基于 ECDIS 的雷达与 AIS 信息融合的算法与工程实现

为达到雷达与AIS（船舶自动识别系统）优缺点互补以提高航行安全性的目的,提出AIS目标信息与雷达目标信息融合算法。采用多因素模糊综合决策算法进行目标关联,并且基于ECDIS （电子海图显示系统）实现雷达与AIS目标信息融合。工程研究与实现最终验证了融合算法的可靠性及有效性。     

AIS基站短消息特性

研究了在内河与港口应用环境下,由船载自动识别系统(AIS)基站发送到船舶的短消息特征,分析了AIS报文在场强下降后的波形失真与误包原理。在半实物仿真平台下,分析了消息长度与误包率的关系,并给出相应的误包率预测模型。结合Hata-Okumura模型,提出了拥挤航道下AIS基站向船舶发送短消息的极限容量。最后以黄浦江上海航道为例,运用极限计算模型对其极限容量进行了预测,并与实测结果进行了对比。对比结果表明:短消息可靠性随长度增加与场强降低而逐步下降,基站能同时进行短消息管理的AIS船舶数量有限,对于本文设定的黄浦江上海航道,当AIS目标船舶数量达到625艘时,AIS基站能同时进行短消息通讯的AIS船舶容量的计算结果为26艘,实测为24艘,计算结果与实测结果基本一致。     

基于朴素贝叶斯算法的船舶异常行为监测

随着海事事故与海上违法行为的不断增多,智能的监控方法成为降低海事事故,打击海上违法行为的有效手段.同时,船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)的普及及船舶交通管理系统(Vessel Traffic Service,VTS)的扩建,又为智能监控提供了数据支持.鉴于此,利用船舶自动识别系统提供的数据,分析通航水域船舶信息的分布情况,根据其概率分布采用朴素贝叶斯算法,从船舶航速、航向及距航道边界距离3个方面,构建船舶异常行为检测模型.最后,以成山角通航水域为例,检验模型的有效性.实验结果表明,构建的模型能够有效地完成异常行为监测,减少海事监管人员的工作强度,同时根据实验结果分析了成山角水域船舶航行的特点,并对成山角定线制提出合理化建议.     

海上搜救模拟器中模拟实时AIS信息的航位推算

以海上搜救模拟器为平台,获取船舶航行过程中真实的船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)信息,对同一目标船舶相邻两次动态AIS信息之间的航位进行推算,使目标船舶平滑、动态地显示在模拟器中的电子海图与显示系统(ECDIS)、模拟雷达和三维视景上。     

船舶交通服务模拟器中实时预警功能的实现

为在船舶交通服务模拟器中实现对港口监控的模拟,提高船舶交通服务操作员的培训效率,对真实的船舶交通服务中心进行仿真,采用计算船舶间最近会遇距离及最近会遇时间的方式建立数学模型,基于船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据源进行数据处理,运用VC++编程语言完成系统开发。港口监控中对辖区水域船舶的危险实现了实时预警。利用天津港真实AIS数据对系统功能进行测试,测试结果表明,该系统能够准确识别辖区水域船舶的会遇态势及遇险情况。     

全功能江海大桥主动防撞系统研究与设计

为避免人为失误因素导致船撞大桥的事故发生,在原有基于AIS主动防撞系统的基础上提出了全功能的江海大桥主动防撞系统设计方案。该系统增加了船用导航雷达,并设计了专用雷达视频处理单元,利用雷达对进入警戒区的船舶进行二次跟踪,通过AIS发出江海大桥主桥墩的数据信息,使过往船舶的雷达和AIS上显示主桥墩的位置,明确主通航孔的位置。DSP数据处理单元通过AIS和雷达获取船舶的数据信息,分析、判断船舶的态势后由VHF DSC选择呼叫过往船舶并发出语音提醒,用寻址二进制方式向AIS发出安全信息警告,使船舶驾驶人员及早加强警戒,采取必要避碰措施安全通过大桥。实践验证了系统的正确性与可行性,达到了预期的设计目的。     

基于水域精细划分的VTS雷达站选址配置优化

为了提高水上安全监管效率和保障水上运输安全生产, 以船舶交通管理系统(VTS)雷达站为研究对象, 研究了基于水域精细划分的VTS雷达站选址优化问题; 考虑实际环境中遮挡因素和水域风险因素对雷达监测效果的影响, 基于软件ArcGIS 10.4.1提出了水域精细划分方法; 以雷达站建站位置和雷达配置类型为决策变量, 以水域覆盖率最大和总成本最小为目标函数, 构建了混合整数规划模型; 基于模型特点设计了多目标粒子群算法, 给出了生成初始粒子群的启发式规则, 并在算法中引入有效的变异操作; 为了验证方法的有效性, 以ZDT系列测试函数对算法搜寻最优解的性能以及算法的收敛性进行了研究。研究结果表明: 水域精细划分方法能够在考虑遮挡因素和风险因素的情况下实现对水域的空间划分, 实例中在存在62个雷达站候选点的情况下将雷达站所需监测水域划分为2 812个水域单元; 改进的粒子群算法在ZDT测试函数中能够有效地寻找全局最优解, 并且在最优解的分布上具有良好的收敛性和分布性; 针对实例中的VTS雷达站选址项目模型达到了95.92%的覆盖率, 成本为33 800元。可见, 考虑环境遮挡和水域风险因素的VTS雷达站选址模型是有效的, 改进的多目标粒子群算法可以提高VTS雷达站选址的科学性和合理性, 是解决VTS雷达站选址优化问题的一种有效方法。      

基于"3S"的大型水上桥梁识别系统

目标识别长期以来一直是图像处理研究的热点之一,在军事和民事方面有重要的应用.文中基于大型桥梁的先验知识,研究了通过水域的纹理特征来检出水域的方法,再应用"3S集成技术",通过数字高程模型(DEM)检出桥梁域,从而提供了对大型水上桥梁识别的一种新方法.     

雷达与AIS在广州港引航中的应用

随着船舶大型化的发展,船舶密度不断增大,如何在引航中应用雷达与AIS助航设备做到安全航行、降低安全事故迫在眉睫.通过对雷达与AIS在引航中应用及所遇案例的分析探讨,提出思考及建议.引航员应综合应用雷达与AIS,获得全面可靠的信息并做相应分析和判断,从而做到航行安全.     

地质雷达在隧道质量检测中的应用

随着交通及地铁事业的不断发展,隧道数量逐年增加,运营中出现的病害也屡见不鲜,但隧道建成以后用常规方法很难对衬砌质量作出系统评价.地质雷达探测利用高频电磁波对不可见目标体进行扫描,以确定其内部结构形态和位置.文中结合工程实例,给出地质雷达的原理及其探测方法,包括测线布置、数据采集和图像分析.分析结果表明地质雷达可以精确探测衬砌厚度、衬砌的不密实、背后空洞和积水等情况;证实了地质雷达技术在隧道质量检测中起到了良好作用.