实例介绍
【实例简介】
根据本船的运动参数及连续两次的观测所得到的目标船的相对方位和距离，运用避碰几何原理，在matlab上
于Y轴的方向至本船航向平行于Y轴的方向,即转向种典型情况,并通过 Matlab平台模拟出转向避让及恢 角(C})的变化范围为90°+C~C 复航向时的真运动图。 与恢复航向的原理相同,只不过恢复航迹1min后21右舷正横前来船 本船的位置为 例:我船航向 R2……Br =Xg+V60×sin(C) 180,航速12k B (10 Yq=Y4+V060×cs(C) 2340时目标船方 同理,可以得到4、DCFA和TPA 位2265°、距离 通过Amn(Xmn,Y20)与A(X,Y可以确定本船恢84 n mile,2346时 复航迹的运动方程为 方位226°、距离 A at ilx(x-yufi)+xaf 63 n mile。运行程 (11 单位 序得到船舶真运0101234567 当x=0时,本船恢复到原航迹,将x=0代入公式动轨迹如图3所图3右脑正横前来船时的真运动图 (8)可得到本船恢复到原航迹时的位置为A(0,y)。示 本船从完成避碰操纵到恢复航迹的总时间为 各运动参数如下:初始的DCPA=0.22 n mile, 60V(Y-Y)2 TCmA=23.98min,V=15.75kn,C,=825°若采取保 tr (12) 速转向避让措施,右转40.09后的DCPA=197 n mile, 本模型在 Matlab平台下,通过编写程序,可用 C TCPA=1386min;若为保持DCPA,=2 a mile,得到右转 范围内任意角度恢复航迹得出t,并模拟出两船位置变410后,他船从我船船首通过,DCPA=2.02 n mile, 化的真运动图像。若对C范围内所有的转向角求出t,TCPA=13.78min;恢复航向时间t=16.00min 可以发现本船航向垂直于Y轴的方向复航用吋最短; 若为保持DCPA=2 n mile,采取保向减速避让措 随着转向角的变化,不断增大。但相对于航行的终点施,则新航速V=539kn,TCPA=20.72min 而言,用时反而减少。 22左舷正横前来船 1.5保向减速避让 例:本船雾 在条件不宜于采取转向避让措施时,可以采用变中航行,航向 B, B2 B. 速的措施。该变速措施应满足在目标船驶过首向线交60°,航速12kn,5 点C后,本船方可到达C点,且两船的DCPA≥0200时目标船 DCPA,。所以如图1所示,本船在An点的位置采取减速方位15°、距离 避让,以A点为圆心,DCPA,为半径作圆,过Bn点做切8 I mile,0206时2 线,切点为F。根据相对运动原理,先求出切点F的坐方位14°、距离 标值,得到直线BF的方程。设1mn后目标船从Bn点65 n mile运行程432-1 A1单位: n mile 移动到H点,过H点作Y轴的平行线交直线BF于点序,得到船舶真图4左舷正横前来船时的真运动图 G,HG即为1mn内本船减速后驶过的距离。 运动轨迹如图4所示 保向减速的新航速V 各运动参数如下:初始的DCPA=0.60 n mile,TCPA V,=HC×60 (13) 180mi,V=983kn,C=1466°若保速转向避让给 减速1min后,本船的位置A,at(Xn,Ym) 定右转27.0后的DCPA=209 n mile,TCPA=25l6min; XMi=0 若为保持DCPA,为2 n mile,采取保速转向避让措施 Y=v /60+y (14 则得到右转26.0°后,他船从我船船尾通过,DCPA 根据保速转向避让求CPn的原理,可以得出减203nmle,rcP=2493mn;恢复航向时间t=2500min 速后新的最近会遇时问 若采取减速避让措施,则新航速V,=535k 16转向措施和减速措施的比较 TCPA=26.78 min 将保速转向避让措施的TCPA值与保向减速避让 经验证,模型模拟的结果正确,省时,省力,对实 的T℃PA值进行比较,结合航行环境情况及船舶的操际避碰行动有很好的参考价值。 纵性,可以很直观地选择出最佳的避碰措施,从而使避3结束语 碰行动更安全、更经济 小型渔船由于考虑到设备成本因素通常只装备了 2模型的应用 雷达(几平没有装备ARPA雷达),而传统的经验式避 为验证模型的可行性,选择船舶会遇局面中的2碰方法误差较大而且很容易导致避计失败。本文运用 《航海技术》2012年第4期 o1994-2012cHinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net 基于特征的雷达与电子海图图像配准技术研究 大连海事大学航海学院张闯陈铎 内客提要:针对雷达图像和电子海图显示与信息系统(ECDS)图像不同传感器存在的配准问题,在分析雷达和电子海图图像 特点的基础上,提出了基于图像特征的自动图像配准算法,论述了其实现方法与过程,为提高雷达图像和电子海图图像配准 提供了一种技术途径,并对图像的配准效果进行了仿真。