CN115792917A - 一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法 - Google Patents
一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，包括：设置监测点，确定水域监测范围；基于监测点AIS与船舶AIS获取水域监测范围内的船舶数据；基于超视距地波雷达对失事船舶进行定位，获取失事船舶位置；对失事船舶位置进行气象评估，获取评估结果；基于评估结果进行规划，获取应急搜救方案；基于应急搜救方案对失事船舶进行搜救。本发明将岸基AIS、卫星AIS、船载AIS数据融合的方式进一步丰富中远海区域AIS信号覆盖面和数据连续性，并采用超视距雷达有效地扩大了海上目标监控距离以及海上移动目标的准确监测，同时采用超视距地波雷达获取气象信息，实现失事船舶位置的气象预测，提高了海上搜救的安全性。
Description
技术领域
本发明属于海上气象预警领域，特别是涉及一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法。
背景技术
海上搜救是指国家或者部门针对海上事故等做出的搜寻、救援等工作。海上搜救需要较强的技术系统等支持，海上搜救仅靠个人的力量是远远不够的，因此需要构建系统成熟的海上搜救方案。
船舶自动识别系统(AIS)，是指一种应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的新型助航系统。常由VHF通信机、GPS定位仪和与船载显示器及传感器等相连接的通信控制器组成，能自动交换船位、航速、航向、船名、呼号等重要信息。
但在现有的海上搜救技术中，虽然卫星AIS可以覆盖全球远海水域，但受运行卫星数量限制，单纯基于卫星AIS系统的信息传递量较小，主要以短报文的形式进行信息传递，内容局限于航向、航线、航速等，对船舶种类、船载货物、船上人员等重要信息无法有效获取。且随着海上运输的发展，船用AIS的用户量激增，受信息传输频带限制，AIS信息获取和传输难以进一步扩容，存在部分区域AIS信号获取不完整，信息传输速率实时性不足等问题。同时现有的海上搜救方案无法实现根据天气获取准确的失事船舶位置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，包括以下步骤：
设置监测点，确定水域监测范围；
构建监测点AIS与船舶AIS并基于所述监测点AIS与所述船舶AIS获取所述水域监测范围内的船舶数据；所述船舶数据包括船舶质量、船舶高度；
基于超视距地波雷达对失事船舶进行定位，获取失事船舶位置；
基于超视距地波雷达对所述失事船舶位置进行气象评估，获取评估结果；
基于所述评估结果进行规划，获取应急搜救方案；
基于所述应急搜救方案对所述失事船舶进行搜救。
可选地，确定水域监测范围的过程包括：
将所述监测点所在领海以外向东延伸200海里，获取所述水域监测范围。
可选地，构建监测点AIS与船舶AIS并基于所述监测点AIS与所述船舶AIS获取所述水域监测范围内的船舶数据的过程包括：
分别对监测点与船舶加装卫星转发装置，获取所述监测点AIS与所述船舶AIS；
基于所述船舶AIS获取所述船舶数据，并基于所述卫星转发装置将所述船舶数据传输至所述监测点AIS。
可选地，基于超视距地波雷达对失事船舶进行定位的过程包括：
基于所述超视距地波雷达发射电磁波，基于海面蒸发形成的水雾层作为所述电磁波的传导介质，使所述电磁波覆盖所述水域监测范围；
基于电离层获取反射波，基于失事船舶金属船体介质与海面海水介质电磁反射信号差异，辅助AIS船舶信息对失事船舶位置进行定位，填补AIS更新频率间隔内，对船舶失事状态进行动态捕捉。
可选地，基于超视距地波雷达对所述失事船舶位置进行气象评估的过程包括：
基于超视距地波雷达进行所述失事船舶位置的风浪流预警，基于风浪流对水面状态及大气电离层影响特征，根据地波雷达在水面与电离层之间的多级反射损耗特点，获取气象信息与海况信息；
基于所述气象信息与所述海况信息对所述失事船舶位置的海浪高度与风速进行预测；
基于所述海浪高度与所述船舶高度获取搜救时限；
