CN115144883A - 航标位置漂移的辅助确认方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航标位置漂移的辅助确认方法，航标装置由嵌入式微处理器、卫星定位模块、通讯模块和接口模块组成；包括以下步骤：S1：定时查询通讯模块获得通信基站编号；S2：如果通信基站编号发生变化，则向航标监控服务器申请通信基站有关配置数据，更新myPhoneBase；S3：当获得卫星定位模块输出有效的当前定位数据后，计算当前位置和通信基站、航标基点的距离，进行漂移检查及漂移预警确认验证。采用本发明的有益效果是：增加以通信基站位置作为参考点判断航标是否发生漂移，能够快速、有效地减少航标发生漂移误报警次数。
Description
技术领域
本发明涉及航标领域，特别是一种航标位置漂移的辅助确认方法。
背景技术
航标灯，是为保证船舶在夜间安全航行而在航道上部署的一种交通灯。实体航标，一般由能源***、光源、光学装置以及无线电装置等组成，是用于指标示航道方向、界限与碍航物的标志，是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的重要助航标志。1912年瑞典工程师古斯塔夫•达伦因发明航标灯塔自动控制装置保障航行安全获诺贝尔物理学奖。
航标失效，指本应发挥作用的航标失去助导航作用，分为漂移、沉没、灯光熄灭、标志倒塌等类型。物联网技术已广泛应用于航标领域。文献CN2543073Y研制了一种航标卫星定位与遥测遥控装置，通过GPS全球卫星定位模块测量航标的经纬坐标和运动信息，通过传感接口电路测量航标的状态参数，这些信息通过GSM数字蜂窝移动通信调制解调器发射到航标遥测遥控中心，当位移、漂移和状态异常时报警，管理人员可通过计算机直观地查询和操作，实现航标的定位跟踪和遥测遥控功能，解决了航标巡检维护问题。
航标漂移是诸多异常情形中最严重的一种，有可能会误导船舶航行，造成船舶驶出航道而触礁或者搁浅等海损事故。及时发现航标漂移并及时恢复漂移的航标，对保障船舶航行安全非常重要。2008年《现代电子技术》第17期发表了“一种航标定位的GPS异常点快速判别及剔除方法”，介绍了一种采用古典概率与莱以特判别法相结合的GPS异常点快速判别方法，应用在航标定位数据异常点的处理中提高了航标终端对GPS异常数据的抗干扰能力。文献CN106341936A公开一种内河智能航标位置监控方法，采用高斯投影正算求得所述航标终端的动态位置、基点位置对应的高斯平面坐标；根据所述高斯平面坐标计算所述动态位置与所述基点位置的距离；比较所述距离与偏移距离阈值，若所述距离大于所述偏移距离阈值，则进行漂移报警，若所述距离不大于所述偏移距离阈值，则确定所述航标终端位置正常。文献CN104913892B发明了基于导航定位***的航标碰撞程度检测***及方法，通过在检测中心中预设航标发生碰撞时位置信息变化的速率阈值，并通过比较实时采集的航标的位置变化与速率阈值来判断航标的移动速度从而确定航标是否发生碰撞；并根据实时采集的航标位置信息与航标正常位置圈、航标正常漂移范围外圈、航标正常漂移范围内圈、航标移位圈的关系判断航标处于正常漂移、一般碰撞、严重碰撞、航标移位中的何种状态。2017年12月《上海海事大学学报》发表了“基于卡尔曼滤波和ISODATA的航标漂移预警方法”，为解决目前航标遥控遥测***中航标漂移误报警过多的问题，对航标GPS接收机原始坐标数据进行滤波，消除波动较大的数据后得到较可靠的航标位置数据;使用ISODATA得出其聚类中心;以该聚类中心取代航标抛设位置作为航标回旋中心，计算航标漂移距离。2019年2月《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》发表“基于卡尔曼滤波和K-means++算法的内河航标漂移特性研究”，指出：对航标漂移的研究也只能从航标GPS数据着手．