实验结果表明,该算法取得了理想的效果。 关键词:特征点;特征属性;自动图像配准;仿貞 0引言 ,电子海图提供了本船以及本船周围的静态目标与 电子海图显示与信息系统( Electronic chart动态目标三者之间的位置关系,而雷达提供电子海图 Display and Information System,ECDS)是由专用计算所需要的实时动态信息,因此将雷达图像与电子海图 机控制,将海图信息传感器信息等参数集中处理,以配准融合在一个信息平台上,不仅有利于船舶的定位 图文和声音综合表现航海情况的船用自动化系统。电及导航,而且还可提高船舶航行的安全性。 子海图采用数字矢量方法生成点、线、面,并对海图符1雷达图像的处理 号与缩写建立数字标准。这样不但大大减小所需内存, 电子海图和雷达图像的配准效果是提供给用户以 而且使像素有了物理属性,成为可供计算机分析处理电子海图为显示底层,雷达图像为动态层的叠加层。因 的“真正信息”。在这样的电子海图上,计算机可以自动此在进行图像配准前坐标变换是非常关键的问题。若 识别海图信息,智能地提醒驾驶人员注意预计可能发将本船大地坐标雷达目标距本船的距离和方位,采用 生的海事,这对航行安全是十分有利的。 Bowring公式进行大地主题正算,可得到雷达目标的大 航海雷达通过发射微波并接收目标反射回波,对地坐标,将此大地坐标经墨卡托投影正算后得到墨卡 目标进行探测和测定目标信息。是一种自主的独立设托坐标,再变换为屏幕坐标,即可实现雷达目标在电 备,可以直观判断碰撞危险,求取避让措施等。缺点是子海图上的精确定位。 易受气象海况影响,存在盲区及障碍物的遮挡,录取显2基于图像特征的自动图像配准算法 示容量受限,信息少,目标丢失等。 由于基于特征的方法不是直接利用图像像素值 雷达图像与电子海图图像配准融合具有重要的理而是通过像素值导出的特征点、特征线段等来实现图 论实践意义。第一,电子海图已成为现代船舶导航系统像的配准,所以它对于具有明显特征图像的配准有很 的核心设备,而用于航行和避碰的雷达又是狭水道、沿重要的实际意义。由于雷达图像和电子海图具有明显 岸以及大雰等复杂条件下航行所不可缺少的设备,如的特征点和特征线段,因此本文提出了基于图像特征 果将两者图像配准融合可以实现两者优势的互补。第的自动图像配准算法来进行匹配 ·“十“一“·“+“千“·“ 一“"·“““个·“+“+“w“+“千m+圳+“ Matlab软件编写程序,计算出了船舶避碰参数,避免了4鹤旧三郎等船舶航行专家系统的基础研充C.日本航海学会论文集 人工标绘存在的缺陷,并模拟出了避碰措施和本船恢197 复航向的真运动轨迹图。本课题还为脱离固定的软件50 meaton G.P.. ole.cn. nowleage-based collision 平台,进一步开发适用于小型渔船的类似于计算器的 6 Ichiro Hiraga. Takeshi Furuhashi, Yoshiki Uchikawa. An Acquisition of 小型简易避碰仪器或基于智能手机的专门避碰软件奠pmr' s Rules for Collision Avoidance Using Fuzzy Neural Networks 定了基础。当然,由于在模型建立中,没有考虑操纵延IEE" Transactions on Fuzzy Systems.Aug195,ol3,N3 时、船舶惯性等船舶操纵性问题,导致计算结果存在一7李凤武,刘效贤,船舶避種决策优化原则中国水运20029 定的不足,需要船舶驾驶员在实际应用中引起重视,相 8姚杰.船舶避碰何欢策的优化方法大连水产学院学报,2002,(3) 关技术问题也有待于今后的深人研究。 9杨盐生,船舶避碰劻态系统数学模型的研究小大连海事大学学报, 1995,2l(1) *作著:饪玉清大连海洋大学航海与船舶工程学院副教授 10任玉清,姚杰,文干.拖网渔船避碰行为的模糊淙合评价模型{J中國 参考文献 航海,2002(3) 1 MAIB. U.K. MAlB Annual reports 2002 (2003-05-23 l李国朝 MATLAB基础及应用MJ北京:北京大学出版社,2011 2杨培举,渔船安全的惊喜与忧患J中国船捡,2005(2) 2赵劲松,土逢辰等.船船群碰学原理M大连:大连海事大学H版社, 3孙颖士,李冬霄.屮国渔船安全分析报告(99-2008)R中农业出198 版社,2009 基于特征的雷达七子海图图像配准技术研究——张闯陈铎 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 【实例截图】
【核心代码】
