基于AIS系统与视频算法的船舶跟踪接力方法与流程

基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法
技术领域
1.本发明涉及船舶监控技术领域，特别涉及一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法。


背景技术：

2.为了保障航道内船舶安全通行，需要对水域内的船舶进行跟踪和监测，主动避免安全事故发生。
3.目前船舶导航和监控系统目标跟踪应用中，比较先进的有ais系统和人工控制摄像机云台的方法，来跟踪所需检测的船舶。ais系统被动接收各个船舶发送的船舶位置、航向、航速、船舶长宽、名称、目的港等信息，能够获得船舶的动态和船舶相关运行信息。
4.获取船舶信息可采用人工控制摄像机云台的方法，来跟踪所需检测的船舶，这种方法对值守人员的注意力，特别对异常情况的反应能力要求很高，一般监控过程中发生的失误都是由注意力不集中造成的。
5.以上两种方式分别具有以下缺陷：1. ais系统不实时，上报间隔时间长，导致船舶跟踪时会出现一顿一顿的现象，无法平滑跟踪；2.由于缺少对船舶的视频识别，存在跟踪不准确的问题，导致信息缺失及由延迟导致视频监控盲点，跟踪监控船舶效果不好。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是克服上述技术缺陷，提供一种能够对船舶进行平滑跟踪以及跟踪接力，精确确定船舶位置，大大降低了船舶监控成本，操作简便，监控跟踪效果良好的一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法。
7.为实现上述发明目的，本发明提出一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，包括如下方法：步骤1）、ais系统识别船舶信息；步骤2）、ais系统将识别的信息发送至数据处理平台；步骤3）、数据处理平台分析计算船舶位置；步骤4）、数据处理平台将船舶位置信息发送至监控球机；步骤5）、监控球机对船舶进行监控跟踪识别。
8.所述步骤1）ais系统识别船舶信息包括识别船舶动态信息和静态信息。
9.所述步骤3）包括如下步骤：步骤a、利用船舶位置的经纬度与监控球机位置的经纬度计算出监控球机位置与船舶位置连线与正北方向的角度，然后再通过监控球机计算出球机转动的角度；得出云台相机监控系统的水平参数；步骤b、根据监控球机安装高度,根据勾股定理计算出俯仰角，得出云台相机监控
系统的倾斜参数；步骤c、根据配置的监控球机倍率以及距离,算出需要放大或者缩小的倍率，得出云台相机监控系统的变焦参数。
10.所述监控球机包括有gis系统。
11.所述步骤5）包括监控球机对船舶进行实时录像，根据视频监控系统在显示屏上选择船舶。
12.所述步骤5）还包括将选中的船舶目标为中心由摄像机进行自动联动跟踪，始终将选中目标显示在显示屏中。
13.本发明提供技术方案的有益效果是：本发明通过ais系统与监控球机监控视频识别的优点，使用ais系统发现目标，通过计算云台相机监控系统的各种，以及根据参数控制监控球机转到特定位置后，根据监控球机监控视频识别出船舶位置后，自动跟踪船舶从而达到平滑跟踪的效果，解决了ais系统发现目标后不能及时查看跟踪目标图像信息的问题，克服现有技术中船舶跟踪监控过程无法全方位的对目标进行跟踪监控的缺陷；本发明可以对近远距离海上船舶进行监控，简化了监控跟踪和实现难度；本发明方法易于操作，降低了监控跟踪成本，适于普遍推广。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
15.图1为本发明实施例一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法的示意图；图2为本发明实施例一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法的流程图；图3为本发明实施例一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法的获取云台相机监控系统的水平参数示意图；图4为本发明实施例一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法的获取云台相机监控系统的倾斜参数示意图。
16.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
17.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
19.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是
电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
