专利名称：海上可疑船舶与船舶油污发现系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油污发现系统，特别是涉及一种海上可疑船舶与船舶油污发现系统。
背景技术：
海事监测是对各类会对海上安全、经济或者环境产生影响的涉海、用海活动实际情况的了解。近年来随着海上运输船舶数量不断增长和海洋资源权益争端问题不断扩大，各种影响我国海上安全与环境的海事活动也越来越多，例如:非法的作业与资源勘查，船舶油污水的随意排放等。针对这些影响我国海上安全与环境的活动，我国海事与海监目前监测的主要手段是通过现场巡逻或者群众举报方式，但是这种传统的现场巡逻监测手段已经很难适应海事管理需求，不仅监测范围非常小，监测不及时，监控威慑力不足，而且开销非常大。尽管频繁的巡逻，依然出现大量境外船舶在我国领海进行各种资源勘查、捕鱼等活动，而我国海事监管部门全然不知，严重影响了我国海上人命、财产及海洋环境的安全。虽然从国家“九五”期间开始，把海洋监测列入国家863计划，展开了一系列研究，取得了非常显著的成绩，但主要集中在海洋环境、资源等方面的监测，一直以来缺少对我国领海海事活动的监测。在国际上，对于海事活动的监测越来越受到关注，欧盟、美国及加拿大等国家已经着手研究建立综合海事监控网络，例如:欧盟委员会早在2007年10月，提出了建立欧盟综合海事政策及行动计划；2009年10月，提出了面向欧盟领海的综合海事监控公用信息共享环境(CISE)。2010年10月，提出了面向欧盟领海的综合海事监控公用信息共享环境(CISE)的实施草案。美国与加拿大也提出了相应的海事监测方案。因而全球范围内都在积极地研究如何实现大范围的海事监测，海事监测问题成了全球迫切需要解决的问题。在海事监测中，可疑非法作业船舶和船舶油污水违法排放是其中重要的两个内容。如何能够利用现有手段实现大范围海事活动监测涉及到很多关键科学问题，例如:如何利用星载遥感、岸基VTS (船舶交通管理)/AIS (自动识别系统)检测和识别海上船舶目标？如果单一依靠岸基VTS、AIS数据，那么覆盖范围小，难以获知远海船舶信息，并且更加难以获知船舶造成的污染信息，如果单一依靠星载遥感，虽然监测范围大，但是只能检测到目标，无法进行识别，对海事监测意义不大。因而对多传感数据融合是最优的解决方案，但是由于各自采集数据的时间，坐标空间不同，如何对各种数据进行融合也是一个非常关键的问题。另外如何从大量船舶中辨识可疑船舶？这是海事监测中最重要而且也是最难的问题。因此，大范围海事活动监测涉及到多学科领域的共性理论问题。对于海上船舶监测来说，现有的基于自动识别系统(AIS)的船舶交通管理系统(Vessel Traffic Services, VTS)是一种有效的港口船舶监控系统，通过雷达与AIS的信息融合，构成船舶航行与安全信息系统，能够提高服务和监控能力，增进船舶航行安全。然而，由于自动识别系统依靠雷达对重点区域进行监控，存在雷达盲区，且由于雷达受气象、地形和海况的影响大，难免由于船舶密度的日益增高发生因遮挡或假回波等引起的目标跟踪丢失或误跟踪现象。虽然船舶自动识别系统可以提供船舶的静态和航行动态信息，但是，实现自动识别系统监控管理的前提是船舶必须安装自动识别系统设备，对大量没有安装自动识别系统的小型船舶，或者一些非法船只，自动识别系统是无法发现的。当然，最主要的是目前的岸基自动识别系统所覆盖的范围较小，面对远洋船舶污染，非法海事活动就无能为力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海上可疑船舶与船舶油污发现系统，其实现可疑船舶目标监测和典型油污染排放监测，通过相互融合实现大范围的船舶目标识别与跟踪，及时发现那些不可识别与跟踪的可疑船舶；通过检测典型的船舶油污情况，及时发现排污船舶。