海上测量船舶监测与预警方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及船舶自动识别系统技术领域，具体涉及一种海上测量船舶监测与预警方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.正常海上作业船舶依靠船舶自动识别系统(ais系统)进行身份核实和航行动态的确定。船载ais设备实时发射船舶身份信息和定位信息（如gps，北斗等）到岸基接收站、船载接收站和卫星等。但是ais等海上船舶信号发射系统所发出信息是可以篡改和删除的。因此，获取的海上ais信息并不完全真实或者完善的，这给海上航行安全和海域监管带来困难。其中海上测量船的监管更具备挑战性，其执行的海上测量目的不同分为综合调查船、物探调查船、地形测量船、钻探船、补给船等。在不知道船舶类型或者船舶ais信息被篡改情况下如何根据船舶轨迹分析出船舶工作内容是目前尚未有技术解决的问题。
3.针对海上测量船舶，现有技术主要通过船载ais系统进行身份的识别和行为的判定。由于ais系统信息可以篡改，所以其可靠性非常低，特别是针对一些非法越界测量船以及一些非法资源开采等行为无法简单的通过船载ais系统进行行为的识别和鉴定。给海域监管和海上航行安全带来不小隐患。


技术实现要素：

4.针对现有技术中依靠船载ais系统进行身份识别的不可靠性和违规作业船舶篡改ais系统信息的行为无法预警发现的问题，本发明提供一种海上测量船舶监测与预警方法、系统、设备及介质，可以根据轨迹对海上测量船舶作业行为的识别及预警。
5.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：第一方面，本发明提供一种海上测量船舶监测与预警方法，其包括：获取船舶的ais数据；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述船舶的作业区半径；计算在所述作业区半径内所述船舶的平均速度；根据所述船舶的任意轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述作业区半径内按照时序计算两点之间的斜率；根据所述斜率，计算斜率相同及斜率乘积为-1的轨迹点总个数；根据所述平均速度和所述斜率相同及斜率乘积为-1的轨迹点总个数识别所述船舶的行为，所述船舶的行为包括海上地质取样、海上地形测量、海上地球物理测量和海上钻探。
6.第二方面，本发明提供一种海上测量船舶监测与预警系统，其包括：
数据获取单元，其用于获取船舶的ais数据；处理单元，其用于执行以下步骤：根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述船舶的作业区半径；计算在所述作业区半径内所述船舶的平均速度；根据所述船舶的任意轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述作业区半径内按照时序计算两点之间的斜率；根据所述斜率，计算斜率相同与及斜率乘积为-1的轨迹点总个数；识别单元，其用于根据所述平均速度和所述斜率相同及斜率乘积为-1的轨迹点总个数识别所述船舶的行为，所述船舶的行为包括海上地质取样、海上地形测量、海上地球物理测量和海上钻探。
7.第三方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如上所述的海上测量船舶监测与预警方法。
8.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上所述的海上测量船舶监测与预警方法。
9.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明改变了过去依靠船载ais系统进行身份识别的不可靠性，避免了过去违规作业船舶篡改ais系统信息的行为无法预警发现的难题。本发明依靠船舶航行轨迹进行身份和作业内容的识别，可以有效地对海上地质取样、海上地形测量、海上地球物理测量（海上地震测量、海上重磁测量）、海上钻探四种测量行为的有效识别。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明实施例中的海上测量船舶监测与预警方法的流程图；图2为本发明实施例中的ramform sovereign号船舶地震测量轨迹示意图；图3为本发明实施例中的钻井平台作业轨迹示意图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本技术保护的范围。
13.实施例：需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
14.针对海上测量船舶，现有技术主要通过船载ais系统进行身份的识别和行为的判定。由于ais系统信息可以篡改，所以其可靠性非常低，特别是针对一些非法越界测量船以及一些非法进行的水下文物盗取测量和盗取等行为无法简单的通过船载ais系统进行行为的识别和鉴定。给海域监管和海上航行安全带来不小隐患。
15.基于以上技术问题，本发明的主要目的是分析识别海上船舶的航行轨迹识别其海上测量行为，主要包括海上地质取样、海上地形测量、海上地球物理测量（海上地震测量、海上重磁测量）、海上钻探四种测量行为。
16.参见图1至图3，一种海上测量船舶监测与预警方法，具体包括如下步骤：步骤1：获取船舶的ais数据。
17.该步骤中，海上ais设备返回信息主要包括静态数据和动态数据，具体地，船舶静态数据主要数据参数包括船舶mmsi号、船舶imo号、船舶名称、船舶类型、船籍、船舶长度、船舶宽度、总吨位等信息。而船舶动态数据则除了包括船舶mmsi号、船舶imo号、船舶名称、船舶类型等基本信息外还有实时动态信息，例如：目的地、目的地港口、经度、纬度、航向、速度等信息。
18.步骤2：根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标。
19.该步骤中，首先将船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值都转化为度单位，然后利用公式：计算中心点经纬度坐标，其中，为中心点经纬度坐标，为任意轨迹点经纬度坐标，为轨迹点个数。