根据本船的运动参数及连续两次的观测所得到的目标船的相对方位和距离，运用避碰几何原理，在matlab上
于Y轴的方向至本船航向平行于Y轴的方向,即转向种典型情况,并通过 Matlab平台模拟出转向避让及恢 角(C})的变化范围为90°+C~C 复航向时的真运动图。 与恢复航向的原理相同,只不过恢复航迹1min后21右舷正横前来船 本船的位置为 例:我船航向 R2……Br =Xg+V60×sin(C) 180,航速12k B (10 Yq=Y4+V060×cs(C) 2340时目标船方 同理,可以得到4、DCFA和TPA 位2265°、距离 通过Amn(Xmn,Y20)与A(X,Y可以确定本船恢84 n mile,2346时 复航迹的运动方程为 方位226°、距离 A at ilx(x-yufi)+xaf 63 n mile。运行程 (11 单位 序得到船舶真运0101234567 当x=0时,本船恢复到原航迹,将x=0代入公式动轨迹如图3所图3右脑正横前来船时的真运动图 (8)可得到本船恢复到原航迹时的位置为A(0,y)。示 本船从完成避碰操纵到恢复航迹的总时间为 各运动参数如下:初始的DCPA=0.22 n mile, 60V(Y-Y)2 TCmA=23.98min,V=15.75kn,C,=825°若采取保 tr (12) 速转向避让措施,右转40.09后的DCPA=197 n mile, 本模型在 Matlab平台下,通过编写程序,可用 C TCPA=1386min;若为保持DCPA,=2 a mile,得到右转 范围内任意角度恢复航迹得出t,并模拟出两船位置变410后,他船从我船船首通过,DCPA=2.02 n mile, 化的真运动图像。若对C范围内所有的转向角求出t,TCPA=13.78min;恢复航向时间t=16.00min 可以发现本船航向垂直于Y轴的方向复航用吋最短; 若为保持DCPA=2 n mile,采取保向减速避让措 随着转向角的变化,不断增大。但相对于航行的终点施,则新航速V=539kn,TCPA=20.72min 而言,用时反而减少。 22左舷正横前来船 1.5保向减速避让 例:本船雾 在条件不宜于采取转向避让措施时,可以采用变中航行,航向 B, B2 B. 速的措施。该变速措施应满足在目标船驶过首向线交60°,航速12kn,5 点C后,本船方可到达C点,且两船的DCPA≥0200时目标船 DCPA,。所以如图1所示,本船在An点的位置采取减速方位15°、距离 避让,以A点为圆心,DCPA,为半径作圆,过Bn点做切8 I mile,0206时2 线,切点为F。根据相对运动原理,先求出切点F的坐方位14°、距离 标值,得到直线BF的方程。设1mn后目标船从Bn点65 n mile运行程432-1 A1单位: n mile 移动到H点,过H点作Y轴的平行线交直线BF于点序,得到船舶真图4左舷正横前来船时的真运动图 G,HG即为1mn内本船减速后驶过的距离。 运动轨迹如图4所示 保向减速的新航速V 各运动参数如下:初始的DCPA=0.60 n mile,TCPA V,=HC×60 (13) 180mi,V=983kn,C=1466°若保速转向避让给 减速1min后,本船的位置A,at(Xn,Ym) 定右转27.0后的DCPA=209 n mile,TCPA=25l6min; XMi=0 若为保持DCPA,为2 n mile,采取保速转向避让措施 Y=v /60+y (14 则得到右转26.0°后,他船从我船船尾通过,DCPA 根据保速转向避让求CPn的原理,可以得出减203nmle,rcP=2493mn;恢复航向时间t=2500min 速后新的最近会遇时问 若采取减速避让措施,则新航速V,=535k 16转向措施和减速措施的比较 TCPA=26.78 min 将保速转向避让措施的TCPA值与保向减速避让 经验证,模型模拟的结果正确,省时,省力,对实 的T℃PA值进行比较,结合航行环境情况及船舶的操际避碰行动有很好的参考价值。 纵性,可以很直观地选择出最佳的避碰措施,从而使避3结束语 碰行动更安全、更经济 小型渔船由于考虑到设备成本因素通常只装备了 2模型的应用 雷达(几平没有装备ARPA雷达),而传统的经验式避 为验证模型的可行性,选择船舶会遇局面中的2碰方法误差较大而且很容易导致避计失败。本文运用 《航海技术》2012年第4期 o1994-2012cHinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net 基于特征的雷达与电子海图图像配准技术研究 大连海事大学航海学院张闯陈铎 内客提要:针对雷达图像和电子海图显示与信息系统(ECDS)图像不同传感器存在的配准问题,在分析雷达和电子海图图像 特点的基础上,提出了基于图像特征的自动图像配准算法,论述了其实现方法与过程,为提高雷达图像和电子海图图像配准 提供了一种技术途径,并对图像的配准效果进行了仿真。