本發(fā)明涉及大數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航運(yùn)事業(yè)的不斷發(fā)展，海上船舶交通日益繁忙。提高海上船舶航行監(jiān)管力度，判別異?；顒?dòng)，對(duì)于營(yíng)造良好海洋秩序、保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有十分重要的意義。

2、隨著監(jiān)管單位信息化技術(shù)發(fā)展，雷達(dá)、ais、北斗數(shù)據(jù)采集技術(shù)有效支撐了監(jiān)管作業(yè)，但部分違法船只為了躲避偵察，往往會(huì)將ais和衛(wèi)星設(shè)備關(guān)閉。此時(shí)，監(jiān)控海域的雷達(dá)系統(tǒng)將成為檢測(cè)違法船只的唯一手段。然而在實(shí)際應(yīng)用中，雷達(dá)之間存在覆蓋間隙，雷達(dá)所發(fā)射的電磁波會(huì)遭到島嶼及大型船只的阻擋，海況和天氣也會(huì)影響雷達(dá)信號(hào)的接收，系統(tǒng)難以對(duì)海域上的船只進(jìn)行持續(xù)不斷的跟蹤，造成船只航跡出現(xiàn)中斷。

3、為判斷中斷前后的航跡是否屬于同一船只，目前往往需要經(jīng)驗(yàn)豐富的執(zhí)法人員進(jìn)行人工判斷，消耗了大量的人力和時(shí)間，也容易造成誤檢和漏檢。這表明單獨(dú)依靠雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行船舶監(jiān)管仍面臨著重大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決當(dāng)前利用雷達(dá)船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行船舶監(jiān)管過程中經(jīng)常出現(xiàn)船只航跡中斷，需要消耗大量人力和時(shí)間進(jìn)行人工判斷的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法。該方法利用計(jì)算機(jī)算法對(duì)接收的船舶雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，利用中斷前的船舶航跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)結(jié)果與中斷后的航跡進(jìn)行匹配，進(jìn)而融合中斷前后的船舶航跡，實(shí)現(xiàn)船舶雷達(dá)航跡的自動(dòng)連接。

2、本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

3、一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，其特征在于，包括以下步驟：

4、s1、對(duì)待處理的雷達(dá)航跡點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步清洗，根據(jù)監(jiān)控海域的經(jīng)緯度范圍，將航跡點(diǎn)中經(jīng)緯度超出范圍或位于陸地上的點(diǎn)進(jìn)行去除；

5、s2、對(duì)初步清洗后的雷達(dá)航跡點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為監(jiān)控海域所在緯度的投影坐標(biāo)；

6、s3、根據(jù)雷達(dá)航跡點(diǎn)的時(shí)間，選擇中斷點(diǎn)前的m個(gè)航跡點(diǎn)，按時(shí)間從先到后的順序依次設(shè)定為p1、p2、……、pm，各點(diǎn)的經(jīng)向坐標(biāo)分別為y1、y2、……、ym，各點(diǎn)的緯向坐標(biāo)分別為x1、x2、……、xm；

7、s4、對(duì)雷達(dá)航跡點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步清洗，從i＝1開始，對(duì)于pi、pi+1、pi+2這三個(gè)連續(xù)的航跡點(diǎn)，若滿足下式：

8、

9、則判定航跡點(diǎn)pi+1為錯(cuò)誤點(diǎn)，將其去除，后續(xù)從pi+2開始重復(fù)上述計(jì)算，否則判定航跡點(diǎn)pi+1為正常點(diǎn)，后續(xù)從pi+1開始重復(fù)上述計(jì)算；

10、s5、從進(jìn)一步清洗后剩余的航跡點(diǎn)中根據(jù)時(shí)間選擇中斷點(diǎn)前的n個(gè)航跡點(diǎn)，按時(shí)間從先到后的順序依次設(shè)定為p′1、p′2、……、p′n，各點(diǎn)的經(jīng)向坐標(biāo)分別為y′1、y′2、……、y′n，各點(diǎn)的緯向坐標(biāo)分別為x′1、x′2、……、x′n；

11、s6、獲取n個(gè)航跡點(diǎn)的航速與航向數(shù)據(jù)，分別設(shè)定為v1、v2、……、vn以及θ1、θ2、……、θn，對(duì)于第i個(gè)航跡點(diǎn)p′i，計(jì)算其經(jīng)度方向速度及緯度方向速度如下式所示：

12、

13、

14、s7、根據(jù)選定的航跡點(diǎn)，獲得各點(diǎn)之間的時(shí)間間隔δt，以及船舶的雷達(dá)id號(hào)ic；

15、s8、以勻變速直線運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，設(shè)置卡爾曼濾波的轉(zhuǎn)移矩陣為：