20.步骤3：根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述船舶的作业区半径。
21.该步骤中，需要计算每个轨迹点到中心点的距离具体地，当（其中为到中心点距离大于的点的集合，为到中心点距离小于的点的集合）时,此时的值定位为，即。
22.步骤4：计算在所述作业区半径内所述船舶的平均速度。
23.该步骤中，一些实施例中，可以获取ais设备里面“speed”数据，计算作业区半径范围内的平均速度：。另一些实施例中，如采用高性能计算，可按照轨迹时序计算坐标位置来获取准确平均速度，采用公式：。
24.步骤5：根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述作业区半径内按照时序计算两点之间的斜率。
25.该步骤中，以中心点为中心，画半径的区域为工作区。在工作区内的数据按照时序计算两点之间的斜率：。
26.步骤5：根据所述斜率，计算斜率相同及乘积为-1（两直线垂直）的点个数的轨迹点总个数。
27.该步骤中，需要计算斜率相同与斜率相反的轨迹点个数：, 为比值等于1的点的总个数，即需满足条件：（误差为
±
0.09，即5
°
偏差）。为比值等于-1的点的总个数，即需满足条件：（误差为
±
0.09，即5
°
偏差）。
28.步骤6：根据所述平均速度和所述斜率相同及乘积为-1（两直线垂直）的点总个数识别所述船舶的行为。
29.该步骤中，需要进行轨迹统计量分析，具体地，如果,且，说明其在持续开展来回线性走航测量。其走航过程中，航线方向呈现来回式规则间距、规则航向、特定速度的航线。这与海洋地球物理测量方式吻合，则判断其在开展走航测线测量，具体测量内容需进一步根据表1中所述速度进行判别。若以中心点为中心，半径的区域为工作区，对时序数据库进行依次检索，如果（误差《1节），且断续的出现，时长超过30分钟，则符合开启动力定位进行地质取样行为，判断其在进行地质取样；如果固定点位置超过24小时，则判定其开展钻探作业。
30.其中，根据上述步骤可以形成表1的对照表，来进行船舶行为种类的识别。
31.表1 测量活动内容及轨迹参数对照表
32.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种海上测量船舶监测与预警系统，其包括：数据获取单元、处理单元和和识别单元，具体地，数据获取单元用于获取船舶的ais数据；处理单元用于执行以下步骤：根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述船舶的作业区半径；计算在所述作业区半径内所述船舶的平均速度；根据所述船舶的任意轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述作业区半径内按照时序计算两点之间的斜率；根据所述斜率，计算斜率相同及乘积为-1（两直线垂直）的轨迹点总个数。识别单元用于根据所述平均速度和所述斜率相同与斜率相反的轨迹点总个数识别所述船舶的行为。
33.由于该系统是本发明实施例的海上测量船舶监测与预警方法对应的系统，并且该系统解决问题的原理与该方法相似，因此该系统的实施可以参见上述方法实施例的实施过程，重复之处不再赘述。
34.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如上所述的海上测量船舶监测与预警方法。
35.可以理解的是，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)。可选地，该存储器包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储根据服务器的使用所创建的数据等。
36.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服务器内的各个部分，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，执行服务器的各种功能和处理数据。可选地，处理器可以采用数字信号处理(digital signal processing，dsp)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)、可编程逻辑阵列(programmable logic array，pla)中的至少一种硬件形式来实现。处理器可集成中央处理器(central processing unit，cpu)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，cpu主要处理操作系统和应用程序等；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器中，单独通过一块芯片进行实现。
37.由于该电子设备是本发明实施例的海上测量船舶监测与预警方法对应的电子设备，并且该电子设备解决问题的原理与该方法相似，因此该电子设备的实施可以参见上述方法实施例的实施过程，重复之处不再赘述。
38.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上所述的海上测量船舶监测与预警方法。
39.本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器（read-only memory，rom）、随机存储器（random access memory，ram）、可编程只读存储器（programmable read-only memory，prom）、可擦除可编程只读存储器（erasable programmable read only memory，eprom）、一次可编程只读存储器（one-time programmable read-only memory，otprom）、电子抹除式可复写只读存储器（electrically-erasable programmable read-only memory，eeprom）、只读光盘（compact disc read-only memory，cd-rom）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
