基于电子围栏的船舶航行预警方法及系统与流程

本发明涉及船舶航行预警领域，尤其涉及一种基于电子围栏的船舶航行预警方法及系统。

背景技术：

1、现有船舶航行，一般采用船用雷达进行避障和人工观察导航，雷达显示不够直观，人工观察误差较大并且局限性较强。虽然船载设备如雷达、自动识别系统(automaticidentification system，ais)等能够收集大量航行信息，但现有系统往往缺乏高效的信息整合与智能分析能力，无法全面、实时地评估航行环境，从而无法为船员提供最优的决策支持。

2、传统船舶导航系统界面复杂，操作繁琐，且信息展示方式单一，不够直观易懂，增加了船员的工作负担和误操作的风险，尽管船舶自动化技术已有一定发展，但整体上仍处于初级阶段，特别是对于复杂航行环境的自主决策与应对能力有限，仍需大量依赖人工判断和操作，在远离港口或海岸线的情况下，船舶一旦发生紧急情况，现有的远程监控和应急响应机制往往存在时间延迟，无法迅速、有效地提供支持及援助，传统船舶航行主要依赖雷达和人工观察进行避障和导航，但这种方式对于航行安全区域的界定往往不够精确和直观。

3、现有船舶航行技术在信息整合、人机交互、自动化程度、远程监控与应急响应以及电子围栏技术等方面均存在不同程度的不足，亟需提升船舶航行的安全性、效率和智能化水平，而目前并没有一种能够解决上述技术问题的技术方案，并没有一种基于电子围栏的船舶航行预警方法及系统。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于电子围栏的船舶航行预警方法及系统，融入电子围栏技术，将当前速度、当前航向变化速度、与障碍物之间距离以及与电子围栏之间的距离，共同作为预警参考因素，利用预设船舶航行预警模型进行多维度分析预测，增强了水上交通的安全性与效率。

2、第一方面，本发明提供了一种基于电子围栏的船舶航行预警方法，包括：

3、对于连续帧图像中的任一帧图像，输入所述图像至预设图像分割模型，得到所述预设图像分割模型输出的目标船舶、障碍物以及当前水位高度；

4、根据所述目标船舶所在的当前水域，确定电子围栏的目标模式，在确定所述目标模式为动态模式的情况下，输入所述当前水位高度至预设水域模型，得到所述预设水域模型输出的所述当前水位高度对应的动态电子围栏，所述目标模式包括动态模式以及静态模式；

5、根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的位置信息确定目标船舶的当前速度，根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的运动轨迹确定目标船舶的当前航向变化速度，确定所述目标船舶与所述障碍物之间的第一距离，确定所述目标船舶与所述动态电子围栏的第二距离；

6、输入所述当前速度、所述当前航向变化速度、所述第一距离以及所述第二距离至预设船舶航行预警模型，得到所述预设船舶航行预警模型输出的风险评估结果，根据所述风险评估结果，确定所述目标船舶的航向预警策略。

7、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，在输入所述图像至预设图像分割模型之前，所述方法还包括：

8、在当前亮度大于或等于预设亮度的情况下，利用可见光相机采集所述连续帧图像；

9、在所述当前亮度小于所述预设亮度的情况下，利用红外相机采集连续初始图像，利用超分辨率处理所述连续初始图像，得到连续处理后图像，对所述连续处理后图像进行噪声抑制以及图像增强处理，得到所述连续帧图像。

10、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，所述输入所述图像至预设图像分割模型，得到所述预设图像分割模型输出的目标船舶、障碍物以及当前水位高度，包括：

11、输入所述图像至预设图像分割模型，得到所述预设图像分割模型输出的目标船舶、障碍物；

12、利用预设边缘检测算法识别所述图像，得到水面分割线，根据所述水面分割线以及预设基准线，确定当前水位高度；

13、所述预设图像分割模型是根据所有图像样本，以及每一图像样本上的标注信息训练后确定的，所述标注信息包括船舶信息以及障碍物信息。

14、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，所述根据所述目标船舶所在的当前水域，确定电子围栏的目标模式，包括：

15、在所述当前水域对应的水位高度的变化幅度小于预设幅度的情况下，确定所述目标模式为静态模式；

16、在所述当前水域对应的水位高度的变化幅度大于或等于所述预设幅度的情况下，确定所述目标模式为动态模式。

17、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，在确定电子围栏的目标模式之后，所述方法还包括：

18、在确定所述目标模式为静态模式的情况下，根据当前水位高度，从预设水位高度与预设电子围栏的对应关系中，确定出所述当前水位高度对应的静态电子围栏，所述静态电子围栏在确定后的预设时段内处于使用状态，用于根据不同时间戳下每一帧图像中的所述目标船舶与所述静态电子围栏，确定所述第二距离。

19、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，在输入所述当前水位高度至预设水域模型，得到所述预设水域模型输出的所述当前水位高度对应的动态电子围栏之前，所述方法还包括：

20、获取不同水位高度下的所有样本图像；

21、对于每一水位高度下的每一样本图像，对所述样本图像中的航道水域进行网格化处理，对于所述样本图像中的每一网格，根据所述网格对应的水位深度确定所述网格的深度取值，遍历所有网格，形成网格数组，利用预设取值在所述网格数组的边界标记电子围栏，所述深度取值为大于零的数值，所述预设取值为小于或等于零的取值，遍历所有样本图像，得到网格化处理后的所有样本图像；

22、根据网格化处理后的所有样本图像以及每一样本图像对应的水位高度训练预设初始模型，得到所述预设水域模型。

23、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，所述根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的位置信息确定目标船舶的当前速度，包括：