21.本发明所述ais系统为船舶自动识别系统(automaticidentification system，ais)：是指应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的助航系统。由岸基设施和船载设备共同组成，可以配合全球定位系统(global positioning system，gps)将船舶的动态信息及静态信息通过甚高频(very high frequency，vhf)频道向附近水域船舶及岸台广播。其中，上述船舶的动态信息可包括但不限于：船位、船速、改变航向率及航向等。上述船舶的静态信息可包括但不限于：船名、呼号、吃水信息及危险货物信息等。
22.本发明所述视频识别设备：主要包括前端视频信息的采集及传输、中间的视频检测和后端的分析处理三个环节。视频识别需要前端视频采集摄像机提供清晰稳定的视频信号，视频信号质量将直接影响到视频识别的效果。
23.本发明所述跨境跟踪：是指云台相机监控系统跟踪船舶过程中，能够根据船舶当前位置与轨迹自动切换到下一个相机进行跟踪，实现跟踪接力。
24.本发明所述云台相机监控系统，简称“ptz”：是指在安防监测应用中pan/tilt/zoom的缩写，ptz分别代表云台相机的左右、上下移动与镜头放大倍数。
25.所述云台：是指安装、固定手机、相机、摄像机的支撑设备。云台可以进行上下或者左右旋转，以适用应用场景。
26.所述世界坐标系：是指系统的绝对坐标系，世界坐标系可以是地理坐标系，例如，世界大地测量系统(world geodetic system，wgs84)，也可以是任何被固定定义的世界坐标系。
27.所述相机坐标系：相机坐标系以相机的光心作为原点，x轴指向相机的左右方向，y轴指向相机的上下方向，z轴指向相机所观察的方向，其随相机的移动而变化，所以为相对坐标系。
28.所述像素坐标系：图像像素坐标系为固定在图像上的以像素为单位的平面直角坐标系，其原点位于图像左上角，x轴与y轴平行于相机坐标系的x和y轴，其依托于相机坐标系，是相对坐标系。
29.所述监控球机：监控相机通常可包括监控球机和监控枪机两种类型，监控枪机即枪式摄像机，其安装位置固定，只能正对某观察位置，所以监测方位有限。监控球机即球形摄像机，其集摄像机系统、变焦镜头、电子云台于一体，监控球机可以根据现场情况和用户需求设置预置位巡航，并在重要点位设置停留时间和镜头拉近放大，以进行重点观测。
30.本发明提出一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法。
31.参看图1，本发明船舶跟踪接力方法，首先是船舶10在海面上移动，通过ais基站20
的ais识别系统进行识别；该ais基站20将船舶识别信息发送至数据处理平台30，该数据处理平台30根据分析计算得出船舶位置；所述数据处理平台30将船舶位置发送至监控球机 40对船舶进行监控跟踪。
32.参照图2，在本发明一实施例中，该基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，包括如下方法：步骤1）、ais系统识别船舶信息s100；步骤2）、ais系统将识别的信息发送至数据处理平台s200；步骤3）、数据处理平台分析计算船舶位置s300；步骤4）、数据处理平台将船舶位置信息发送至监控球机s400；步骤5）、监控球机对船舶进行监控跟踪识别s500。
33.本实施例，优选地，所述步骤1）ais系统识别船舶信息包括识别船舶动态信息和静态信息。
34.所述船舶动态信息包括船舶的船位、船速、改变航向率及航向等信息；所述船舶静态信息包括船舶的船名、呼号、吃水信息及危险货物信息等。
35.本实施例中，所述ais系统采集获取船舶的位置、航向、和航速等动态信息，并发送至数据处理平台处理。其中，ais识别系统系统布设在沿岸，在船舶驶入到ais识别系统识别区后，由ais识别系统实时地获取船舶的位置、航向和航速信息。以ais识别系统获取的实时信息为基础跟踪船舶，就可大大提高系统的工作精准度。
36.所述数据处理平台30接收到ais识别系统发送的船舶动态信息后，则可控制完成船舶的跟踪工作。
37.参看图3，图4，本实施例，进一步，优选地，所述步骤3）包括如下步骤：步骤a、利用船舶位置的经纬度与监控球机位置的经纬度计算出监控球机位置与船舶位置连线与正北方向的角度，然后再通过监控球机计算出球机转动的角度；得出云台相机监控系统的水平参数；步骤b、根据监控球机安装高度,根据勾股定理计算出俯仰角，得出云台相机监控系统的倾斜参数；步骤c、根据配置的监控球机倍率以及距离,算出需要放大或者缩小的倍率，得出云台相机监控系统的变焦参数。
38.所述监控球机包括有gis（地理信息）系统。
