Информационная система мониторинга и обнаружения событий между транспортными средствами либо между транспортными средствами и стационарными, плавучими или наземными объектами и комплексами с помощью удаленного наблюдения - RU2637069C2

Описание

Изобретение относится к электрической связи и сетям передачи данных, а именно к информационной системе мониторинга и обнаружения событий между транспортными средствами либо между транспортными средствами и стационарными, плавучими или наземными объектами и комплексами с помощью удаленного наблюдения.

Наблюдение за транспортными событиями зачастую возможно только с помощью оповещений о соответствующих событиях со стороны экипажа транспортных средств. Оно возможно и с помощью бортовых журналов.

Такое наблюдение достаточно трудозатратно либо вообще невозможно ввиду отсутствия контакта с экипажами транспортных средств. Вдобавок возможны ошибки, вызванные человеческим фактором, а само наблюдение слабо поддаётся автоматизации.

Как известно, в судоходстве широко используют Автоматическую идентификационную систему (AIS), служащую для идентификации судов, их габаритов, курса и других данных с помощью радиоволн диапазона УКВ. В последнее время появилась тенденция трактовать AIS как Автоматическую информационную систему, что связано с расширением функциональности системы по сравнению с ординарной задачей идентификации судов.

Например, из патента US7805146 известна сеть для мобильных телефонов PDA/GPS с использованием AIS, имеющая приложение, позволяющее пользователям, находящимся на судах, получать информацию о нахождении и положении друг друга, а также поддерживать друг с другом связь.

Из патента KR20150017030 известен способ коммуникации между судами на основе AIS данных, при котором вычисляется местоположение судов, их курс, скорость и дополнительные данные, которые автоматически синхронизируются между судами и главным центром, для предотвращения столкновения и лучшего управления навигацией судов.

В качестве прототипа выбран патент KR20080038564, раскрывающий способ мониторинга местоположения судов с использованием AIS и TRS со встроенным GPS. AIS и TRS со встроенным GPS устанавливают на судно. Сигналы о местоположении от AIS и TRS, передаваемые с судна, хранятся в базе данных. Разница между временем сохранения данных AIS и текущим временем оценивается сервером отслеживания. Данные сигналов AIS сравниваются с временем сохранения сигналов TRS, хранящихся на сервере TRS. Если время сохранения сигналов TRS позже времени сохранения данных AIS, на электронную морскую карту поступает сообщение, на которой отображаются новые данные о положении.

Главными недостатками вышеуказанных и аналогичных разработок связан с тем, что они решают задачи определения местоположения объектов, их скоростей, расстояний относительно друг друга в основополагающем контексте предотвращения столкновений и прогнозирования траекторий движения, в то время как основной задачей настоящего изобретения является автоматическое выявление сближений объектов, их стоянок в контексте возможной погрузки/разгрузки.

Аналогичные разработки дают возможность решать данную задачу лишь с помощью ручного неавтоматизированного труда, что связано с человеческим фактором и с большим количеством ошибок.

Технической задачей настоящего изобретения является создание информационной системы мониторинга и обнаружения событий между транспортными средствами либо между транспортными средствами и стационарными, плавучими или наземными объектами и комплексами с помощью удаленного наблюдения, за счет чего возможен мониторинг работы флота, контроль швартовок и получение статистики по подходам, анализ относительных объемов рынка и активности конкурентов, обеспечивается удобство и простота использования. Настоящее изобретение даёт возможность для автоматизации наблюдений, повышения их точности, снижения трудовых затрат.

