一種基于sar數(shù)據(jù)的船舶動態(tài)跟蹤與行為模式識別方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于基于雷達SAR技術，結合GPS、AIS等通信技術對海岸線覆蓋范圍以外的公共海域內(nèi)所有航行船只的類型及行為模式進行識別和動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)海上危險目標物信息的提取、分析，為正確部署安全措施提供技術依據(jù)。
【專利說明】—種基于SAR數(shù)據(jù)的船舶動態(tài)跟蹤與行為模式識別方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶行為動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，特別涉及一種船舶航行動態(tài)數(shù)據(jù)庫更新和行為模式識別的系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)各功能的實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002]船舶行為動態(tài)監(jiān)測方法有AIS船舶自動識別系統(tǒng)、GPS、雷達探測技術等。AIS系統(tǒng)通過無線電通信技術實現(xiàn)船舶信息傳輸與管理，目的在于識別船舶，協(xié)助進行目標跟蹤，簡化信息交換以及提供額外的信息，該方法適用于近海船舶監(jiān)管和海上船舶避碰。
[0003]傳統(tǒng)的GPS船舶動態(tài)監(jiān)測通過接收衛(wèi)星定位信號獲取船舶位置、航向和航速等信息，實現(xiàn)對船舶的日常管理和應急搜救工作，但該方法無法獲取相鄰船舶船名、船號、吃水深等靜態(tài)信息，且只適用于監(jiān)測具備GPS接收裝置的船只，無法實現(xiàn)對海上所有船只的綜合動態(tài)管理。
[0004]合成孔徑雷達(SAR)探測是一種主動式微波遙感，工作方式不受云、雨、霧的影響，可實現(xiàn)全天時、全天候監(jiān)測，尤其適用于海洋遙感監(jiān)測。SAR影像可用于海上船舶目標監(jiān)測、船舶類型識別，本發(fā)明將集成SAR數(shù)據(jù)、AIS系統(tǒng)等船舶監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)船舶動態(tài)跟蹤及船舶航行模式識別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本技術方案基于高分辨率星載SAR數(shù)據(jù)，通過信號處理和模式識別方法，得到船舶本身及周圍的相關信息，綜合3S技術、自動識別系統(tǒng)(AIS)、衛(wèi)星AIS、船只監(jiān)測系統(tǒng)(VMS)、遠程識別及跟蹤(LRIT)、以及其他可用的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對船舶行為全天時、全天候分析，鑒定船舶身份，預測船舶下一步行動，對海上船舶信息進行近實時分析與發(fā)布，實現(xiàn)低成本、快速、大范圍的海上交通監(jiān)測。
[0006]合成孔徑雷達(SAR)是主動式微波遙感，是一種通過接收傳感器本身發(fā)射的電磁波束的回波信號來識別目標物的技術，因微波具有極強的穿透能力，其工作不受云、雨、霧的影響，可實現(xiàn)全天時、全天候對地觀測，是一種非常有效的海上船舶監(jiān)測技術，對海洋遙感有特殊意義。本發(fā)明涉及兩方面的內(nèi)容，其一是構建船舶類型動態(tài)數(shù)據(jù)庫，其二是船舶行為模式的分析及預測。
[0007]1.船舶類型動態(tài)數(shù)據(jù)庫構建
本發(fā)明基于高時間和空間分辨率的SAR影像數(shù)據(jù)，依據(jù)圖像成像特征，借助船舶自動識別系統(tǒng)，提取海上船舶位置、類型等信息，并實時對目標船只類型進行更新和管理，從而構建船舶類型動態(tài)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)遠海船舶近實時動態(tài)監(jiān)控管理。
[0008]a)船只提取
海上船只船長由10米到上百米不等，因此對海上目標船舶的大小、類型、航向監(jiān)測與分析采用高分辨率星載SAR影像數(shù)據(jù)實現(xiàn)。基于高分辨率星載SAR數(shù)據(jù)的船舶類型識別首先對雷達影像前期數(shù)據(jù)處理，包括影像幾何糾正，對糾正后影像進行灰度值分割，其次根據(jù)SAR影像灰度信息實現(xiàn)海上船只目標的提取。
[0009]b)船舶類型識別
