一种基于ais系统的水域安防报警方法
【专利摘要】本发明公开一种基于AIS系统的水域安防报警方法,首先，将需防护设施所处水域划分为网格，依据网格坐标、设施坐标、设施特征参数等建立安防管理表，同时建立预警与报警参数设置表；其次，当接收到船载式AIS系统传来的船舶信息时，从信息中提取各种参数，使用船只位置坐标检索安防管理表格中的设施坐标及设施的外形特征参数；然后针对不同的设施，使用不同的算法得到船只与设施的距离，并判断船只与设施的距离、船只速度是否满足设定的预警或报警条件。本发明可对水面和水下设施进行保护，并且可由用户灵活设置预警和报警条件，可以快捷、准确的对危险船只进行预警和报警，适用范围广﹑使用灵活，为水域设施提供了安全保障，具有一定的经济价值。
【专利说明】
一种基于Al S系统的水域安防报警方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种基于AIS(Automatic Identification System)船舶自动识别系 统的水域安防报警方法，具体涉及一种基于Al S( Automat ic Identif i cat ion System)系统 的水域安防报警方法，属于保护海洋、河流、湖泊水面和水下设施安全的安防技术领域。
【背景技术】
[0002] -般来说，布放在海洋、河流、湖泊的水面和水下设施，不可避免的会受到来自水 面航行、作业船只的影响，有时甚至发生船只与水面设施(如海上油田导管架、作业平台等） 发生碰撞、船只锚链损伤水下管线等行为事故，严重危害水面和水下设施的安全。通过AIS 系统获取船只位置，分析船只与设施的安全距离，并将危险提示信息及时通知作业船只，对 避免或减少灾害的发生有着重要的意义。
[0003] 目前利用AIS系统是获取船只航行信息的一种较为可靠的方式，AIS系统是国际通 用的辅助导航设备，也是我国强制要求河、海航运船只必须配置的导航设备，能够全面提供 本船的各种信息，同时也能够接收其他船舶发出的信息。国内相关单位和个人基于AIS系统 开展了发明或创新，并申请了相关专利：
[0004] 中国发明专利"基于AIS系统的船舶数据表绘制方法"（CN 102855308 A)公开了一 种利用AIS数据在海图中绘制船舶数据的方法。该发明将屏幕划分为大小相同的多个单元 格，同时判断接收到的AIS数据单元格是否已被标记绘制在海图上的位置。该方法的主要目 的是利用AIS数据确定水面船只的位置，以便清晰的显示海图的信息。由于不能获取油田水 面及水下设施的位置信息和缺乏自动报警的方法，无法对可能危害油田设施的船只进行报 警。
[0005] 中国发明专利"一种集成AIS的3G渔船防碰撞终端"（CN 202563703 U)公开了一种 利用微处理器获取船只自身GPS数据和其他船只AIS数据进行报警的设备，该设备是通过识 别其他船只与设备之间的位置，进行船只之间的报警，满足60马力以下小型渔船防碰撞的 安全要求。该设备只是利用船只之间的AIS数据进行预警，由于无法获取水域设施的位置， 不能对水域设施进行保护。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提出一种基于AIS系统的安防报警方法，该方法对安 防区域的水面、水下设施的位置及外形尺寸进行管理，在收到AIS系统所提供的船只航行信 息后，快速识别船只附近水域的设施，采用不同的算法解算出船只与设施、船只与弧形管 缆、船只与直线管缆的最短距离，综合距离和速度条件进行报警，避免船只损坏设施的事故 发生。
[0007] 为实现上述目的，本发明是这样实现的：一种基于AIS系统的水域安防报警方法， 包括以下步骤，
