一种船舶交通导航系统中CCTV对船舶跟踪监控方法

摘要

本发明公开了一种船舶交通导航系统中CCTV对船舶跟踪监控方法，包括以下步骤：获取CCTV监控点镜头的经纬度和距离水面的高度；获取被监控船舶的船舶高度、宽度和长度；实时获取船舶经纬度、航向、航速、吃水信息及数据生成时间；预测得到被监控船舶当前位置的经纬度，计算被监控船舶相对于监控点镜头的水平偏转角度及水平距离；获得被监控船舶相对于监控点镜头的垂直偏转角度；并获得镜头监控船舶需要的焦距值；控制云台偏转及调节镜头至对应的焦距值；重复上述步骤，实现CCTV监控点镜头对船舶的跟踪监控。本发明能保证在跟踪监控过程中，不同大小、不同航向状态的船舶在监控画面中所占的比例相同，达到较好的跟踪监控效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种CCTV对船舶跟踪监控方法，特别涉及一种船舶交通导航系 统中CCTV对船舶跟踪监控方法，属于船舶监控的技术领域。

背景技术

在VTS系统(船舶交通导航系统)中，包括的子系统有：雷达子系统、VHF 子系统、AIS子系统、CCTV子系统、数据库子系统等。雷达子系统通过雷达扫 描主动对雷达所覆盖区域的船舶位置和航行状况进行侦测；VHF子系统通过VHF 通信系统对监控区内的重点船舶进行人工标示和跟踪；AIS子系统通过安装在船 上的AIS船台发出船舶的mmsi、经纬度、航速、航向、船舶尺寸、船舶吃水等 信息，由岸基AIS台站接收船舶的AIS信息，实现对AIS船舶的跟踪；闭路电视 监控系统CCTV(为Closed CircuitTelevision System的简称)是以视频摄录为信息 采集手段的直观的现场监管手段，可以通过CCTV子系统直接了解现场船舶的航 行状况和船舶类型等信息；数据库子系统保存船舶的基本资料、船舶违章等信息。

对于重点船舶，如危险品船舶、客轮、客滚轮和其他需要重点监控的船舶， 当船舶进入通航管理的重点水域时，不但要知道在哪儿，航速航向是多少，而且 也需要对这类船舶进行现场全程监管，实现监控摄像机自动全程跟踪，以确保这 类船舶的航行安全，因此实现CCTV对船舶跟踪监控是非常必要的。在传统的跟 踪监控实现方法中，仅考虑了船舶的经纬度信息，没有参考不同监控时间段的水 位、船舶的长度、宽度、船舶水面以上高度、航向等信息，会造成不同大小或同 样大小不同航向的船舶在监控画面中占的比例过大或过小，还可能造成某些水位 情况下船舶不能被准确监控，由此不能达到很好的跟踪监控效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种船舶交通导 航系统中CCTV对船舶跟踪监控方法，实现了CCTV对船舶的跟踪监控，并且 在跟踪监控过程中不同大小、不同航向状态的船舶在监控画面中所占的比例相 同，达到了较好的跟踪监控效果。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种船舶交通导航系统中CCTV对船舶跟踪监控方法，包括以下步骤：

(1)获取CCTV监控点镜头的经纬度和镜头距离水面的高度；

(2)获取被监控船舶的船舶高度、宽度和长度；

(3)实时获取被监控船舶的经纬度、航向、航速、吃水信息及数据生成时间；

(4)提取最新获取的被监控船舶的经纬度、航向、航速及与数据生成时间， 预测得到被监控船舶当前位置的经纬度；由被监控船舶当前位置的经纬度和监 控点镜头的经纬度计算获得被监控船舶相对于监控点镜头的水平偏转角度及水 平距离；

(5)根据被监控船舶的高度和当前时刻获取的吃水信息获得被监控船舶当 前的水面以上高度，再根据被监控船舶当前的水面以上高度和所获取的监控点 镜头距离水面的高度、被监控船舶到镜头的水平距离计算获得被监控船舶相对 于监控点镜头的垂直偏转角度；

(6)根据所获得的被监控船舶的长度、宽度、航向及被监控船舶当前的水面 以上高度、监控点镜头到被监控船舶的水平距离计算获得镜头监控船舶需要的 焦距值；

(7)控制云台转动到步骤(4)计算出的水平偏转角度和步骤(5)计算出的 垂直偏转角度，并通过云台调节镜头至步骤(6)计算出的焦距值；

(8)重复上述(3)至(7)步骤，实现CCTV监控点镜头对船舶的跟踪监控。

进一步地，作为本发明的一个优选技术方案：所述步骤(5)获得被监控船舶 相对于监控点镜头的垂直偏转角度θ的计算方法为：

θ′＝arctan((H-h/n)/d)

