一種基于ais系統(tǒng)的水域安防報警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法,首先，將需防護設施所處水域劃分為網(wǎng)格，依據(jù)網(wǎng)格坐標、設施坐標、設施特征參數(shù)等建立安防管理表，同時建立預警與報警參數(shù)設置表；其次，當接收到船載式AIS系統(tǒng)傳來的船舶信息時，從信息中提取各種參數(shù)，使用船只位置坐標檢索安防管理表格中的設施坐標及設施的外形特征參數(shù)；然后針對不同的設施，使用不同的算法得到船只與設施的距離，并判斷船只與設施的距離、船只速度是否滿足設定的預警或報警條件。本發(fā)明可對水面和水下設施進行保護，并且可由用戶靈活設置預警和報警條件，可以快捷、準確的對危險船只進行預警和報警，適用范圍廣﹑使用靈活，為水域設施提供了安全保障，具有一定的經(jīng)濟價值。
【專利說明】
一種基于Al S系統(tǒng)的水域安防報警方法
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于AIS(Automatic Identification System)船舶自動識別系 統(tǒng)的水域安防報警方法，具體涉及一種基于Al S( Automat ic Identif i cat ion System)系統(tǒng) 的水域安防報警方法，屬于保護海洋、河流、湖泊水面和水下設施安全的安防技術領域。
【背景技術】
[0002] -般來說，布放在海洋、河流、湖泊的水面和水下設施，不可避免的會受到來自水 面航行、作業(yè)船只的影響，有時甚至發(fā)生船只與水面設施(如海上油田導管架、作業(yè)平臺等） 發(fā)生碰撞、船只錨鏈損傷水下管線等行為事故，嚴重危害水面和水下設施的安全。通過AIS 系統(tǒng)獲取船只位置，分析船只與設施的安全距離，并將危險提示信息及時通知作業(yè)船只，對 避免或減少災害的發(fā)生有著重要的意義。
[0003] 目前利用AIS系統(tǒng)是獲取船只航行信息的一種較為可靠的方式，AIS系統(tǒng)是國際通 用的輔助導航設備，也是我國強制要求河、海航運船只必須配置的導航設備，能夠全面提供 本船的各種信息，同時也能夠接收其他船舶發(fā)出的信息。國內(nèi)相關單位和個人基于AIS系統(tǒng) 開展了發(fā)明或創(chuàng)新，并申請了相關專利：
[0004] 中國發(fā)明專利"基于AIS系統(tǒng)的船舶數(shù)據(jù)表繪制方法"（CN 102855308 A)公開了一 種利用AIS數(shù)據(jù)在海圖中繪制船舶數(shù)據(jù)的方法。該發(fā)明將屏幕劃分為大小相同的多個單元 格，同時判斷接收到的AIS數(shù)據(jù)單元格是否已被標記繪制在海圖上的位置。該方法的主要目 的是利用AIS數(shù)據(jù)確定水面船只的位置，以便清晰的顯示海圖的信息。由于不能獲取油田水 面及水下設施的位置信息和缺乏自動報警的方法，無法對可能危害油田設施的船只進行報 警。
[0005] 中國發(fā)明專利"一種集成AIS的3G漁船防碰撞終端"（CN 202563703 U)公開了一種 利用微處理器獲取船只自身GPS數(shù)據(jù)和其他船只AIS數(shù)據(jù)進行報警的設備，該設備是通過識 別其他船只與設備之間的位置，進行船只之間的報警，滿足60馬力以下小型漁船防碰撞的 安全要求。該設備只是利用船只之間的AIS數(shù)據(jù)進行預警，由于無法獲取水域設施的位置， 不能對水域設施進行保護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術問題是提出一種基于AIS系統(tǒng)的安防報警方法，該方法對安 防區(qū)域的水面、水下設施的位置及外形尺寸進行管理，在收到AIS系統(tǒng)所提供的船只航行信 息后，快速識別船只附近水域的設施，采用不同的算法解算出船只與設施、船只與弧形管 纜、船只與直線管纜的最短距離，綜合距離和速度條件進行報警，避免船只損壞設施的事故 發(fā)生。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法， 包括以下步驟，
