本发明公开了一种船舶定位系统，包括：位置信息获取单元，用于从多个不同定位端获取船舶的多个位置信息；排序单元，用于对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的多个位置信息发送至融合单元；融合单元，将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标；监控单元，用于根据船舶经纬度坐标获取船舶监控影像。本发明能实现船舶的精确定位。
位置信息获取单元，用于从多个不同定位端获取船舶的多个位置信息；
排序单元，用于对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的多个位置信息发送至融合单元；
融合单元，将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标；
监控单元，用于根据船舶经纬度坐标获取船舶监控影像；
其中，所述对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，具体包括：将各定位端所获取的船舶位置信息的时刻与当前时刻相减，得到各定位端所发送的位置信息距离当前时刻的时长，按照时长从小到大的优先级顺序对所述多个位置信息进行排序。
2.根据权利要求1所述的船舶定位系统，其特征在于所述位置信息包括船舶当前所处的经纬度、位置信息获取的时刻以及定位端标识。
3.根据权利要求1所述的船舶定位系统，其特征在于所述多个不同定位端包括：AIS、RFID、VITS、卫星定位、和/或雷达。
4.根据权利要求1所述的船舶定位系统，其特征在于所述将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标，具体包括：在当前时刻t，设此时船舶的真实位置为Pt，在t时刻之前，优先级大于设定阈值的多个位置信息中的位置坐标分别为设这三个坐标分别对应三个点分别是A、V、G，矢量速度为 且分别距离t时刻 根据该坐标和矢量速度，计算出t时刻船舶的参考位置其中：
以大地作为参考系，根据参考位置，计算A、V、G三点所对应的参心大地坐标分别为(BA，LA，HA)、(BV，LV，HV)、(BG，LG，HG)，其中，该坐标系是以参考椭球的中心为坐标原点，椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合；B是大地纬度，是以过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角；L是大地经度，以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角；H为大地高度；
在空间直角坐标系中，1)以参心O为坐标原点；2)Z轴和参考椭球的短轴相重合；3)X轴与起始子午面和赤道的交线重合；4)Y轴在赤道面上与X轴垂直，构成右手直角坐标系O-XYZ；在上述公式(4)中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b椭球的长短半径，W为第一辅助系数；其中：a＝6378.137km；b＝6356.7523141km；
把A、V、G三点的坐标代入上述公式(5)-(7)，计算得到A、V、G相对应的空间直角坐标分别为(XA，YA，ZA)、(XV，YV，ZV)、(XG，YG，ZG)；把A、V、G三点融合成一点，令该点为S点，算法如下：由此得到S点坐标为(XS，YS，ZS)；为了得到经纬度坐标，把空间直角坐标转换成大地坐标，转换公式如下：经过融合单元处理之后，便得到唯一经纬度坐标S点为(BS，LS，HS)。
5.根据权利要求4所述的船舶定位系统，其特征在于，所述用于根据船舶经纬度坐标获取船舶监控影像，具体包括：设得到的船舶经纬度坐标为S点，获得摄像头与S点的水平距离a1，摄像头与地面距离b1是已知的，根据直角三角形勾股定理：获得摄像头与S点的距离c，由此对摄像头焦距进行调整，根据该直角面，同时可以确定该摄像头的俯角α为：接下来求出S点相对于摄像头的真方位角，即从某点的真北方向线起，依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角，采用站心地平坐标系来计算真方位角；设摄像头的位置为M点，该点的大地坐标为(BM，LM，HM)，经上述坐标转换公式(4)，转换为空间直角坐标，即(XM，YM，ZM)，以M点所在的坐标系为站心直角坐标系，记为M-NEU，已知M点、S点的空间直角坐标，根据两坐标系之间的平移旋转关系，得到：其中，
从而求得S点在点M处站心地平坐标系中的坐标(N，E，U)：则M点至S点的方位角为：θ＝arctan(E/N) (18)依据定义该方位角即为真方位角，根据真方位角θ，调整摄像头位置。