θ＝－θ′

其中，H为监控点镜头距离水面的高度；h为被监控船舶当前的水面以上 高度；d为被监控船舶到监控点镜头的水平距离；n为系数，且0<n<h。

进一步地，作为本发明的一个优选技术方案：所述步骤(6)计算获得镜头监 控船舶需要的焦距值的计算方法包括以下步骤：

步骤(6-1)获得被监控船舶到监控点镜头的实际距离D，其中

D＝sqrt(d²+(H-h/n)²)

公式中，d为被监控船舶到监控点镜头的水平距离；H为监控点镜头距离水 面的高度；n为系数，且0<n<h；

步骤(6-2)确定被监控船舶航向与监控点镜头切向方向的夹角α，再获得被 监控船舶在监控点镜头中的投影长度L，其中

L＝max(l*cosα，w)

公式中，l为被监控船舶的长度；w为被监控船舶的高度；

步骤(6-3)根据所获得的被监控船舶在监控点镜头中的实际投影长度L和 当前的水面以上高度h分别计算获得镜头监控船舶需要的两个焦距值f1和f2， 其中

f1＝vD/L

f2＝uD/h

公式中，v表示被监控船舶在ccd靶面上成像宽度；u表示被监控船舶在ccd 靶面上成像高度；

步骤(6-4)从步骤(6-3)所获得的镜头监控船舶需要的两个焦距值f1和f2中 选取较小值作为实际需要的焦距值f，即f＝min(f1，f2)。

进一步地，作为本发明的一个优选技术方案：所述系数n的取值为2。

进一步地，作为本发明的一个优选技术方案：所述步骤(5)获取监控点镜 头距离水面的高度包括以下步骤：

步骤(5-1)预设若干个时间段，并在各时间段下分别获取监控点镜头距离水 面的高度；

步骤(5-2)根据当前时刻确定所在的时间段，将该时间段下获取监控点镜头 距离水面的高度作为当前所获取的监控点镜头距离水面的高度。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

(1)本发明的船舶交通导航系统中CCTV对船舶跟踪监控方法，综合考 虑被监控船舶位置经纬度、长度、宽度、高度、当前吃水信息、航向、航速等多 因素的CCTV对船舶跟踪监控，并且保证在跟踪监控过程中，不同大小、不同 航向状态的船舶在监控画面中所占的比例相同，实现CCTV对船舶的跟踪监控， 达到较好的跟踪监控效果。

附图说明

图1为本发明的船舶交通导航系统中CCTV对船舶跟踪监控方法的流程示意图。

图2为本发明的被监控船舶相对于监控点镜头垂直偏转角度计算的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。

如图1所示，本发明设计了一种船舶交通导航系统中CCTV对船舶跟踪监 控方法，在船舶交通导航系统的基础上，在CCTV对船舶跟踪监控上做出改进， 具体包括以下步骤：

(1)测量CCTV监控点镜头的经纬度和距离水面的高度；测量镜头距离水面 的高度可以在一天内只测量一组数据，也可以的不同时间段进行测量获得多组 数据；为了获得多组测量数据，将一天设成若干个时间段，并在各时间段下分 别获取监控点镜头距离水面的高度的一组数据，由测量以获得一天的不同时间 段下CCTV监控点镜头距离水面高度。

(2)从船舶交通导航系统中的AIS系统获得船舶MMIS号或用户手动将被监 控船舶与数据库中的船舶信息关联，从数据库中获取被监控船舶的船舶高度、宽 度和长度信息。

(3)实时从船舶交通导航系统中的AIS系统或雷达系统中获取被监控船舶的 经纬度、航向、航速、吃水信息及数据生成时间。

(4)提取最新获取的被监控船舶的经纬度、航向、航速及与数据生成时间， 预测得到被监控船舶当前位置的经纬度；由被监控船舶当前位置的经纬度和监 控点镜头的经纬度计算获得被监控船舶相对于监控点镜头的水平偏转角度及水 平距离。