[0008] 步驟1:將防護區(qū)域劃分為等間距的網(wǎng)格，把每個網(wǎng)格4個端點坐標的經(jīng)煒度數(shù)據(jù) 依次存儲在安防管理表中，當網(wǎng)格代表的區(qū)域中分布有設施時，將設施的位置、設施名稱、 設施外形特征參數(shù)，填入該網(wǎng)格對應的安防管理表中，其中，設施外形特征參數(shù)包括設施類 另IJ、管纜起點坐標、管纜終點坐標、弧線管纜圓心坐標及弧線半徑、水面建筑幾何中心坐標， 水面建筑幾何中心至設施邊沿最長距離，并將設施建立預警參數(shù)和報警參數(shù)，預警參數(shù)包 括預警船只速度、預警船只與水面設施最短距離和預警船只與水下管纜最短距離，報警參 數(shù)包括報警船只速度、報警船只與水面設施最短距離和報警船只與水下管纜最短距離；
[0009]步驟2:接收到船載AIS系統(tǒng)傳來的信息時，從該信息中提取船只位置坐標、速度、 注冊MMSI編號和船只名稱，使用船只位置坐標與安防管理表中存儲的網(wǎng)格坐標逐一比較， 船只位置坐標的X值和y值都落在某網(wǎng)格坐標區(qū)域內(nèi)時，如果該網(wǎng)格中有設施，讀取設施外 形特征參數(shù)；
[0010]步驟3:解算并判定上述船只與周邊設施之間的距離是否大于設定的安全距離，并 綜合船只速度信息后決定是否預警和報警，當不需要預警和報警時重復步驟2,需要預警和 報警時，顯示危險船只的MSSI編號和船名，并在警示信息前添加危險船只的MMSI編號，通過 岸基式AIS系統(tǒng)將警示信息傳輸?shù)皆撐ｋU船只的船載式AIS系統(tǒng)上。
[0011]進一步的，所述步驟1中的設施分為水面設施、水下直線管纜和水下弧線管纜。
[0012] 進一步的，設施類別包含設施分類標識，其中，水面設施標識為P、水下直線管纜標 識為Z以及水下弧線管纜標識為H。
[0013] 進一步的，當設施為水面設施時，求解船只與設施之間的距離的方法為，設船只位 置坐標為(x、y)，水面建筑幾何中心位置坐標為〇(x〇、y〇)，水面建筑幾何中心至設施邊沿最 長距離L，船只與水面設施距離按式
進行計算。
[0014] 進一步的，當設施為水下直線管纜時，求解船只與管纜之間的距離的方法為，設船 只位置坐標為(x、y)、管纜起點坐標為(xl、yl)、管纜終點坐標為(x2、y2)，直線管纜用直線 方程2,（71_72)1+(12-?1)7+1172-?271 = 0表示，船只到該水下直線管纜的垂直距離0按式 3，
[0015]
[0016] 進一步的，當設施為水下弧線管纜時，求解船只與弧線管纜之間的距離的方法為， 設船只位置坐標為(x、y)，當船只接近弧線管纜時，通過弧線管纜的圓心坐標〇(xc、yc)、圓 弧半徑R、船只的坐標(X、y )、船只與圓弧位置關系，計算船只和圓弧的距離D按式4，
[0017]
[0018]進行計算。
[0019]工作原理是:首先，將需防護設施所處水域劃分為網(wǎng)格，依據(jù)網(wǎng)格坐標、設施坐標、 設施特征參數(shù)等建立安防管理表，同時建立預警與報警參數(shù)設置表;其次，當接收到船載式 AIS系統(tǒng)傳來的船舶信息時，從信息中提取船只位置坐標、船只速度、船只注冊的MMSI編號 和船只名稱，使用船只位置坐標檢索安防管理表格中的設施坐標及設施的外形特征參數(shù)； 然后針對不同的設施，使用不同的算法得到船只與設施的距離，并判斷船只與設施的距離、 船只速度是否滿足設定的預警或報警條件，當滿足條件時，通過岸基式AIS系統(tǒng)將危險船只 的MMSI編號、船只名稱、警示信息發(fā)送到船載AIS系統(tǒng)上，提示危險船只注意航行，避免損壞 水面及水下設施。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:通過預先劃分并存儲防護區(qū)域網(wǎng)格，精確的提供了水域設 施的位置信息，獲得AIS數(shù)據(jù)后可快速識別船只附近的設施及設施的位置，并準確計算出船 只與水域設施的距離。利用安防管理表便捷的過濾了不必要的設施位置數(shù)據(jù)，提高了計算 效率，通過數(shù)據(jù)表的位置比較大大提高了安全警報的響應速度。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)方法流程圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的防護區(qū)域網(wǎng)格與設施編號示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的安防管理表示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明的預警與報警參數(shù)表示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明：
