控制河段船舶通行智能辅助指挥系统及指挥方法

摘要

本发明涉及航道交通智能辅助指挥技术领域，公开了一种控制河段船舶通行智能辅助指挥系统，包括数据采集与跟踪单元、专家系统、中央控制单元和信号揭示单元，根据知识库所存储船舶通行指挥原则对船舶动态数据库中的待通过船舶数据进行推理，进行分析推理决策，最终发出相应指挥指令，向通行船舶发出指挥信号，给出对应的可通过船舶和稳船船舶命令信息，本发明还公开了一种河段船舶通行智能辅助指挥方法，本发明的系统和方法将人工智能、AIS（船舶自动识别系统）、机器视觉等技术相结合，可降低信号员工作强度、减小了工作压力，提高指挥效率和精度、提高指挥的主动性。

说明书

技术领域

本发明涉及内河航道通行信号的揭示及船舶通行指挥、数字化航道领域，特别是涉及控制河段信号台信号揭示、船舶通行指挥和控制方法及系统。

背景技术

在内河航道的一些重点河段设置有通行信号台，信号台通过信号揭示对船舶的通行进行指挥控制，使其有序通过控制河段。目前信号台的工作方式为依靠人工瞭望、VHF电话联系来获取上下水船位信息，然后凭借信号员业务水平和经验揭示通行信号。采用此种方式，通行指挥控制受信号员业务能力、心情、心理状态等多因素影响，准确性较差、效率较低，降低了控制河段的通航效率；难以主动掌握船舶准确位置，指挥比较被动；容易被虚报位置船舶欺瞒，影响信号揭示准确性，甚至造成指挥失当，引发船舶交通安全事故；人工指挥无法对密集通行船舶进行科学高效的控制指挥；信号揭示和控制指挥信息，及船舶通行情况无法实时记录和保存。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明公开了一种控制河段船舶通行智能辅助指挥系统，能提高控制河段的通航效率，主动掌握船舶准确位置。

本发明的目的是这样实现的：控制河段船舶通行智能辅助指挥系统，包括

数据采集与跟踪单元，用于采集控制河段指挥断面内船舶AIS信息和视频信息，并对目标船名进行跟踪；

知识库,用于存储船舶通行指挥原则；

专家系统，用于根据知识库对数据采集子系统获取的数据进行推理决策，获得可通行船舶和稳船船舶的信息及相应的指挥指令；

中央控制单元，对数据采集与跟踪单元采集的信息进行处理，获得船舶动态数据并存入综合数据库，并存入综合数据库，调用专家系统进行推理决策，并用于根据决策结果，手动或自动向信号揭示单元发出相应指挥指令；

信号揭示单元，根据中央控制单元发出的指挥指令，向可通行船舶和稳船船舶发出指挥信号；

系统自动保存并记录通过船舶的基本信息，如船名、航速、航向等，以及指挥命令信息。

进一步，所述船舶数据采集子系统包括至少一个AIS和多个摄像装置；

进一步，所述指挥指令包括通行信号指令和通行规则；

进一步，所述信号揭示单元包括

揭示装置，用于接受通行规则指令、揭示通行信号；

无线传输装置，将通行信号指令和通行规则转换为无线信号并发送；

进一步，所述摄像装置设置于云台上，所述中央控制子系统还根据船舶AIS信息和视频信息进行经纬度与云台运行轨迹坐标换算，解算出跟踪轨迹坐标，以驱动云台按跟踪轨迹坐标进行运转，对通行目标船舶进行跟踪拍摄。

本发明还提供一种控制河段船舶通行智能辅助指挥方法，包括如下步骤：

1）采集控制河段指挥断面内船舶AIS信息和视频信息；

2）中央控制单元对数据采集与跟踪单元采集的信息进行处理，获得船舶动态数据并存入综合数据库，并存入综合数据库，

3）利用专家子系统；根据知识库对船舶动态数据进行推理决策，获得可通行船舶和稳船船舶的信息及相应的指挥指令；

4）根据中央控制单元发出的指挥指令，向通行目标船舶发出指挥信号。

进一步，所述指挥指令包括通行信号指令和通行规则；

进一步，所述专家子系统推理决策获得通行目标船舶通行信号指令和通行规则；

进一步，所述步骤3）中包括将通行信号指令和通行规则进行解释的步骤，将信号进行揭示的步骤，以及将通行信号指令和通行规则转换为无线信号并发送的步骤；

进一步，还包括如下步骤：

4）根据船舶AIS信息和视频信息进行经纬度与云台运行轨迹坐标换算，解算出跟踪轨迹坐标，驱动云台按跟踪轨迹坐标进行运转，对通行目标船舶进行跟踪拍摄；

5）系统自动保存并记录通过船舶的基本信息，如船名、航速、航向等，以及指挥命令信息。

本发明的有益效果如下：将人工智能、AIS、机器视觉等技术用于信号控制台，自动获取控制河段目标船舶的基本信息，建立以通行规则和信号员经验相结合的决策专家系统，代替传统的依靠人工观察、人工报告、依靠经验进行信号揭示的人工指挥过程，实现通行信号的自动揭示。该系统降低了信号员工作强度、减小了工作压力，提高了指挥效率和精度、提高了指挥的主动性，是数字化航道的重要组成部分。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