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种海上可疑船舶与船舶油污发现系统，其特征在于，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统包括可疑船舶发现处理单元、油污发现处理单元、可疑船舶与油污综合信息显示单元、VTS雷达跟踪数据采集单元、岸基AIS跟踪数据采集单元、卫星遥感目标采集单元、卫星AIS跟踪目标采集单元、地面基站数据采集处理单元、卫星遥感目标检测处理单元、卫星数据采集处理单元，VTS雷达跟踪数据采集单元、岸基AIS跟踪数据采集单元都与地面基站数据采集处理单元连接，卫星遥感目标采集单元与卫星遥感目标检测处理单元连接，卫星AIS跟踪目标采集单元与卫星数据采集处理单元连接，地面基站数据采集处理单元、卫星遥感目标检测处理单元、卫星数据采集处理单元都与可疑船舶与油污综合信息显示单元连接，可疑船舶与油污综合信息显示单元与可疑船舶发现处理单元、油污发现处理单元连接。优选地，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统采用图像处理算法剔除遥感图像数据中陆地上的信息，并检测星载遥感图像上的船舶与油污。优选地，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统采用跨平台标定算法对跨平台遥感数据进行标定，减少多时相、多平台、多极化的数据对船舶定位和分类的影响。优选地，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统采用图像数据与非图像数据配准算法对空间遥感数据与岸基VTS/AIS数据、以及星载远程船舶识别与跟踪(LRIT)/星载AIS数据的进行空间融合。本发明的积极进步效果在于:本发明实现可疑船舶目标监测和典型油污染排放监测，通过相互融合实现大范围的船舶目标识别与跟踪，及时发现那些不可识别与跟踪的可疑船舶；通过检测典型的船舶油污情况，及时发现排污船舶。本发明对我国保障海洋安全具有非常重要的研究价值与意义，为全国海事、海监、海关及海警等部门实现非现场海事活动监测提供了有效的方法与途径。本发明直接应用的前景主要有:1)监测与保护货物运输船舶海上航行安全；2)保护我国船舶遭受安全威胁；3)监测我国领海，防止船舶特别是境外船舶入侵我国领海从事非法海事活动；4)监测船舶溢油与排放油污，保护海洋环境。
图1为本发明海上可疑船舶与船舶油污发现系统的原理框图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。如图1所示，本发明海上可疑船舶与船舶油污发现系统包括可疑船舶发现处理单元、油污发现处理单元、可疑船舶与油污综合信息显示单元、VTS雷达跟踪数据采集单元、岸基AIS跟踪数据采集单元、卫星遥感目标采集单元、卫星AIS跟踪目标采集单元、地面基站数据采集处理单元、卫星遥感目标检测处理单元、卫星数据采集处理单元，VTS雷达跟踪数据采集单元、岸基AIS跟踪数据采集单元都与地面基站数据采集处理单元连接，卫星遥感目标采集单元与卫星遥感目标检测处理单元连接，卫星AIS跟踪目标采集单元与卫星数据采集处理单元连接，地面基站数据采集处理单元、卫星遥感目标检测处理单元、卫星数据采集处理单元都与可疑船舶与油污综合信息显示单元连接，可疑船舶与油污综合信息显示单元与可疑船舶发现处理单元、油污发现处理单元连接。可疑船舶发现处理单元在经过多种数据融合后查找那些没有经过识别的船舶并且标识位可疑船舶，油污发现处理单元在经过多种数据融合与遥感图像处理后提取油污位置，并获取油污与船舶的关联关系，可疑船舶与油污综合信息显示单元用于显示来自各种信息源的船舶目标与油污区域，VTS雷达跟踪数据采集单元用于采集来自VTS系统的船舶目标跟踪数据，岸基AIS跟踪数据采集单元用于接收处理来自各AIS基站的船舶目标动态静态数据，卫星遥感目标采集单元用于接收来自卫星站的遥感影像数据，卫星遥感目标检测处理单元对遥感影像进行图像处理，提取目标影像，并且对目标进行跟踪识别处理，卫星AIS跟踪目标采集单元用于接收并解码卫星AIS数据，卫星AIS跟踪目标处理单元用于对目标数据进行信息管理，并传输到可疑船舶与油污综合信息显示单元。本发明采用卫星遥感目标检测处理单元采用图像处理算法、跨平台标定算法和图像数据与非图像数据配准算法，具体是卫星遥感目标检测处理单元采用图像处理算法、跨平台标定算法和图像数据与非图像数据配准算法。地面基站数据采集处理单元用于融合来自地面VTS雷达基站与AIS基站的船舶目标，卫星数据采集处理单元对卫星AIS目标进行编码解析提取船舶目标数据。