本文是一篇計算機論文,本文是在閱讀了國內外大量關于航跡關聯算法的文獻的基礎上提出了一種基于區域劃分的航跡關聯算法。并參考了大量主流的船舶監控軟件系統，設計實現了近海船舶原型系統，并將算法完成應用實現。具體工作如下。(1)在軟件模塊架構上利用消息隊列將各個功能模塊相解耦，將數據預處理，坐標轉換和區域劃分放到了數據解析模塊，減輕了航跡關聯融合的計算量。在航跡融合模塊，采用了基于區域劃分的航跡關聯算法，并且改良了傳統 KNN 算法的關聯方式，進一步加快了航跡關聯的速度。并將算法的關聯融合結果通過消息隊列發送給其他模塊。實驗仿真證明相對于采用傳統 KNN 的雙門限模糊綜合航跡關聯算法計算速度也有明顯提升，在關聯準確率上也有略微提升。(2)對于和 AIS 的關聯，本文所設計的算法在數據預處理時，對 AIS 航跡采用線性外推和內插法相結合的方式，將 AIS 航跡進行時空統一，使得 AIS 航跡在航跡關聯上可以當做雷達航跡一樣處理。航跡融合上，系統航跡只融合 AIS 的靜態以及航跡相關信息，使得系統航跡信息更全面。在雷達校正上，利用 AIS 提供的位置信息作為位置真值，利用與其關聯的雷達航跡參照 AIS 真值計算出該雷達在徑向距離和角度上的偏差，用于誤差校正。

第一章? 緒論

1.1 研究背景及意義

隨著我國經濟和技術的不斷發展，海洋已經成為最重要的交通要道，航運市場和船舶運輸業也隨之飛速發展。根據 2017 年交通運輸部公布的交通運輸行業發展統計公報顯示，2017年全年，水路交通完成客運量 2.83 億人，比 2016 年增長 3.9%。全國港口完成吞吐量 140.07億噸，比 2016 年增長 6.1%。從 2013 年到 2017 年，中國港口的總吞吐量從 117.67 億噸上漲到 140.07 億噸。所以日益繁忙的航運貿易所造成的航運壓力也越來越大，航運交通事故所造成的財產和生命的損失也越來越嚴重，尤其是近海交通事故，這也越來越廣泛引發社會的關注[1]。因此，中國的水路交通安全是一個嚴峻的挑戰，水路交通安全管理有著極大的壓力，水路交通安全問題亟待解決。

............................

1.2 國內外研究現狀

(1)船舶監控系統研究現狀

船舶監控系統是指通過利用主流的監控技術手段，如 AIS 系統，衛星監控，沿海 CDMA監控等，對目標海域內的船舶目標進行實時監控和跟蹤，并將目標位置實時更新在電子海圖上的系統。

在國內，為了保證船舶的安全航行，2002 年張顯庫、任光、劉軍等人在控制工程理論的最新成果上綜合運用了計算機網絡技術、電子海圖技術、CAN(Controller Area Network)總線技術設計并實現了綜合船舶監控系統[4]。同年，賈銀山等人將 GPS 定位技術、數據處理技術、電子海圖技術相結合完成了船舶監控系統[5]。2008 年，胡景峰等人利用多雷達系統和電子海圖技術設計了船舶分布式監控系統，結果表明，該系統可以有效監控船舶，并將圖像顯示至監控中心[6]。2012 年，劉信文以 Visual C++為開發工具，將從 AIS 系統接收的 AIS 數據進行解析，存儲在數據庫中，使得船舶信息可以顯示在電子海圖上[7]。2013 年，楊述為了給勝利油田實現精細化、高效化、智能化的運營遠景，設計了一個人工船舶動態監控平臺系統。整套系統基于 ASP.NET 的三層 Web 程序開發模型設計，顯示界面利用 ExtJS 框架，界面優美大方，整個開發工程中，為了減輕系統的開銷引入了 Ajax 技術，避免整個界面的重復刷新，只對船舶位置做局部更新，提升了系統性能[8]。2015 年，胡乃軍，黃海廣等人將在多源定位船舶數據的基礎上，設計了實時船舶監控系統，并且實現了不同類型船舶之間的信息交互，為國內船舶監控物聯網的發展作出了重大貢獻[9]。

在國外，2011 年，Vu Trong, Dinh Quoc 等人考慮到 AIS 信號的陸地接收站無法接受到地平線外的船舶，所以提出發送衛星，以星載 AIS 信號接受器來實現全球區域內的船舶監控[10]。2015 年，Miyake R，Fukuto J，Hasegawa K 等人開發出一套防碰撞算法的基于 AIS 的船舶監控導航系統[11]。2016 年，Kim T H，Yang C S 等人利用 Ka 波段通信衛星在 Socheongcho 海洋基站實現了遠程船舶監控系統[12]。

........................

第二章 相關技術研究

2.1 引言

近海船舶監控系統采用多雷達組網系統和 AIS 相結合的監控方式，實時跟蹤系統監控范圍內的所有船舶的位置，并且將這些船舶的位置、航向、航速等信息上報給監控系統的接收端。系統將通過航跡關聯算法將這些航跡信息關聯處理，然后結合 ECDIS(electron-ic? chart display? and? information? system)技術將船舶目標顯示在系統的終端界面上[29]。工作人員可以通過系統終端界面對船舶進行遠程管控。因此近海船舶監控系統應該是一個監控和管理一體化的平臺。

在近海船舶監控系統中，所有的人工管理控制操作都基于航跡關聯所產生的航跡，航跡關聯算法是整個系統的核心，關聯算法的好快直接影響系統的整體功能，所以航跡關聯算法是近海船舶監控系統的研究重點。

................................