S100：从多个不同定位端获取船舶的多个位置信息；
S200：对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的多个位置信息发送至融合单元；
S300：将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标；
其中，所述步骤S200具体包括：将各定位端所获取的船舶位置信息的时刻与当前时刻相减，得到各定位端所发送的位置信息距离当前时刻的时长，按照时长从小到大的优先级顺序对所述多个位置信息进行排序。
7.根据权利要求6所述的船舶定位方法，其特征在于所述位置信息包括船舶当前所处的经纬度、位置信息获取的时刻以及定位端标识。
8.根据权利要求6所述的船舶定位方法，其特征在于所述多个不同定位端包括：AIS、RFID、VITS、卫星定位、和/或雷达。
船舶定位系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于交通领域，特别涉及一种船舶定位系统及方法。
背景技术
[0002] 目前，海事针对内河航道上的船舶安装了很多的身份识别的系统，比如船载自动识别系统(AIS)、无线射频识别(RFID)、场间测试信号(VITS)、卫星定位、雷达等。每一个系统都会有一个经纬度位置，这会导致后台系统无法判别哪一个经纬度的位置才是准确的。另外，由于这些系统都是单独存在，无法与闭路电视摄像机(CCTV)进行联动，这会导致海事部门无法通过查看CCTV视频来确认船舶的身份。现有的海事系统中CCTV与定位系统是分离的，要么只能通过CCTV查看船舶的实时视频，要么只能通过定位系统在地图上查看船舶的位置，这种方式有个很大的不足，海事人员无法单独通过CCTV或者AIS准确定位船舶的信息。
发明内容
[0003] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种船舶定位系统及方法。
[0004] 一种船舶定位系统，包括：位置信息获取单元，用于从多个不同定位端获取船舶的多个位置信息；排序单元，用于对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的多个位置信息发送至融合单元；融合单元，将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标；监控单元，用于根据船舶经纬度坐标获取船舶监控影像。
[0005] 可选的，所述位置信息包括船舶当前所处的经纬度、位置信息获取的时刻以及定位端标识。
[0006] 可选的，所述对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，具体包括：将各定位端所获取的船舶位置信息的时刻与当前时刻相减，得到各定位端所发送的位置信息距离当前时刻的时长，按照时长从小到大的优先级顺序对所述多个位置信息进行排序。
[0007] 可选的，所述多个不同定位端包括：AIS、RFID、VITS、卫星定位、和/或雷达。
[0008] 可选的，所述将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标，具体包括：在当前时刻t，设此时船舶的真实位置为Pt，在t时刻之前，优先级大于设定阈值的多个位置信息中的位置坐标分别为 设这三个坐标分别对应三个点分别是A、V、G，矢量速度为 且分别距离t时刻 根据该坐标和
矢量速度，计算出t时刻船舶的参考位置 其中：
[0009] A点：
[0010] V点：
[0011] G点：
[0012] 以大地作为参考系，根据参考位置，计算A、V、G三点所对应的参心大地坐标分别为(BA，LA，HA)、(BV，LV，HV)、(BG，LG，HG)，其中，该坐标系是以参考椭球的中心为坐标原点，椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合；B是大地纬度，是以过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角；L是大地经度，以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角；H为大地高度；
[0013] 把大地坐标转换成空间直角坐标，转换公式为：
[0014]
[0015] 在空间直角坐标系中，1)以参心O为坐标原点；2)Z轴和参考椭球的短轴相重合；3)X轴与起始子午面和赤道的交线重合；4)Y轴在赤道面上与X轴垂直，构成右手直角坐标系O-XYZ；在上述公式(4)中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b椭球的长短半径，W为第一辅助系数；其中：a＝6378.137km；b＝6356.7523141km；
