一种船舶靠岸安全监测方法及终端设备

技术领域

本发明属于安全监测技术领域，尤其涉及一种船舶靠岸安全监测方法及终端设备。

背景技术

传统的大型船舶靠岸过程主要依靠人工驾驶拖轮将待泊船只推至泊位，在靠岸过程中，岸上工作人员目测船舶与岸边的距离，并通过对讲机等方式与拖轮驾驶员、船舶驾驶员进行沟通，控制船舶靠岸速度和距离，防止船舶撞到岸边，造成安全问题。

然而，由于对船舶距离、速度的测量主要靠工作人员目测，误差较大、实时性差；并且，依靠工作人员沟通协调进行安全监测的方式效率低，导致整个船舶靠岸的过程耗时较长，大大降低了泊位使用率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种船舶靠岸安全监测方法及终端设备，以对船舶靠岸的过程进行安全监测，保证船舶靠岸的安全性，并提高船舶靠岸效率。

本发明实施例的第一方面提供了一种船舶靠岸安全监测方法，该方法应用于船舶靠岸安全监测设备，船舶靠岸安全监测设备包括至少两个雷达，各个雷达呈一字型排列在岸边，且相邻两个雷达之间相隔预设距离；

船舶靠岸安全监测方法包括：

获取目标船舶对应的各个雷达回波信号，并基于各个雷达回波信号确定各个雷达回波信号中的检测点以及各个检测点的点云信息；

沿雷达法线对各个雷达的探测区域进行分区，并基于各个检测点的点云信息确定各个检测点的所属区间；

基于各个雷达回波信号确定各个区间内检测点的信噪比，并根据各个区间内检测点的信噪比确定有效检测点以及距离各个雷达最近的有效区间；

根据距离各个雷达最近的有效区间内有效检测点的点云信息确定目标船舶的船舶距离以及船舶速度，并基于船舶距离以及船舶速度对目标船舶的靠岸过程进行安全监测。

本发明实施例的第二方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述船舶靠岸安全监测方法的步骤。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明在岸边设置至少两个雷达，各个雷达呈一字型排列在岸边，且相邻两个雷达之间相隔预设距离，在目标船舶靠岸时，通过获取各个雷达检测的回波信号进行分析，确定距离各个雷达最近的有效区间以及该有效区间内的有效检测点，进而根据有效检测点的点云数据能够准确计算出目标船舶的船舶距离以及船舶速度，并基于目标船舶的船舶距离以及船舶速度对目标船舶的靠岸过程进行安全监测。本发明能够准确、实时地计算得到目标船舶的船舶距离以及船舶速度来对船舶靠岸的过程进行安全监测，保证船舶靠岸的安全性，并提高船舶靠岸效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的船舶靠岸安全监测设备的示意图；

图2是本发明实施例提供的雷达发射、接收天线的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的发射信号波形示意图；

图4是本发明实施例提供的船舶靠岸安全监测方法的实现流程示意图；

图5是本发明实施例提供的坐标系示意图；

图6是本发明实施例提供的终端设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

在对本发明实施例提供的船舶靠岸安全监测方法进行说明之前，首先详细介绍下本发明实施例的船舶靠岸安全监测设备。

在本发明实施例中，参照图1所示，岸边泊位处架设置有n个毫米波雷达，各个雷达之间相距x米，其中，x的典型值为40，n的典型值为3。

每个雷达均有1个发射天线和Nr个接收天线，相邻接收天线间的间距为d＝λ/2，λ为雷达发射电磁波的波长，其典型值为0.039m，每个雷达每帧发射Nc个chirp信号，chirp信号的调频时宽为T，调频带宽为B。雷达的天线结构可以参照图2所示，雷达的发射信号波形可以参照图3所示。

基于上述船舶靠岸安全监测设备，本发明实施例的第一方面提供了一种船舶靠岸安全监测方法，参照图4所示，该船舶靠岸安全监测方法具体可以包括以下步骤：

步骤S101、获取目标船舶对应的各个雷达回波信号，并基于各个雷达回波信号确定各个雷达回波信号中的检测点以及各个检测点的点云信息。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，在获取目标船舶对应的各个雷达回波信号之后，还包括：