40.由于该存储介质是本发明实施例的海上测量船舶监测与预警方法对应的存储介质，并且该存储介质解决问题的原理与该方法相似，因此该存储介质的实施可以参见上述方法实施例的实施过程，重复之处不再赘述。
41.在一些可能的实施方式中，本发明实施例的方法的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在计算机设备上运行时，程序代码用于使计算机设备执行本说明书上述描述的根据本技术各种示例性实施方式的海上测量船舶监测与预警方法的步骤。其中，用于执行各个实施例的可执行的计算机程序代码或
“ꢀ
代码”可以用诸如c、c++、c#、smalltalk、java、javascript、visual basic、结构化查询语言(例如，transact-sql)、perl之类的高级编程语言或者用各种其它编程语言编写。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
43.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种海上测量船舶监测与预警方法，其特征在于，包括：获取船舶的ais数据；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述船舶的作业区半径；计算在所述作业区半径内所述船舶的平均速度；根据所述船舶的任意轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述作业区半径内按照时序计算相邻两点之间的斜率；根据所述斜率，计算斜率相同的轨迹点总个数；根据所述平均速度和所述斜率相同的轨迹点总个数识别所述船舶的行为，所述船舶的行为包括海上地质取样、海上地形测量、海上地球物理测量和海上钻探。2.根据权利要求1所述的海上测量船舶监测与预警方法，其特征在于，所述船舶的ais数据包括静态数据和动态数据，所述静态数据包括船舶mmsi号、船舶imo号、船舶名称、船舶类型、船籍、船舶长度、船舶宽度和总吨位；所述动态数据除所述静态数据外，还包括船舶的目的地、目的地港口、经度、纬度、航向和速度。3.根据权利要求1所述的海上测量船舶监测与预警方法，其特征在于，利用以下公式计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标，其中，式中，为中心点经纬度坐标，为任意轨迹点经纬度坐标。4.根据权利要求1所述的海上测量船舶监测与预警方法，其特征在于，根据以下方法计算所述船舶的作业区半径，先计算每个轨迹点经纬度坐标到中心点经纬度坐标的距离，当时, 所包含的点即为作业区内的点，中距离中心点最远的点的值即定义为作业区半径，式中，为到中心点距离小于的点的集合，为所有点的集合。5.根据权利要求1所述的海上测量船舶监测与预警方法，其特征在于，获取ais设备里面“speed”数据，计算作业区半径范围内的平均速度：；或，按照轨迹时序计算坐标位置来获取准确平均速度，如下公式：。6.根据权利要求1所述的海上测量船舶监测与预警方法，其特征在于，按照时序计算两
点之间的所述斜率根据以下公式计算：；计算斜率相同点及乘积为-1的点个数：为斜率相等的点的总个数，即需满足条件：其中，和为任意两点的斜率；为斜率乘积等于-1的点的总个数，即需满足条件：。7.根据权利要求1所述的海上测量船舶监测与预警方法，其特征在于，根据轨迹统计量分析识别所述船舶的行为：当，且，则判断其在开展走航测线测量；以中心点为中心，半径的区域为工作区，对时序数据库进行依次检索，当，且断续的出现，时长超过30分钟，则判断其在进行地质取样；当固定点位置超过24小时，判定其开展钻探作业。8.一种海上测量船舶监测与预警系统，其特征在于，包括：数据获取单元，其用于获取船舶的ais数据；处理单元，其用于执行以下步骤：根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述船舶的作业区半径；计算在所述作业区半径内所述船舶的平均速度；根据所述船舶的任意轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述作业区半径内按照时序计算两点之间的斜率；根据所述斜率，计算斜率相同及斜率乘积为-1的轨迹点总个数；识别单元，其用于根据所述平均速度和所述斜率相同与乘积为-1的轨迹点总个数识别所述船舶的行为，所述船舶的行为包括海上地质取样、海上地形测量、海上地球物理测量和海上钻探。9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如权利要求1至7任一所述的海上测量船舶监测与预警方法。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条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现权利要求1至7任一所述的海上测量船舶监测与预警方法。

技术总结
本发明公开了一种海上测量船舶监测与预警方法、系统、设备及介质，涉及船舶自动识别系统技术领域，方法包括：获取船舶的AIS数据；根据所述船舶的特定时间所有轨迹点经纬度坐标计算所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标；根据所述船舶的轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述船舶的作业区半径；计算在所述作业区半径内所述船舶的平均速度；根据所述船舶的轨迹点经纬度坐标值和所述船舶的轨迹中心点经纬度坐标值，计算所述作业区半径内按照时序计算两点之间的斜率；根据所述斜率，计算斜率相同及乘积为-1（两直线垂直）的轨迹点总个数；根据所述平均速度和所述斜率相同及乘积为-1的轨迹点总个数识别所述船舶的行为。船舶的行为。船舶的行为。


技术研发人员：邵长高 严镔 吉才盈
受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/6/28