[0026]本發(fā)明基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法，步驟1如附圖3所示，將防護區(qū)域劃分成 等間隔的網(wǎng)格，標注網(wǎng)格區(qū)域四個頂點位置的經(jīng)煒度數(shù)據(jù)，將網(wǎng)格頂點坐標的經(jīng)煒度數(shù)據(jù) 依次存儲為安防管理表圖3;建立預警與報警參數(shù)表圖4,按設施分類預設定預警與報警的 船只最低速度和最短距尚。
[0027]如果網(wǎng)格中有油田設施，按下述方法將油田設施信息填入圖3中，形成可依據(jù)船只 位置查詢附近設施名稱及位置信息的檢索表:水面設施類:設施名稱、設施幾何中心位置坐 標、設施幾何中心〇(x〇、y〇)至設施邊沿最長距離L;水下管纜直線段:管纜名稱、管纜直線段 兩個端點的坐標4(11， 71)、8(12,72);水下管纜弧線段:管纜名稱、管纜弧線段的圓心坐標〇 (xc、yc)、端點坐標(xs，ys)和(xe，ye)、半徑R 0
[0028] 在本發(fā)明中，安防管理表、預警與報警參數(shù)表中的參數(shù)及參數(shù)排列可以根據(jù)具體 運用對象設定，不僅僅局限與本發(fā)明中所提供的列表。
[0029] 本步驟中使用經(jīng)煒度數(shù)據(jù)形成索引表可以獲得精確的地理位置信息;建立設施名 稱及位置檢索表則準確的存儲了水域設施的位置信息，保證了后續(xù)數(shù)據(jù)的準確、高效的解 算。
[0030] 步驟2,接收到船載AIS系統(tǒng)傳來的信息時，從該信息中提取船只位置坐標、速度、 注冊MMSI編號和船只名稱，使用船只位置坐標與安防管理表中存儲的網(wǎng)格坐標逐一比較， 船只位置坐標的X值和y值都落在某網(wǎng)格坐標區(qū)域內(nèi)時，如果該網(wǎng)格中有設施，讀取設施外 形特征參數(shù)；
[0031] 上述步驟2更為具體的是，當接收到AIS系統(tǒng)傳來的信息時，從信息中提取船只位 置坐標(x、y)、船只速度和船只注冊MMSI編號，該編號具有全球唯一性。使用船只位置坐標 與安防管理表圖3中的網(wǎng)格坐標比較，當識別船只位置坐標的x值和y值都落在某網(wǎng)格坐標 區(qū)域內(nèi)時，可獲取該網(wǎng)格編號，當檢索到網(wǎng)格中有水面設施時，讀出設施名稱、設施幾何中 心位置坐標、設施幾何中心至設施邊沿最長距離；當檢索到網(wǎng)格中有水下管纜設施時，讀出 水下管纜名稱，如果為直線段管纜，則讀出直線段管纜兩個端點的坐標，如果為弧線段管 纜，則讀出管纜弧線段的圓心坐標、端點坐標、半徑，如果網(wǎng)格中的管纜同時包括直線段和 弧線段，則同時讀出直線段管纜和弧線段管纜的相關參數(shù)。
[0032]步驟3,解算并判定上述船只與周邊設施之間的距離是否大于設定的安全距離，并 綜合船只速度信息后決定是否預警和報警，當不需要預警和報警時重復步驟2,需要預警和 報警時，顯示危險船只的MSSI編號和船名，并在警示信息前添加危險船只的MMSI編號，通過 岸基式AIS系統(tǒng)將警示信息傳輸?shù)皆撐ｋU船只的船載式AIS系統(tǒng)上。
[0033] 上述步驟3更為具體的是，用船只位置坐標與設施外形特征參數(shù)來解算船只與設 施之間的距離，當船只速度、船只與設施之間的距離同時小于或等于預警與報警參數(shù)表中 設定的預警距離和預警速度時，判斷該船只為預警船只；如果速度與距離同時小于或等于 預警與報警參數(shù)表中設定的報警距離和報警速度時，判斷該船只為報警船只，此時通過岸 基式AIS系統(tǒng)將警示信息傳輸?shù)皆擃A警船只的船載式AIS系統(tǒng)上，提醒該船只附近有設施， 請盡快駛離或小心駕駛，不需要預警或報警時重復步驟2。
[0034] 根據(jù)檢索到的設施類型，水面設施、水下直線管纜、水下管纜弧線段和設施位置信 息，解算船只與設施距離：
[0035] (1)船只與水面設施距離。船只位置坐標為(x、y)、水面建筑幾何中心位置坐標為0 (x〇、y〇)、水面建筑幾何中心至設施邊沿最長距離L，船只與水面設施距離按式1計算：
式
[0036]
[0037] (2)船只與水下直線管纜或水下管纜直線段的距離。水下直線管纜或水下管纜直 線段兩個端點坐標為(11，71)，（^，72)，可用直線方程用式2表示：
[0038] (yl-y2)x+(x2-xl )y+xly2-x2yl = 0 式 2
[0039] 船只位罟也說士" 'Λ船口 $il吉能的恭吉BE蠻η始才W+管. 12 式3 2 (3)船只與水下管纜弧線段的距離。當船只接近圓弧段海管時，通過圓弧段海管的 圓心坐標0(Xc，yc)、圓弧半徑R、船只的坐標(x、y)、船只與圓弧位置關系，計算船只和圓弧 的最近距離D:
