一种智慧航标的船舶交通管理方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及智慧航标，公开了一种智慧航标的船舶交通管理方法及系统，方法包括以下步骤：S10：采集智慧航标周边环境的实时画面；捕捉实时画面中的运动目标，并判断运动目标是否进入预设电子围栏区域内，若进入，则发出“碰礁预警”警告信号；S20：获取智慧航标周边环境中过往船舶发送的船舶信息，船舶信息包括船舶的实时位置信息；根据船舶信息获取船舶的运行轨迹并预测其未来的运行轨迹；根据船舶未来的运行轨迹和预设交通冲突计算模型，计算两两船舶相撞的概率，若概率超过一预设阈值，则发出“撞船预警”警告信号。本发明专利技术能够感知水上交通行为，交通风险评估和告警针对性好，能够提高交通风险评估和告警准确率，提高警示传达效果。

【技术实现步骤摘要】
一种智慧航标的船舶交通管理方法及系统
本专利技术涉及智慧航标，尤其涉及一种智慧航标的船舶交通管理方法及系统。
技术介绍
航标是标识礁石、指示航道、引导航行的重要水上交通设施，目前传统航标仅具有灯光指示的功能，不能满足现代水上交通的管理需求，因此需要研发一种具有水上交通行为感知能力及风险告知的智慧型航标。由于航标设置在内河和海面上，无法使用现有电网供电，大多采用太阳能或潮汐能，因此能量供应有限，无法在航标上采用耗电量大的感知和通讯技术。如最为成熟的主动感知技术——雷达技术，由于雷达波束宽度有限，为了能够搜索整个海面，需要双电机云台，分别控制水平运动和垂直运动，电机作为电能转化为机械能的动力设备，耗电量较大，受到面积限制，太阳能电池采集的能源有限，无法供应电机云台二十四小时工作的能耗。还有例如采用激光三维扫描，超声波探测等方法感知，而此类技术都需要向1-3km距离的水上运动目标主动发射能量波，通过检测反射波来判定运动目标，所以仅仅将能量波发射至较远距离一项，就要消耗大量的能量，海上设施的整体体积限制了太阳能电池板面积，因此无法提供充足的能量，故智慧型航标设置时需要考虑能耗可行性。公告号为CN102514694B的专利文献为了解决雷达感知功耗大的问题，公开了一种“具有环形相控阵雷达的航标”，通过环形布置的24个相控阵天线，360度扫描方式采用电子控制而非机械转动，在一定程度上降低了能耗。但是无论如何优化，24个探索3公里以上的雷达天线的能耗还是会成为太阳能电池的巨大负担。此外，雷达的可视化效果一般，如果航标建立在沿海，陆地上的运动车辆将难以和海上船舶区分。除了航标外，VTS（VesselTrafficSystem，船舶交通管理）和AIS（AutomaticIdentificationSystem，船舶自动识别系统）也是目前船舶交通管理应用中的重要途径，但就目前的使用情况而言，两者的结合运用中普遍存在工作任务繁重、信息滞后、风险错误识别、风险发现不及时的情况。且交通指挥、风险告知的方式大多采用宏观指挥模式，即对较大区域内的船舶采用广播方式发布指挥指令，例如船舶交通广播电台，沿途的可变情报板等方式，指令统一且简单，不利于宏观区域交通效率提高。而对船舶个体而言，大多的路况信息，事故信息和自己不相关，因此对每个微观船舶个体而言，垃圾信息太多，和自身安全相关的有效信息容易被淹没在无关信息的海洋中，因此存在置身于外的驾驶心理，警剔心下降，导致交通警报警告效能下降。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够感知水上交通行为，交通风险评估和告警针对性好，能够提高交通风险评估和告警准确率，提高警示传达效果的智慧航标的船舶交通管理方法和系统。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种智慧航标的船舶交通管理方法，包括以下步骤：S10：采集智慧航标周边环境的实时画面；捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断所述运动目标是否进入预设电子围栏区域内，若进入，则发出“碰礁预警”警告信号；S20：获取智慧航标周边环境中过往船舶发送的船舶信息，所述船舶信息包括船舶的实时位置信息；根据所述船舶信息获取船舶的运行轨迹并预测其未来的运行轨迹；根据船舶未来的运行轨迹和预设交通冲突计算模型，计算两两船舶相撞的概率，若概率超过一预设阈值，则发出“撞船预警”警告信号。