Для решения поставленной технической задачи предлагается информационная система мониторинга и обнаружения событий между транспортными средствами либо между транспортными средствами и стационарными, плавучими или наземными объектами и комплексами с помощью удаленного наблюдения, включающая: средства AIS, осуществляющиеся на международных каналах связи AIS 1 и AIS 2; средства радиолокации; средства спутникового слежения; и средства визуального отображения состояния транспортного средства, отличающаяся тем, что производят следующие операции:

- сбор данных о скорости движения транспортных средств, расстоянии между ними и расстоянии от наземных, плавучих или стационарных объектов и комплексов;

- определение начала транспортного события на основании полученных данных;

- определение конца транспортного события на основании полученных данных;

- обработка и сохранение параметров транспортного события в базе данных;

- выведение информации о событии на средство визуального отображения состояния транспортного средства.

Сбор данных может быть осуществлен посредством собственного AIS-принимающего комплекса, состоящего из антенны и AIS-приёмника, или от интернет ресурсов (MarineTraffic.com, FleetMon.com и т. п.) через внешние API.

Началом транспортного события может являться подход транспортного средства к другому транспортному средству или стационарному, плавучему, наземному объекту или комплексу и установление разницы их относительных скоростей и/или расстояния друг от друга, близкой к нулевому значению.

Концом транспортного события может являться отход транспортного средства от другого транспортного средства или от стационарного, плавучего или наземного объекта или комплекса и наличие разницы их относительных скоростей и/или расстояния друг от друга.

База данных может хранить такую информацию о транспортных событиях, как время начала, время окончания, объекты, участвующие в транспортном событии и т.д.

Для отображения состояния транспортного средства может быть использовано веб-приложение с функциями отображения географической карты с объектами, отчетов о транспортных событиях и возможностью фильтрации получения необходимых данных.

Настоящее изобретение поясняется далее более подробно с использованием конкретного примера осуществления.

Для раскрытия и лучшего понимания принципа действия настоящего изобретения будут использованы следующие термины.

Транспортное средство – судно, сухопутные и воздухоплавательные средства, подводные суда, прочие летательные аппараты, ракеты.

Погрузочный терминал – наземное сооружение, осуществляющее погрузочно-разгрузочные работы (например, нефтеналивной терминал или причал).

Встреча транспортных средств – продолжительное нахождение транспортных в непосредственной близости друг от друга. Скорость транспортных средств при этом относительно друг друга должна быть близка к нулю. Транспортные средства могут быть неподвижны либо находиться в движении.

Транспортное событие – встреча двух и более транспортных средств с возможной передачей груза (топлива, моторных масел, иных грузов, пассажиров и т.д.). Имеет время начала и окончания.

Канал наблюдения – информационный поток, отдающий сведения о текущем географическом положении транспортных средств, их скорости и идентификационные данные. Может быть обеспечен:

1) средствами АИС (Автоматической информационной системой, AIS), осуществляющейся на международных каналах связи AIS 1 и AIS 2;

2) средствами радиолокации;

3) спутниковым слежением (INMARSAT-C, INMARSAT-MINI-C и другие);

4) визуальным наблюдением и прочими способами, могущими идентифицировать транспортное средство и его скорость.

Наблюдение – процесс наблюдения за транспортными средствами посредством канала наблюдения для фиксации транспортных событий.

Принцип действия по настоящему изобретению.

Определение основных (первичных) критериев транспортных событий.

Основные критерии служат для определения с большей вероятностью возникновения транспортного события. К ним относятся скорость движения транспортных средств, расстояние транспортных средств друг от друга, расстояние транспортного средства от терминала.

Величина критерия - это величина, значение которой определяет наступление события. (Например, подход судна менее чем на 50 метров).

Величины критериев могут быть постоянны во всем периоде наблюдения, а могут варьироваться в зависимости от типа транспортного средства, его размеров, максимальной и минимальной скорости и т.п.

Значения определяются эмпирическим путём и уточняются в ходе калибровки, которая будет описана позже.

Определение вторичных критериев транспортных событий.

Вторичные критерии подтверждают наступление либо окончание транспортного события. Могут не использоваться для наблюдений.

Данные критерии могут формироваться эмпирическим путём в зависимости от типа транспортного средства, задач наблюдения и прочими путями.