[0008] 步骤1:将防护区域划分为等间距的网格，把每个网格4个端点坐标的经炜度数据 依次存储在安防管理表中，当网格代表的区域中分布有设施时，将设施的位置、设施名称、 设施外形特征参数，填入该网格对应的安防管理表中，其中，设施外形特征参数包括设施类 另IJ、管缆起点坐标、管缆终点坐标、弧线管缆圆心坐标及弧线半径、水面建筑几何中心坐标， 水面建筑几何中心至设施边沿最长距离，并将设施建立预警参数和报警参数，预警参数包 括预警船只速度、预警船只与水面设施最短距离和预警船只与水下管缆最短距离，报警参 数包括报警船只速度、报警船只与水面设施最短距离和报警船只与水下管缆最短距离；
[0009]步骤2:接收到船载AIS系统传来的信息时，从该信息中提取船只位置坐标、速度、 注册MMSI编号和船只名称，使用船只位置坐标与安防管理表中存储的网格坐标逐一比较， 船只位置坐标的X值和y值都落在某网格坐标区域内时，如果该网格中有设施，读取设施外 形特征参数；
[0010]步骤3:解算并判定上述船只与周边设施之间的距离是否大于设定的安全距离，并 综合船只速度信息后决定是否预警和报警，当不需要预警和报警时重复步骤2,需要预警和 报警时，显示危险船只的MSSI编号和船名，并在警示信息前添加危险船只的MMSI编号，通过 岸基式AIS系统将警示信息传输到该危险船只的船载式AIS系统上。
[0011]进一步的，所述步骤1中的设施分为水面设施、水下直线管缆和水下弧线管缆。
[0012] 进一步的，设施类别包含设施分类标识，其中，水面设施标识为P、水下直线管缆标 识为Z以及水下弧线管缆标识为H。
[0013] 进一步的，当设施为水面设施时，求解船只与设施之间的距离的方法为，设船只位 置坐标为(x、y)，水面建筑几何中心位置坐标为〇(x〇、y〇)，水面建筑几何中心至设施边沿最 长距离L，船只与水面设施距离按式
进行计算。
[0014] 进一步的，当设施为水下直线管缆时，求解船只与管缆之间的距离的方法为，设船 只位置坐标为(x、y)、管缆起点坐标为(xl、yl)、管缆终点坐标为(x2、y2)，直线管缆用直线 方程2,（71_72)1+(12-?1)7+1172-?271 = 0表示，船只到该水下直线管缆的垂直距离0按式 3，
[0015]
[0016] 进一步的，当设施为水下弧线管缆时，求解船只与弧线管缆之间的距离的方法为， 设船只位置坐标为(x、y)，当船只接近弧线管缆时，通过弧线管缆的圆心坐标〇(xc、yc)、圆 弧半径R、船只的坐标(X、y )、船只与圆弧位置关系，计算船只和圆弧的距离D按式4，
[0017]
[0018]进行计算。
[0019]工作原理是:首先，将需防护设施所处水域划分为网格，依据网格坐标、设施坐标、 设施特征参数等建立安防管理表，同时建立预警与报警参数设置表;其次，当接收到船载式 AIS系统传来的船舶信息时，从信息中提取船只位置坐标、船只速度、船只注册的MMSI编号 和船只名称，使用船只位置坐标检索安防管理表格中的设施坐标及设施的外形特征参数； 然后针对不同的设施，使用不同的算法得到船只与设施的距离，并判断船只与设施的距离、 船只速度是否满足设定的预警或报警条件，当满足条件时，通过岸基式AIS系统将危险船只 的MMSI编号、船只名称、警示信息发送到船载AIS系统上，提示危险船只注意航行，避免损坏 水面及水下设施。
[0020]本发明的有益效果是:通过预先划分并存储防护区域网格，精确的提供了水域设 施的位置信息，获得AIS数据后可快速识别船只附近的设施及设施的位置，并准确计算出船 只与水域设施的距离。利用安防管理表便捷的过滤了不必要的设施位置数据，提高了计算 效率，通过数据表的位置比较大大提高了安全警报的响应速度。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明的实现方法流程图；
[0022]图2为本发明的防护区域网格与设施编号示意图；
[0023]图3为本发明的安防管理表示意图；
[0024]图4为本发明的预警与报警参数表示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明：
