基于多源数据的船只轨迹融合系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多源数据的船只轨迹融合系统及其实现方法，特别是对AIS系统、雷达和声纳设备输出的船只位置轨迹进行融合的系统及其实现方法。该系统包括：多包括多源数据交换机（100）和船只轨迹整合服务器（200）；所述的船只轨迹融合服务器（200）包括船只轨迹融合模块（310）和融合轨迹显示模块（320），所述的船只轨迹融合模块（310）将船只轨迹融合的结果传送给融合轨迹显示模块（320）；所述的融合轨迹显示模块（320），以图形、文本的方式显示在屏幕上展示给用户。该发明专利技术能有效地解决单一导航设备目标识别不准确与目标信息不丰富的问题，可自动地综合分析出船只的位置和属性，从而提高目标识别的准确性和目标跟踪的精度，并在一台终端上进行显示，为用户快速决策提供方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于多源数据的船只轨迹融合系统及其实现方法，特别是对AIS系统（船舶自动识别系统）、雷达和声纳设备输出的船只位置轨迹进行融合的系统及其实现方法。
技术介绍
AIS系统（船舶自动识别系统）、雷达和声纳设备，是对船只进行定位的有效手段，通常在一些大型船舶、油田平台上组合安装以上设备，对周围水域的水面及水下船只进行定位，避免航行船只之间、船只与平台之间发生碰撞事故。由于定位目标的机理不同，以上三种探测设备在对船只的定位上各具特点：如AIS系统是国际通用的辅助导航设备，是注册船只的标准配置设备，它利用卫星定位和无线通信原理，实现注册船只之间的位置及船名等信息的互通，但对未安装AIS系统的非注册船只（如一些小型渔船或货船等），却无法通过AIS系统获取位置信息；雷达利用船只对雷达电磁波的反射信号，来确认水面船只的位置，但不能区分该船只是注册船只还是非注册船只；声纳利用水声定位原理，可同时对水下或水面船只进行跟踪定位，但受垂直分辨率指标及水域深度的影响，一些普通声纳不能准确区分船只是航行在水面还是水下，更不能区分该船只是注册船只还是非注册船只。由于AIS系统、雷达和声纳设备都具备独立显示船只轨迹的功能，当它们同时发现同一条船只时，会在各自的屏幕上显示该船只的轨迹，操作人员需要在多台显示屏上仔细对比，才能确认轨迹是否是同一条船只。通过对AIS系统、雷达和声纳设备输出的船只位置轨迹进行融合，将融合后的船只轨迹、船只属性（如水面注册船只、水面非注册船只及水下目标）等信息统一展示给用户，能发挥各设备的特点，提升用户发现和确认船只位置及船只属性的效率。目前，国际和国内相关公司和科研机构都在开展船只轨迹融合方法的研究，包括对多部雷达或对多部声纳输出的船只轨迹进行融合的领域，或者是雷达与AIS系统数据的融合研究（船用ARPA雷达与AIS信息融合的实现，2009；基于AIS/雷达融合信息的船舶避碰终端设计与实现，2013）。然而，基于AIS系统、雷达和声纳设备输出的船只轨迹进行融合研究，在国内还没有先例。上述三种设备各具特点，表现船只位置的坐标、输出船只位置信息的时间与输出信息的周期都存在差异，它们各有技术上的优、缺点，而且它们提供的信息存在互补性和冗余性，将三者结合起来，则可实现各自技术缺陷的互补。研发基于AIS与雷达、和声纳数据信息的船只轨迹融合系统将有效地解决单一导航设备目标识别不准确与目标信息不丰富的问题，可自动地综合分析出船只的位置和属性，从而提高目标识别的准确性和目标跟踪的精度，并在一台终端上进行显示，为用户快速决策提供方便，进而实现船舶航行安全自动化，减轻船员的劳作强度及心理负担，确保海上人、船、货物安全。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的主要目的在于，提供一种能对AIS系统（船舶自动识别系统）、雷达和声纳设备输出的船只轨迹进行有效分析的基于多源数据的船只轨迹融合系统及其实现方法。为达到上述目的，本专利技术提出了一种基于多源数据的船只轨迹融合系统，该系统包括多源数据交换机（100）和船只轨迹整合服务器（200）；所述的多源数据接收交换机（100），通过以太网线和声纳、雷达和AIS系统的输出接口相连接，用于接收声纳、雷达和AIS探测或接收到的船只信息；所述的船只轨迹融合服务器（200），与所述的多源数据接收交换机（100）通信连接，用于存储接收到的声纳、雷达和AIS探测到的船只信息，对所述信息进行处理和分析，得到水下与水面注册或非注册船只的判断结果及其融合轨迹。