[0016]
[0017]
[0018]
[0019] 把A、V、G三点的坐标代入上述公式(5)-(7)，计算得到A、V、G相对应的空间直角坐标分别为(XA，YA，ZA)、(XV，YV，ZV)、(XG，YG，ZG)；把A、V、G三点融合成一点，令该点为S点，算法如下：
[0020]
[0021] 由此得到S点坐标为(XS，YS，ZS)；为了得到经纬度坐标，把空间直角坐标转换成大地坐标，转换公式如下：
[0022]
[0023] 经过融合单元处理之后，便得到唯一经纬度坐标S点为(BS，LS，HS)。
[0024] 可选的，所述用于根据船舶经纬度坐标获取船舶监控影像，具体包括：设得到的船舶经纬度坐标为S点，获得摄像头与S点的水平距离a1，摄像头与地面距离b1是已知的，根据直角三角形勾股定理：
[0025]
[0026] 获得摄像头与S点的距离c，由此对摄像头焦距进行调整，根据该直角面，同时可以确定该摄像头的俯角α为：
[0027]
[0028] 接下来求出S点相对于摄像头的真方位角，即从某点的真北方向线起，依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角，采用站心地平坐标系来计算真方位角；设摄像头的位置为M点，该点的大地坐标为(BM，LM，HM)，经上述坐标转换公式(4)，转换为空间直角坐标，即(XM，YM，ZM)，以M点所在的坐标系为站心直角坐标系，记为M-NEU，已知M点、S点的空间直角坐标，根据两坐标系之间的平移旋转关系，得到：
[0029]
[0030] 其中，
[0031]
[0032]
[0033] 从而求得S点在点M处站心地平坐标系中的坐标(N，E，U)：
[0034]
[0035] 则M点至S点的方位角为：θ＝arctan(E/N) (18)
[0036] 依据定义该方位角即为真方位角，根据真方位角θ，调整摄像头位置。
[0037] 一种船舶定位方法，包括如下步骤：S100：从多个不同定位端获取船舶的多个位置信息；S200：对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的多个位置信息发送至融合单元；S300：将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标；S400：根据船舶经纬度坐标获取船舶监控影像。
[0038] 可选的，所述位置信息包括船舶当前所处的经纬度、位置信息获取的时刻以及定位端标识。
[0039] 可选的，所述步骤S200具体包括：将各定位端所获取的船舶位置信息的时刻与当前时刻相减，得到各定位端所发送的位置信息距离当前时刻的时长，按照时长从小到大的优先级顺序对所述多个位置信息进行排序。
[0040] 可选的，所述多个不同定位端包括：AIS、RFID、VITS、卫星定位、和/或雷达。
[0041] 本发明的有益效果是：本发明通过经纬度位置的融合算法得出经纬度后，与监控系统进行联动，能让海事人员在视频中就能准确得知船舶的相关信息，从而可以准确的定位船舶进行视频监控。
附图说明
[0042] 图1是本发明船舶定位系统的结构示意图；
[0043] 图2是空间大地坐标系；
[0044] 图3是空间直角坐标系；
[0045] 图4是监控单元与S点联动示意图；
[0046] 图5是站心地平直角坐标系与空间直角坐标系示意图；
[0047] 图6是本发明船舶定位方法的流程图。
具体实施方式
[0048] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0049] 实施例1
[0050] 如图1所示，本发明的船舶定位系统包括依次连接的位置信息获取单元、排序单元、融合单元、和监控单元。该系统首先通过位置信息获取单元收集所有定位端上传上来的船舶位置信息，接着排序单元和融合单元通过相关的规则判断、计算得出唯一的一个经纬度信息，用于精确的表示船舶的地理位置。系统将精确的地理位置发送至监控单元，监控单元根据自己视频范围内的船舶图像结合上传上来的地理位置，可在视频中船舶的上方设计一个浮动窗，用于显示出该船舶的相关信息。
[0051] 位置信息获取单元，其用于从不同定位端获取船舶的多个位置信息，一般而言，船舶上会安装多种定位端，例如第一定位端(可以是AIS)、第二定位端(可以是RFID)、第三定位端(VITS)、第四定位端(可以是GPS)、第五定位端(可以是雷达)等等，位置信息获取单元接收多种定位端发送的船舶位置信息，这一船舶位置信息中可以包含船舶当前所处的经纬度、位置信息获取的时间以及定位端标识等，需要指出的是本发明中定位端标识指的是指示该位置信息是由哪一定位端所获取的标识，例如对于第四定位端而言，第四定位端定位端将船舶向位置信息获取单元所发送的位置信息( tG、GPS)为：(31.203181，121.505543)，20150910153008，GPS；该条信息表示船舶目前处于北纬N31°20′31.81″东经E121°50′55.43″，该位置信息的获取时间为2015年9月10日15时30分08秒，为从GPS定位端获取的位置信息，该信息中GPS便为定位标识，PG代表船舶的位置坐标。不同定位端具有不同的定位标识例如AIS的定位标识可以是AIS，RFID的定位标识可以是RFID等。