减少GPS数据包含的误差，是研究航标漂移不可缺少的步骤；为此，为实现内河航标科学合理布设、降低漂移误报警，基于卡尔曼滤波算法，实现了历史航标漂移数据的预处理；结合K-means算法，获取航标漂移聚类中心，对比分析了卡尔曼滤波前后的聚类中心变化；采用相关性分析方法建立内河航标漂移－水位二次拟合模型．航标漂移拟合模型的均方根误差小于0.5m。2019年8月《中国水运·航道科技》发表“武汉段数字航道遥测遥控航标运行情况分析”，通过对遥测遥控航标各类报警进行分析发现，遥测遥控航标电压及漂移报警日均有效报警率较高分别为89%及92%。2021年2月《安全与环境学报》发表“潮流场作用下的航标漂移计算方法研究”，首先采集了航标遥测数据并通过拉依达数学准则对采集数据进行预处理;结合Kmeans算法和ISODATA算法，对预处理数据进行聚类，对比分析计算出的聚类中心，选取精确度更高的聚类中心作为计算航标漂移量的基准点并计算航标漂移距离;采用Person相关性分析方法和回归分析方法，构建潮流场作用下的航标漂移模型；结合航标和潮流场实际数据进行回归分析，确定模型参数，计算均方根误差，对模型进行验证；该模型能较好地反映潮流场作用下的航标漂移运动，能有效减少航标漂移误报警，提高航标的管理效率和智能化水平。
近年来，将卫星定位和通信基站相结合，为解决实际应用中层出不穷的问题提供了更多的可能性。典型应用之一通信基站可为基于卫星定位的应用开展高精度定位提供了技术支持：用户先通过移动通信终端接入附近的基站，利用基站做初略定位，然后通过网络将基站定位位置发送到某个服务器，服务器根据位置将此时经过用户上空的卫星参数反馈给用户的移动通信终端，再共享给用户的卫星终端，从而提高其搜索卫星信号的速度，如文献CN1765069A公开了利用远程输入基站位置来运行有效GPS接收机的方法，在初始通电时处于很恶劣的接收情况下，通过将基站的位置信息远程输入到GPS接收机。典型应用之二通信基站拓展了基于卫星定位的终端低功耗设计思路：如文献CN102088657B发明了一种GPS模块的省电方法，借助基站定位的辅助作用，在手机GPS模块的工作过程中，实时检测周边基站信息的变化，以达到间歇控制GPS模块的工作状态，从而达到省电的效果。典型应用之三为解决车载GPS终端产生位置漂移的问题，实现对GPS异常数据的过滤：如文献CN105319565B发明了车载GPS设备过滤定位漂移数据的方法和装置，通过采用与基站经纬度、速度及方向这些精确数据的对比的方式，能够更加准确的过滤定位漂移数据。
因此，如果在现有航标装置中将位置定位模块的数据与通信基站的数据结合，显然可以有助于降低航标发生漂移误报警的概率。
发明内容
本发明的目的是在现有由卫星定位模块、通讯模块等组成的航标装置基础上，结合通信基站的位置数据，提出的航标位置漂移的辅助确认方法。
为达到上述目的，本发明的设计技术方案是：
所述航标位置漂移的辅助确认方法，通过一种航标监控***实现，航标监控***由n个航标装置、m个通信基站、1个航标监控服务器组成，航标装置安装在需要监测位置的航标上，通过卫星定位模块获得航标定位数据，航标装置通过通信基站上传协议数据到航标监控服务器并接收航标监控服务器下发的协议数据。
所述的一种航标装置，由嵌入式微处理器、卫星定位模块、通讯模块和接口模块组成，其中嵌入式微处理器通过一个串口和卫星定位模块相连、通过另一个串口和通讯模块相连，嵌入式微处理器和接口模块相连。
所述一种航标装置的卫星定位模块，可以是美国GPS模块、中国北斗BD模块、两者双模。
所述的航标监控服务器，存在一个数据表table_PhoneBase，由字段通信基站编号、字段经度、字段纬度、字段有效范围（单位：米）组成；数据表table_PhoneBase中的数据记录，可以是向第三方服务公司付费购买获得、可以是采用专用仪器设备采集获得。