К вторичным критериям транспортных событий может относиться длительность события (кратковременные события маловероятны), количество одновременных событий для данного транспортного средства (маловероятны множественные события), отличие от обычного ареала аналогичных транспортных событий (маловероятно событие вдали от обычных путей передвижения), прочие критерии.

Вторичные критерии также имеют величины критериев, выявляемых эмпирическим путём и калибровкой.

Вторичные критерии могут определять доверительный коэффициент события:

K = w1(p1)⋅w2(p2) …⋅wn(pn),

где wn(pn) - функция вероятности возникновения события по данному вторичному критерию для параметра p.

Таким образом, доверительный коэффициент события отражает вероятность возникновения такого события.

Функции вероятности могут быть выявлены эмпирическим путём на основе исторических данных в процессе калибровки.

Определение ложных, упущенных транспортных событий

Ложные транспортные события могут возникать в случаях ошибочного определения транспортного события на основе первичных транспортных событий; погрешностей в данных канала наблюдения; человеческого фактора экипажей транспортных средств и их внепланового движения; и пр.

В случае если событие не зафиксировано, хотя в действительности оно произошло, такое событие считается упущенным.

Все описанные события могут быть выявлены с помощью калибровки или с помощью вторичных критериев транспортных событий.

Определение достоверности наблюдения (фактор достоверности)

Достоверность наблюдения показывает расхождение количества реальных событий с тем же самым количеством событий, выявленных при наблюдении.

P = 100⋅(1 - ( L + M ) / T),

где P - достоверность наблюдения, выраженное в процентном отношении; L - количество ложных событий; M - количество упущенных событий; T - количество реально произошедших событий.

Значение T выявляется в процессе калибровки.

Таким образом при стремлении P к 100% можно говорить о наибольшей достоверности наблюдения.

Калибровка

Калибровка - это процесс выявления достоверности наблюдения и подгонка величин критериев.

Калибровка осуществляется с помощью сопоставления информации транспортных событий, полученных от экипажей транспортных средств в виде судовых журналов, журналов учета терминалов или причалов (достоверные данные), рапортов и т.п. и тех же самых событий, полученных в результате наблюдения.

Количество реально произошедших событий T определяется количеством записей в достоверных данных.

Выполнение прогона (тестирования) на исторических данных.

Прогон возможен при наличие полных исторических данных о движении транспортных средств. Такие данные можно получить от экипажей транспортных средств, персонала терминалов.

Прогон используется для выявления наиболее качественных величин критериев и функций вероятности таких критериев: т.е. таких величин критериев и их функций вероятности, при которых достоверность наблюдения стремится к 100%.

Также важна и проверка влияния вторичных критериев. На основе такой проверки можно исключить либо добавить отдельные вторичные критерии.

На практике требуется запуск серии прогонов, образующих калибровку.

Осуществление изобретения

Изобретение было реализовано в качестве системы мониторинга бункеровок морских судов.

Был использован IBM-совместимый персональный компьютер с настроенной базой данных MySQL, веб-сервером Apache с подключением по протоколу NMEA к приемнику AIS-данных [TRANSAS T-55].

Данные снимались в течение 3-х календарных месяцев.

Шлюз поставки AIS данных состоит из:

а) собственных AIS данных. Снимаются с помощью AIS приёмника по NMEA протоколу;

б) внешних AIS данных. Могут сниматься с помощью API от внешних сервисов (marinetraffic.com, fleetmon.com и т.п.).

В качестве источника данных могут выступать и другие данные.

Возможно использование системы оповещений для отправки e-mail, SMS и прочих уведомлений пользователям.

Уведомления могут быть настроены на судно либо танкер с определённым названием, IMO, MMSI идентификатором, а также на определенный терминал (терминалы), причалы, фиксированную дату и т.п.

Может использоваться программно-аналитическая система мониторинга, основной задачей которой является обнаружение транспортных событий на основе данных канала наблюдения (в данном случае, AIS данных).

