一种基于电子海图的渔船卡口动态监管系统及方法与流程

本发明涉及高精度定位，更具体地说，本发明涉及一种基于电子海图的渔船卡口动态监管系统及方法。

背景技术：

1、随着渔业监管信息化的发展，基于定位技术和电子海图的渔船动态监管系统逐渐应用于重点水域监管、航行轨迹分析以及非法越界识别等场景。现有渔船卡口监管方式通常根据渔船定位位置是否跨越预设边界区域判断是否发生卡口穿越，当检测到定位点由卡口一侧进入另一侧时，即触发对应监管事件。

2、然而，在实际海上航行环境中，渔船定位数据容易受到卫星信号波动、海浪扰动、设备测量误差以及船舶低速调整航向等因素影响，使定位点在卡口边界附近产生一定范围内的波动，导致传统基于单点越界判断的方式容易将定位误差误认为实际穿越行为。同时，现有方法通常依据轨迹连续性或位置距离进行判断，缺少对卡口状态变化过程的有效描述，难以准确区分真实穿越与瞬时位置变化，影响卡口事件识别的稳定性。

3、此外，现有渔船定位增强方式通常在渔船实际进入预设定位区域后才启动定位辅助资源调用和定位修正处理，由于资源加载和修正计算需要一定时间，容易导致关键区域内定位精度提升不及时，影响后续轨迹分析和卡口监管效果。同时，现有定位资源调度方式主要依据当前位置触发，缺少对渔船未来运动趋势的预测，无法提前完成定位资源准备；当渔船航向或速度发生变化时，也容易造成已调用资源无法有效利用，增加系统资源消耗。

4、鉴于此，本发明提出一种基于电子海图的渔船卡口动态监管系统及方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电子海图的渔船卡口动态监管系统，包括：

2、海图约束构建模块，用于获取监管水域对应的电子海图数据，基于电子海图数据划分导航单元，并根据导航单元之间的空间连接关系生成海图空间约束信息；

3、动态卡口生成模块，用于调用海图空间约束信息，确定导航单元之间的通行边界，生成动态卡口集合，并建立动态卡口与导航单元之间的映射关系；

4、船舶轨迹映射模块，用于获取渔船连续定位数据和运动状态数据，根据映射关系将连续定位数据映射至对应导航单元，并依据导航单元变化顺序生成卡口状态序列；

5、穿越状态判定模块，用于根据卡口状态序列构建卡口状态位，获取状态跳变量，启动连续确认计数器，并根据计数结果和渔船运动方向确定有效卡口穿越事件；

6、定位预取调度模块，用于基于连续定位数据和运动状态数据进行运动外推获得预测位置；当预测位置进入预设定位区域且当前位置未进入预设定位区域时，调用对应定位资源，并在渔船进入预设定位区域后执行定位修正。

7、优选地，所述基于电子海图数据划分导航单元的方法包括：

8、获取监管水域对应的电子海图数据，电子海图数据包括监管水域的地理范围信息、水域边界信息、航道信息和水域属性信息；

9、对电子海图数据进行解析，提取监管水域对应的空间范围边界，并依据水域空间连续性和水域属性差异对监管水域进行区域划分，将具有连续空间范围且水域属性一致的区域划分为独立导航单元；

10、为各导航单元配置对应的单元标识，并记录各导航单元对应的空间边界信息和位置信息，形成导航单元集合。

11、优选地，所述生成海图空间约束信息的方法包括：

12、获取导航单元集合中各导航单元对应的空间边界信息和位置信息，判断任意两个导航单元之间是否存在相邻边界以及是否满足通行条件；

13、当两个导航单元之间存在连续空间区域且不存在不可通行区域阻隔时，确定两个导航单元之间存在空间连接关系，并记录对应的连接方向、连接位置和连接类型；

14、将各导航单元作为空间约束节点，将导航单元之间的空间连接关系作为节点之间的约束边，并将连接方向、连接位置和连接类型作为约束属性进行关联，生成海图空间约束信息。

15、优选地，所述生成动态卡口集合的方法包括：

16、调用海图空间约束信息，获取存在空间连接关系的相邻导航单元；依据连接位置确定相邻导航单元之间的公共边界区域，并根据连接方向和连接类型确定导航单元之间的通行边界，将各通行边界配置为对应的卡口标识，生成动态卡口集合。

17、优选地，所述建立动态卡口与导航单元之间的映射关系的方法包括：

18、获取动态卡口集合中各动态卡口对应的卡口标识、通行边界信息和关联导航单元信息；依据各动态卡口对应的通行边界位置，确定与动态卡口关联的导航单元，并将通行边界两侧对应的导航单元分别确定为进入导航单元和离开导航单元；建立动态卡口标识与对应导航单元标识之间的关联关系，生成动态卡口与导航单元之间的映射关系。

