本技術(shù)涉及船舶駕駛，尤其涉及一種靠離泊作業(yè)船舶姿態(tài)監(jiān)測方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著港口碼頭的船舶噸位和密集程度不斷地增加，船舶噸位大、慣性大，在靠離泊時存在穩(wěn)定性差、操作性弱的缺點(diǎn)，導(dǎo)致船舶靠離泊作業(yè)效率低，容易出現(xiàn)安全事故。拖輪是為大型貨輪提供拖帶、頂推、護(hù)航、搶險(xiǎn)救助等專業(yè)水上服務(wù)的特種作業(yè)船舶，是貨運(yùn)船舶進(jìn)出港、靠離泊過程中的重要安全保障力量，是港口生產(chǎn)不可或缺的重要一環(huán)。在大型船舶靠離泊過程中，可能需要多艘拖輪進(jìn)行輔助，拖輪由不同的駕駛員操縱，在協(xié)作靠離泊時，由于駕駛員經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知和操縱水平的不同，駕駛員無法及時感知船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)，船舶靠離泊作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例的主要目的在于提出一種靠離泊作業(yè)船舶姿態(tài)監(jiān)測方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲介質(zhì)，旨在為靠離泊作業(yè)中的拖輪進(jìn)行船舶的碰撞風(fēng)險(xiǎn)提醒，提高靠離泊作業(yè)的安全性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實(shí)施例的一方面提出了一種靠離泊作業(yè)船舶姿態(tài)監(jiān)測方法，包括以下步驟：

3、通過岸基的激光雷達(dá)陣列采集當(dāng)前目標(biāo)船舶的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

4、對所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

5、對所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取處理得到船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

6、根據(jù)所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)確定船舶當(dāng)前姿態(tài)；

7、通過姿態(tài)預(yù)測模型，根據(jù)所述船舶當(dāng)前姿態(tài)、船舶運(yùn)動參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和拖輪操縱參數(shù)確定船舶目標(biāo)姿態(tài)和船舶目標(biāo)速度；

8、根據(jù)所述船舶目標(biāo)姿態(tài)和所述船舶目標(biāo)速度確定碰撞概率，當(dāng)所述碰撞概率大于第一閾值，則向拖輪側(cè)終端發(fā)送異常預(yù)警。

9、在一些實(shí)施例中，所述對所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括以下步驟：

10、計(jì)算所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的離散點(diǎn)與所述離散點(diǎn)的每個領(lǐng)域點(diǎn)的平均距離，并根據(jù)所有平均距離確定全局均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

11、根據(jù)所述平均距離、所述全局均值和所述標(biāo)準(zhǔn)差確定所述離散點(diǎn)是否為噪聲點(diǎn)；

12、濾除所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲點(diǎn)得到第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

13、從所述第三點(diǎn)云數(shù)據(jù)中識別并濾除水面平面點(diǎn)，得到第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

14、在一些實(shí)施例中，所述對所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取處理得到船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括以下步驟：

15、基于高斯金字塔的不同尺度，對所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯模糊處理，得到不同尺度下的高斯模糊點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

16、根據(jù)相鄰尺度的高斯模糊點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分構(gòu)建差分高斯金字塔；

17、對所述差分高斯金字塔進(jìn)行預(yù)設(shè)圖像區(qū)域內(nèi)的極值檢測，確定特征關(guān)鍵點(diǎn)；

18、計(jì)算所述特征關(guān)鍵點(diǎn)的鄰域內(nèi)的每個像素的梯度信息；

19、根據(jù)每個像素的所述梯度信息構(gòu)建所述特征關(guān)鍵點(diǎn)的梯度方向直方圖，并根據(jù)所述梯度方向直方圖確定所述特征關(guān)鍵點(diǎn)的特征向量；

20、根據(jù)各個所述特征關(guān)鍵點(diǎn)的特征向量確定船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

21、在一些實(shí)施例中，所述根據(jù)所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)確定船舶當(dāng)前姿態(tài)，包括以下步驟：

22、通過迭代最近點(diǎn)算法將所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到地面坐標(biāo)系上；

23、根據(jù)配準(zhǔn)后的所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)中任意兩個點(diǎn)形成的第一直線的內(nèi)點(diǎn)集合；

24、從各個所述第一直線的內(nèi)點(diǎn)集合中選擇內(nèi)點(diǎn)數(shù)量最大的內(nèi)點(diǎn)集合確定為最大一致集；

25、以所有內(nèi)點(diǎn)到直線距離平方和最小為目標(biāo)，對所述最大一致集中的內(nèi)點(diǎn)進(jìn)行擬合確定目標(biāo)直線；