[0026]本发明基于AIS系统的水域安防报警方法，步骤1如附图3所示，将防护区域划分成 等间隔的网格，标注网格区域四个顶点位置的经炜度数据，将网格顶点坐标的经炜度数据 依次存储为安防管理表图3;建立预警与报警参数表图4,按设施分类预设定预警与报警的 船只最低速度和最短距尚。
[0027]如果网格中有油田设施，按下述方法将油田设施信息填入图3中，形成可依据船只 位置查询附近设施名称及位置信息的检索表:水面设施类:设施名称、设施几何中心位置坐 标、设施几何中心〇(x〇、y〇)至设施边沿最长距离L;水下管缆直线段:管缆名称、管缆直线段 两个端点的坐标4(11， 71)、8(12,72);水下管缆弧线段:管缆名称、管缆弧线段的圆心坐标〇 (xc、yc)、端点坐标(xs，ys)和(xe，ye)、半径R 0
[0028] 在本发明中，安防管理表、预警与报警参数表中的参数及参数排列可以根据具体 运用对象设定，不仅仅局限与本发明中所提供的列表。
[0029] 本步骤中使用经炜度数据形成索引表可以获得精确的地理位置信息;建立设施名 称及位置检索表则准确的存储了水域设施的位置信息，保证了后续数据的准确、高效的解 算。
[0030] 步骤2,接收到船载AIS系统传来的信息时，从该信息中提取船只位置坐标、速度、 注册MMSI编号和船只名称，使用船只位置坐标与安防管理表中存储的网格坐标逐一比较， 船只位置坐标的X值和y值都落在某网格坐标区域内时，如果该网格中有设施，读取设施外 形特征参数；
[0031] 上述步骤2更为具体的是，当接收到AIS系统传来的信息时，从信息中提取船只位 置坐标(x、y)、船只速度和船只注册MMSI编号，该编号具有全球唯一性。使用船只位置坐标 与安防管理表图3中的网格坐标比较，当识别船只位置坐标的x值和y值都落在某网格坐标 区域内时，可获取该网格编号，当检索到网格中有水面设施时，读出设施名称、设施几何中 心位置坐标、设施几何中心至设施边沿最长距离；当检索到网格中有水下管缆设施时，读出 水下管缆名称，如果为直线段管缆，则读出直线段管缆两个端点的坐标，如果为弧线段管 缆，则读出管缆弧线段的圆心坐标、端点坐标、半径，如果网格中的管缆同时包括直线段和 弧线段，则同时读出直线段管缆和弧线段管缆的相关参数。
[0032]步骤3,解算并判定上述船只与周边设施之间的距离是否大于设定的安全距离，并 综合船只速度信息后决定是否预警和报警，当不需要预警和报警时重复步骤2,需要预警和 报警时，显示危险船只的MSSI编号和船名，并在警示信息前添加危险船只的MMSI编号，通过 岸基式AIS系统将警示信息传输到该危险船只的船载式AIS系统上。
[0033] 上述步骤3更为具体的是，用船只位置坐标与设施外形特征参数来解算船只与设 施之间的距离，当船只速度、船只与设施之间的距离同时小于或等于预警与报警参数表中 设定的预警距离和预警速度时，判断该船只为预警船只；如果速度与距离同时小于或等于 预警与报警参数表中设定的报警距离和报警速度时，判断该船只为报警船只，此时通过岸 基式AIS系统将警示信息传输到该预警船只的船载式AIS系统上，提醒该船只附近有设施， 请尽快驶离或小心驾驶，不需要预警或报警时重复步骤2。
[0034] 根据检索到的设施类型，水面设施、水下直线管缆、水下管缆弧线段和设施位置信 息，解算船只与设施距离：
[0035] (1)船只与水面设施距离。船只位置坐标为(x、y)、水面建筑几何中心位置坐标为0 (x〇、y〇)、水面建筑几何中心至设施边沿最长距离L，船只与水面设施距离按式1计算：
式
[0036]
[0037] (2)船只与水下直线管缆或水下管缆直线段的距离。水下直线管缆或水下管缆直 线段两个端点坐标为(11，71)，（^，72)，可用直线方程用式2表示：
[0038] (yl-y2)x+(x2-xl )y+xly2-x2yl = 0 式 2
[0039] 船只位罟也说士" 'Λ船口 $il吉能的恭吉BE蛮η始才W+管. 12 式3 2 (3)船只与水下管缆弧线段的距离。当船只接近圆弧段海管时，通过圆弧段海管的 圆心坐标0(Xc，yc)、圆弧半径R、船只的坐标(x、y)、船只与圆弧位置关系，计算船只和圆弧 的最近距离D:
