一种基于历史数据的控制河段船舶上下水判定方法

1.本发明属于智能航运与船舶导航应用领域，尤其涉及一种基于历史数据的控制河段船舶上下水判定方法。


背景技术：

2.长江是中国第一大河，素有“黄金水道”之称。长江航线上起云南水富港，下至长江入海口，全长2838公里，形成了以国家主要港口为骨干、地区重要港口为基础辐射全流域的总体格局，形成了比较齐备的集装箱、铁矿石、煤炭等江海转运体系以及汽车滚装和液化品等专业化运输体系，是我国唯一贯穿东、中、西部地区的水路运输大通道，也是国家综合运输体系长江运输大通道的核心，长江经济带建设的重要支撑。
3.由于长江内存在滩多水急，弯曲狭窄的河段，这部分河段只允许船舶单向通行，因此需要人工参与进行指挥。目前采用的指挥方式是基于“控制河段信号台智能通行指挥系统”辅助信号员的方式，实现对通行船舶进行智能指挥，系统利用船舶ais数据，解码后得到船舶的动态信息与静态信息，并通过内置算法求出预计通过时间和通行队列，结合信号员的经验对船舶进行通行指挥。这种智能辅助指挥方式，能够主动掌握通行船舶动态，并能自动生成通行指挥记录。
4.在智能指挥中，船舶上下水的判定是非常重要的一环，上下水判定错误会导致整个指挥出现混乱，现有智能指挥系统的判定是基于航道中心作为航迹线进行判定的。该判定方法的基本思路是，在长江电子航道图的可航行区域连续打点，由这些连续的点组成一条航道中心线，当船舶进入该范围后，找寻距离当前船舶最近的两点，通过计算其方向和船舶对地航向的夹角来进行判断。目前人工绘制航道中心线的方法，即按河道的方向进行绘制没有考虑船舶实际航行的情况，并且人工绘制的方向存在一定的误差，航道内水流方向复杂，也会影响船舶航行的实际方向，故以航迹线切线方向作为航行判定方向的这种判定方式准确度不高。
5.有鉴与此，本发明的目的在于提供一种基于历史数据的控制河段船舶上下水判定方法，以控制河段内船舶的ais历史数据为基础，通过以航道里程线中心点对船舶数据进行聚类的方式，统计每个航道里程线附近参考航向出现的次数，最终确定该航道里程线附近的判定航向，通过判定航向与船舶对地航向的夹角判断船舶上下水，提供给指挥系统用于指挥，为航道内船舶的指挥提供有力依据，提高指挥系统的工作效率和准确率，为船舶安全航行提供保障。