对各个雷达回波信号进行预处理；所述预处理包括下变频处理、低通滤波处理和模/数转换处理。

在本发明实施例中，通过获取各个雷达的Nr个接收天线接收的回波信号，并进行下变频、低通滤波、ADC等处理，得到各个雷达每帧的数字回波信号，在一帧内，每个接收天线的数字回波信号为Ns*Nc，所有天线的数字回波信号形成Ns*Nc*Nr的矩阵。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，每个雷达均包括Nr个接收天线，Nr≥1；对于任意一个雷达，基于雷达回波信号确定雷达回波信号中的检测点，包括：

对雷达各个接收天线接收到的回波信号进行距离维FFT处理和速度维FFT处理，得到大小为N

计算三维数据矩阵S中各个数据的幅值，并沿Nr维求幅值的平均值，得到大小为N

对二维数据矩阵S

在本发明实施例中，对于每个接收天线接收到的回波信号，分别沿第一维(Ns维，又称为距离维)和第二维(Nc维，又称为速度维)做二维FFT计算，第一维的FFT点数为N

之后，对三维数据矩阵S中的所有元素求幅值，并沿第三维(即Nr维)求平均值，得到大小为N

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，确定雷达回波信号中各个检测点的点云信息，包括：

从三维数据矩阵S中提取各个检测点对应的向量S(a

计算各个检测点对应的一维矩阵S

根据各个检测点的距离维索引、速度维索引和幅值峰值计算各个检测点对应的点云信息。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，点云信息包括各个检测点相对于雷达的距离、各个检测点的速度以及各个检测点的方位角；根据各个检测点的距离维索引、速度维索引和幅值峰值计算各个检测点对应的点云信息，包括：

根据

根据

根据

步骤S102、沿雷达法线对各个雷达的探测区域进行分区，并基于各个检测点的点云信息确定各个检测点的所属区间。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，对于任意一个雷达，沿雷达法线对雷达的探测区域进行分区，并基于各个检测点的点云信息确定各个检测点的所属区间，包括：

以雷达为原点、岸边所在直线为x轴、雷达法线为y轴建立坐标系，并将坐标系的y轴划分为多个区间；

根据各个检测点的点云数据计算各个检测点在坐标系中的坐标，并根据各个检测点的纵坐标确定各个检测点的所属区间。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，根据各个检测点的点云数据计算各个检测点在坐标系中的坐标，包括：

其中，x

在本发明实施例中，坐标系以及各个检测点在坐标系中的坐标可以参照图5所示，坐标系的y轴均分为8个区间[0,5),[5,10)...[35,+∞)，需要指出的是，本申请仅以一种区间划分方式作为示例进行说明，区间的具体划分界限以及区间大小可以根据实际情况设定，本申请对此不进行限定。

步骤S102、基于各个雷达回波信号确定各个区间内检测点的信噪比，并根据各个区间内检测点的信噪比确定有效检测点以及距离各个雷达最近的有效区间。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，对于任意一个雷达，每个区间均对应一个预设的信噪比门限值，根据各个区间内检测点的信噪比确定有效检测点以及距离雷达最近的有效区间，包括：

将各个区间内信噪比大于信噪比门限值的检测点确定为有效检测点；

统计各个区间内有效检测点的数量，并将有效检测点数量大于预设阈值的区间确定为有效区间，根据各个有效区间的范围确定距离雷达最近的有效区间。

在本发明实施例中，通过分段信噪比门限的方式能够滤除水的杂波，防止水杂波生成的虚假目标的干扰，提高检测的准确性。

步骤S102、根据距离各个雷达最近的有效区间内有效检测点的点云信息确定目标船舶的船舶距离以及船舶速度，并基于船舶距离以及船舶速度对目标船舶的靠岸过程进行安全监测。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的船舶靠岸安全监测方法的一种具体的实施方式，根据距离各个雷达最近的有效区间内有效检测点的点云信息确定目标船舶的船舶距离以及船舶速度，包括：