[0052] 位置信息获取单元将获取到的上述多个位置信息发送至排序单元，本发明中排序单元主要用于对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的位置信息发送至融合单元。具体而言，位置信息获取单元会在不同的时间获取到不同定位端所发送的位置信息，为了保证后续融合算法所获得的船舶位置的精确度，需要对这些多个位置信息进行排序，本发明中是按照定位信息的获取时间进行优先级排序的，排序后舍弃优先级靠后的定位信息，从而保证了融合算法所使用的定位信息均为最新的定位信息，提高了定位精度。例如在定位系统在当前时刻t需要获得船舶的位置，船舶上安装有多个定位端，例如在t时刻之前，第一定位端、第二定位端、第三定位端、第四定位端所提供的最后一次位置位置信息分别为：( tA、AIS)、( tR、RFID)、( tV、VITS)、( tG、GPS)，其中分别表示第一定位端、第二定位端、第三定位端、第四定位端所获取的船舶位置坐标，tA、tR、tV、tG分别表示第一定位端、第二定位端、第三定位端、第四定位端所获取的船舶位置信息的时刻，AIS、RFID、VITS、GPS分别代表第一定位端、第二定位端、第三定位端、第四定位端的定位标识。在获取到上述位置信息后，排序单元首先读取信息中的定位标识，从而确定该位置信息来自哪个定位端，接着排序单元将所获取的船舶位置信息的时刻与当前时刻t相减，从而获取到不同定位端所发送的位置信息距离当前时刻t的时长，即式中 分别表示第一定位
端、第二定位端、第三定位端、第四定位端所发送的位置信息距离当前时刻的时长。在获取到不同定位端所发送的位置信息距离当前时刻t的时长后，排序单元将各时长进行比较，按照从小到大的顺序进行排序，例如排序结果为： 这说明从第一定位端获取的
定位信息距离当前时刻t时长最短，从第四定位端获取的定位信息距离当前时刻t时长最长。由此排序单元对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序结果为：第一定位端＞第三定位端＞第四定位端＞第二定位端，若第一定位端、第二定位端、第三定位端、第四定位端分别代表AIS、RFID、VITS、GPS，则从这四个定位端所获取的位置信息的优先级为：AIS＞VITS＞GPS＞RFID。即这四个系统的优先级分别为1、2、3、4，若系统设定的阈值为2，则排序单元会将从第一定位端和第三定位端所获取的位置信息发送至融合单元，若系统设定的阈值为3，则排序单元会将从第一定位端、第三定位端、第四定位端所获取的位置信息发送至融合单元。
[0053] 融合单元，接收排序单元发送的优先级大于设定阈值的多个位置信息，将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标。具体而言，设排序单元会将从第一定位端、第三定位端、第四定位端所获取的位置信息发送至了融合单元。根据排序，得出第一定位端、第三定位端、第四定位端(AIS、VITS、卫星定位)所提供的位置坐标t分别为PA、PV、PG。在某一具体的时刻t，设此时船舶的真实位置为P 。在t时刻之前，AIS、VITS、卫星定位所提供的最后一次位置坐标分别为 设这三个坐标分别对应三
个点分别是A、V、G。矢量速度为 且分别距离t时刻 根据该坐
标和矢量速度，可以推算出t时刻船舶的参考位置 其中：
[0054] A点：
[0055] V点：
[0056] G点：
[0057] 如图2所示，以大地作为参考系，根据参考位置，可得A、V、G三点所对应的参心大地坐标分别为(BA，LA，HA)、(BV，LV，HV)、(BG，LG，HG)，其中，该坐标系是以参考椭球的中心为坐标原点，椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合；B是大地纬度，是以过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角；L是大地经度，以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角；H为大地高度，由于各点经纬度的坐标与各点之间距离是非线性变换的，所以，为了得到唯一的经纬度，要把大地坐标转换成空间直角坐标，该转换公式为：