24、利用经纬度转换每一帧图像中所述目标船舶的位置信息为实际位置坐标；

25、确定至少两帧图像中所述目标船舶的位移以及时间戳差值；

26、根据所述位移以及所述时间戳差值确定所述目标船舶的当前速度。

27、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，所述根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的运动轨迹确定目标船舶的当前航向变化速度，包括：

28、根据预设连续时长下所述目标船舶的位置信息，构建位置序列；

29、利用最小二乘法处理对所述位置序列进行拟合，得到所述目标船舶的运动轨迹；

30、根据所述运动轨迹，确定所述目标船舶在上一位置的第一方向向量与当前位置的第二方向向量；

31、根据所述第一方向向量以及所述第二方向向量，确定所述目标船舶的当前航向变化速度。

32、根据本发明提供的基于电子围栏的船舶航行预警方法，所述根据所述风险评估结果，确定所述目标船舶的航向预警策略，包括：

33、在所述风险评估结果大于第一阈值，且小于第二阈值的情况下，生成提醒指令，所述提醒指令用于指示船舶回归至航线内；

34、在所述风险评估结果大于或等于所述第二阈值的情况下，生成警报指令，所述警报指令用于发出紧急警报，并将所述警报指令发送至预设部门进行处理。

35、第二方面，提供了一种基于电子围栏的船舶航行预警系统，包括：

36、第一输入单元，所述第一输入单元用于对于连续帧图像中的任一帧图像，输入所述图像至预设图像分割模型，得到所述预设图像分割模型输出的目标船舶、障碍物以及当前水位高度；

37、第一确定单元，所述第一确定单元用于根据所述目标船舶所在的当前水域，确定电子围栏的目标模式，在确定所述目标模式为动态模式的情况下，输入所述当前水位高度至预设水域模型，得到所述预设水域模型输出的所述当前水位高度对应的动态电子围栏，所述目标模式包括动态模式以及静态模式；

38、第二确定单元，所述第二确定单元用于根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的位置信息确定目标船舶的当前速度，根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的运动轨迹确定目标船舶的当前航向变化速度，确定所述目标船舶与所述障碍物之间的第一距离，确定所述目标船舶与所述动态电子围栏的第二距离；

39、第二输入单元，所述第二输入单元用于输入所述当前速度、所述当前航向变化速度、所述第一距离以及所述第二距离至预设船舶航行预警模型，得到所述预设船舶航行预警模型输出的风险评估结果，根据所述风险评估结果，确定所述目标船舶的航向预警策略。

40、本发明通过预设图像分割模型，能够准确地从连续帧图像中分割出目标船舶、障碍物以及当前水位高度，为后续的分析和预警提供了精确的数据基础，根据当前水域的水位高度变化幅度，智能地选择动态或静态电子围栏模式，动态模式能够适应水位变化，提高预警的准确性和实时性；静态模式则适用于水位变化不大的情况，减少计算量；综合考虑多维度因素，将当前速度、航向、与障碍物和动态/静态电子围栏的距离输入到预设船舶航行预警模型，得到风险评估结果，根据评估结果，生成相应的提醒或警报指令，及时通知船舶驾驶员或相关部门采取相应措施，有效预防航行事故的发生；

41、本发明根据风险评估结果的不同范围，制定不同级别的预警策略，对于较低风险，生成提醒指令；对于高风险，则生成警报指令并发送至预设部门处理，利用这种多层次的预警策略能够更有效地应对不同级别的航行风险，综合运用图像处理、水域模型、动态分析以及风险评估等多种技术手段，实现了对船舶航行安全的全面监控和预警，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，在输入所述图像至预设图像分割模型之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，所述输入所述图像至预设图像分割模型，得到所述预设图像分割模型输出的目标船舶、障碍物以及当前水位高度，包括：

4.根据权利要求1所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，所述根据所述目标船舶所在的当前水域，确定电子围栏的目标模式，包括：

5.根据权利要求4所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，在确定电子围栏的目标模式之后，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，在输入所述当前水位高度至预设水域模型，得到所述预设水域模型输出的所述当前水位高度对应的动态电子围栏之前，所述方法还包括：

7.根据权利要求1所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，所述根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的位置信息确定目标船舶的当前速度，包括：

8.根据权利要求1所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，所述根据不同时间戳下每一帧图像中所述目标船舶的运动轨迹确定目标船舶的当前航向变化速度，包括：

9.根据权利要求1所述的基于电子围栏的船舶航行预警方法，其特征在于，所述根据所述风险评估结果，确定所述目标船舶的航向预警策略，包括：

10.一种基于电子围栏的船舶航行预警系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种基于电子围栏的船舶航行预警方法及系统，涉及船舶航行预警领域，该方法包括：输入图像至预设图像分割模型，得到目标船舶、障碍物及当前水位高度；输入当前水位高度至预设水域模型，得到动态电子围栏；根据目标船舶的位置信息确定当前速度，根据目标船舶的运动轨迹确定当前航向变化速度；输入当前速度、当前航向变化速度、第一距离以及第二距离至预设船舶航行预警模型，得到风险评估结果，根据风险评估结果，确定目标船舶的航向预警策略。本发明综合考虑当前速度、航向、与障碍物和电子围栏的距离，提高预警准确性，根据水位高度变化幅度，智能地选择动态或静态电子围栏模式，不仅考虑到预警实时性，还能够尽可能降低计算量。

技术研发人员：王明真,张健飞,赵梦奎,梁立正,王强,吴军,倪超,刘文瑾
受保护的技术使用者：鸣飞伟业技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5