基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，包括：利用雷达航迹最新时刻航迹点状态和航行计划历史关联结果进行初步关联判决，接着通过时间补偿和间隔采样构造航行计划和雷达航迹的匹配点集，然后在匹配点集中构造航迹段进行分段匹配，统计成功匹配的点数及在点集中的比例，计算空间相似度和时间相似度，最后通过综合关联判决得到关联结果。本发明专利技术在航行计划与雷达航迹的关联计算中采用分段匹配方法，利用若干航迹段的匹配反映航迹整体的相似性，有效减少野值点和偏航对关联结果的影响；在关联决策阶段，对匹配点数比例、空间相似度、匹配点数和时间相似度进行综合关联判决，提高关联结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法及系统
本专利技术涉及一种计划类信息数据处理方法，特别涉及一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法及系统。
技术介绍
航行计划是指船舶在接受航次命令后拟定的航行过程中有关航行安全保证的具体措施与对策。航行计划包括从泊位到泊位的全部流程、预计航行总时间、预计航线上的气象情况和海况、各转向点的经纬度、各段航线的航程和预计到达各转向点的时刻、复杂航段的航法以及对航线附近的危险物的避险手段、特殊航区的注意事项等。水上交通管制系统的目的是使航线上的船舶安全、有效、有计划地在水域中行驶，管制员需要对管制水域内的船舶动态进行实时监控。为了使管制员能够快速准确地识别船舶，掌握船舶的航行意图，提供安全有效的管制服务，水上交通管制系统需要将雷达等传感器实时探测到的目标航迹与已知的航行计划信息进行关联，从而确定雷达探测到的哪一个目标对应于哪一个航行计划。现有的航行计划与雷达航迹的关联方法主要基于最短距离或同一时刻的映射规则，将雷达航迹点映射到计划航线上，然后利用对应点之间的距离、航向差以及航速差等多种特征构造综合相似度，最后选取相似度最大雷达的航迹作为与航行计划匹配的目标航迹。在这些方法中，航行计划与雷达航迹的相似度是基于孤立点的信息构造的，不能较好地反映航行计划与雷达航迹的整体匹配情况，对于船舶实际航行路线与计划航线的偏离、雷达航迹的野值点以及航行时间延误等复杂情况的适应性较差。
技术实现思路
为解决目前的现有的航行计划与雷达航迹的关联方法中航行计划与雷达航迹的相似度是基于孤立点的信息构造的，不能较好地反映航行计划与雷达航迹的整体匹配情况，对于船舶实际航行路线与计划航线的偏离、雷达航迹的野值点以及航行时间延误等复杂情况的适应性较差的问题，有必要提供一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法及系统。一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其包括如下步骤：S1、读取航行计划：读取至少一条待关联的航行计划中的任意一条，初始化航行计划和雷达航迹的匹配点数集合、匹配点数比例集合、空间相似度集合和时间相似度集合；S2、判断是否存在未进行计算的雷达航迹，若是则执行步骤S3，否则执行步骤S7；S3、读取雷达航迹：读取其中一条未进行计算的雷达航迹；S4、初步关联判决：取未进行计算的雷达航迹最新时刻航迹点向航行计划作投影，综合考虑航行计划的历史关联结果、投影点的位置及投影距离，对航行计划与雷达航迹进行初步关联判决；S5、构造匹配点集：对航行计划进行时间补偿，计算时间相似度；在航行计划与雷达航迹的时间重叠区域内进行间隔采样和插值，构造航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集；S6、分段航迹匹配：分别从航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集的第一个航迹点开始依次设置为匹配参考点，对匹配参考点及在其之后的航迹点按顺序构造航迹段，通过比较各航迹段的长度和方向进行分段匹配；统计选取不同参考点时成功匹配的航迹点数，取最大值作为航行计划与雷达航迹的匹配点数，计算这些匹配点在整个点集中所占的比例及航行计划与雷达航迹的空间相似度；重复执行步骤S2至步骤S6直至不存在未进行计算的雷达轨迹；S7、综合关联判决：分别对匹配点数比例、空间相似度、匹配点数和时间相似度设置关联门限，进行综合关联判决；S8、输出关联结果：输出航行计划的关联结果，并更新航行计划的历史关联结果。