技术实现要素：

6.为解决现有技术的问题，达到上述目的，本发明提供一种基于历史数据的控制河段船舶上下水判定方法。所述技术方案如下：
7.步骤1，读取数据库中ais解码后的历史数据。该数据包括船舶位置数据、对地航向数据和上下水数据；
8.步骤2，将该数据按航道里程线的中心点进行聚类；
9.步骤3，分别统计每一类中船舶参考航向出现的次数，找出出现次数最多的参考航向作为该航道里程线的判定航向；
10.步骤4，根据步骤3中获得对应航道里程处的判定航向，结合船舶实时ais数据，进行上下水判定。
11.而且步骤2中，按航道里程线中心点聚类的实现方式如下：
12.步骤2.1，根据航道地形图获取航道里程线对应的中心点；
13.步骤2.2，求ais信息中的位置数据与控制河段内的航道里程线中心点位置的距离，找到离当前ais位置数据最近的航道里程线，将其归类在该航道里程线类内。设ais位置坐标为(x1,y1),航道里程线中心点坐标为(x2,y2),其距离d的计算公式为：
[0014][0015]
其中x1表示ais历史数据中船舶的经度，y1表示ais历史数据中船舶的纬度，x2表示对应航道里程线中点的经度，y2表示对应航道里程线中点的纬度，d表示该历史数据距离当前计算航道里程线中点的距离。
[0016]
而且步骤3中，分别统计每一类中船舶参考航向出现的次数，找出出现次数最多的参考航向作为该航道里程线的判定航向的实现方式如下：
[0017]
步骤3.1，读取每一类中的ais历史数据，包括对地航向数据和上下水数据；
[0018]
步骤3.2，若上下水数据为下水数据，则对应对地航向为参考航向，参考航向出现的次数加1；若上下水数据为上水数据，则对应对地航向的相反航向为参考航向，参考航向出现的次数加1，其计算方式如下：
[0019]
上水数据：参考航向＝对地航向
[0020]
下水数据：if(对地航向＞＝180)then参考航向＝对地航向
‑
180
[0021]
if(对地航向＜180)then参考航向＝对地航向+180
[0022]
步骤3.3，找出控制河段内每一航道里程线中心点对应的出现次数最多的参考航向作为判定航向；
[0023]
而且步骤4中获得对应航道里程处的判定航向，结合船舶ais数据，进行上下水判定的实现方式如下：
[0024]
步骤4.1，对控制河段内需要判断上下水的ais数据进行解码，获取其位置数据和对地航向数据；
[0025]
步骤4.2，利用其位置数据找到距离最近的航道里程线中心点；
[0026]
步骤4.3，将船舶的对地航向数据与对应航道里程的判定航向做差，判定方法如下：
[0027]
if(|对地航向
‑
判定航向|＞＝90&|对地航向
‑
判定航向|＜＝180)then上下水＝上水else上下水＝下水
[0028]
本发明技术方案带来的有益效果为：
[0029]
本发明提供了一种基于历史数据的控制河段船舶上下水判定方法，以控制河段内船舶ais历史数据为基础，读取其中的坐标数据和航向数据，以长江电子航道图的航道里程线为分界对航向数据进行统计，生成航道里程判定航向，为船舶上下水判定提供科学依据，为船舶指挥提供主要判据，且可以有效简化上下水判定过程，提高船舶指挥效率。
附图说明
[0030]
图1为基于历史数据的控制河段航道内判定航向生成方法流程图
[0031]
图2为基于历史数据的控制河段船舶上下水判定方法流程图
具体实施方式
[0032]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述：
[0033]
本实施例以长江重庆航段骑马桥控制河段为例阐述实施方法，读取控制河段内船舶ais历史数据，将数据按电子航道图上的航道里程线中心点进行聚类，分别统计类别中参考航向出现的次数，将出现次数最多的参考航向设置为该航道里程线对应的判定航向。系统只需将解析过后的船舶位置数据和对地航向数据输入，便可快速判定该船舶的航向为上水或下水，为船舶指挥提供帮助。如图1所示，具体实施包括以下步骤：
[0034]
步骤1：读取数据库中ais解码后的历史数据。该数据包括船舶位置数据、对地航向数据和上下水数据,其中船舶位置数据用于计算该对地航向属于哪一个航道里程线附近，上下水数据用于求取该点的参考航向；
[0035]
步骤2：将该数据按航道里程线的中心点进行聚类；
[0036]
步骤2.1：根据航道地形图获取航道里程线对应的中心点；
[0037]
步骤2.2：求ais历史数据中的位置数据与控制河段内的航道里程线中心点位置的距离，找到离当前ais位置数据最近的航道里程线，将其归类在该航道里程线类内。设ais位置坐标为(x1,y1),航道里程线中心点坐标为(x2,y2),其距离d的计算公式为：
[0038][0039]
其中x1表示ais历史数据中船舶的经度，y1表示ais历史数据中船舶的纬度，x2表示对应航道里程线中点的经度，y2表示对应航道里程线中点的纬度，d表示该历史数据距离当前计算航道里程线中点的距离。
[0040]
步骤3：分别统计每一类中船舶参考航向出现的次数，找出出现次数最多的参考航向作为该航道里程线的判定航向；
[0041]
步骤3.1：读取每一类中的ais数据，包括对地航向数据和上下水数据；
[0042]
步骤3.2：若上下水数据为下水数据，则对应对地航向为参考航向，参考航向出现的次数加1；若上下水数据为上水数据，则对应对地航向的相反航向为参考航向，参考航向出现的次数加1，其计算方式如下：
[0043]
上水数据：参考航向＝对地航向
[0044]
下水数据：if(对地航向＞＝180)then参考航向＝对地航向
‑
180
[0045]
if(对地航向＜180)then参考航向＝对地航向+180
[0046]
步骤3.3：找出控制河段内每一航道里程线中心点对应的出现次数最多的参考航向作为判定航向；
[0047]
步骤4：根据步骤3中获得对应航道里程处的判定航向，结合船舶ais数据，进行上下水判定。
[0048]
步骤4.1：对控制河段内需要判断上下水的ais数据进行解码，获取其位置数据和对地航向数据；
[0049]
步骤4.2：利用其位置数据找到距离最近的航道里程线中心点；
[0050]
步骤4.3：将船舶的对地航向数据与对应航道里程的判定航向做差，判定方法如下：
[0051]
if(|对地航向
‑
判定航向|＞＝90&|对地航向
‑
判定航向|＜＝180)then上下水＝上水else上下水＝下水
[0052]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。