專利名稱：控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)及指揮方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內(nèi)河航道通行信號的揭示及船舶通行指揮、數(shù)字化航道領域，特別是涉及控制河段信號臺信號揭示、船舶通行指揮和控制方法及系統(tǒng)。
背景技術：
在內(nèi)河航道的一些重點河段設置有通行信號臺，信號臺通過信號揭示對船舶的通行進行指揮控制，使其有序通過控制河段。目前信號臺的工作方式為依靠人工瞭望、VHF電話聯(lián)系來獲取上下水船位信息，然后憑借信號員業(yè)務水平和經(jīng)驗揭示通行信號。采用此種方式，通行指揮控制受信號員業(yè)務能力、心情、心理狀態(tài)等多因素影響，準確性較差、效率較低，降低了控制河段的通航效率；難以主動掌握船舶準確位置，指揮比較被動；容易被虛報位置船舶欺瞞，影響信號揭示準確性，甚至造成指揮失當，引發(fā)船舶交通安全事故；人工指揮無法對密集通行船舶進行科學高效的控制指揮；信號揭示和控制指揮信息，及船舶通行情況無法實時記錄和保存。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，能提高控制河段的通航效率，主動掌握船舶準確位置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，包括
數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元，用于采集控制河段指揮斷面內(nèi)船舶AIS信息和視頻信息，并對目標船名進行跟蹤；
知識庫，用于存儲船舶通行指揮原則；
專家系統(tǒng)，用于根據(jù)知識庫對數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進行推理決策，獲得可通行船舶和穩(wěn)船船舶的信息及相應的指揮指令；
中央控制單元，對數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元采集的信息進行處理，獲得船舶動態(tài)數(shù)據(jù)并存入綜合數(shù)據(jù)庫，并存入綜合數(shù)據(jù)庫，調(diào)用專家系統(tǒng)進行推理決策，并用于根據(jù)決策結果，手動或自動向信號揭示單元發(fā)出相應指揮指令；
信號揭示單元，根據(jù)中央控制單元發(fā)出的指揮指令，向可通行船舶和穩(wěn)船船舶發(fā)出指揮信號；
系統(tǒng)自動保存并記錄通過船舶的基本信息，如船名、航速、航向等，以及指揮命令信息。進一步，所述船舶數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括至少一個AIS和多個攝像裝置； 進一步，所述指揮指令包括通行信號指令和通行規(guī)則；
進一步，所述信號揭示單元包括揭示裝置，用于接受通行規(guī)則指令、揭示通行信號； 無線傳輸裝置，將通行信號指令和通行規(guī)則轉(zhuǎn)換為無線信號并發(fā)送； 進一步，所述攝像裝置設置于云臺上，所述中央控制子系統(tǒng)還根據(jù)船舶AIS信息和視頻信息進行經(jīng)緯度與云臺運行軌跡坐標換算，解算出跟蹤軌跡坐標，以驅(qū)動云臺按跟蹤軌跡坐標進行運轉(zhuǎn)，對通行目標船舶進行跟蹤拍攝。本發(fā)明還提供一種控制河段船舶通行智能輔助指揮方法，包括如下步驟
1)采集控制河段指揮斷面內(nèi)船舶AIS信息和視頻信息；
2)中央控制單元對數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元采集的信息進行處理，獲得船舶動態(tài)數(shù)據(jù)并存入綜合數(shù)據(jù)庫，并存入綜合數(shù)據(jù)庫，
3)利用專家子系統(tǒng)；根據(jù)知識庫對船舶動態(tài)數(shù)據(jù)進行推理決策，獲得可通行船舶和穩(wěn)船船舶的信息及相應的指揮指令；
4)根據(jù)中央控制單元發(fā)出的指揮指令，向通行目標船舶發(fā)出指揮信號。進一步，所述指揮指令包括通行信號指令和通行規(guī)則；
進一步，所述專家子系統(tǒng)推理決策獲得通行目標船舶通行信號指令和通行規(guī)則； 進一步，所述步驟3)中包括將通行信號指令和通行規(guī)則進行解釋的步驟，將信號進行揭示的步驟，以及將通行信號指令和通行規(guī)則轉(zhuǎn)換為無線信號并發(fā)送的步驟； 進一步，還包括如下步驟
4)根據(jù)船舶AIS信息和視頻信息進行經(jīng)緯度與云臺運行軌跡坐標換算，解算出跟蹤軌跡坐標，驅(qū)動云臺按跟蹤軌跡坐標進行運轉(zhuǎn)，對通行目標船舶進行跟蹤拍攝；