一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联系统，其包括如下单元：航行计划读取单元，用于读取至少一条待关联的航行计划中的任意一条，初始化航行计划和雷达航迹的匹配点数集合、匹配点数比例集合、空间相似度集合和时间相似度集合；计算判断单元，用于判断是否存在未进行计算的雷达航迹，若是则执行雷达航迹读取单元，否则执行综合关联判决单元；雷达航迹读取单元，用于读取其中一条未进行计算的雷达航迹；初步关联判决单元，用于取未进行计算的雷达航迹最新时刻航迹点向航行计划作投影，综合考虑航行计划的历史关联结果、投影点的位置及投影距离，对航行计划与雷达航迹进行初步关联判决；构造匹配点集构造单元，用于对航行计划进行时间补偿，计算时间相似度；在航行计划与雷达航迹的时间重叠区域内进行间隔采样和插值，构造航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集；分段航迹匹配单元，用于分别从航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集的第一个航迹点开始依次设置为匹配参考点，对匹配参考点及在其之后的航迹点按顺序构造航迹段，通过比较各航迹段的长度和方向进行分段匹配；统计选取不同参考点时成功匹配的航迹点数，取最大值作为航行计划与雷达航迹的匹配点数，计算这些匹配点在整个点集中所占的比例及航行计划与雷达航迹的空间相似度；重复执行计算判断单元至分段航迹匹配单元直至不存在未进行计算的雷达轨迹；综合关联判决单元，用于分别对匹配点数比例、空间相似度、匹配点数和时间相似度设置关联门限，进行综合关联判决；输出关联结果输出单元，用于输出航行计划的关联结果，并更新航行计划的历史关联结果。本专利技术提供的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法及系统：首先利用雷达航迹最新时刻航迹点状态和航行计划历史关联结果进行初步关联判决，接着通过时间补偿和间隔采样构造航行计划和雷达航迹的匹配点集，然后在匹配点集中构造航迹段进行分段匹配，统计成功匹配的点数及在点集中的比例，计算空间相似度和时间相似度，最后通过综合关联判决得到关联结果。本专利技术的输入信息包括航行计划和雷达航迹。航行计划包括航行计划的起点、终点和各预计转向点的经纬度和计划到达时间，以及该航行计划的历史关联结果；雷达航迹包括航迹批号和各雷达航迹点的时间、经纬度等。其中，将航行计划中的起点、终点、转向点以及根据这些信息推算得到的其他航迹点统称为计划航迹点；航行计划中不存在时间相同的计划航迹点；将由两个航迹点确定的线段称为航迹段；航行计划的历史关联结果为上次关联计算中与其关联的雷达航迹批号，若历史关联结果未知或无雷达航迹与其关联则置为空。因此，本专利技术具有以下优点：(1)在航行计划与雷达航迹的关联计算中采用分段匹配方法，利用若干航迹段的匹配反映航迹整体的相似性，有效减少野值点和偏航对关联结果的影响；(2)在关联决策中，对匹配点数比例、空间相似度、匹配点数和时间相似度进行综合关联判决，提高关联结果的准确性。附图说明图1是本专利技术实施方式提供的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法流程图；图2是图1中步骤S6的子流程图；图3是本专利技术实施方式提供的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联系统的结构框图。具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其包括如下步骤：S1、读取航行计划：读取至少一条待关联的航行计划中的任意一条，初始化航行计划和雷达航迹的匹配点数集合、匹配点数比例集合、空间相似度集合和时间相似度集合。S2、判断是否存在未进行计算的雷达航迹，若是则执行步骤S3，否则执行步骤S7。S3、读取雷达航迹：读取其中一条未进行计算的雷达航迹。S4、初步关联判决：取未进行计算的雷达航迹最新时刻航迹点向航行计划作投影，综合考虑航行计划的历史关联结果、投影点的位置及投影距离，对航行计划与雷达航迹进行初步关联判决。