本发明利用图像处理算法剔除遥感图像数据中陆地上的信息，并检测星载遥感图像上的船舶与油污；利用跨平台标定算法对跨平台遥感数据进行标定，减少多时相、多平台、多极化的数据对船舶定位和分类的影响；利用图像数据与非图像数据配准算法对空间遥感数据与岸基VTS/AIS数据、以及星载LRIT/星载AIS数据的进行空间融合；通过目标成像特征对空间遥感数据与岸基VTS/AIS数据进行时间、运动状态的融合；利用星载遥感数据检测海上船只，并且与已经识别的岸基VTS、AIS船只进行融合，及时发现海上不可辨识的可疑船只；利用星载遥感数据发现典型的船舶油污现象，通过查询油污时间与船舶航行轨迹，及时发现造成海上油污的船舶。本发明中所述的图像处理算法是指能够从星载遥感图像分辨出小船舶目标和油污的算法，如检测船舶目标算法有但不限于多极化SAR (合成孔径雷达)船舶检测算法，检测船舶油污的算法有但不限于基于尺度空间的海面分布式油污染目标检测。本发明中所述的跨平台标定算法是指不同卫星涉及但不限于多时相、多平台、多极化问题导致对同一目标的数据不一致，需要统一标准；本发明中所述的图像数据与非图像数据配准算法是指由于SAR图像与VTS/AIS数据的地理编码不一致，需要统一到同一坐标；本发明中所述的岸基VTS/AIS数据是指采集由岸基雷达组成船舶交通管理系统及船舶自动识别系统提供的数据；本发明中所述的星载LRIT/星载AIS数据是指采集由卫星获得的远距离跟踪识别船舶信息及卫星船舶自动识别系统提供的数据；本发明中所述的空间遥感数据与岸基VTS/AIS数据、以及星载LRIT/星载AIS数据的空间融合是指转化空间遥感图像数据到世界坐标系，同时与其他数据使用统一各空间地理坐标系；本发明中所述的时间、运动状态的融合是指各空间数据源采集时间存在差异，但是船舶与油污是动态的，需要通过计算统一到同一个平台上；本发明中所述的及时发现海上不可辨识的可疑船只是指在数据融合过程中，大部分来自VTS/AIS的船舶信息时已识别的，可以利用已识别的船舶信息识别星载遥感船舶目标，剩下一些无法辨认的船舶为可疑船舶目标；本发明中所述的及时发现造成海上油污的船舶是指利用星载遥感图像发现船舶油污轨迹，通过与船舶航行轨迹关联，从而发现造成油污的可疑船舶。对于船舶目标来说，根据海事安全可将可疑工作船舶分为以下两种类型:(I)在禁止捕捞或者禁止作业区域存在的船舶目标；(2)无法通过AIS或LRIT进行识别，无法获取其船舶报告的船舶目标。前者为可疑的非法作业船舶，后者为无法辨识的、可疑非法入境或者可能构成海上安全威胁的武装分子船舶。根据VTS/AIS的覆盖范围和监测要求，分为三个工作层次。(I)港口附近(岸基VTS/AIS覆盖的区域)大范围海域监测。采用近实时岸基VTS雷达/AIS，对近海水域海事活动进行监测与更新。(2)近海(缺少VTS，但是有实时岸基AIS覆盖的区域)局部(小范围)海域监测。采用离线环境下的高分辨率卫星遥感与岸基AIS进行融合，对可疑工作船和无法辨识的小船进行检测。研究对象主要针对近海岸基VTS无法覆盖区域的可疑工作船。(3)远海(岸基VTS/AIS无法覆盖的区域)船舶航行监测。采用离线环境下的多平台高分辨率卫星遥感数据对远海的船舶与航迹进行检测，辅助使用LRIT或者卫星AIS进行识别与跟踪，发现可疑船只。对于船舶污染来说，通过卫星遥感手段，可以大范围监测船舶的油污染情况。对溢油现场的污染物进行采集，有助于对嫌疑污染源进行甄别。结合AIS/LRIT等信息可以获取船舶的有关情况，包括船名、国籍、船籍港、船舶种类、船舶吨位及其他资料、吃水、航向、航速(如在航)等。通过航迹跟踪，可判断船舶是否在航行过程中进行非法排污。对渔区的油污监控则可以监测渔船作业时是否存在非法排污。本发明的主要工作分为以下三个方面:(1)大范围海域油污染检测。采用离线环境下的多平台卫星遥感数据对大范围海域进行油污染监测，传感器以合成孔径雷达为主。主要包括:油膜位置、范围估计和趋势分析等。(2)可疑区域油污染特征检测。在已检测到的油污染区域对污染物特征进行检测，传感器以高分辨率光学遥感为主，包括:漂浮污染物的大致形状、厚度、颜色等。(3)船舶-油污关系监测。结合AIS、远程船舶识别与跟踪(LRIT)数据和遥感数据，对船舶在航行过程中的非法排污现象进行监测。根据浮油与船舶的相对位置关系在一定的程度上可以判断船舶非法排污的可能性。