5)系統(tǒng)自動保存并記錄通過船舶的基本信息，如船名、航速、航向等，以及指揮命令信
肩、ο本發(fā)明的有益效果如下將人工智能、AIS、機器視覺等技術用于信號控制臺，自動獲取控制河段目標船舶的基本信息，建立以通行規(guī)則和信號員經(jīng)驗相結合的決策專家系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的依靠人工觀察、人工報告、依靠經(jīng)驗進行信號揭示的人工指揮過程，實現(xiàn)通行信號的自動揭示。該系統(tǒng)降低了信號員工作強度、減小了工作壓力，提高了指揮效率和精度、提高了指揮的主動性，是數(shù)字化航道的重要組成部分。


為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述
圖1示出了控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)實施示意圖； 圖2示出了控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)結構圖； 圖3示出了控制河段船舶通行智能輔助指揮方法的流程示意圖。
具體實施例方式圖1示出了控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)實施示意圖；圖2示出了控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)結構圖；本實施例的控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)， 包括
數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元，包括至少一個AIS系統(tǒng)和多個攝像裝置、云臺、基站控制器、視頻服務器、網(wǎng)絡設備和控制軟件組成，用于采集控制河段指揮斷面內(nèi)船舶AIS信息和視頻信息，控制軟件根據(jù)中央控制單元數(shù)據(jù)處數(shù)據(jù)處理軟件提供的云臺軌跡命令圖像信息控制云臺攝像機跟蹤域內(nèi)目標船舶，采用全局控制算法，利用攝像機視野交集實現(xiàn)區(qū)域多攝像機交接處無盲區(qū)跟蹤監(jiān)控。
知識庫，用于存儲船舶通行指揮原則；
專家系統(tǒng)，由綜合數(shù)據(jù)庫、知識庫、推理模塊等組成，用于根據(jù)知識庫對船舶數(shù)據(jù)采集單元獲取的數(shù)據(jù)進行推理決策，獲得通行目標船舶和穩(wěn)船船舶的信息及相應的通行信號指令和通行規(guī)則；
中央控制單元，對數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元采集的信息進行處理，獲得船舶動態(tài)數(shù)據(jù)并存入綜合數(shù)據(jù)庫，并存入綜合數(shù)據(jù)庫，調(diào)用專家系統(tǒng)進行推理決策，并用于根據(jù)決策結果，以手動或自動的方式向信號揭示單元發(fā)出相應指揮指令，并記錄通行船舶的基本信息及指揮命令信息等；
信號揭示單元，根據(jù)中央控制單元發(fā)出的指揮指令，向通行目標船舶和穩(wěn)船船舶發(fā)出指揮信號，具體包括AIS、揭示裝置和無線傳輸裝置；
所述揭示裝置，用于接受通行規(guī)則指令、揭示通行信號。所述無線傳輸裝置，將中央處理單元的決策命令或通行信號指令和通行規(guī)則轉(zhuǎn)換為無線信號并以無線電波方式發(fā)送給船舶。所述攝像裝置設置于云臺上，所述中央控制單元還根據(jù)船舶AIS信息和視頻信息進行經(jīng)緯度與云臺運行軌跡坐標換算，解算出跟蹤軌跡坐標，以驅(qū)動云臺按跟蹤軌跡坐標進行運轉(zhuǎn)，對通行目標船舶進行跟蹤拍攝。圖3示出了控制河段船舶通行智能輔助指揮方法的流程示意圖，本實施例的河段船舶通行智能輔助指揮方法，包括如下步驟
1)采集河段內(nèi)船舶AIS信息和視頻信息；
2)利用專家系統(tǒng)，根據(jù)知識庫對數(shù)據(jù)采集單元獲取的數(shù)據(jù)進行推理決策，獲得可通行船舶和穩(wěn)船船舶的信息及相應的指揮指令；所述指揮指令包括通行信號指令和通行規(guī)則；
3)根據(jù)中央控制單元發(fā)出的指揮指令，向可通行目標船舶和穩(wěn)船船舶發(fā)出指揮信號， 具體的包括將通行信號進行揭示，將通行信號指令和通行規(guī)則轉(zhuǎn)換為無線信號并發(fā)送；