[0058]
[0059] 如图3所示，在空间直角坐标系中，1)以参心O为坐标原点；2)Z轴和参考椭球的短轴(旋转轴)相重合；3)X轴与起始子午面和赤道的交线重合；4)Y轴在赤道面上与X轴垂直，构成右手直角坐标系O-XYZ；在上述公式中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b椭球的长短半径，W为第一辅助系数；其中：a＝6378.137km；b＝6356.7523141km；
[0060]
[0061]
[0062]
[0063] 把A、V、G三点的坐标代入上述公式，便可得A、V、G相对应的空间直角坐标分别为(XA，YA，ZA)、(XV，YV，ZV)、(XG，YG，ZG)，为了得到船舶更精确的位置信息，本发明要把A、V、G三点融合成一点，令该点为S点，此处，本发明采取算法如下：
[0064]
[0065] 由此可得S点坐标为(XS，YS，ZS)；为了得到经纬度坐标，此处还需把空间直角坐标转换成大地坐标，转换公式如下：
[0066]
[0067] 经过融合单元处理之后，便可得到唯一经纬度坐标S点为(BS，LS，HS)。该算法十分有效的提高了船舶定位的准确度。
[0068] 在获得了船舶经纬度坐标S点后，融合单元将该坐标发送至监控单元，监控单元便可与该船舶经纬度坐标进行联动，例如监控单元可开启该经纬度坐标附件的监控探头，通过该监控探头对该船舶进行影像捕捉，这样便可以获取该船舶视频监控图像，监视屏幕中可以设置一个浮动窗用于显示实时捕捉到的船舶图像，屏幕其余部分可以通过地图显示当前船舶的位置，这样便可以实现视频监控与定位端的联动。
[0069] 为了使得监控探头可捕捉到船舶，如图4所示，得到S点位置信息之后，便可获得摄像头与S点的水平距离a1，摄像头与地面距离b1是已知的，根据直角三角形勾股定理：
[0070]
[0071] 便可获得摄像头与S点的距离c，由此视频CCTV便可根据该位置信息，对摄像头焦距进行调整。根据该直角面，同时可以确定该摄像头的俯角α为：
[0072]
[0073] 下面为了摄像头更好的定位，还应求出S点相对于摄像头的真方位角(Azimuth)，即从某点的真北方向线起，依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角，叫该点的真方位角。
[0074] 为了得到真方位角，本专利采用站心地平坐标系来计算真方位角。设摄像头的位置为M点，该点的大地坐标为(BM，LM，HM)，经上述坐标转换公式，转换为空间直角坐标，即(XM，YM，ZM)。如图5所示，以M点所在的坐标系为站心直角坐标系，记为M-NEU。根据上文，已知M点、S点的空间直角坐标，根据两坐标系之间的平移旋转关系，可以得到：
[0075]
[0076] 其中，
[0077]
[0078]
[0079] 从而可以求得S点在点M处站心地平坐标系中的坐标(N，E，U)：
[0080]
[0081] 则M点至S点的方位角为：θ＝arctan(E/N) (18)
[0082] 依据定义该方位角即为真方位角。根据真方位角θ，摄像头便可以在水平面上调整摄像头位置，由此监控单元便可准确的获得船舶相关信息。
[0083] 实施例2
[0084] 请参阅图6，相应的本发明还提供了一种船舶定位方法，其特征在于包括如下步骤：S100：从多个不同定位端获取船舶的多个位置信息；S200：对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的多个位置信息发送至融合单元；S300：将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶经纬度坐标；S400：根据船舶经纬度坐标获取船舶监控影像。
[0085] 进一步的，所述位置信息包括船舶当前所处的经纬度、位置信息获取的时刻以及定位端标识。所述对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，具体包括：将各定位端所获取的船舶位置信息的时刻与当前时刻相减，得到各定位端所发送的位置信息距离当前时刻的时长，按照时长从小到大的优先级顺序对所述多个位置信息进行排序。
[0086] 综上所述，为了得到船舶的准确位置信息，本发明通过融合算法，来确定船舶的唯一经纬度，得到该位置信息之后，要对摄像头进行调整，经过计算，可以得到摄像头的俯角α，接着建立了站心地平坐标系，目的是为了求出船舶相对于摄像头的真方位角θ，因此，摄像头经过俯角α，水平角θ的调整之后，便可准确、高效的获得船舶的相关信息。
[0087] 在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