上述方案中，采用了两种物联网技术感知智慧航标周边环境的交通行为，能够有针对性的对智慧航标周边环境中的过往船舶发出碰礁风险告警提示和撞船风险告警提示；具体地，通过采集智慧航标周边环境的实时画面，即采用机器视觉的方法获取智慧航标周边环境中船舶的当下交通行为，从而能为智慧航标周边环境的船舶提示碰礁风险，机器视觉的运用提高了碰礁风险评估和告警的准确率；通过获取智慧航标周边环境中过往船舶发送的船舶信息后预测船舶未来的运行轨迹，并根据船舶未来的运行轨迹和预设交通冲突计算模型计算出船舶相撞的概率，即通过运行轨迹分析预测和交通冲突运算的方法提前获取船舶未来的交通行为，从而能为智慧航标周边环境的船舶提示撞船风险，有利于提高撞船风险评估和告警的准确率；上述方案中，不管是碰礁风险的告警还是撞船风险的告警，所提示的对象都是智慧航标周边环境中的船舶，由于智慧航标周边环境中的船舶一般数量较少，因此相比现有技术大范围的宏观广播，本方案的告警对象更有针对性，更能引起驾驶人的警觉，提高了警示传达效果，也有利于提高智慧航标周边环境的交通效率，此外，本方案中碰礁风险告警提示和撞船风险告警提示有进行区分，从而能够有针对性的发出安全驾驶警告，警告信息少而精，有利于提高船舶对危险行为响应速度。进一步地，所述步骤S10中通过甚高频无线电发出“碰礁预警”语音警告信号；所述步骤S20中通过甚高频无线电发出“撞船预警”语音警告信号。进一步地，所述步骤S10中还通过警笛和航标灯发出“碰礁预警”声光警告信号；所述步骤S20中还通过警笛和航标灯发出“撞船预警”声光警告信号。进一步地，所述步骤S10中还包括上传所述实时画面。进一步地，所述步骤S10中所述捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断所述运动目标是否进入预设电子围栏区域内，若进入，则发出“碰礁预警”警告信号包括：每间隔N秒获取一次所述实时画面的帧图像；将所述实时画面第iN秒的帧图像A导出三维矩阵a，在所述实时画面第（i+1）N秒的帧图像中添加预设电子围栏区域警戒线形成帧图像B并导出三维矩阵b，将所述三维矩阵b与所述三维矩阵a相减以获得三维矩阵c，将所述三维矩阵c转换为帧图像C，其中i=0,1,2....，N为预设的自然数；判断所述帧图像C中所述运动目标的像素点是否分布于预设电子围栏区域警戒线的两侧，若两侧均存在所述运动目标的像素点，则判定所述运动目标进入预设电子围栏区域内，发出“碰礁预警”警告信号。一种智慧航标的船舶交通管理系统，所述系统包括：监控摄像头，用于采集智慧航标周边环境的实时画面；告警模块，用于发出“碰礁预警”警告信号和“撞船预警”警告信号；工控机，用于捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断所述运动目标是否进入预设电子围栏区域内，若进入，则控制所述告警模块发出“碰礁预警”警告信号；接收模块，用于获取智慧航标周边环境中过往船舶发送的船舶信息，所述船舶信息包括船舶的实时位置信息；轨迹分析模块，用于根据所述船舶信息获取船舶的运行轨迹并预测其未来的运行轨迹；风险评估模块，用于根据船舶未来的运行轨迹和预设交通冲突计算模型，计算两两船舶相撞的概率，若概率超过一预设阈值，则控制所述告警模块发出“撞船预警”警告信号。进一步地，所述告警模块包括甚高频发射单元，用于通过甚高频无线电发出“碰礁预警”语音警告信号和“撞船预警”语音警告信号。进一步地，所述告警模块还包括警笛和航标灯。进一步地，所述系统还包括上传模块，用于上传所述实时画面至云端。