所述一种航标装置的嵌入式微处理器，内部有一个航标基点结构体nt_RTUBase，由基点编号（Num）、经度（X）、纬度（Y）和漂移门限（Z）组成。所述一种航标装置的嵌入式微处理器，内部设置有一个由nt_RTUBase定义的航标基点对象变量myRTUBase，myRTUBase的内部成员变量可远程设置并保存。
所述一种航标装置的嵌入式微处理器，内部有一个通信基站结构体nt_PhoneBase，由通信基站编号（Num）、经度（X）、纬度（Y）和有效距离（Z）组成。所述一种航标装置的嵌入式微处理器，内部设置有一个由nt_PhoneBase定义的对象变量myPhoneBase，myPhoneBase的内部成员变量Num、X、Y、Z均初始化均为0。
所述航标位置漂移的辅助确认方法，包括以下步骤：
S1：所述的一种航标装置，定时查询通讯模块获得通信基站编号；
S2：所述的一种航标装置，如果通信基站编号发生变化，则向航标监控服务器申请通信基站有关配置数据，更新myPhoneBase；
S3：所述的一种航标装置，当获得卫星定位模块输出有效的当前定位数据如经度、纬度数据后，分别计算当前位置和通信基站、航标基点的距离，然后进行航标位置漂移的辅助确认。
所述一种航标装置的嵌入式微处理器，定时查询通讯模块，向航标监控服务器获得对应通信基站编号的配置数据，具体步骤如下：
T1：定时查询通讯模块工作状态；
T2：检查是否获得通信基站编号，如果未获得通信基站编号，则将myPhoneBase内部成员Num、X、Y、Z均变量初始化均为0，本次任务结束；
T3：如果找到通信基站编号B，将B和myPhoneBase.Num进行对比，当B和myPhoneBase.Num两者不相等时，将B赋值给myPhoneBase.Num，设置myPhoneBase.X、myPhoneBase.Y、myPhoneBase.Z为0；
T4：检查myPhoneBase内部成员X、Y、Z是否有一个为0，如果是，根据协议组包数据上传，向航标监控服务器申请获得数据表table_PhoneBase字段通信基站编号中对应通信基站编号B的配置数据，更新myPhoneBase，否则myPhoneBase内部成员X、Y、Z均不为0，本次任务结束。
所述一种航标装置的嵌入式微处理器，进行航标位置漂移的辅助确认，具体步骤如下：
U1：读取卫星定位模块输出的数据，检查定位是否有效，如果有效定位才进行后续步骤，否则无效定位，本次任务结束；
U2：采用同一个计算公式分别计算终端当前位置和通信基站之间的距离D1、终端当前位置和航标基点之间的距离D2；
U3：采用D2和myRTUBase.Z比大小、D1和myPhoneBase.Z比大小，只有D2大于myRTUBase.Z且D1小于myPhoneBase.Z时才确认航标发生了漂移。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在现有航标装置组成基础上，增加以通信基站位置作为参考点判断航标是否发生漂移，能够快速、有效地减少航标发生漂移误报警次数，提高装备位置数据的可信度。
本发明的目的、特征及优点将通过实施例并结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的物联网位置终端硬件结构图。
图2是本发明的应用***拓扑图。
图3是本发明的方法流程图。
图4是本发明的嵌入式微处理器获得对应基站编号配置数据流程图。
图5是本发明的嵌入式微处理器漂移检查及漂移预警确认验证流程图。
具体实施方式
图1中，101是嵌入式微处理器，102是卫星定位模块，103是通讯模块，104是接口模块，101通过一个串口和102相连，101通过另一个串口和103相连，101和104相连。
图2中，201、202、203是航标装置1、航标装置2和航标装置n，210、211是通信基站1、通信基站m，220是航标监控服务器，其中，201、202、203分别和210、211相连，210、211分别和220相连。