39.所述数据处理平台30根据船舶上报的位置经纬度先找到离船舶最近的监控点，然后通过经纬度计算转为设备的云台相机监控系统（ptz）；该ptz中的p—pan，本意是水平，本实施例中，代表水平参数；对应摄像头在水方向的旋转移动；ptz中的t—tilt，本意是倾斜，本实施例中，代表倾斜参数；对应摄像头在垂直方向的仰俯转动；ptz中的z—zoom，本意是指镜头的推近或拉远，对应摄像头的变焦功能；本实施例中，代表变焦参数；本发明所述云台相机监控系统的摄像头可全方位灵活转动实现全方位图像采集，并可以通过变焦控制获取所需的、更具针对性的影像；参看图3，本实施例中，所述数据处理平台利用船舶位置的经纬度与监控球机位置的经纬度计算出球机与船舶连线与正北方向的角度，然后再通过监控球机40本身的gis系统信息计算出球机转动的角度，得出云台相机监控系统的水平参数；
参看图4，然后再根据监控球机的安装高度，根据勾股定理计算出俯仰角,得出云台相机监控系统的倾斜参数；最后，根据配置监控球机的倍率以及距离，算出需要放大或者缩小的倍率,得出云台相机监控系统的倾斜参数。
40.本实施例，优选地，所述步骤5）包括监控球机对船舶进行实时录像，根据视频监控系统在显示屏上选择船舶。
41.本实施例，进一步，优选地，所述步骤5）还包括将选中的船舶目标为中心由摄像机进行自动联动跟踪，始终将选中目标显示在显示屏中。
42.本实施例中，所述跟踪就是ais系统数据上报一次，然后根据步骤4得出ptz信息，控制相机转动；所述接力是根据ais系统上报的经纬度信息获取离船舶最近的相机，随着ais系统的经纬度信息持续上报，获取的相机会发生变化，从而进行接力跟踪。
43.本实施例中，所述数据处理平台向监控球机发送计算得到的ptz控制参数，利用监控球机对船舶进行实时录像，依托视频监控系统的视频识别设备对识别结果的显示屏选择船舶。
44.所述监控球机对于目前进行跨境跟踪，可以以选中的船只目标为中心由摄像机进行自动联动跟踪，始终将选中目标显示在画面中间，以实现船舶跟踪接力方案。
45.本发明通过在船舶导航和监控系统中ais系统与船舶视频识别设备的优点，使用ais系统发现目标，通过计算ptz参数控制监控球机转到特定位置后，然后视频识别技术识别出船舶后自动跟踪船舶从而达到平滑跟踪的效果，解决了ais系统发现目标后不能及时查看跟踪目标图像信息的问题，克服现有技术中船舶跟踪监控过程无法全方位的对目标进行跟踪监控的缺陷；便于相关管理部门实现对船舶的全程不间断监控与管理，提高我国海上船舶的监控管理能力及船舶的航行安全。
46.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，其特征在于：包括如下方法：步骤1）、ais系统识别船舶信息；步骤2）、ais系统将识别的信息发送至数据处理平台；步骤3）、数据处理平台分析计算船舶位置；步骤4）、数据处理平台将船舶位置信息发送至监控球机；步骤5）、监控球机对船舶进行监控跟踪识别。2.根据权利要求1所述的基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，其特征在于：所述步骤1）ais系统识别船舶信息包括识别船舶动态信息和静态信息。3.根据权利要求1所述的基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，其特征在于：所述步骤3）包括如下步骤：步骤a、利用船舶位置的经纬度与监控球机位置的经纬度计算出监控球机位置与船舶位置连线与正北方向的角度，然后再通过监控球机计算出监控球机转动的角度；得出云台相机监控系统的水平参数；步骤b、根据监控球机安装高度，根据勾股定理计算出俯仰角，得出云台相机监控系统的倾斜参数；步骤c、根据配置的监控球机倍率以及距离，算出需要放大或者缩小的倍率，得出云台相机监控系统的变焦参数。4.根据权利要求3所述的基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，其特征在于：所述监控球机包括有gis系统。5.根据权利要求4所述的基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，其特征在于：所述步骤5）包括监控球机对船舶进行实时录像，根据视频监控系统在显示屏上选择船舶。6.根据权利要求5所述的基于ais系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，其特征在于：所述步骤5）还包括将选中的船舶目标为中心由摄像机进行自动联动跟踪，始终将选中目标显示在显示屏中。

技术总结
本发明公开一种基于AIS系统与视频算法的船舶跟踪接力方法，包括：1）、AIS系统识别船舶信息；2）、AIS系统将识别的信息发送至数据处理平台；3）、数据处理平台分析计算船舶位置；4）、数据处理平台将船舶位置信息发送至监控球机；5）、监控球机对船舶进行监控跟踪识别。本发明提供一种能够对船舶进行平滑跟踪以及跟踪接力，精确确定船舶位置，大大降低了船舶监控成本，操作简便，监控跟踪效果良好的一种基于AIS系统与视频算法的船舶跟踪接力方法。系统与视频算法的船舶跟踪接力方法。系统与视频算法的船舶跟踪接力方法。


技术研发人员：钟子洋 刘月胜 易中立 杨芝龙 石志国
受保护的技术使用者：中华人民共和国深圳海事局
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/6/27