基于所述风速与所述船舶质量获取船舶漂浮速度；
基于所述搜救时间与船舶漂浮速度获取所述评估结果。
可选地，基于所述气象信息与所述海况信息对所述失事船舶位置的海浪高度与风速进行预测的过程包括：
获取所述失事船舶位置的历史气象数据；
基于所述历史气象数据，采用回归算法构建气象预测模型，将所述气象信息与所述海况信息输入所述气象预测模型，获取所述失事船舶位置海浪高度与风速的预测值。
可选地，基于所述海浪高度与所述船舶高度获取搜救时限的过程包括：
对所述海浪高度进行预测，获取所述海浪高度到达所述船舶高度的时间；
获取所述海浪高度到达所述船舶高度的时间与当前时间的中间时长，将所述中间时长作为所述搜救时限。
可选地，基于所述风速与所述船舶质量获取船舶漂浮速度的过程包括：
基于所述风速，采用伯努利方程计算风力；
基于所述风力与所述船舶质量计算船舶漂浮速度。
可选地，基于所述评估结果进行规划的过程包括：
获取所述监测点与所述失事船舶位置的最小距离；
基于船舶漂浮速度与搜救时限获取船舶漂浮距离；
基于所述最小距离与所述船舶漂浮距离获取搜救总路程；
基于所述搜救总路程与所述搜救时限获取最小搜救航速。
本发明的技术效果为：
本发明提出了一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，将岸基AIS、卫星AIS、船载AIS数据融合的方式，打通信息通道，进一步丰富中远海区域AIS信号覆盖面和数据连续性，并采用超视距雷达有效地扩大了海上目标监控距离以及海上移动目标的准确监测，同时采用超视距地波雷达获取失事位置的气象信息，实现失事船舶位置的气象预测，根据预测结果精准获取搜救方案，提高了海上搜救的安全性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1所示，本实施例中提供一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，包括以下步骤：
设置监测点，确定水域监测范围；
构建监测点AIS与船舶AIS并基于所述监测点AIS与所述船舶AIS获取所述水域监测范围内的船舶数据；所述船舶数据包括船舶质量、船舶高度。
基于超视距地波雷达对失事船舶进行定位，获取失事船舶位置；
对所述失事船舶位置进行气象评估，获取评估结果；
基于所述评估结果进行规划，获取应急搜救方案；
基于所述应急搜救方案对所述失事船舶进行搜救。
作为本申请的一种较佳实施方式，确定水域监测范围的过程包括：在航区划分上，根据航区划分规则，距大陆海岸200海里以内海域为近海航区，因此综合考虑，确监测点以外向东延伸至200海里的边界水域为本次的水域监测范围。
在岸基AIS和卫星AIS基础上，为了进一步改善AIS数据覆盖性和全面性，打通海上移动AIS活动节点。本实施例通过对合作船舶加装卫星转发装置，将船舶获取的AIS信号实时发送至岸站，船载AIS与卫星转发装置结合，使合作船成为海上AIS移动站，将岸基AIS、卫星AIS、船载AIS数据融合的方式，打通信息通道，进一步丰富中远海区域AIS信号覆盖面和数据连续性。船载AIS移动站经过统计具有极佳的效果，例如在南海区域，24小时内接收到船舶数量信息同比增加389％，船舶位置数量信息同比增加87倍。通过对岸基、船载、卫星AIS数据融合，可进一步完善中远海水域船舶信息。
综上所述，作为本申请的一种较佳实施方式，构建监测点AIS与船舶AIS并基于所述监测点AIS与所述船舶AIS获取所述水域监测范围内的船舶数据的过程包括：分别对监测点与船舶加装卫星转发装置，获取所述监测点AIS与所述船舶AIS；基于所述船舶AIS获取所述船舶数据，并基于所述卫星转发装置将所述船舶数据传输至所述监测点AIS。
通常，海上探测雷达利用无线电波的反射实现对海上目标定位，无线电波是电磁辐射的一种形式，往往沿直线传播，所以地球的弯曲通常限制了雷达系统对于地平线外物体的探测距离。
基于上述技术问题，本实施例采样超视距雷达，使用多种技术来超地平线探测：
利用电离层反射
