[发明专利]基于深度学习的船舶辅助航行方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于深度学习的船舶辅助航行方法及系统，通过对本船航道水平视角进行视频成像，利用深度学习模型对获取视频图像内容的智能分析，识别出船只、浮标等水上目标，通过建立顶视图坐标系、坐标变换，计算获得船只航行信息以及本船和周围船只碰撞风险，以可视化图形界面的形式叠加在视频图像。本发明技术方案，直观地呈现出船只行驶过程中的风险点，尤其在在缺乏AIS信息的条件下，辅助船员在实际场景中直接作出航行决策。

技术领域

本发明涉及一种船舶辅助航行方法及系统，尤其涉及一种基于深度学习的船舶辅助航行方法及系统。

背景技术

随着水上交通运输的不断发展，水上船舶密度也不断增加，增加了水上交通事故发生的风险。为了增加船舶航行的安全性，一般在船舶上安装有AIS系统(AutomaticIdentification System，船舶自动识别系统)，能够将周围船只的航行信息通过基站，以无线传输的方式告知行驶的船舶，并通过一定的数学运算后判断周围船只与本船的碰撞风险。AIS系统做为电子设备，有一定的失效概率，许多船舶碰撞的事故的发生是缘于事故双方中有一方未安装AIS系统或AIS系统故障，无法判断周围船只的风险。因此在缺少AIS系统信息的条件下，如何保障船舶的安全行驶也成为关系水上交通安全的重要研究内容。

发明内容

本发明解决的技术问题是：构建一种基于深度学习的船舶辅助航行方法及系统，克服现有技术在缺少AIS系统信息的条件下如何保障船舶安全行驶的技术问题。

本发明的技术方案是：提供一种基于深度学习的船舶辅助航行方法，其特征在于，包括如下步骤：

视频成像：获取本船航道水平视频图像，获取视频图像的水平视角；

目标识别和标记：通过深度学习模型检测视频中的目标，获得目标的分类、回归框和轮廓中的一种或多种，并进行标记；

建立坐标系：在摄像机的观测范围内建立顶视图视角的直角坐标系，坐标系的x轴和y轴方向相对大地固定，按照等距离间隔绘制坐标网格；

坐标变换：获得平视图视角和顶视图视角的坐标映射关系，按平视图视角进行对坐标系中坐标轴及坐标网格进行坐标变换，按顶视图视角对周围船只位置进行坐标变换。

获取船只航行信息：在顶视图视角坐标系中，获取船只目标的航速和航向并对船只目标进行标记；

图像融合：将坐标网格、顶视图坐标系、目标标识与视频进行融合。

本发明的进一步技术方案是：在建立坐标系步骤中，根据摄像机的视场角、摄像机视轴方向和摄像机离水面的位置，确定摄像机的观测范围，以相对大地固定的坐标轴方向建立直角坐标系。

本发明的进一步技术方案是：图像融合过程中，设置一个距离阈值，将顶视图坐标系限制在以距离阈值为半径的圆内，顶视图坐标系以一定的缩小比例呈现在画面上。

本发明的进一步技术方案是：被识别的目标在平视图坐标系中的坐标位置，由回归框坐标计算获得。

本发明的进一步技术方案是：使用深度学习模型对本船航道水平视频图像中的目标进行检测，采用实例分割的方法获得目标的轮廓。

本发明的进一步技术方案是：对目标的标记包括以文字或图形方式指明类别、画出回归框、轮廓高亮、轮廓填充等方法中的一种或多种。

本发明的进一步技术方案是：通过周围船只在顶视图坐标系中的坐标位置信息计算周围船只与本船的距离，通过固定时间间隔内周围船只在顶视图坐标系中的坐标变化，计算周围船只的相对行驶速度。