Транспортным событием начала (на примере бункеровки или погрузки топлива) считается:

- подход танкера к судну либо к терминалу на R метров и снижение хода до K узлов;

- могут учитываться лишь те события начала, где расположение корпусов танкера и судна параллельны друг другу.

Событием окончания бункеровки считается:

- отход танкера от судна либо терминала на R2 метров и увеличением хода танкера (и/либо) судна до K2 узлов;

- либо отход танкера от судна либо терминала на R3 метров. При этом R3 > R2 (при низкой относительной скорости хода).

Наличие данных событий проверяется периодически (период M минут) и записывается в базу данных с атрибутами идентификаторов судов, времени, длительности бункеровки, скоростей, расстояний, прочими данными AIS и т.п.

Отдельные терминалы могут иметь достаточно большие географические размеры. Ввиду этого, для увеличения точности показаний терминал может быть представлен набором точек со связанными “радиусами подхода” (RR) у каждой такой точки. В этом случае события выявляются по каждой такой точке.

Идентификация танкера осуществляется путем сопоставления поля “тип плавучего судна” данных AIS с общим идентификатором типа “танкер” или “нефтеналивное судно”. Для выполнения этой же задачи также возможен и предварительный ввод набора танкеров с идентификаторами IMO в Базу знаний.

Значения R, K, R2, K2, RR, M и т.п. (параметры наблюдения) подбираются экспериментально или с помощью калибровки (Калибровка параметров наблюдения).

База знаний представляет собой базу данных СУБД для хранения и обработки данных.

Возможно использование интернет сервиса с пользовательским интерфейсом, который предоставляет пользователям системы интерфейс в виде интернет сайта с отчётами системы.

Такой сервис может содержать сводные данные с графиками и диаграммами, отчёты, географической картой, настройки для выборок этих отчётов, фильтры и т.п.

Калибровка параметров наблюдения производилась на основе данных, полученных от экипажей танкеров за период времени 30 суток, и данных системы наблюдения за этот же период времени.

После серии калибровочных тиков наблюдений и установки различных значений R, K, R2, K2, RR и т.п (параметров наблюдения) выявлены наиболее подходящие величины критериев при которых достоверность наблюдения оказалось наиболее близкой к 100%.

Пример

Через канал наблюдения в 12:30 часов выявлено:

1) судно “Победа” находится на расстоянии 20 метров от танкера “Пётр”;

2) скорость судна “Победа” составляет 0 узлов;

3) скорость танкера “Пётр” составляет 0 узлов;

4) предыдущее расстояние судна до танкера составляла более чем 50 метров.

Подобные условия описывают начало транспортного события в 12:30 минут.

Аналогичным образом, снимая данные через канал наблюдения, можно отметить время, когда расстояние между судами увеличится свыше 50-ти метров (или на иное, установленное расстояние) либо их скорости относительно друг друга будут значительно отличаться. Такое время будет временем окончания транспортного события.

Выявленные транспортные события могут быть сохранены в программно-информационную базу данных для последующего анализа, построения отчётов и прочих целей.

Реферат

Изобретение относится к электрической связи и сетям передачи данных. Информационная система мониторинга и обнаружения событий между транспортными средствами либо между транспортными средствами и стационарными, плавучими или наземными объектами и комплексами с помощью удаленного наблюдения состоит из средств связи AIS, средств радиолокации, средств спутникового слежения и средства визуального отображения состояния транспортного средства. Система выполнена с возможностью сбора данных о скорости движения транспортных средств, расстоянии между ними и расстоянии от стационарных, плавучих или наземных объектов и комплексов. Система производит определение начала и конца встречи с транспортным средством либо со стационарными, плавучими или наземными объектами и комплексами, определение вида встречи в зависимости от вида транспортных средств и вида стационарных, плавучих или наземных объектов и комплексов. Достигается повышение эффективности контроля швартовок. 3 з.п. ф-лы.

Формула