利用电离层反射的超视距雷达作为一种新兴的海洋监测技术，利用短波在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能探测海平面视线以下出现的舰船、飞机、冰山和导弹等运动目标，雷达回波中还包含风场、浪场、流场等海况信息，对实现海洋环境大范围、全天候的实时监测有重要意义。利用电离层反射的超视距雷达探测信息多元，具备超视距、大范围、全天候等功能优势，可实现150km有效海上目标监控距离。
利用海平面波导
利用海面上蒸发形成的水雾层作为X波段雷达电磁波传导介质，雷达电磁波不再以直线传输方式传播，而是依托水雾层波导贴近海平面传播，实现超视距目标探测，该种超视距雷达具备极高的探测效率，可以实现200km外海上移动目标的准确监测。
超视距探测雷达克服了地球曲率对雷达探测距离的限制，可实现远距离海上目标主动探测，要想实现中远海水域船舶主动监控，雷达探测能力和覆盖范围需要大幅加强，依托中远海水域的岛礁、海上石油平台、大型海巡船平台、空巡飞机等“陆海空”雷达搭载平台，规划设计固定式雷达站与移动式海巡、空巡雷达站，构建主动雷达监控网，对实现中远海水域船舶监控具有重要意义。
综上所述，本实施例中基于超视距地波雷达对失事船舶进行定位的过程包括：
基于所述超视距地波雷达发射电磁波，基于海面蒸发形成的水雾层作为所述电磁波的传导介质，使所述电磁波覆盖所述水域监测范围；
基于电离层获取反射波，基于失事船舶金属船体介质与海面海水介质电磁反射信号差异，辅助AIS船舶信息对失事船舶位置进行定位，填补AIS更新频率间隔内，对船舶失事状态进行动态捕捉。
超视距地波雷达既可以用于失事船舶位置的粗略定位，又可以对失事区域的海况气象进行比气象预告更高精度的监测，因此本实施例采用超视距地波雷达对所述失事船舶位置进行气象评估的过程包括：
采用超视距地波雷达获取所述失事船舶位置的气象信息与海况信息，基于所述气象信息与所述海况信息对所述失事船舶位置的海浪高度与风速进行预测；
基于所述海浪高度与所述船舶高度获取搜救时限；
基于所述风速与所述船舶质量获取船舶漂浮速度；
基于所述搜救时间与船舶漂浮速度获取所述评估结果。
作为本申请的一种较佳实施方式，基于所述气象信息与所述海况信息对所述失事船舶位置的海浪高度与风速进行预测的过程包括：获取失事船舶位置的历史气象数据；基于所述历史气象数据，采用回归算法构建气象预测模型，通过所述气象预测模型反映历史气象数据对于实际风力与海浪高度的关联性，最后将超视距地波雷达探得的气象信息与海况信息输入所述气象预测模型中，获取失事船舶位置海浪高度与风速的预测值。
作为本申请的一种较佳实施方式，基于所述海浪高度与所述船舶高度获取搜救时限的过程包括：对所述海浪高度进行预测，获取所述海浪高度到达所述船舶高度的时间获取所述海浪高度到达所述船舶高度的时间与当前时间的中间时长，将所述中间时长作为所述搜救时限。
作为本申请的一种较佳实施方式，基于所述风速与所述船舶质量获取船舶漂浮速度的过程包括：基于所述风速，采用伯努利方程计算风力；基于所述风力与所述船舶质量计算船舶漂浮速度。
作为本申请的一种较佳实施方式，基于所述评估结果进行规划的过程包括：获取所述监测点与所述失事船舶位置的最小距离；基于船舶漂浮速度与搜救时限获取船舶漂浮距离；基于所述最小距离与所述船舶漂浮距离获取搜救总路程；基于所述搜救总路程与所述搜救时限获取最小搜救航速。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置监测点，确定水域监测范围；
构建监测点AIS与船舶AIS并基于所述监测点AIS与所述船舶AIS获取所述水域监测范围内的船舶数据；所述船舶数据包括船舶质量、船舶高度；
基于超视距地波雷达对失事船舶进行定位，获取失事船舶位置；
基于超视距地波雷达对所述失事船舶位置进行气象评估，获取评估结果；
基于所述评估结果进行规划，获取应急搜救方案；
基于所述应急搜救方案对所述失事船舶进行搜救。
2.根据权利要求1所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，确定水域监测范围的过程包括：
将所述监测点所在领海以外向东延伸200海里，获取所述水域监测范围。
3.根据权利要求1所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，构建监测点AIS与船舶AIS并基于所述监测点AIS与所述船舶AIS获取所述水域监测范围内的船舶数据的过程包括：