海上航行船只類型多樣，包括客船、貨船、油輪、集裝箱船、漁船，個別區(qū)域有不明船只分布(海盜船)，通過對海上船舶類型的識別實現(xiàn)可疑船舶信息的實時獲取，有助于及時采取有效應對措施從而保障船舶自身安全。船舶類型識別依據(jù)地面識別系統(tǒng)資料(衛(wèi)星AIS船舶自動識別系統(tǒng)、LRIT遠程識別跟蹤系統(tǒng)、VMS船只監(jiān)測系統(tǒng))，SAR影像上船只形狀、大小及長度紋理等成像特征及周邊環(huán)境。
[0010]本發(fā)明集成關聯(lián)衛(wèi)星AIS船舶自動識別系統(tǒng)、LRIT遠程識別跟蹤系統(tǒng)、VMS船只監(jiān)測系統(tǒng)進行船舶類型信息提取。安裝AIS設備的船只通過衛(wèi)星AIS和LRIT系統(tǒng)將船舶信息信號發(fā)送到衛(wèi)星，并由衛(wèi)星將信號發(fā)送至地面接收站，實現(xiàn)遠洋航行船舶的動態(tài)監(jiān)控。系統(tǒng)通過集成衛(wèi)星AIS、LRIT和VMS系統(tǒng)可獲取船舶國籍、類型、位置、方向等信息，根據(jù)船舶位置信息確定步驟a)中提取的目標船舶的類型，從而提取出合法安全船舶。
[0011]對于未裝載AIS和VMS設備的船只，本發(fā)明把船舶的結構特征作為SAR影像提取船舶類型的一種方式。由于不同類型船只的上層建筑存在差異，其在SAR影像上的表現(xiàn)形式也存在不同之處。貨輪為了多裝載貨物，往往將機艙設在船只的尾部；軍用艦艇常將駕駛機艙設置在船只中間，四周都裝有重型武器，而航空母艦為了給飛機空出飛行跑道，常將機艙設在船體的一側，甲板上除了機艙外沒有其他高層建筑。不同船舶結構特征在影像上的表現(xiàn)特征差異在于目標船舶的峰值差異和峰值在目標船舶的相對位置，因此根據(jù)船舶目標的峰值結構可作為船舶類型獲取的依據(jù)。
[0012]SAR影像上船舶類型分類依據(jù):(I)若船體只有I個較高的峰值且處于船只主軸線的尾部，則判斷該船只為油輪；(2)若在船只主軸線上有若干個離散的峰值點且這些峰值點中有I個高峰值信號和比該峰值點信號較矮的若干峰值點，則判斷該船只為干(散)貨船；(3)若船只有若干連續(xù)或相鄰很近的峰值點，而且這些峰值點位于船只主軸的兩偵L則判斷該船為集裝箱船。
[0013]c )動態(tài)數(shù)據(jù)庫建立
系統(tǒng)通過實時獲取最新SAR影像數(shù)據(jù)，對其進行船舶提取及類型識別，建立海上船舶信息時空數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)船舶數(shù)據(jù)庫近實時動態(tài)更新和維護，從而為海上航行安全提供動態(tài)監(jiān)控。
[0014]2.船舶行為模式分析預測
海上船只行為模式差異的分析，可作為分辨海上船只安全與否的依據(jù)之一。例如海上正常航行船舶的行為模式是直線航行，遵從固定的規(guī)則和模式，而非正常航行船舶的行為模式表現(xiàn)為航行軌跡不規(guī)則，航向航速不確定等特征，像海盜船、漁船等，如是海盜則為危險船只，需及時采取正確應對措施保障船舶航行安全。
[0015]船舶在一定時間段內(nèi)的航行路徑、航向、航速信息，可通過全天時、全天候的SAR影像數(shù)據(jù)分析獲取。系統(tǒng)通過實時獲取高時間、空間分辨率的SAR影像，獲取船舶目標位置及類型特征，提取未被確定為合法船只的多時相船舶信息，通過對多時相非合法船舶目標的對比分析，獲取船舶在該時間段內(nèi)的航行軌跡、航向等行為模式信息。并依據(jù)船舶行為模式預測未來幾個小時內(nèi)船舶可能發(fā)生的航行軌跡及行為方式。最后通過行為模式的差異進一步判斷船舶是否為可疑目標物，以及時對所管理船舶發(fā)出警報，便于船舶實施避讓、防衛(wèi)、等措施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為船舶航行動態(tài)數(shù)據(jù)庫構建過程，圖2為船舶行為模式分析過程。
【權利要求】
1.綜合SAR影像、衛(wèi)星AIS、船只監(jiān)測系統(tǒng)(VMS)通訊技術的海上船舶類型分析方法，實現(xiàn)海上所有船只的目標監(jiān)測及船舶類型分析。
2.系統(tǒng)基于遙感和通訊技術，實時接收衛(wèi)星影像和AIS等系統(tǒng)信號，通過系統(tǒng)的分析處理，獲取船舶類型航向、航速等信息，從而構建船舶航行信息動態(tài)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)近實時海上航行監(jiān)測。
3.依據(jù)船舶信息動態(tài)數(shù)據(jù)庫，分析船舶在某一時段內(nèi)航行軌跡，并預測船舶可能發(fā)生的行為模式。
【文檔編號】G08G3/00GK103714717SQ201210378956
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月9日 優(yōu)先權日:2012年10月9日
【發(fā)明者】萬碧玉, 馬蓉, 孫冰, 尹寧 申請人:北京東方道邇信息技術股份有限公司