2.2 近海船舶監控系統

當前在船舶監控系統中應用得較為廣泛的監控技術主要有多雷達組網系統，AIS，衛星監控，近海閉路電視視頻監控，甚高頻通信等。雷達向一個特定方向發送無線電信號，并掃描周圍海域，雷達接收器負責接收信號行進過程中遇到物體反射的無線信號，最后得到目標的相關信息，多雷達組網系統將各個雷達的信息結合起來，獲得更大更準確的監控范圍，同時提高了船舶目標的更新頻率，使目標信息更具實時性[30]。AIS 由岸上基站和船載設備共同構成，目前的每一條民用船舶上都有 AIS 報文的發送裝置，船載 AIS 設備通過 GPS 獲取船舶的位置信息，民船可以通過這種裝置發送運動狀態信息和靜態信息給 AIS 基站。衛星監控系統通過衛星接受船舶發送出的 GPS 信號得到船舶的位置信息，完成監控。閉路電視監控系統是根據攝像機視頻拍攝所獲取到的現場畫面，直接觀測得到船舶目標的位置、航速、航向以及航行狀態等信息，從而完成對目標的監控。甚高頻通信系統是指船舶之間，船舶和岸上基站之間利用 VHF(Very? High? Frequency)用頻段進行無線電通信，獲取到船舶的位置信息、身份信息等，是建立在語音通信上的監控。綜合比較這些監控技術，它們都各有優缺點，適用于不同的監控場景和需求。

...............................

第三章 基于區域劃分的多雷達航跡關聯算法 ......................... 16

3.1 引言 .................................. 16

3.2 數據預處理 ..................................... 16

第四章 近海船舶監控原型系統設計與實現 ................................. 38

4.1 引言 .......................... 38

4.2 系統功能設計實現 .............................. 39

第五章 總結與展望 ................................. 52

5.1 本文工作總結 ................................... 52

5.2 本文工作展望 .................................. 52

第四章 近海船舶監控原型系統設計與實現

4.1 引言

本文所設計的船舶監控系統主要應用于船舶的近海監控，能夠將沿海海域內的多個雷達傳感器設備提供的信息以及 AIS 提供的信息進行有效關聯，并將關聯后的航跡信息融合輸出，全面的進行展現，為港口碼頭等工作人員提供實時、完整、綜合的情報信息，為沿海海域內船舶航行安全提供保障。

系統在監控技術上選擇多雷達組網和 AIS 相結合的方式。雷達組網系統負責將雷達報文解析成航跡信息發送給航跡融合模塊和終端顯示模塊，AIS 管理中心收到 AIS 信息后也將 AIS信息發送到航跡融合模塊和終端顯示模塊。系統通過融合模塊將不同雷達源的航跡相關聯，并且和相關的 AIS 航跡關聯，成功關聯后生成完整的系統航跡再發送給終端顯示模塊。顯示模塊完成航跡的顯示和控制操作功能。系統的整體功能模塊和航跡源的關系如圖 4.1 所示。

?

........................

第五章? 總結與展望

5.1? 本文工作總結

本文是在閱讀了國內外大量關于航跡關聯算法的文獻的基礎上提出了一種基于區域劃分的航跡關聯算法。并參考了大量主流的船舶監控軟件系統，設計實現了近海船舶原型系統，并將算法完成應用實現。具體工作如下。

(1)在軟件模塊架構上利用消息隊列將各個功能模塊相解耦，將數據預處理，坐標轉換和區域劃分放到了數據解析模塊，減輕了航跡關聯融合的計算量。在航跡融合模塊，采用了基于區域劃分的航跡關聯算法，并且改良了傳統 KNN 算法的關聯方式，進一步加快了航跡關聯的速度。并將算法的關聯融合結果通過消息隊列發送給其他模塊。實驗仿真證明相對于采用傳統 KNN 的雙門限模糊綜合航跡關聯算法計算速度也有明顯提升，在關聯準確率上也有略微提升。

(2)對于和 AIS 的關聯，本文所設計的算法在數據預處理時，對 AIS 航跡采用線性外推和內插法相結合的方式，將 AIS 航跡進行時空統一，使得 AIS 航跡在航跡關聯上可以當做雷達航跡一樣處理。航跡融合上，系統航跡只融合 AIS 的靜態以及航跡相關信息，使得系統航跡信息更全面。在雷達校正上，利用 AIS 提供的位置信息作為位置真值，利用與其關聯的雷達航跡參照 AIS 真值計算出該雷達在徑向距離和角度上的偏差，用于誤差校正。

(3)針對電子圍欄功能，也用消息隊列和航跡融合模塊進行解耦。并設計了一個可以實時根據圍欄最新狀態進行電子圍欄識別的算法，針對每一種類型的圍欄算法都有不同的識別方法。當航跡穿入或者穿出圍欄上，算法會發現這種情況，并提供報警信息。

(4)最后利用 electron 框架完成了系統的客戶端，并且利用 NodeJS 編寫了 Web 后臺服務器。客戶端可以成功加載電子海圖并顯示，此外雷達發送的航跡、AIS 航跡以及融合產生的系統航跡都可以及時地顯示在海圖上。而且不同類型的航跡在海圖上都有明顯的區分，可以更好的為運營管理提供保障。

參考文獻(略)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的船舶和计算机结合论文格式,近海船舶监控系统中航迹关联算法的计算机研究与实现...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。