在不同的时间接收到声纳、雷达和AIS探测到的船只信息，且声纳、雷达和AIS探测船只信息的周期也不相同；声纳、雷达探测船只信息包括航迹编号、极坐标下的船只位置、船只运动参数；AIS接收到的船只信息包括：船只注册信息、WGS-84坐标系下的船只位置、船只运动参数。进一步地，所述的船只轨迹融合服务器（200）包括船只轨迹融合模块（310）和融合轨迹显示模块（320），对声纳、雷达和AIS轨迹进行融合的运算处理器，以及存储和显示声纳、雷达、AIS轨迹和融合结果的存储器和显示器，其中所述的运算处理器，能实现逻辑运算功能，从而实现数据处理和程序运行等功能；所述的存储器，除能够存储声纳、雷达、AIS轨迹和融合结果外，还能存储用于执行本专利技术所述基于多源数据的船只轨迹融合系统的程序；所述的显示器，与所述的船只轨迹融合服务器（200）的视频输出口连接，用于显示声纳、雷达、AIS轨迹和轨迹融合结果；所述的船只轨迹融合模块（310）将船只轨迹融合的结果传送给融合轨迹显示模块（320）；所述的融合轨迹显示模块（320），用于根据用户的查询参数，将符合用户要求的船只融合轨迹，以图形、文本的方式显示在屏幕上展示给用户。进一步地，所述船只轨迹融合模块（310），包括船只位置坐标转换模块（311）、船只位置插值模块（312）、船只轨迹关联模块（313）、关联轨迹融合模块（314）、水下与水面船只判断模块（315）；所述的船只位置坐标转换模块（311）负责将接收到的声纳、雷达探测到的船只位置的极坐标转换到WGS-84坐标系下并传送给所述的船只位置插值模块（312）；所述的船只位置插值模块（312）对其他两组未收到的船只位置进行插值处理，使时间异步的声纳、雷达或AIS探测数据保持同步，并将数据传送到船只轨迹关联模块（313）；船只轨迹关联模块（313）将关联成功的数据传送给关联轨迹融合模块（314），将关联成功或失败的结果传送给水下与水面船只判断模块（315）；关联轨迹融合模块（314）将船只融合轨迹结果传送给船只轨迹融合模块（310）。进一步地，所述的船只位置坐标转换模块（311），包括声纳探测船只位置坐标转换模块和雷达探测船只位置坐标转换模块，用于将声纳、雷达和AIS输出的船只位置，转换到同一个坐标系下；所述的船只位置插值模块（312），用当前接收到的一组数据的时间为基准，该组数据可是声纳、雷达或AIS数据的任意一组，以其他还没收到的两组数据为插值对象进行船只位置插值，得到插值对象在当前时刻的位置估计值，起到两组估计值和一组实测值保持同步的作用，用于将声纳、雷达和AIS输出异步输出的船只位置，转换到同一个时间基准下；所述的船只轨迹关联模块（313），采用轨迹关联算法，分别对雷达和AIS探测数据、声纳和雷达探测数据、声纳和AIS探测数据、声纳和雷达/AIS融合数据进行运算，得到数据关联成功或失败的结果，并将所述的关联结果传送给水下与水面船只判断模块（315），将关联成功的数据送给关联轨迹融合模块（314），共主要用于识别声纳、雷达和AIS是否探测到同一船只；所述的关联轨迹融合模块（314），采用轨迹融合算法，对船只轨迹关联模块（313）传送来的两组船只轨迹数据进行处理，用于将声纳、雷达和AIS分别探测到同一船只的轨迹，融合成一个统一的轨迹；所述的水下与水面船只判断模块（315），依据船只轨迹关联模块（313）送来的数据关联成功或失败的信息，用于识别判断船只是水下船只还是水面注册或非注册船只；进一步地，所述声纳探测船只本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多源数据的船只轨迹融合系统，其特征在于包括多源数据交换机（100）和船只轨迹融合服务器（200），所述的多源数据接收交换机（100），通过以太网线和声纳、雷达和AIS系统的输出接口相连接，用于接收声纳、雷达和AIS探测或接收到的船只信息；所述的船只轨迹融合服务器（200），与所述的多源数据接收交换机（100）通信连接，用于存储接收到的声纳、雷达和AIS探测到的船只信息，对所述信息进行处理和分析，得到水下与水面注册或非注册船只的判断结果及其融合轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于多源数据的船只轨迹融合系统，其特征在于包括多源数据交换机（100）和船只轨迹融合服务器（200），