本发明具有以下的功能:(1)多传感源数据采集与数据可视化。接入已融合的VTS/AIS数据，并可视化显示在电子海图上，另外装载星载遥感数据，并进行坐标变换，投影到WGS84坐标系，与现有电子海图显示平台融合，形成多元数据融合的可视化平台。(2)遥感图像目标检测功能。具有遥感数据组合方案选择、卫星过境覆盖查询、船舶检测识别与定位、典型油污染识别等功能。(3)空间多元数据集成功能。具有遥感信息与岸基雷达/AIS数据集成、可疑船舶识别、油污染-船舶关联识别、船舶航行跟踪等功能。(4)可疑船舶监测、海上典型油污染监测功能。对构成海上安全与环境威胁的船舶进行重点监控，并给出预警信息，同时对海上油污进行告警，实现大范围的海事监测。本发明实现可疑船舶目标监测和典型油污染排放监测，通过相互融合实现大范围的船舶目标识别与跟踪，及时发现那些不可识别与跟踪的可疑船舶；通过检测典型的船舶油污情况，及时发现排污船舶。本发明对我国保障海洋安全具有非常重要的研究价值与意义，为全国海事、海监、海关及海警等部门实现非现场海事活动监测提供了有效的方法与途径。本发明直接应用的前景主要有:1)监测与保护货物运输船舶海上航行安全；2)保护我国船舶遭受安全威胁；3)监测我国领海，防止船舶特别是境外船舶入侵我国领海从事非法海事活动；4)监测船舶溢油与排放油污，保护海洋环境。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种海上可疑船舶与船舶油污发现系统，其特征在于，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统包括可疑船舶发现处理单元、油污发现处理单元、可疑船舶与油污综合信息显示单元、VTS雷达跟踪数据采集单元、岸基AIS跟踪数据采集单元、卫星遥感目标采集单元、卫星AIS跟踪目标采集单元、地面基站数据采集处理单元、卫星遥感目标检测处理单元、卫星数据采集处理单元，VTS雷达跟踪数据采集单元、岸基AIS跟踪数据采集单元都与地面基站数据采集处理单元连接，卫星遥感目标采集单元与卫星遥感目标检测处理单元连接，卫星AIS跟踪目标采集单元与卫星数据采集处理单元连接，地面基站数据采集处理单元、卫星遥感目标检测处理单元、卫星数据采集处理单元都与可疑船舶与油污综合信息显示单元连接，可疑船舶与油污综合信息显示单元与可疑船舶发现处理单元、油污发现处理单元连接。
2.如权利要求1所述的海上可疑船舶与船舶油污发现系统，其特征在于，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统采用图像处理算法剔除遥感图像数据中陆地上的信息，并检测星载遥感图像上的船舶与油污。
3.如权利要求1所述的海上可疑船舶与船舶油污发现系统，其特征在于，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统采用跨平台标定算法对跨平台遥感数据进行标定，减少多时相、多平台、多极化的数据对船舶定位和分类的影响。
4.如权利要求1所述的海上可疑船舶与船舶油污发现系统，其特征在于，所述海上可疑船舶与船舶油污发现系统采用图像数据与非图像数据配准算法对空间遥感数据与岸基VTS/AIS数据、以及星载LRIT/星载AIS数据的进行空间融合。
全文摘要
本发明公开了一种海上可疑船舶与船舶油污发现系统，其包括可疑船舶发现处理单元等，VTS雷达跟踪数据采集单元、岸基AIS跟踪数据采集单元都与地面基站数据采集处理单元连接，卫星遥感目标采集单元与卫星遥感目标检测处理单元连接，卫星AIS跟踪目标采集单元与卫星数据采集处理单元连接，地面基站数据采集处理单元、卫星遥感目标检测处理单元、卫星数据采集处理单元都与可疑船舶与油污综合信息显示单元连接，可疑船舶与油污综合信息显示单元与可疑船舶发现处理单元、油污发现处理单元连接。本发明实现可疑船舶目标监测和典型油污染排放监测，通过相互融合实现大范围的船舶目标识别与跟踪，及时发现那些不可识别与跟踪的可疑船舶。
文档编号G08G3/00GK103177608SQ20131006511
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者王胜正, 彭静, 黄玉贵, 施朝健 申请人:上海海事大学