S5、构造匹配点集：对航行计划进行时间补偿，计算时间相似度；在航行计划与雷达航迹的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、读取航行计划：读取至少一条待关联的航行计划中的任意一条，初始化航行计划和雷达航迹的匹配点数集合、匹配点数比例集合、空间相似度集合和时间相似度集合；S2、判断是否存在未进行计算的雷达航迹，若是则执行步骤S3，否则执行步骤S7；S3、读取雷达航迹：读取其中一条未进行计算的雷达航迹；S4、初步关联判决：取未进行计算的雷达航迹最新时刻航迹点向航行计划作投影，综合考虑航行计划的历史关联结果、投影点的位置及投影距离，对航行计划与雷达航迹进行初步关联判决；S5、构造匹配点集：对航行计划进行时间补偿，计算时间相似度；在航行计划与雷达航迹的时间重叠区域内进行间隔采样和插值，构造航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集；S6、分段航迹匹配：分别从航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集的第一个航迹点开始依次设置为匹配参考点，对匹配参考点及在其之后的航迹点按顺序构造航迹段，通过比较各航迹段的长度和方向进行分段匹配；统计选取不同参考点时成功匹配的航迹点数，取最大值作为航行计划与雷达航迹的匹配点数，计算这些匹配点在整个点集中所占的比例及航行计划与雷达航迹的空间相似度；重复执行步骤S2至步骤S6直至不存在未进行计算的雷达轨迹；S7、综合关联判决：分别对匹配点数比例、空间相似度、匹配点数和时间相似度设置关联门限，进行综合关联判决；S8、输出关联结果：输出航行计划的关联结果，并更新航行计划的历史关联结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、读取航行计划：读取至少一条待关联的航行计划中的任意一条，初始化航行计划和雷达航迹的匹配点数集合、匹配点数比例集合、空间相似度集合和时间相似度集合；S2、判断是否存在未进行计算的雷达航迹，若是则执行步骤S3，否则执行步骤S7；S3、读取雷达航迹：读取其中一条未进行计算的雷达航迹；S4、初步关联判决：取未进行计算的雷达航迹最新时刻航迹点向航行计划作投影，综合考虑航行计划的历史关联结果、投影点的位置及投影距离，对航行计划与雷达航迹进行初步关联判决；S5、构造匹配点集：对航行计划进行时间补偿，计算时间相似度；在航行计划与雷达航迹的时间重叠区域内进行间隔采样和插值，构造航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集；S6、分段航迹匹配：分别从航行计划匹配点集和雷达航迹匹配点集的第一个航迹点开始依次设置为匹配参考点，对匹配参考点及在其之后的航迹点按顺序构造航迹段，通过比较各航迹段的长度和方向进行分段匹配；统计选取不同参考点时成功匹配的航迹点数，取最大值作为航行计划与雷达航迹的匹配点数，计算这些匹配点在整个点集中所占的比例及航行计划与雷达航迹的空间相似度；重复执行步骤S2至步骤S6直至不存在未进行计算的雷达轨迹；S7、综合关联判决：分别对匹配点数比例、空间相似度、匹配点数和时间相似度设置关联门限，进行综合关联判决；S8、输出关联结果：输出航行计划的关联结果，并更新航行计划的历史关联结果。2.如权利要求1所述的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11、读取航行计划：读取航行计划Pi，其中1≤i≤M，M为正整数；S12、初始化匹配分数：将匹配点数集合UMatchNum＝{MatchNum1,MatchNum2,…,MatchNumN}、匹配点数比例集合UMatchRate＝{MatchRate1,MatchRate2,…,MatchRateN}、空间相似度集合UDisScore＝{DisScore1,DisScore2,…,DisScoreN}和时间相似度集合UTimeScore＝{TimeScore1,TimeScore2,…,TimeScoreN}中的所有元素设置为0。3.如权利要求2所述的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其特征在于：其中步骤S1中有N条待关联的雷达航迹{S1,S2,…SN}，其中步骤S3中读取其中任一条未进行计算的雷达航迹记作Sj，其中1≤j≤N，N为正整数。4.如权利要求3所述的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下子步骤：S41、航迹点投影：取Sj最新时刻的航迹点，记作SHeadj；过SHeadj分别向Pi的各个相邻航迹点确定的计划航迹段作垂线，将垂足作为SHeadj在该航迹段上的投影点；若垂足在航迹段的延长线上，则将与SHeadj距离较近的航迹段端点作为SHeadj在该航迹段上的投影点；最后采用枚举法从SHeadj在所有航迹段的投影点中选取与SHeadj距离最近的点作为SHeadj在Pi上的投影点，记作PHeadj；若距离最近的投影点存在多个，则选取时间最新的投影点作为PHeadj；S42、雷达航迹状态判决：若PHeadj为Pi的起点或终点，则认为Sj的当前状态不在Pi的计划范围内，执行S2；否则执行步骤S43；S43、历史关联结果判决：取Pi的历史关联结果，若历史关联结果不为空，且与Sj的批号一致，则执行步骤S5；否则执行步骤S44；S44、投影距离判决：设置初步关联距离阈值DisTH1，用航迹点经纬度计算PHeadj和SHeadj之间的距离Dis1，若Dis1≥DisTH1，则执行步骤S2；否则执行步骤S5。