由位置不确定度驱动的卫星影像与AIS船舶关联的暗船识别方法与流程

本发明涉及图像识别，尤其涉及一种由位置不确定度驱动的卫星影像与ais船舶关联的暗船识别方法。

背景技术：

1、目前，船舶自动识别系统（ais）是掌握海上船舶动态最常用的手段，ais是船舶主动广播的数字报文，它能提供清晰的包括船舶身份、国籍、吨位以及历史轨迹等信息。但同时它是一种非直观的数字流，无法直观显示船舶在海面的空间分布情况，且其属于协同式观测系统，依赖船舶主动发送数据，常面临涉嫌非法活动船舶为逃避监管蓄意关闭系统或篡改信息从而成为暗船的挑战。

2、卫星光学遥感影像能够直观地显示船舶位置，并能精确提取出船舶的形心位置、船长、船宽和朝向。为此，具备非协同观测能力的卫星遥感影像成为捕捉暗船的关键利器。

3、然而，卫星遥感影像是一张静态的像素图，它无法直接提供船舶的身份信息。在实际应用中，卫星成像与ais报文接收存在明显的时空异步性，加上海流、风向及船舶运动的影响，使得ais外推位置与卫星影像实际观测位置之间存在显著的位置不确定度，尤其在港口、繁忙航道等船舶密集海域，传统的邻近距离匹配算法极易产生错配与漏配，进而导致暗船误报。

4、因此，如何准确解耦时空异步性并实现卫星遥感图斑与ais船舶匹配及精准识别暗船，是当前海上交通智能监管与非合作目标识别面临的技术瓶颈。

5、本发明提出一种由位置不确定度驱动的卫星影像与ais船舶关联的暗船识别方法，旨在通过误差建模与优化指派，实现复杂海况下异构数据的可靠融合，为海上目标精准关联与无ais船舶筛查提供行之有效的技术途径。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种由位置不确定度驱动的卫星影像与ais船舶关联的暗船识别方法。

2、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种由位置不确定度驱动的卫星影像与ais船舶关联的暗船识别方法，其关键技术在于，包括如下步骤：

4、步骤s1：对ais数据进行清洗以剔除无效报文，以mmsi为基准将静态报文中的船舶尺寸特征回填至对应的动态报文中；推算每一ais船舶j在卫星成像时刻的瞬时位置；

5、步骤s2：提取ais船舶j报文中的尺寸特征：天线至船首距离a、至船尾距离b、至左舷距离c、至右舷距离d，结合对地航向cog，计算天线位置相对于船体形心的东向改正数δe和北向改正数δn；将 叠加所述改正数，得到船体形心在时刻的修正后的瞬时位置坐标、；

6、步骤s3：根据每个ais船舶j的动态报文质量，确定动态推算误差不确定度，根据天线位置修正的执行状态，确定天线偏移误差不确定度，将和作为两个相互独立的不确定度分量，正交合成位置不确定度；

7、步骤s4：构建卫星遥感影像图斑i与ais船舶j的关联代价函数，

8、，其中，为位置残差的平方，

9、，

10、式中，、为卫星遥感影像图斑i的几何中心坐标；和为卫星遥感影像图斑i的实测长度与宽度，和为ais船舶j报文中携带的船舶理论长度与宽度，和为遥感影像提取长度和宽度时的测量不确定度；

11、基于所述关联代价函数构建代价矩阵，采用匈牙利算法对卫星遥感影像图斑与ais船舶进行全局一对一最优指派求解，输出匹配关联对及未匹配成功的影像图斑；对于未能成功匹配到ais船舶的影像图斑，生成暗船清单。

12、作为本发明的一种实施方式，所述步骤s1中，ais船舶j在卫星成像时刻的瞬时位置的计算方法如下：

13、对于前后均有报文的航行船舶，采用线性插值法计算其在时刻的位置坐标；

14、对于单侧有报文的航行船舶，根据航迹推算法推算其在时刻的位置坐标；

15、对于对地航速sog低于预设速度阈值的静止船舶，以±t为时间窗口，提取窗口内全部ais报点位置，计算中位数作为时刻的位置坐标，所述t为30~50min。

16、作为本发明的一种实施方式，所述步骤s2中，东向改正数δe和北向改正数δn计算方法如下：

17、；

18、；

19、船体形心在时刻的修正后的瞬时位置坐标：

20、，，其中、为的坐标。

21、作为本发明的一种实施方式，所述步骤s2中，对船体形心在时刻的修正仅在对地航向有效且船长不小于预设船长阈值时执行，其中，所述预设船长阈值取值范围为55~65米。

22、作为本发明的一种实施方式，对于单侧有报文的航行船舶，外推时间长不超过10min，否则将对应的mmsi相关报文剔除；

23、所述步骤s3中，对于航行中的船舶，动态推算误差不确定度，其中，为定位随机误差不确定度，为预设固定值；为位置推算误差不确定度；

24、其中，对于前后均有报文的航行船舶，；为采用线性插值法时采用的报文的间隔时间；

25、对于单侧有报文的航行船舶，；为报文时间与的间隔时间，k为常数；

26、对于对地航速sog低于预设速度阈值的静止船舶，，其中s为卫星成像时刻前后在预设时间段内ais数据坐标的标准差，n为有效ais数据个数。

27、作为本发明的一种实施方式，对于单侧有报文的航行船舶，k取值范围为1.0~2.0；

28、对于静止船舶，所述预设速度阈值为3节，所述预设时间段为30~50min。

29、作为本发明的一种实施方式，所述步骤s3中，所述在已施加形心修正时取值为8米；在未修正时取0.25倍船长。

30、作为本发明的一种实施方式，所述步骤s4中，和的取值范围均为3～5m。

31、作为本发明的一种实施方式，所述步骤s4中，位置残差设置有自适应门限，为的平方根，

32、若≥，则跳过其他计算，将两者的指派代价直接设为无穷大。

33、作为本发明的一种实施方式，所述门限上限max设为300 m，下限min设为60 m。

34、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

35、本发明提供的由位置不确定度驱动的卫星影像与ais船舶关联的暗船识别方法，通过门控式天线形心修正，将ais报文的天线位置精确修正到船体几何中心，消除了因天线安装位置不同而产生的固定偏差，通过多源正交合成的位置不确定度建模，为每个ais船舶计算出一个动态的位置不确定度，基于位置不确定度构建了逆方差自适应加权的多特征关联代价函数。当一个ais位置信息非常可靠时，在匹配时会严格要求位置对准；反之，当其位置信息不可靠时，会宽容位置偏差，转而更多地依赖船舶的尺寸、航向等其他特征进行判断。通过本发明提供的方法，可显著提升卫星影像与ais船舶自动关联的准确性与鲁棒性，并在此基础上，实现了对暗船的高效、精准识别。

1.一种由位置不确定度驱动的卫星影像与ais船舶关联的暗船识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，ais船舶j在卫星成像时刻的瞬时位置的计算方法如下：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，东向改正数δe和北向改正数δn计算方法如下：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，对船体形心在时刻的修正仅在对地航向有效且船长不小于预设船长阈值时执行，其中，所述预设船长阈值取值范围为55~65米。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于单侧有报文的航行船舶，外推时间长不超过10min，否则将对应的mmsi相关报文剔除；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于单侧有报文的航行船舶，k取值范围为1.0~2.0；

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述在已施加形心修正时取值为8米；在未修正时取0.25倍船长。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中，和的取值范围均为3～5m。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中，位置残差设置有自适应门限，为的平方根，

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述门限上限max设为300 m，下限min设为60 m。