16、

17、設(shè)置卡爾曼濾波的測(cè)量矩陣為：

18、

19、設(shè)置卡爾曼濾波的過程噪聲系數(shù)為ε1，則對(duì)應(yīng)的卡爾曼濾波過程噪聲矩陣為：

20、

21、設(shè)置卡爾曼濾波的測(cè)量噪聲系數(shù)為ε2，則對(duì)應(yīng)的卡爾曼濾波測(cè)量噪聲矩陣為：

22、

23、根據(jù)已有的航跡點(diǎn)及上述設(shè)置，利用卡爾曼濾波進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到k個(gè)預(yù)測(cè)的航跡點(diǎn)，記為q1、q2、……、qk；

24、s9、對(duì)于第i個(gè)預(yù)測(cè)航跡點(diǎn)qi，尋找與其距離最近的其他船舶航跡點(diǎn)，記錄該點(diǎn)的雷達(dá)id號(hào)，記為ii；

25、s10、尋找i1、i2、……、ik當(dāng)中數(shù)量最多的的雷達(dá)id號(hào)，判定該雷達(dá)id號(hào)所對(duì)應(yīng)的船舶航跡即為中斷后的航跡，將其雷達(dá)id號(hào)重新設(shè)置為ic，從而完成船舶雷達(dá)航跡的連接。

26、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述s2步驟中，使用pyproj工具庫(kù)，將經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為監(jiān)控海域所在緯度的投影坐標(biāo)。

27、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述s8步驟中，使用opencv工具包的卡爾曼濾波函數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

28、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述s3步驟中所選擇的航跡點(diǎn)數(shù)量m，應(yīng)不小于s5步驟中所選擇航跡點(diǎn)數(shù)量n的4倍，以保證進(jìn)一步清洗后仍能選出足夠的航跡點(diǎn)。

29、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述s8步驟中預(yù)測(cè)得到的航跡點(diǎn)數(shù)量k應(yīng)不小于s5步驟中所選擇航跡點(diǎn)數(shù)量n，以充分利用已有數(shù)據(jù)。

30、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

31、1、本發(fā)明提供了一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，能夠?qū)崿F(xiàn)雷達(dá)船舶航跡的自動(dòng)連接，輔助執(zhí)法人員完成雷達(dá)船舶航跡的分析，有效提高船舶監(jiān)管工作的效率。

32、2、本發(fā)明通過經(jīng)緯度范圍對(duì)雷達(dá)船舶航跡點(diǎn)進(jìn)行初步清洗，通過點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離對(duì)雷達(dá)船舶航跡點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步清洗，避免了雷達(dá)波干擾所造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)被用于預(yù)測(cè)，從而提高航跡預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

33、3、本發(fā)明利用卡爾曼濾波算法，基于分段勻變速運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算復(fù)雜度較低，從而有效提高了該方法的應(yīng)用效率。

技術(shù)特征：

1.一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，其特征在于，所述s2步驟中，使用pyproj工具庫(kù)，將經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為監(jiān)控海域所在緯度的投影坐標(biāo)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，其特征在于，所述s8步驟中，使用opencv工具包的卡爾曼濾波函數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，其特征在于，所述s3步驟中所選擇的航跡點(diǎn)數(shù)量m，應(yīng)不小于s5步驟中所選擇航跡點(diǎn)數(shù)量n的4倍，以保證進(jìn)一步清洗后仍能選出足夠的航跡點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，其特征在于，所述s8步驟中預(yù)測(cè)得到的航跡點(diǎn)數(shù)量k應(yīng)不小于s5步驟中所選擇航跡點(diǎn)數(shù)量n，以充分利用已有數(shù)據(jù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)的船舶軌跡預(yù)測(cè)匹配方法，主要步驟如下：利用經(jīng)緯度范圍對(duì)待處理的雷達(dá)航跡點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步清洗；將雷達(dá)航跡點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為監(jiān)控海域所在緯度的投影坐標(biāo)；根據(jù)雷達(dá)航跡點(diǎn)的時(shí)間選擇中斷點(diǎn)前的部分航跡點(diǎn)；利用航跡點(diǎn)之間的距離對(duì)雷達(dá)航跡點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步清洗；從剩余的航跡點(diǎn)中根據(jù)時(shí)間選擇中斷點(diǎn)前的若干航跡點(diǎn)；根據(jù)航跡點(diǎn)的航速與航向計(jì)算其經(jīng)度方向速度及緯度方向速度；獲取航跡點(diǎn)之間的時(shí)間間隔及船舶雷達(dá)ID號(hào)；利用卡爾曼濾波預(yù)測(cè)得到若干個(gè)預(yù)測(cè)航跡點(diǎn)；尋找與預(yù)測(cè)航跡點(diǎn)距離最近的其他船舶航跡點(diǎn)并記錄雷達(dá)ID號(hào)；尋找出現(xiàn)數(shù)量最多的雷達(dá)ID號(hào)判定為中斷后的航跡；本方法可實(shí)現(xiàn)船舶雷達(dá)航跡漏點(diǎn)補(bǔ)充和自動(dòng)連接。

技術(shù)研發(fā)人員：王宇飛,廖廣軍,李紀(jì)成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東警官學(xué)院（廣東省公安司法管理干部學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10