5.如权利要求4所述的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其特征在于，所述步骤S5包括如下子步骤：S51、计算投影点时间：用PHeadj所在航迹段两端点的预计到达时间，根据PHeadj在航迹段中的位置，通过线性插值计算出PHeadj的航迹点时间，记作PHeadj.Time；S52、计算时间相似度：将SHeadj的航迹点时间记作SHeadj.Time，计算时间差TimeDiffj＝SHeadj.Time-PHeadj.Time，进而计算Pi与Sj的时间相似度其中TimeDiffj的单位为秒，σTime为时间相似度公式的尺度参数；S53、更新投影点时间：用PHeadj的信息构造航迹点PHead′j，将PHead′j的航迹点时间设置为SHeadj.Time；S54、创建匹配点集：创建两个空链表，分别作为航行计划匹配点集PListj和雷达航迹匹配点集SListj，将PHead′j插入到PListj尾部，将SHeadj插入到SListj尾部；S55、时间补偿：用Pi的信息构造航行计划Pij，将Pij中所有航迹点的时间Pij.Time设置为Pij.Time+TimeDiffj；S56、设置采样参数：令航迹采样间隔N＝10，令当前采样时刻CurTime＝SHeadj.Time；S57、间隔采样：将Sj中CurTime时刻对应的雷达航迹点记作scurt，在Sj中从scurt开始沿着时间减小的方向选取第N个雷达航迹点，记作ssamp；若scurt之前的雷达航迹点不足N个，则执行步骤S6；否则执行步骤S58；S58、选取计划航迹点：将ssamp的航迹点时间记作ssamp.Time，若P′ij中存在计划航迹点pnode的时间Time满足Time≥ssamp.Time且Time≤CurTime，则执行步骤S59；否则执行步骤S510；S59、插入计划航迹点及对应的雷达航迹点：若pnode只有一个，则将pnode插入到PListj尾部，然后在Sj中通过线性插值求取Time时刻的雷达航迹点，并将其插入到SListj尾部；若pnode存在多个，则将各点按照时间从大到小的顺序依次插入到PListj尾部，然后在Sj中通过线性插值依次求取对应时刻的雷达航迹点，并依次插入到SListj尾部；S510、插入雷达航迹点及对应的计划航迹点：判断ssamp.Time是否小于Pij起点的航迹点时间，若是则执行步骤S6；否则将ssamp插入到SListj尾部，在Pij中通过线性插值求取ssamp.Time时刻的计划航迹点，并将其插入到PListj尾部，令CurTime＝ssamp.Time，执行步骤S57。6.如权利要求5所述的基于分段匹配的航行计划与雷达航迹关联方法，其特征在于，所述步骤S6包括如下子步骤：S61、设置航行计划和雷达航迹的匹配参考点：选取PListj的头结点作为航行计划的匹配参考点PRef，选取SListj的头结点作为雷达航迹的匹配参考点SRef；S62、设置临时匹配点数：设置临时匹配点数Num＝1；S63、计算临时空间相似度：用航迹点经纬度计算PRef和SRef之间的距离Dis2，计算临时空间相似度其中Dis2的单位为公里，σDis为距离相似度公式的尺度参数；S64、设置计划航迹段和雷达航迹段的起点：选取PRef作为计划航迹段的起点PStart，选取SRef作为雷达航迹段的起点SStart；S65判断航迹点起点是否为链表的尾节点：判断PStart和SStart是否为链表的尾节点，若是则执行S613；否则执行S66；S66、设置计划航迹段和雷达航迹段的终点：选取PListj中PStart的下一点作为计划航迹段的终点PEnd，选取SListj中SStart的下一点作为雷达航迹段的终点SEnd；S67、计算航迹段长度和航迹段方向：将以PStart为起点PEnd为终点的计划航迹段记作PSeg，将以SStart为起点SEnd为终点的雷达航迹段记作SSeg；定义航迹段长度为起点与终点间的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂一田，余昀，张必银，刘颢，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42