实验结果表明,该算法取得了理想的效果。 关键词:特征点;特征属性;自动图像配准;仿貞 0引言 ,电子海图提供了本船以及本船周围的静态目标与 电子海图显示与信息系统( Electronic chart动态目标三者之间的位置关系,而雷达提供电子海图 Display and Information System,ECDS)是由专用计算所需要的实时动态信息,因此将雷达图像与电子海图 机控制,将海图信息传感器信息等参数集中处理,以配准融合在一个信息平台上,不仅有利于船舶的定位 图文和声音综合表现航海情况的船用自动化系统。电及导航,而且还可提高船舶航行的安全性。 子海图采用数字矢量方法生成点、线、面,并对海图符1雷达图像的处理 号与缩写建立数字标准。这样不但大大减小所需内存, 电子海图和雷达图像的配准效果是提供给用户以 而且使像素有了物理属性,成为可供计算机分析处理电子海图为显示底层,雷达图像为动态层的叠加层。因 的“真正信息”。在这样的电子海图上,计算机可以自动此在进行图像配准前坐标变换是非常关键的问题。若 识别海图信息,智能地提醒驾驶人员注意预计可能发将本船大地坐标雷达目标距本船的距离和方位,采用 生的海事,这对航行安全是十分有利的。 Bowring公式进行大地主题正算,可得到雷达目标的大 航海雷达通过发射微波并接收目标反射回波,对地坐标,将此大地坐标经墨卡托投影正算后得到墨卡 目标进行探测和测定目标信息。是一种自主的独立设托坐标,再变换为屏幕坐标,即可实现雷达目标在电 备,可以直观判断碰撞危险,求取避让措施等。缺点是子海图上的精确定位。 易受气象海况影响,存在盲区及障碍物的遮挡,录取显2基于图像特征的自动图像配准算法 示容量受限,信息少,目标丢失等。 由于基于特征的方法不是直接利用图像像素值 雷达图像与电子海图图像配准融合具有重要的理而是通过像素值导出的特征点、特征线段等来实现图 论实践意义。第一,电子海图已成为现代船舶导航系统像的配准,所以它对于具有明显特征图像的配准有很 的核心设备,而用于航行和避碰的雷达又是狭水道、沿重要的实际意义。由于雷达图像和电子海图具有明显 岸以及大雰等复杂条件下航行所不可缺少的设备,如的特征点和特征线段,因此本文提出了基于图像特征 果将两者图像配准融合可以实现两者优势的互补。第的自动图像配准算法来进行匹配 ·“十“一“·“+“千“·“ 一“"·“““个·“+“+“w“+“千m+圳+“ Matlab软件编写程序,计算出了船舶避碰参数,避免了4鹤旧三郎等船舶航行专家系统的基础研充C.日本航海学会论文集 人工标绘存在的缺陷,并模拟出了避碰措施和本船恢197 复航向的真运动轨迹图。本课题还为脱离固定的软件50 meaton G.P.. ole.cn. nowleage-based collision 平台,进一步开发适用于小型渔船的类似于计算器的 6 Ichiro Hiraga. Takeshi Furuhashi, Yoshiki Uchikawa. An Acquisition of 小型简易避碰仪器或基于智能手机的专门避碰软件奠pmr' s Rules for Collision Avoidance Using Fuzzy Neural Networks 定了基础。当然,由于在模型建立中,没有考虑操纵延IEE" Transactions on Fuzzy Systems.Aug195,ol3,N3 时、船舶惯性等船舶操纵性问题,导致计算结果存在一7李凤武,刘效贤,船舶避種决策优化原则中国水运20029 定的不足,需要船舶驾驶员在实际应用中引起重视,相 8姚杰.船舶避碰何欢策的优化方法大连水产学院学报,2002,(3) 关技术问题也有待于今后的深人研究。 9杨盐生,船舶避碰劻态系统数学模型的研究小大连海事大学学报, 1995,2l(1) *作著:饪玉清大连海洋大学航海与船舶工程学院副教授 10任玉清,姚杰,文干.拖网渔船避碰行为的模糊淙合评价模型{J中國 参考文献 航海,2002(3) 1 MAIB. U.K. MAlB Annual reports 2002 (2003-05-23 l李国朝 MATLAB基础及应用MJ北京:北京大学出版社,2011 2杨培举,渔船安全的惊喜与忧患J中国船捡,2005(2) 2赵劲松,土逢辰等.船船群碰学原理M大连:大连海事大学H版社, 3孙颖士,李冬霄.屮国渔船安全分析报告(99-2008)R中农业出198 版社,2009 基于特征的雷达七子海图图像配准技术研究——张闯陈铎 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 【实例截图】
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