4)根據(jù)船舶AIS信息和視頻信息進行經(jīng)緯度與云臺運行軌跡坐標換算，解算出跟蹤軌跡坐標，驅(qū)動云臺按跟蹤軌跡坐標進行運轉(zhuǎn)，對通行目標船舶進行跟蹤拍攝。根據(jù)圖1和圖3，本系統(tǒng)的詳細工作過程為
1)數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元的AIS設備的監(jiān)聽區(qū)域內(nèi)的AIS信號，判斷是否到達控制河段的上下游控制線；對于安有AIS系統(tǒng)的船舶，則進入第3步
2)數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元的攝像機獲取上下游控制線區(qū)域的視頻信號，通過圖像處理， 判斷是否有未安裝AIS的船舶，如有未安裝AIS的船舶，則進入第10步。3)數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元的AIS自動獲取船舶的AIS信息，中央控制單元的數(shù)據(jù)處理模塊將進入指揮斷面安有AIS系統(tǒng)的船舶si、s2的AIS進行處理，提取相應數(shù)據(jù)形成船舶動態(tài)數(shù)據(jù)，并存入綜合數(shù)據(jù)庫。4)中央控制單元調(diào)用專家系統(tǒng)推理模塊對綜合數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)根據(jù)知識庫的規(guī)則進行邏輯推理，根據(jù)當前航速、貨物類型、船型等信息及規(guī)則如“下行船與上行船同時到達上、下指揮斷面，指揮下行船通行，上行船應在下界限標以下穩(wěn)船等候”等自動制定通行計劃，給出進入上下游指揮斷面的船舶si、s2的通行規(guī)則命令，即船舶s2在下界限標以下穩(wěn)船等候，船舶si通過；
5)人機接口向工作人員呈現(xiàn)中央控制單元推理出的通行規(guī)則命令并進行解釋。該命令可自動執(zhí)行或人工確認執(zhí)行。選擇人工確認執(zhí)行，則信號員可對該通行規(guī)則命令進行修改， 或人工制定通行規(guī)則；
6)如選擇自動執(zhí)行，則船舶接近指揮斷面時，中央處理單元將根據(jù)通行規(guī)則命令向揭示單元發(fā)出命令；
7)信號揭示接到命令行后，信號揭示裝置自動進行信號揭示，并通過信號揭示單元的 AIS和高頻電話進行廣播，發(fā)送通行指令。8)中央控制單元的數(shù)據(jù)處理模塊解算目標船舶Sl的地理位置數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為攝像機云臺的跟蹤位置指令，驅(qū)動相應監(jiān)控區(qū)域的攝像機進行跟蹤，及各監(jiān)控區(qū)域攝像機的交替跟蹤。9)中央控制單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元提供的船舶動態(tài)信息，進行可視化實時顯不。10)對于未安裝AIS系統(tǒng)的船舶，如船舶s3，攝像機采集圖像信息，經(jīng)圖像處理后解算出船舶s3的位置，估算速度，輸入其他相關數(shù)據(jù)后存入數(shù)據(jù)庫；轉(zhuǎn)到第4步。11)中央控制單元自動將通行時段內(nèi)的所有船舶運行軌跡，工作日志、工作狀態(tài)、 航道狀況、操作記錄以及圖像和語音記錄保存到歷史數(shù)據(jù)庫，可作為出現(xiàn)海損事故后確定肇事船舶的有力證據(jù)。授權用戶可遠程查詢訪問信號臺工作狀況和航道情況。12)船舶通過完畢后，操作人員可根據(jù)記錄的相關參數(shù)，對通行指揮決策過程進行回溯評估；也可修正相關規(guī)則。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求
1.控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元，用于采集控制河段指揮斷面內(nèi)船舶AIS信息和視頻信息，并跟蹤目標船舶；專家系統(tǒng)，用于根據(jù)知識庫對數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元獲取的數(shù)據(jù)進行推理決策，獲得可通行船舶和穩(wěn)船船舶信息及相應的指揮指令；知識庫，用于存儲船舶通行指揮原則；中央控制單元，對數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元采集的信息進行處理，獲得船舶動態(tài)數(shù)據(jù)并存入綜合數(shù)據(jù)庫，調(diào)用專家系統(tǒng)進行推理決策，并用于根據(jù)決策結果，手動或自動向通行信號揭示子系統(tǒng)發(fā)出相應指揮指令；通行信號揭示單元，根據(jù)中央控制單元發(fā)出的指揮指令，進行信號揭示并向指揮斷面內(nèi)船舶發(fā)出指揮命令信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元包括至少一個AIS和多個攝像裝置。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，其特征在于所述指揮指令包括通行信號指令和通行規(guī)則。