(5)根据被监控船舶的高度和当前时刻获取的吃水信息获得被监控船舶当 前的水面以上高度，根据当前时刻对照步骤(1)中的时间段，确定当前时刻所 在的时间段，将该时间段下获取监控点镜头距离水面的高度作为当前所获取的监 控点镜头距离水面的高度；再根据被监控船舶当前的水面以上高度和当前所获取 的监控点镜头距离水面的高度、被监控船舶到镜头的水平距离计算获得被监控船 舶相对于监控点镜头的垂直偏转角度。计算方法是：如图2所示，为本发明的被 监控船舶相对于监控点镜头垂直偏转角度计算的示意图，设监控点镜头距离水面 的高度为H，被监控船舶当前的水面以上高度为h(被监控船舶的高度减去船舶 当前吃水高度)，被监控船舶到监控点镜头的水平距离为d，并设定系数n，则被 监控船舶相对于监控点镜头的垂直偏转角度θ的计算公式为:

θ′＝arctan((H-h/n)/d)    (1)

θ＝－θ′          (2)

公式(2)中，垂直偏转角度θ取负值表示是向下偏转；由h/n控制镜头的监 控画面中心指向船舶垂直方向的部分，n可取0<n<h内的任意数。

当系数n取值为2时，被监控船舶相对于监控点镜头的垂直偏转角度θ的计 算公式为：

θ＇＝arctan((H-h/2)/d)    (3)

由此状态下，监控点镜头的监控画面中心指向船舶垂直方向中心，进一步提 高对船舶的监控效果。

(6)根据所获得的被监控船舶的长度、宽度、航向及被监控船舶当前的水面 以上高度、监控点镜头到被监控船舶的水平距离计算获得镜头监控船舶需要的 焦距值。计算方法是：首先计算船舶航向与镜头的切向方向的夹角α，α的计算 方法是：设步骤(4)中计算出的被监控船舶相对于监控点镜头的水平偏转角度 为γ，则在船舶所在的位置镜头的切向角度有两个，分别为：

κ₁＝(γ+90)％360     (4)

κ₂＝(γ+270)％360    (5)

其中，上述公式(4)和(5)中，“％”是指取余数。

设船舶的航向为ψ，则船舶航向与镜头切向方向的夹角α为：

α＝min(abs(κ₁-ψ),abs(κ₂-ψ))    (6)

设船舶船长为l，船宽为w，镜头当前距离水面的高度为H，船舶当前水面 以上高度为h，船舶到镜头的水平距离为d，并设定系数n，则船舶到镜头的实 际距离D的表达式为：

D＝sqrt(d²+(H-h/n)²)    (7)

公式(7)中，稀疏n取0<n<h内的任意数，可以优选系数n取值为2。

由被监控船舶航向不同时，被监控船舶在监控点镜头中的投影长度有所不 同。被监控船舶正常航行时，船身的方向与航向是一致，当被监控船舶沿监控点 镜头的切向方向行驶时，被监控船舶在监控点镜头中的投影长度为船舶长度，当 被监控船舶沿镜头径向方向行驶时，被监控船舶在监控点镜头中的投影长度为船 舶宽度。被监控船舶在镜头中的投影长度L的计算公式如下：

L＝max(l*cosα，w)    (8)

再根据被监控船舶在监控点镜头中的实际投影长度L和被监控船舶当前的 水面以上高度h，分别计算两个焦距值f1和f2，计算公式如下：

f1＝vD/L      (9)

f2＝uD/h      (10)

在上述两个公式中：v表示图像的宽度，即被监控船舶在ccd靶面上成像宽 度；u表示图像的高度，即被监控船舶在ccd靶面上成像高度。

为了保证在监控点镜头的监控图像中可以看到完整的船舶图像，实际的焦距 值f可以取两个焦距值中的较小值，即焦距f的表达式为：

f＝min(f1，f2)      (11)

(7)控制云台转动到步骤(4)计算出的水平偏转角度和步骤(5)计算出的 垂直偏转角度，并通过云台调节镜头至步骤(6)计算出的焦距值。

(8)重复上述(3)至(7)步骤，实现CCTV监控点镜头对船舶的跟踪监控。

综上，本发明的船舶交通导航系统中CCTV对船舶跟踪监控方法，综合考 虑被监控船舶位置经纬度、长度、宽度、高度、当前吃水信息、航向、航速等多 因素的CCTV对船舶跟踪监控，并且保证在跟踪监控过程中，不同大小、不同 航向状态的船舶在监控画面中所占的比例相同，实现CCTV对船舶的跟踪监控， 达到较好的跟踪监控效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述 实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明 宗旨的前提下做出各种变化。在本发明的技术方案基础上所做的任何改动，均落 入本发明保护范围之内。