分别对监测点与船舶加装卫星转发装置，获取所述监测点AIS与所述船舶AIS；
基于所述船舶AIS获取所述船舶数据，并基于所述卫星转发装置将所述船舶数据传输至所述监测点AIS。
4.根据权利要求1所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，基于超视距地波雷达对失事船舶进行定位的过程包括：
基于所述超视距地波雷达发射电磁波，基于海面蒸发形成的水雾层作为所述电磁波的传导介质，使所述电磁波覆盖所述水域监测范围；
基于电离层获取反射波，基于失事船舶金属船体介质与海面海水介质电磁反射信号差异，辅助AIS船舶信息对失事船舶位置进行定位，填补AIS更新频率间隔内，对船舶失事状态进行动态捕捉。
5.根据权利要求1所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，基于超视距地波雷达对所述失事船舶位置进行气象评估的过程包括：
基于超视距地波雷达进行所述失事船舶位置的风浪流预警，基于风浪流对水面状态及大气电离层影响特征，根据地波雷达在水面与电离层之间的多级反射损耗特点，获取气象信息与海况信息；
基于所述气象信息与所述海况信息对所述失事船舶位置的海浪高度与风速进行预测；
基于所述海浪高度与所述船舶高度获取搜救时限；
基于所述风速与所述船舶质量获取船舶漂浮速度；
基于所述搜救时间与船舶漂浮速度获取所述评估结果。
6.根据权利要求5所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，基于所述气象信息与所述海况信息对所述失事船舶位置的海浪高度与风速进行预测的过程包括：
获取所述失事船舶位置的历史气象数据；
基于所述历史气象数据，采用回归算法构建气象预测模型，将所述气象信息与所述海况信息输入所述气象预测模型，获取所述失事船舶位置海浪高度与风速的预测值。
7.根据权利要求5所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，基于所述海浪高度与所述船舶高度获取搜救时限的过程包括：
对所述海浪高度进行预测，获取所述海浪高度到达所述船舶高度的时间；
获取所述海浪高度到达所述船舶高度的时间与当前时间的中间时长，将所述中间时长作为所述搜救时限。
8.根据权利要求5所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，基于所述风速与所述船舶质量获取船舶漂浮速度的过程包括：
基于所述风速，采用伯努利方程计算风力；
基于所述风力与所述船舶质量计算船舶漂浮速度。
9.根据权利要求1所述的基于超视距地波雷达的海上应急搜救气象预警方法，其特征在于，基于所述评估结果进行规划的过程包括：
获取所述监测点与所述失事船舶位置的最小距离；
基于船舶漂浮速度与搜救时限获取船舶漂浮距离；
基于所述最小距离与所述船舶漂浮距离获取搜救总路程；
基于所述搜救总路程与所述搜救时限获取最小搜救航速。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117970259A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-05-03 | 北京中讯四方科技股份有限公司 | 一种移动目标检测雷达的安装位置管控系统 |
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2022
- 2022-12-06 CN CN202211554441.7A patent/CN115792917A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117970259A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-05-03 | 北京中讯四方科技股份有限公司 | 一种移动目标检测雷达的安装位置管控系统 |
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