一种智慧航标的船舶交通管理系统，所述系统包括智慧航标子系统、岸基支持子系统和云端子系统，所述智慧航标子系统包括：智慧航标本体；监控摄像头，用于采集所述智慧航标本体周边环境的实时画面；告警模块，用于通过甚高频无线电发出“碰礁预警”警告信号和“撞船预警”警告信号；工控机，用于捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断所述运动目标是否进入预设电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智慧航标的船舶交通管理方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：采集智慧航标周边环境的实时画面；捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断所述运动目标是否进入预设电子围栏区域内，若进入，则发出“碰礁预警”警告信号；S20：获取智慧航标周边环境中过往船舶发送的船舶信息，所述船舶信息包括船舶的实时位置信息；根据所述船舶信息获取船舶的运行轨迹并预测其未来的运行轨迹；根据船舶未来的运行轨迹和预设交通冲突计算模型，计算两两船舶相撞的概率，若概率超过一预设阈值，则发出“撞船预警”警告信号。

【技术特征摘要】
1.一种智慧航标的船舶交通管理方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：采集智慧航标周边环境的实时画面；捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断所述运动目标是否进入预设电子围栏区域内，若进入，则发出“碰礁预警”警告信号；S20：获取智慧航标周边环境中过往船舶发送的船舶信息，所述船舶信息包括船舶的实时位置信息；根据所述船舶信息获取船舶的运行轨迹并预测其未来的运行轨迹；根据船舶未来的运行轨迹和预设交通冲突计算模型，计算两两船舶相撞的概率，若概率超过一预设阈值，则发出“撞船预警”警告信号。2.根据权利要求1所述的一种智慧航标的船舶交通管理方法，其特征在于，所述步骤S10中通过甚高频无线电发出“碰礁预警”语音警告信号；所述步骤S20中通过甚高频无线电发出“撞船预警”语音警告信号。3.根据权利要求2所述的一种智慧航标的船舶交通管理方法，其特征在于，所述步骤S10中还通过警笛和航标灯发出“碰礁预警”声光警告信号；所述步骤S20中还通过警笛和航标灯发出“撞船预警”声光警告信号。4.根据权利要求1所述的一种智慧航标的船舶交通管理方法，其特征在于，所述步骤S10中还包括上传所述实时画面。5.根据权利要求1所述的一种智慧航标的船舶交通管理方法，其特征在于，所述步骤S10中所述捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断所述运动目标是否进入预设电子围栏区域内，若进入，则发出“碰礁预警”警告信号包括：每间隔N秒获取一次所述实时画面的帧图像；将所述实时画面第iN秒的帧图像A导出三维矩阵a，在所述实时画面第（i+1）N秒的帧图像中添加预设电子围栏区域警戒线形成帧图像B并导出三维矩阵b，将所述三维矩阵b与所述三维矩阵a相减以获得三维矩阵c，将所述三维矩阵c转换为帧图像C，其中i=0,1,2....，N为预设的自然数；判断所述帧图像C中所述运动目标的像素点是否分布于预设电子围栏区域警戒线的两侧，若两侧均存在所述运动目标的像素点，则判定所述运动目标进入预设电子围栏区域内，发出“碰礁预警”警告信号。6.一种智慧航标的船舶交通管理系统，其特征在于，所述系统包括：监控摄像头，用于采集智慧航标周边环境的实时画面；告警模块，用于发出“碰礁预警”警告信号和“撞船预警”警告信号；工控机，用于捕捉所述实时画面中的运动目标，并判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：李登峰，费巍，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35