[0042] 式4
[0043] 如附圖4所示，當某船只速度、船只與油田設施的最近距離D小于或等于預警與報 警參數(shù)表中的最低速度和最短距離時，產(chǎn)生中文或英文的預警、報警信息，通過AIS系統(tǒng)將 預警、報警信息發(fā)送到危險船只攜帶的AIS系統(tǒng)上。
[0044] 本步驟中的解算方式簡單易實施，結合步驟1中預存儲的數(shù)據(jù)進行解算可保證運 算效率，以確保報警的實時性，使報警結果準確可信。
【主權項】
1. 一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟1:將防護區(qū)域劃分為等間距的網(wǎng)格，把每個網(wǎng)格4個端點坐標的經(jīng)煒度數(shù)據(jù)依次 存儲在安防管理表中，當網(wǎng)格代表的區(qū)域中分布有設施時，將設施的位置、設施名稱、設施 外形特征參數(shù)，填入該網(wǎng)格對應的安防管理表中，其中，設施外形特征參數(shù)包括設施類別、 管纜起點坐標、管纜終點坐標、弧線管纜圓心坐標及弧線半徑、水面建筑幾何中心坐標，水 面建筑幾何中心至設施邊沿最長距離，并將設施建立預警參數(shù)和報警參數(shù)，預警參數(shù)包括 預警船只速度、預警船只與水面設施最短距離和預警船只與水下管纜最短距離，報警參數(shù) 包括報警船只速度、報警船只與水面設施最短距離和報警船只與水下管纜最短距離； 步驟2:接收到船載AIS系統(tǒng)傳來的信息時，從該信息中提取船只位置坐標、速度、注冊 MMSI編號和船只名稱，使用船只位置坐標與安防管理表中存儲的網(wǎng)格坐標逐一比較，船只 位置坐標的X值和y值都落在某網(wǎng)格坐標區(qū)域內(nèi)時，如果該網(wǎng)格中有設施，讀取設施外形特 征參數(shù)； 步驟3:解算并判定上述船只與周邊設施之間的距離是否大于設定的安全距離，并綜合 船只速度信息后決定是否預警和報警，當不需要預警和報警時重復步驟2,需要預警和報警 時，顯示危險船只的MSSI編號和船名，并在警示信息前添加危險船只的MMSI編號，通過岸基 式AIS系統(tǒng)將警示信息傳輸?shù)皆撐ｋU船只的船載式AIS系統(tǒng)上。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法，其特征在于:所述步 驟1中的設施分為水面設施、水下直線管纜和水下弧線管纜。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法，其特征在于：設施類 別包含設施分類標識，其中，水面設施標識為P、水下直線管纜標識為Z以及水下弧線管纜標 識為H。4. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法，其特征在于：當設施 為水面設施時，求解船只與設施之間的距離的方法為，設船只位置坐標為(x、y)，水面建筑 幾何中心位置坐標為〇( x〇、y〇)，水面建筑幾何中心至設施邊沿最長距離L，船只與水面設施5. 據(jù)權利要求2所述的一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法，其特征在 于：當設施為水下直線管纜時，求解船只與管纜之間的距離的方法為，設船只位置坐標 為(x、y)、管纜起點坐標為(xl、yl)、管纜終點坐標為(x2、y2)，直線管纜用直線方程2，（71-72)1+(12-?1)7+1172-?271=0表示，船只到該水下直線管纜的垂直距離0按式3，6. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于AIS系統(tǒng)的水域安防報警方法，其特征在于：當設施 為水下弧線管纜時，求解船只與弧線管纜之間的距離的方法為，設船只位置坐標為(x、y)， 當船只接近弧線管纜時，通過弧線管纜的圓心坐標〇(xc、y C)、圓弧半徑R、船只的坐標(X、 y)、船只與圓弧位置關系，計算船只和圓弧的距離D按式4，
【文檔編號】G08G3/02GK106056978SQ201610367117
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】金曉劍, 聶寶棟, 毛啟明, 張勇, 楊靜宇, 馬徐琨
【申請人】中船重工（昆明）靈湖科技發(fā)展有限公司, 中海石油（中國）有限公司天津分公司, 中國船舶重工集團公司七五○試驗場