计算距离各个雷达最近的有效区间内有效检测点的纵坐标平均值和速度平均值，得到各个雷达对应的船舶距离和船舶速度；

从各个雷达对应的船舶距离中提取最小船舶距离，以及从各个雷达对应的船舶速度中提取最小船舶距离对应雷达的船舶速度，得到目标船舶的船舶距离以及船舶速度。

在本发明实施例中，通过计算距离各个雷达最近的有效区间内有效检测点的纵坐标平均值和速度平均值，得到各个雷达检测到的船舶离岸距离最近的点，再对比多个雷达的检测结果，寻找最小距离及对应速度，能够避免单台雷达测量范围不够或存在测量误差，保证船舶靠岸的安全性。

另外，在本发明实施例中，在得到距离各个雷达最近的有效区间内有效检测点的纵坐标平均值和速度平均值之后，还包括对纵坐标平均值和速度平均值进行滤波，滤波方法包括但不限于均值滤波、卡尔曼滤波等。

在得到船舶的船舶距离以及船舶速度之后，可以将该结果通过无线方式发送给船舱驾驶系统或工作人员手机APP，以使工作人员调整船舶的方向和速度；还可以设置报警装置，当船舶距离小于一定值或者船舶速度大于一定值时进行报警，保证船舶靠岸的安全性。

由以上内容可知，本发明在岸边设置至少两个雷达，各个雷达呈一字型排列在岸边，且相邻两个雷达之间相隔预设距离，在目标船舶靠岸时，通过获取各个雷达检测的回波信号进行分析，确定距离各个雷达最近的有效区间以及该有效区间内的有效检测点，进而根据有效检测点的点云数据能够准确计算出目标船舶的船舶距离以及船舶速度，并基于目标船舶的船舶距离以及船舶速度对目标船舶的靠岸过程进行安全监测。

并且，相对于传统目测方式，本发明采用毫米波雷达实时测量船舶距离、速度，测量精度高、实时性好；通过多台雷达同时测量船舶，能够避免单台雷达测量范围不够或存在测量误差；通过在单个雷达的数据处理阶段采用分段信噪比门限的方式滤除水的杂波，提高了检测的准确性。本发明能够准确、实时地计算得到目标船舶的船舶距离以及船舶速度来对船舶靠岸的过程进行安全监测，保证船舶靠岸的安全性，并提高船舶靠岸效率。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图6是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图6所示，该实施例的终端设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在存储器61中并可在处理器60上运行的计算机程序62。处理器60执行计算机程序62时实现上述各个船舶靠岸安全监测方法实施例中的步骤，例如图4所示的步骤S101至S104。

示例性的，计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器61中，并由处理器60执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序62在终端设备6中的执行过程。例如，计算机程序62可以被分割成获取模块、分区模块、确定模块、检测模块(虚拟装置中的模块)，各模块具体功能如下：

获取模块，用于获取目标船舶对应的各个雷达回波信号，并基于各个雷达回波信号确定各个雷达回波信号中的检测点以及各个检测点的点云信息。

分区模块，用于沿雷达法线对各个雷达的探测区域进行分区，并基于各个检测点的点云信息确定各个检测点的所属区间。

确定模块，用于基于各个雷达回波信号确定各个区间内检测点的信噪比，并根据各个区间内检测点的信噪比确定有效检测点以及距离各个雷达最近的有效区间。

检测模块，用于根据距离各个雷达最近的有效区间内有效检测点的点云信息确定目标船舶的船舶距离以及船舶速度，并基于船舶距离以及船舶速度对目标船舶的靠岸过程进行安全监测。

终端设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备6可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是终端设备6的示例，并不构成对终端设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器61可以是终端设备6的内部存储单元，例如终端设备6的硬盘或内存。存储器61也可以是终端设备6的外部存储设备，例如终端设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器61还可以既包括终端设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器61用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。