[0042] 式4
[0043] 如附图4所示，当某船只速度、船只与油田设施的最近距离D小于或等于预警与报 警参数表中的最低速度和最短距离时，产生中文或英文的预警、报警信息，通过AIS系统将 预警、报警信息发送到危险船只携带的AIS系统上。
[0044] 本步骤中的解算方式简单易实施，结合步骤1中预存储的数据进行解算可保证运 算效率，以确保报警的实时性，使报警结果准确可信。
【主权项】
1. 一种基于AIS系统的水域安防报警方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤1:将防护区域划分为等间距的网格，把每个网格4个端点坐标的经炜度数据依次 存储在安防管理表中，当网格代表的区域中分布有设施时，将设施的位置、设施名称、设施 外形特征参数，填入该网格对应的安防管理表中，其中，设施外形特征参数包括设施类别、 管缆起点坐标、管缆终点坐标、弧线管缆圆心坐标及弧线半径、水面建筑几何中心坐标，水 面建筑几何中心至设施边沿最长距离，并将设施建立预警参数和报警参数，预警参数包括 预警船只速度、预警船只与水面设施最短距离和预警船只与水下管缆最短距离，报警参数 包括报警船只速度、报警船只与水面设施最短距离和报警船只与水下管缆最短距离； 步骤2:接收到船载AIS系统传来的信息时，从该信息中提取船只位置坐标、速度、注册 MMSI编号和船只名称，使用船只位置坐标与安防管理表中存储的网格坐标逐一比较，船只 位置坐标的X值和y值都落在某网格坐标区域内时，如果该网格中有设施，读取设施外形特 征参数； 步骤3:解算并判定上述船只与周边设施之间的距离是否大于设定的安全距离，并综合 船只速度信息后决定是否预警和报警，当不需要预警和报警时重复步骤2,需要预警和报警 时，显示危险船只的MSSI编号和船名，并在警示信息前添加危险船只的MMSI编号，通过岸基 式AIS系统将警示信息传输到该危险船只的船载式AIS系统上。2. 根据权利要求1所述的一种基于AIS系统的水域安防报警方法，其特征在于:所述步 骤1中的设施分为水面设施、水下直线管缆和水下弧线管缆。3. 根据权利要求1所述的一种基于AIS系统的水域安防报警方法，其特征在于：设施类 别包含设施分类标识，其中，水面设施标识为P、水下直线管缆标识为Z以及水下弧线管缆标 识为H。4. 根据权利要求2所述的一种基于AIS系统的水域安防报警方法，其特征在于：当设施 为水面设施时，求解船只与设施之间的距离的方法为，设船只位置坐标为(x、y)，水面建筑 几何中心位置坐标为〇( x〇、y〇)，水面建筑几何中心至设施边沿最长距离L，船只与水面设施5. 据权利要求2所述的一种基于AIS系统的水域安防报警方法，其特征在 于：当设施为水下直线管缆时，求解船只与管缆之间的距离的方法为，设船只位置坐标 为(x、y)、管缆起点坐标为(xl、yl)、管缆终点坐标为(x2、y2)，直线管缆用直线方程2，（71-72)1+(12-?1)7+1172-?271=0表示，船只到该水下直线管缆的垂直距离0按式3，6. 根据权利要求2所述的一种基于AIS系统的水域安防报警方法，其特征在于：当设施 为水下弧线管缆时，求解船只与弧线管缆之间的距离的方法为，设船只位置坐标为(x、y)， 当船只接近弧线管缆时，通过弧线管缆的圆心坐标〇(xc、y C)、圆弧半径R、船只的坐标(X、 y)、船只与圆弧位置关系，计算船只和圆弧的距离D按式4，
【文档编号】G08G3/02GK106056978SQ201610367117
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】金晓剑, 聂宝栋, 毛启明, 张勇, 杨静宇, 马徐琨
【申请人】中船重工（昆明）灵湖科技发展有限公司, 中海石油（中国）有限公司天津分公司, 中国船舶重工集团公司七五○试验场