4.根據(jù)權利要求3所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，其特征在于所述通行信號揭示單元包括信號自動揭示裝置，用于接受通行規(guī)則指令、揭示通行信號；無線傳輸裝置，將通行信號指令和通行規(guī)則轉(zhuǎn)換為無線信號并發(fā)送。
5.根據(jù)權利要求4所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，其特征在于所述攝像裝置設置于云臺上，所述中央控制單元還根據(jù)船舶AIS信息和視頻信息進行經(jīng)緯度與云臺運行軌跡坐標換算，解算出跟蹤軌跡坐標，以驅(qū)動云臺按跟蹤軌跡坐標進行運轉(zhuǎn)，對通行目標船舶進行跟蹤拍攝。
6.控制河段船舶通行智能輔助指揮方法，其特征在于包括如下步驟1)采集控制河段指揮斷面內(nèi)船舶AIS信息和視頻信息；2)中央控制單元對數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元采集的信息進行處理，獲得船舶動態(tài)數(shù)據(jù)并存入綜合數(shù)據(jù)庫，并存入綜合數(shù)據(jù)庫，3)利用專家系統(tǒng)，根據(jù)知識庫對船舶動態(tài)數(shù)據(jù)進行推理決策，獲得可通行船舶和穩(wěn)船船舶信息及相應的指揮指令；4)根據(jù)中央控制單元發(fā)出的指揮指令，向可通行船舶和穩(wěn)船船舶發(fā)出指揮信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮方法，其特征在于所述指揮指令包括通行信號指令和通行規(guī)則。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮方法，其特征在于所述專家系統(tǒng)推理決策獲得可通行船舶和穩(wěn)船船舶的信號指令和通行規(guī)則。
9.根據(jù)權利要求3所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮方法，其特征在于所述步驟3)中包括將通行信號指令和通行規(guī)則進行解釋的步驟，通行信號揭示的步驟，以及將通行信號指令和通行規(guī)則轉(zhuǎn)換為無線信號并發(fā)送的步驟。
10.根據(jù)權利要求4所述的控制河段船舶通行智能輔助指揮方法，其特征在于還包括如下步驟4)根據(jù)船舶AIS信息和視頻信息進行經(jīng)緯度與云臺運行軌跡坐標換算，解算出跟蹤軌跡坐標，驅(qū)動云臺按跟蹤軌跡坐標進行運轉(zhuǎn)，對通行目標船舶進行跟蹤拍攝；5)系統(tǒng)自動保存并記錄通過船舶的基本信息，包括船名、航速、航向和指揮命令信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及航道交通智能輔助指揮技術領域，公開了一種控制河段船舶通行智能輔助指揮系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與跟蹤單元、專家系統(tǒng)、中央控制單元和信號揭示單元，根據(jù)知識庫所存儲船舶通行指揮原則對船舶動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的待通過船舶數(shù)據(jù)進行推理，進行分析推理決策，最終發(fā)出相應指揮指令，向通行船舶發(fā)出指揮信號，給出對應的可通過船舶和穩(wěn)船船舶命令信息，本發(fā)明還公開了一種河段船舶通行智能輔助指揮方法，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法將人工智能、AIS(船舶自動識別系統(tǒng))、機器視覺等技術相結合，可降低信號員工作強度、減小了工作壓力，提高指揮效率和精度、提高指揮的主動性。
文檔編號G08G3/00GK102236974SQ20111006629
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2011年3月18日
發(fā)明者唐誠, 梁山, 畢慧博, 畢方全, 程利林, 賴珍寶 申請人:重慶大學, 長江瀘州航道局