图1示出了控制河段船舶通行智能辅助指挥系统实施示意图；

图2示出了控制河段船舶通行智能辅助指挥系统结构图；

图3示出了控制河段船舶通行智能辅助指挥方法的流程示意图。

具体实施方式

图1示出了控制河段船舶通行智能辅助指挥系统实施示意图；图2示出了控制河段船舶通行智能辅助指挥系统结构图；本实施例的控制河段船舶通行智能辅助指挥系统，包括

数据采集与跟踪单元，包括至少一个AIS系统和多个摄像装置、云台、基站控制器、视频服务器、网络设备和控制软件组成，用于采集控制河段指挥断面内船舶AIS信息和视频信息，控制软件根据中央控制单元数据处数据处理软件提供的云台轨迹命令图像信息控制云台摄像机跟踪域内目标船舶，采用全局控制算法，利用摄像机视野交集实现区域多摄像机交接处无盲区跟踪监控。

知识库,用于存储船舶通行指挥原则；

专家系统，由综合数据库、知识库、推理模块等组成，用于根据知识库对船舶数据采集单元获取的数据进行推理决策，获得通行目标船舶和稳船船舶的信息及相应的通行信号指令和通行规则；

中央控制单元，对数据采集与跟踪单元采集的信息进行处理，获得船舶动态数据并存入综合数据库，并存入综合数据库，调用专家系统进行推理决策，并用于根据决策结果，以手动或自动的方式向信号揭示单元发出相应指挥指令，并记录通行船舶的基本信息及指挥命令信息等；

信号揭示单元，根据中央控制单元发出的指挥指令，向通行目标船舶和稳船船舶发出指挥信号，具体包括AIS、揭示装置和无线传输装置；

所述揭示装置，用于接受通行规则指令、揭示通行信号。

所述无线传输装置，将中央处理单元的决策命令或通行信号指令和通行规则转换为无线信号并以无线电波方式发送给船舶。

所述摄像装置设置于云台上，所述中央控制单元还根据船舶AIS信息和视频信息进行经纬度与云台运行轨迹坐标换算，解算出跟踪轨迹坐标，以驱动云台按跟踪轨迹坐标进行运转，对通行目标船舶进行跟踪拍摄。

图3示出了控制河段船舶通行智能辅助指挥方法的流程示意图，本实施例的河段船舶通行智能辅助指挥方法，包括如下步骤：

1）采集河段内船舶AIS信息和视频信息；

2）利用专家系统，根据知识库对数据采集单元获取的数据进行推理决策，获得可通行船舶和稳船船舶的信息及相应的指挥指令；所述指挥指令包括通行信号指令和通行规则；

3）根据中央控制单元发出的指挥指令，向可通行目标船舶和稳船船舶发出指挥信号，具体的：包括将通行信号进行揭示，将通行信号指令和通行规则转换为无线信号并发送；

4）根据船舶AIS信息和视频信息进行经纬度与云台运行轨迹坐标换算，解算出跟踪轨迹坐标，驱动云台按跟踪轨迹坐标进行运转，对通行目标船舶进行跟踪拍摄。

根据图1和图3，本系统的详细工作过程为：

1）                  数据采集与跟踪单元的AIS设备的监听区域内的AIS信号，判断是否到达控制河段的上下游控制线；对于安有AIS系统的船舶，则进入第3步

2）                  数据采集与跟踪单元的摄像机获取上下游控制线区域的视频信号，通过图像处理，判断是否有未安装AIS的船舶，如有未安装AIS的船舶，则进入第10步。

3）              数据采集与跟踪单元的AIS自动获取船舶的AIS信息，中央控制单元的数据处理模块将进入指挥断面安有AIS系统的船舶s1、s2的AIS进行处理，提取相应数据形成船舶动态数据，并存入综合数据库。

4）              中央控制单元调用专家系统推理模块对综合数据库的数据根据知识库的规则进行逻辑推理，根据当前航速、货物类型、船型等信息及规则如“下行船与上行船同时到达上、下指挥断面，指挥下行船通行，上行船应在下界限标以下稳船等候”等自动制定通行计划，给出进入上下游指挥断面的船舶s1、s2的通行规则命令，即船舶s2在下界限标以下稳船等候，船舶s1通过；

5）              人机接口向工作人员呈现中央控制单元推理出的通行规则命令并进行解释。该命令可自动执行或人工确认执行。选择人工确认执行，则信号员可对该通行规则命令进行修改，或人工制定通行规则；

6）              如选择自动执行，则船舶接近指挥断面时，中央处理单元将根据通行规则命令向揭示单元发出命令；

7）              信号揭示接到命令行后，信号揭示装置自动进行信号揭示，并通过信号揭示单元的AIS和高频电话进行广播，发送通行指令。

8）              中央控制单元的数据处理模块解算目标船舶s1的地理位置数据，转换为摄像机云台的跟踪位置指令，驱动相应监控区域的摄像机进行跟踪，及各监控区域摄像机的交替跟踪。

9）              中央控制单元根据数据采集与跟踪单元提供的船舶动态信息，进行可视化实时显示。

10）         对于未安装AIS系统的船舶，如船舶s3，摄像机采集图像信息，经图像处理后解算出船舶s3的位置，估算速度，输入其他相关数据后存入数据库；转到第4步。

11）         中央控制单元自动将通行时段内的所有船舶运行轨迹，工作日志、工作状态、航道状况、操作记录以及图像和语音记录保存到历史数据库，可作为出现海损事故后确定肇事船舶的有力证据。授权用户可远程查询访问信号台工作状况和航道情况。

12）         船舶通过完毕后，操作人员可根据记录的相关参数，对通行指挥决策过程进行回溯评估；也可修正相关规则。

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。