所述的多源数据接收交换机（100），通过以太网线和声纳、雷达和AIS系统的输出接口相连接，用于接收声纳、雷达和AIS探测或接收到的船只信息；
所述的船只轨迹融合服务器（200），与所述的多源数据接收交换机（100）通信连接，用于存储接收到的声纳、雷达和AIS探测到的船只信息，对所述信息进行处理和分析，得到水下与水面注册或非注册船只的判断结果及其融合轨迹。
2.根据权利要求1所述的基于多源数据的船只轨迹融合系统，其特征在于，所述的船只轨迹融合服务器（200）包括船只轨迹融合模块（310）和融合轨迹显示模块（320），对声纳、雷达和AIS轨迹进行融合的运算处理器，以及存储和显示声纳、雷达、AIS轨迹和融合结果的存储器和显示器，其中：
所述的运算处理器，能实现逻辑运算功能，从而实现数据处理和程序运行等功能；
所述的存储器，除能够存储声纳、雷达、AIS轨迹和融合结果外，还能存储用于执行本发明所述基于多源数据的船只轨迹融合系统的程序；
所述的显示器，与所述的船只轨迹融合服务器（200）的视频输出口连接，用于显示声纳、雷达、AIS轨迹和轨迹融合结果；
所述的船只轨迹融合模块（310）将船只轨迹融合的结果传送给融合轨迹显示模块（320）；
所述的融合轨迹显示模块（320），用于根据用户的查询参数，将符合用户要求的船只融合轨迹，以图形、文本的方式显示在显示器屏幕上展示给用户。
3.根据权利要求2所述的基于多源数据的船只轨迹融合系统，其特征在于，所述船只轨迹融合模块（310），包括船只位置坐标转换模块（311）、船只位置插值模块（312）、船只轨迹关联模块（313）、关联轨迹融合模块（314）、水下与水面船只判断模块（315）；
所述的船只位置坐标转换模块（311）负责将接收到的声纳、雷达探测到的船只位置的极坐标转换到WGS-84坐标系下并传送给所述的船只位置插值模块（312）；
所述的船只位置插值模块（312）对其他两组未收到的船只位置进行插值处理，使时间异步的声纳、雷达或AIS探测数据保持同步，并将数据传送到船只轨迹关联模块（313）；
船只轨迹关联模块（313）将关联成功的数据传送给关联轨迹融合模块（314），船只轨迹关联模块（313）将关联失败或成功的结果传送给水下与水面船只判断模块（315）进行判断船只是水下船只还是水面注册或非注册船只，关联轨迹融合模块（314）将关联和融合处理后的轨迹显示在所述船只图标后方，并在轨迹上加注发现该轨迹的设备名，然后水下与水面船只判断模块（315）将船只融合轨迹结果和船只判断的结果传送给船只轨迹显示模块（320）。
4.根据权利要求3所述的基于多源数据的船只轨迹融合系统，其特征在于，所述的船只位置坐标转换模块（311），包括声纳探测船只位置坐标转换模块和雷达探测船只位置坐标转换模块，用于将声纳、雷达和AIS输出的船只位置，转换到同一个坐标系下；
所述的船只位置插值模块（312），用当前接收到的一组数据的时间为基准，该组数据可为声纳、雷达或AIS数据的任意一组，以其他还没收到的两组数据为插值对象进行船只位置插值，得到插值对象在当前时刻的位置估计值，起到两组估计值和一组实测值保持同步的作用，用于将声纳、雷达和AIS输出异步输出的船只位置，转换到同一个时间基准下；
所述的船只轨迹关联模块（313），采用轨迹关联算法，分别对雷达和AIS探测数据、声纳和雷达探测数据、声纳和AIS探测数据、声纳和雷达/AIS融合数据进行运算，得到数据关联成功或失败的结果，船只轨迹关联模块（313）将所述的关联失败的结果传送给水下与水面船只判断模块（315），并将关联成功的数据送给关联轨迹融合模块（314），主要用于识别声纳、雷达和AIS是否探测到同一船只；
所述的关联轨迹融合模块（314），采用轨迹融合算法，对船只轨迹关联模块（313）传送来的两组船只轨迹数据进行处理，用于将声...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛启明，聂宝栋，杨静宇，
申请(专利权)人：中船重工昆明灵湖科技发展有限公司，中海石油中国有限公司天津分公司，中国船舶重工集团公司七五○试验场，
类型：发明
国别省市：云南;53