为了进一步说明本发明的具体实施，结合图3、图4、图5所示的流程图，包括以下步骤：
步骤301：航标装置定时查询通讯模块，获得通信基站编号，执行步骤302；
步骤302：如果通信基站编号发生变化，则向航标监控服务器申请通信基站有关配置数据，更新myPhoneBase，执行步骤303；
步骤303：一种航标装置，当获得卫星定位模块输出当前位置的有效经度、纬度数据后，计算当前位置和通信基站、航标基点的距离，再进行漂移检查及漂移预警确认验证。
步骤401：嵌入式微处理器定时查询基站编号，执行步骤402；
步骤402：定时查询通讯模块工作状态，执行步骤403；
步骤403：检查是否获得基站编号B1，如果是，执行步骤404，否则执行步骤408；
步骤404：检查B1和myPhoneBase.Num是否相等，如果不相等，执行步骤405，否则如果相等，执行步骤406；
步骤405：设置myPhoneBase.Num=B1、myPhoneBase.X=0、myPhoneBase.Y=0、myPhoneBase.Z=0，然后执行步骤406；
步骤406：检查myPhoneBase.X=0或myPhoneBase.Y=0或myPhoneBase.Z=0，如果只要有一个为0，执行步骤407，否则均不为0，执行步骤409；
步骤407：根据协议组包数据上传，向航标监控服务器申请获得数据表table_PhoneBase字段通信基站编号中对应通信基站编号B的配置数据，更新myPhoneBase，执行步骤409；
步骤408：设置myPhoneBase.Num=0、myPhoneBase.X=0、myPhoneBase.Y=0、myPhoneBase.Z=0，执行步骤409；
步骤409：退出本模块。
所述航标装置的嵌入式微处理器，航标位置漂移的辅助确认具体步骤如下：
步骤501：漂移检查及漂移预警确认验证模块开始，执行步骤502；
步骤502：读取卫星定位模块输出的数据，执行步骤503；
步骤503：检查卫星定位是否有效，如果有效则执行步骤504，否则无效则执行步骤510；
步骤504：检查myPhoneBase.Num=0或myPhoneBase.X=0或myPhoneBase.Y =0或myPhoneBase.Z=0，如果条件满足即只要有一个为0，执行步骤510，否则均不为0，执行步骤505；
步骤505：采用同一个计算公式分别计算终端当前位置和通信基站之间的距离D1、终端当前位置和航标基点之间的距离D2，执行步骤506；
步骤506：检查判断D2是否大于myRTUBase.Z，如果是，执行步骤507，否则执行步骤508；
步骤507：检查判断D1是否大于myPhoneBase.Z，如果是，执行步骤508，否则执行步骤509；
步骤508：判断为航标未漂移，执行步骤510；
步骤509：判断为航标漂移，执行步骤510；
步骤510：退出本模块。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应该理解，我们所描述的具体实施例只是说明性的，而不是用于对本发明范围的限定，任何受本发明技术路线启发所作的等效修饰以及变化，都应当涵盖在本发明权利要求所保护的范围内。
Claims (2)
1.航标位置漂移的辅助确认方法，通过一种航标监控***实现；所述航标监控***由n个航标装置、m个通信基站、1个航标监控服务器组成，航标装置安装在需要监测位置的航标上，通过卫星定位模块获得航标定位数据，航标装置通过通信基站上传协议数据到航标监控服务器并接收航标监控服务器下发的协议数据；所述航标装置由嵌入式微处理器、卫星定位模块、通讯模块和接口模块组成，其中嵌入式微处理器通过一个串口和卫星定位模块相连、通过另一个串口和通讯模块相连，嵌入式微处理器和接口模块相连；所述航标位置漂移的辅助确认方法，其特征在于：
