的预测船舶位置；
71.将当前船舶数据即真实值变量中当前船舶速度和船舶航向赋值给预测值变量，作为当前时刻10s后的船舶速度和船舶航向。
72.步骤5中的预测方式与上述步骤3中的预测方式相同，只是10秒换成1秒，在此不再赘述。
73.其中，步骤4中将估计值的位置往预测值的位置逼近1/10具体包括：
74.判断当前的船舶速度是否为零或nan；如是，则直接返回真实值变量中当前的船舶数据作为1秒后的船舶数据；否则：
75.计算预测位置与当前位置的差值；一种实现中，通过将船舶预测位置的经纬度与当前时刻船舶位置的经纬度分别相减，得到经度差值和维度差值来计算上述预测位置与当前位置的差值；
76.将上述位置差值乘以预定的比例如1/10获得的乘积与当前时刻船舶位置相加，得到预定时间间隔如1秒后的船舶估计位置；
77.将计算得到的1秒后的经纬度赋值给真实值变量作为下一个船舶数据，作作为下一秒的船舶位置；
78.将真实值中的当前船舶数据中的船舶速度和航向赋值给下一个船舶数据，作为下一秒的船舶速度和船舶航向。
79.具体实现中，上述预定的比例可以根据需要变化，预定时长和该预定比例的乘积决定了预定时间间隔的长度。
80.本发明实施例的预测方法可以基于不定时的船舶动态数据来预测船舶未来位置并实现实时的轨迹描绘，提高了预测的实时性，使船舶轨迹在地图上更加平滑。例如，针对发送间隔从十几秒到十几分钟的ais数据而言，利用本发明实施例的方法可以基于接收的ais数据估计出在ais数据的发送间隔期间每预定时间间隔如每一秒间的船舶数据估计值，这样使得原本绘制的跳变比较厉害的船舶轨迹变得更加平滑，便于对船舶动态的实时监控。
81.实施例三：
82.本发明还提供一种电子设备，如图2所示，该电子设备包括处理器201、存储器202、总线203、以及存储在所述存储器202中并可在所述处理器201上运行的计算机程序，处理器201包括一个或一个以上处理核心，存储器202通过总线203与处理器201相连，存储器202用于存储程序指令，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施
例中的步骤。一种实现中，该电子设备为接收机。
83.进一步地，作为一个可执行方案，所述电子设备可以是计算机单元，该计算机单元可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机单元可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述计算机单元的组成结构仅仅是计算机单元的示例，并不构成对计算机单元的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。例如所述计算机单元还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。
84.进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机单元的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机单元的各个部分。
85.所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机单元的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
86.实施例四：
87.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述预测方法的步骤。
88.所述计算机单元集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
89.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种船舶位置的预测方法，其特征在于，包括：s1，接收船舶信息，所述船舶信息包括船舶位置、船舶航向和船舶航速；s2，利用所述船舶信息预测第一预定时长后的船舶位置，获得所述第一预定时长后的第一船舶预测位置；s3，利用所述船舶信息向所述第一船舶预测位置逼近预定的比例以获得预定时间间隔后的船舶估计信息，所述船舶估计信息包括：船舶估计位置，其中，所述预定时间间隔通过所述第一预定时长与所述预定的比例相乘获得，所述预定的比例小于1；s4，利用所述船舶信息预测第二预定时长后的船舶位置，获得所述第二预定时长后的第二船舶预测位置，将所述第二船舶预测位置作为所述船舶在所述第二预定时长后的船舶真实位置；其中，所述第二预定时长小于所述第一预定时长；s5，使用所述第二预定时长后的船舶真实位置作为所述船舶信息中的船舶位置循环执行所述步骤s2至步骤s4。2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤s1包括：接收ais信号，所述ais信号中包含所述船舶信息。3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，在所述步骤s2之前还包括判断是否新接收到船舶信息；如是，则使用所述新接收到的船舶信息来更新所述步骤s2、步骤s3和步骤s4中使用的船舶信息。4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤s2和步骤s4中获取所述第一或第二船舶预测位置的步骤包括：根据所述船舶信息中的船舶航向和船舶航速来计算所述第一或第二预定时长后船舶的北向位移和东向位移；根据所述船舶信息中的船舶位置和计算出的所述北向位移和东向位移获得所述第一或第二预定时长后的船舶预测位置。5.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤s3中利用所述船舶信息向所述船舶预测位置逼近预定的比例来获得预定时间间隔后的船舶估计信息包括：判断当前船舶的速度是否为零或nan；如是，则直接返回当前时刻的船舶信息作为预定时间间隔后的船舶估计信息；如否，则继续执行下面的步骤：计算所述船舶预测位置与当前时刻的船舶位置的位置差值；将所述位置差值乘以所述预定的比例获得的乘积与当前时刻的船舶位置相加，得到所述预定时间间隔后的船舶估计位置。6.根据权利要求5所述的预测方法，其特征在于，所述船舶估计信息还包括：船舶估计航向和船舶估计航速；所述步骤s3中，在得到所述预定时间间隔后的船舶估计位置后，将当前时刻的船舶航向和船舶航速作为所述预定时间间隔后的船舶估计航向和船舶估计航速。7.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述第二预定时长等于所述预定时间间隔。8.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，还包括：使用所述船舶估计信息来绘制船舶轨迹。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有至少一段程序，所述至少一段程序由处理器执行以实现如权利要求1至8任一所述的预测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由处理器执行以实现如权利要求1至8任一所述的预测方法。

技术总结
本发明提供了一种船舶位置的预测方法、设备及存储介质，该方法包括：S1，接收船舶信息；S2，利用船舶信息预测预定时长后的船舶位置，获得预定时长后的船舶预测位置；S3，利用船舶信息向船舶预测位置逼近预定的比例以获得预定时间间隔后的船舶估计信息，其中，预定时间间隔通过预定时长与预定的比例相乘获得；S4，利用船舶信息预测第二预定时长后的船舶位置，获得第二船舶预测位置，并将第二船舶预测位置作为在第二预定时长后的船舶真实位置；S5，循环执行步骤S2至S4使用。利用上述技术方案，可以按照预定时间间隔输出船舶位置，从而可以使船舶轨迹在地图上更加平滑，实现船舶轨迹在地图上的实时描绘及提高航行监控的实时性。图上的实时描绘及提高航行监控的实时性。图上的实时描绘及提高航行监控的实时性。


技术研发人员：王维 叶承欢 陈超 李海博
受保护的技术使用者：新诺北斗航科信息技术（厦门）股份有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/20