19、优选地，所述依据导航单元变化顺序生成卡口状态序列的方法包括：

20、获取渔船连续定位数据和运动状态数据，连续定位数据包括定位时间、经度坐标和纬度坐标，运动状态数据包括航行速度和航向信息；

21、根据动态卡口与导航单元之间的映射关系，获取连续定位数据中各定位点对应的空间坐标，将空间坐标与导航单元对应的空间边界信息进行匹配，当定位点位于某一导航单元的空间范围内时，将定位点关联至对应导航单元；

22、按照时间顺序对各定位点对应的导航单元进行排序，获取导航单元变化顺序；当相邻定位点对应的导航单元发生变化时，依据映射关系确定对应的动态卡口，并根据动态卡口的变化顺序生成卡口状态序列。

23、优选地，所述根据计数结果和渔船运动方向确定有效卡口穿越事件的方法包括：

24、根据卡口状态序列中各动态卡口对应的状态变化关系构建卡口状态位，将渔船相对于各动态卡口的状态转换为离散状态值；对当前时刻卡口状态位与上一时刻卡口状态位执行异或运算，获取状态跳变量；当状态跳变量表示发生状态转换时，启动连续确认计数器，对连续状态变化过程进行计数；

25、当连续确认计数达到预设计数阈值时，获取渔船相对于对应动态卡口的运动方向，并判断连续时间内渔船运动方向是否保持一致；当连续确认计数达到预设计数阈值且渔船运动方向保持一致时，确定有效卡口穿越事件。

26、优选地，所述获得预测位置的方法包括：

27、获取渔船连续定位数据和运动状态数据，根据连续定位数据确定当前时刻渔船对应的空间位置，并根据运动状态数据中的航速信息和航向信息确定当前时刻渔船对应的运动速度矢量；设置预测时间间隔，根据当前时刻渔船空间位置和运动速度矢量进行运动外推，获得未来时刻对应的预测位置。

28、优选地，所述在渔船进入预设定位区域后执行定位修正的方法包括：

29、根据运动外推获得的预测位置与预设定位区域之间的位置关系生成预取触发标志位，当预测位置进入预设定位区域且当前位置未进入预设定位区域时，确定渔船即将进入预设定位区域，生成定位资源预取指令，并调用与预设定位区域对应的定位辅助资源；

30、当渔船实际进入预设定位区域时，调用已预先加载的定位辅助资源对渔船当前定位数据进行修正，获得修正后的定位结果；当预测位置与实际航行轨迹不一致，导致渔船未进入预设定位区域时，取消对应定位资源调用，并清除已加载的定位辅助资源。

31、一种基于电子海图的渔船卡口动态监管方法，包括：

32、s1、获取监管水域对应的电子海图数据，基于电子海图数据划分导航单元，并根据导航单元之间的空间连接关系生成海图空间约束信息；

33、s2、调用海图空间约束信息，确定导航单元之间的通行边界，生成动态卡口集合，并建立动态卡口与导航单元之间的映射关系；

34、s3、获取渔船连续定位数据和运动状态数据，根据映射关系将连续定位数据映射至对应导航单元，并依据导航单元变化顺序生成卡口状态序列；

35、s4、根据卡口状态序列构建卡口状态位，获取状态跳变量，启动连续确认计数器，并根据计数结果和渔船运动方向确定有效卡口穿越事件；

36、s5、基于连续定位数据和运动状态数据进行运动外推获得预测位置；当预测位置进入预设定位区域且当前位置未进入预设定位区域时，调用对应定位资源，并在渔船进入预设定位区域后执行定位修正。

37、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

38、通过构建卡口状态位，将渔船相对于动态卡口的位置转换为离散状态值，再通过异或运算得到状态跳变量，把原本的连续轨迹判断转换为状态转换判断，提升了穿越状态识别的准确性。其次，在检测到状态跳变后启动连续确认计数器累计确认状态变化，当渔船定位点因误差在卡口边界出现瞬时变化时，无法满足连续确认条件会被自动过滤，解决了单次跳变直接触发穿越事件的问题，提升了卡口检测的抗干扰能力。当连续确认计数达到预设阈值后，结合渔船运动方向做一致性判断，只有渔船沿对应方向完成穿越才判定为有效穿越事件，往返调整或反向移动不生成事件，进一步降低了误判概率。

39、获取渔船连续定位与运动状态数据后，根据当前位置、航速与航向确定运动速度矢量，外推得到未来预测位置，能提前掌握运动趋势，为定位资源调度提供依据；再构建位置关系判断机制生成触发标志，当预测位置进入预设定位区域而当前位置未进入时，提前调用定位辅助资源，将传统的进入后响应改为进入前预调度，减少了进入后的资源等待时间。渔船实际进入预设定位区域后，直接调用预先加载的资源完成定位修正，提升了定位处理响应速度，能保证动态卡口附近的定位满足监管要求；同时设置预测失效处理机制，当预测位置与实际轨迹不一致时，及时取消调用并清除已加载资源，避免无效占用，提升了资源调度灵活性与系统运行效率。