（1）所述航标装置内的嵌入式微处理器，内部设置有一个由航标基点结构体nt_RTUBase定义的航标基点对象变量myRTUBase，航标基点结构体nt_RTUBase由基点编号（Num）、经度（X）、纬度（Y）和漂移门限（Z）组成，myRTUBase的内部成员变量可远程设置并保存；
（2）所述航标装置内的嵌入式微处理器，内部设置有一个由通信基站结构体nt_PhoneBase定义的通信基站对象变量myPhoneBase，通信基站结构体nt_PhoneBase由通信基站编号（Num）、经度（X）、纬度（Y）和有效距离（Z）组成，myPhoneBase的内部成员变量Num、X、Y、Z均初始化为0；
（3）所述航标位置漂移的辅助确认方法，包括以下步骤：
S1：所述航标装置内的嵌入式微处理器，定时刷新通信基站配置数据myPhoneBase；
S2：所述航标装置内的嵌入式微处理器，从卫星定位模块获得当前位置的定位数据后，分别计算当前位置和通信基站、航标基点的距离，然后进行航标位置漂移的辅助确认；
（4）所述航标装置的嵌入式微处理器定时刷新通信基站配置数据myPhoneBase，具体步骤如下：
T1：定时查询通讯模块工作状态；
T2：检查是否获得通信基站编号，如果未获得通信基站编号，则将myPhoneBase内部成员Num、X、Y、Z均变量初始化均为0，本次任务结束；
T3：如果获得通信基站编号B，将B和myPhoneBase.Num进行对比，若B和myPhoneBase.Num不相等，则将B赋值给myPhoneBase.Num，设置myPhoneBase.X、myPhoneBase.Y、myPhoneBase.Z为0；
T4：检查myPhoneBase内部成员X、Y、Z是否有一个为0，如果是，根据协议组包数据上传，向航标监控服务器申请获得数据表table_PhoneBase字段通信基站编号中对应通信基站编号B的配置数据，更新myPhoneBase，否则myPhoneBase内部成员X、Y、Z均不为0，本次任务结束；
（5）所述航标装置内的嵌入式微处理器进行航标位置漂移的辅助确认，具体步骤如下：
U1：读取卫星定位模块输出的当前位置的定位数据，检查定位是否有效，如果是无效定位，本次任务结束；
U2：分别计算当前位置和通信基站之间的距离D1、当前位置和航标基点之间的距离D2；
U3：分别将D2和myRTUBase.Z相比、将D1和myPhoneBase.Z相比，当D2大于myRTUBase.Z且D1小于myPhoneBase.Z时确认航标发生了漂移。
2.根据权利要求1所述的航标位置漂移的辅助确认方法，其特征在于所述航标装置内的嵌入式微处理器，航标位置漂移的辅助确认具体步骤如下：
步骤501：漂移检查及漂移预警确认验证模块开始，执行步骤502；
步骤502：读取卫星定位模块输出的数据，执行步骤503；
步骤503：检查卫星定位是否有效，如果有效则执行步骤504，否则无效则执行步骤510；
步骤504：检查myPhoneBase.Num=0或myPhoneBase.X=0或myPhoneBase.Y =0或myPhoneBase.Z=0，如果条件满足即只要有一个为0，执行步骤510，否则均不为0，执行步骤505；
步骤505：采用同一个计算公式分别计算终端当前位置和通信基站之间的距离D1、终端当前位置和航标基点之间的距离D2，执行步骤506；
步骤506：检查判断D2是否大于myRTUBase.Z，如果是，执行步骤507，否则执行步骤508；
步骤507：检查判断D1是否大于myPhoneBase.Z，如果是，执行步骤508，否则执行步骤509；
步骤508：判断为航标未漂移，执行步骤510；
步骤509：判断为航标漂移，执行步骤510；
步骤510：退出本模块。
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