[发明专利]桥梁区域通航船舶的快速检测和跟踪方法

说明书

本发明提出了一种桥梁区域通航船舶的快速检测和跟踪方法，解决了现有桥区通航船舶辨识所需设备昂贵、计算代价大的问题，如下：在对应航道的桥梁关键位置布设监控相机，采集航道监控视频并在视频中标注航道或者河岸位置；对关键帧使用稀疏表示算法对监控图像中水面部分进行处理，得到船舶疑似位置；并利用训练好的船舶判别器对疑似船舶进行确认；建立通航船舶在桥区的像素运动方程，并对所有帧使用运动方程进行船舶位置的预测，同时使用关键帧的船舶确认结果修正运动方程，从而可以对桥区多个通航船舶进行检测和追踪。本发明便捷、准确，提升了桥梁区域船舶定位的准确度和稳定性，有效提升检测效率。

技术领域

本发明具体涉及一种桥梁区域通航船舶的快速检测和跟踪方法。

背景技术

桥梁是交通运输大动脉中的咽喉。近年来，桥梁建设步入高潮，愈来愈多的建成桥梁服役，为提高我国交通运输效率、拉动我国经济快速增长起到了不可忽视的作用。同样，航运随着经济社会的发展，也愈来愈繁荣。随着桥梁的增加以及航运船舶密度的提升，船撞桥事故发生的频率也愈来愈高。经不完全统计，自1959年至2011年，造成人员伤亡和重大财产损失的严重船撞桥事故发生了超过140余起，其中国内发生超过40余起，而2011年以来，发生频率更是大幅度增加。船撞桥虽然是偶然事件，但是一旦发生，不论是对桥梁正常运营还是对于船舶自身安全，都是巨大的威胁，现有措施为在桥梁关键区域如桥墩上方以及主梁下方安装摄像头，通过人工监控的方式来进行船舶撞击桥梁的预警，极大程度地缓解了船撞桥的巨大矛盾。然而，人工监控存在两个不可避免的弱点，一是视觉疲劳，人类集中注意力观察事物会迅速产生视觉疲劳，而视觉疲劳又会极大降低判断的准确性；二是无法克服个体主观性影响，不同技术基础和工作经验的人对于船撞桥的风险评判标准不一。

目前随着传感技术的发展，许多学者尝试解决桥梁区域船舶检测和跟踪的问题，然而这些方法存在两个问题，一是设备昂贵，而且信号直观性不强；二是大多基于视觉的方法存在需要在整幅图像中搜索船舶的问题导致效率低下。如何针对现有研究存在的问题提出一个快速检测和跟踪桥梁区域通航船舶的方法，为桥梁区域船舶荷载识别提供一个自动化智能化的解决方案，是一个亟待研究的问题。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提出一种桥梁区域通航船舶的快速检测和跟踪方法，解决了现有桥区通航船舶辨识所需设备昂贵、计算代价大的问题。

本发明所采用的技术如下：一种桥梁区域通航船舶的快速检测和跟踪方法，如下：

确定对应航道的桥梁通航跨后架设摄像机，所述确定摄像机架设位置包括：通航跨跨中位置，通航跨其他位置或通航跨桥墩位置；摄像机的竖向转角为桥梁高度与桥区警戒距离的反正切数值，水平转角确定原则为保持航道位于图像正中；

摄像机采集得到的数据以图片序列的形式保存，对第一帧图像使用像素位置标注工具标注出航道两侧边界各两个控制点的像素位置，根据两点确定一条直线的原则计算出航道边界的像素位置，航道像素边界与图片边界合围的图像区域即为关注水面部分；

选取第一帧图像，使用稀疏表示算法对关注水面部分进行稀疏分量提取，对得到的稀疏分量进行形态学运算以形成连通域，从而确定第一帧检测窗口；使用的稀疏表示算法提取到的稀疏分量作为船舶疑似位置权重的目的是用来快速确定检测窗口，此操作可大幅压缩船舶检测时间；

选取合适的关键帧采样间隔，对关键帧的图像提取稀疏分量后形成连通域以确定关键帧检测窗口；为了进一步提升跟踪的效率，仅针对关键帧进行上述的处理目的是得到关键帧的船舶检测结果；

人工采集设置在不同桥梁的不同位置的不同种类的通航船舶的图像序列，同时使用标注工具对其进行有效信息表示，表示的格式为：船舶种类，船舶编号，时刻，船舶外包矩形框的中心点像素坐标，船舶外包矩形框的宽和高，形成船舶检测跟踪数据集；