26、根據(jù)所述目標(biāo)直線確定船舶當(dāng)前姿態(tài)。

27、在一些實(shí)施例中，所述根據(jù)配準(zhǔn)后的所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)中任意兩個點(diǎn)形成的第一直線的內(nèi)點(diǎn)集合，包括以下步驟：

28、選擇配準(zhǔn)后的所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)中任意兩個點(diǎn)，形成第一直線；

29、計(jì)算所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)中所有點(diǎn)到所述第一直線的第一距離；

30、將所述第一距離大于距離閾值的點(diǎn)確定為所述第一直線的內(nèi)點(diǎn)，得到所述第一直線的內(nèi)點(diǎn)集合。

31、在一些實(shí)施例中，所述通過姿態(tài)預(yù)測模型，根據(jù)所述船舶當(dāng)前姿態(tài)、船舶運(yùn)動參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和拖輪操縱參數(shù)確定船舶目標(biāo)姿態(tài)和船舶目標(biāo)速度，包括以下步驟：

32、將所述船舶當(dāng)前姿態(tài)、船舶運(yùn)動參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和拖輪操縱參數(shù)輸入姿態(tài)預(yù)測模型，得到各個位置的船舶候選姿態(tài)和船舶候選速度；

33、根據(jù)岸基位置和?？糠秶_定目標(biāo)位置；

34、根據(jù)所述目標(biāo)位置對各個位置的所述船舶候選姿態(tài)和所述船舶候選速度進(jìn)行篩選，得到船舶目標(biāo)姿態(tài)和船舶目標(biāo)速度。

35、在一些實(shí)施例中，所述根據(jù)所述船舶目標(biāo)姿態(tài)和所述船舶目標(biāo)速度確定碰撞概率，包括以下步驟：

36、根據(jù)所述船舶目標(biāo)姿態(tài)和所述船舶目標(biāo)速度確定船舶法向速度；

37、根據(jù)所述船舶法向速度確定碰撞概率。

38、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實(shí)施例的另一方面提出了一種靠離泊作業(yè)船舶姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

39、第一模塊，用于通過岸基的激光雷達(dá)陣列采集當(dāng)前目標(biāo)船舶的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

40、第二模塊，用于對所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

41、第三模塊，用于對所述第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取處理得到船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

42、第四模塊，用于根據(jù)所述船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)確定船舶當(dāng)前姿態(tài)；

43、第五模塊，用于通過姿態(tài)預(yù)測模型，根據(jù)所述船舶當(dāng)前姿態(tài)、船舶運(yùn)動參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和拖輪操縱參數(shù)確定船舶目標(biāo)姿態(tài)和船舶目標(biāo)速度；

44、第六模塊，用于根據(jù)所述船舶目標(biāo)姿態(tài)和所述船舶目標(biāo)速度確定碰撞概率，當(dāng)所述碰撞概率大于第一閾值，則向拖輪側(cè)終端發(fā)送異常預(yù)警。

45、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實(shí)施例的另一方面提出了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括存儲器、處理器、存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的程序以及用于實(shí)現(xiàn)所述處理器和所述存儲器之間的連接通信的數(shù)據(jù)總線，所述程序被所述處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例所述的方法。

46、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)實(shí)施例的另一方面提出了一種存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)為計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，用于計(jì)算機(jī)可讀存儲，所述存儲介質(zhì)存儲有一個或者多個程序，所述一個或者多個程序可被一個或者多個處理器執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例所述的方法。

47、本技術(shù)提出的靠離泊作業(yè)船舶姿態(tài)監(jiān)測方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲介質(zhì)，其通過岸基的激光雷達(dá)陣列采集當(dāng)前目標(biāo)船舶的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取處理得到船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)船體特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)確定船舶當(dāng)前姿態(tài)，通過姿態(tài)預(yù)測模型，根據(jù)船舶當(dāng)前姿態(tài)、船舶運(yùn)動參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和拖輪操縱參數(shù)確定船舶目標(biāo)姿態(tài)和船舶目標(biāo)速度，根據(jù)船舶目標(biāo)姿態(tài)和船舶目標(biāo)速度確定碰撞概率，當(dāng)碰撞概率大于第一閾值，則向拖輪側(cè)終端發(fā)送異常預(yù)警。本技術(shù)能夠預(yù)測船舶未來的船舶目標(biāo)姿態(tài)和船舶目標(biāo)速度，然后預(yù)測未來碰撞概率，從而提前對拖輪駕駛員進(jìn)行提醒，提高靠離泊作業(yè)的安全性。