浅谈AIS与雷达目标信息融合
浅析船用雷达和AIS的综合应用的优势与局限性
船用导航雷达和AIS综合应用的优势与局限性摘要：船用导航雷达和船舶自动识别系统（AIS）是两部重要的助航仪器，本文分析了导航雷达和AIS在单独使用时各自的功能和特点，并指出二者在综合应用中所表现出的优势和局限性以及针对其局限性的注意事项。
关键词：导航雷达、AIS、综合应用目前，全球经济趋于一体化，航运业迅猛发展，船舶数量急剧增加，于此同时海难、海损事故也随之增加，给广大海员的生命安全、国家财产和海洋环境造成严重威胁。
为加强航行安全，保护海洋环境，船舶间、船岸间信息的充分、快速、准确交换就显得尤为重要和突出。
一、船用导航雷达的功能和特点1.雷达在应用中的优势伴随船舶数量的激增，船舶碰撞事故的事故率也居高不下，因此，如何实现船舶间的协调行动，避免船舶碰撞就显得异常重要。
雷达作为船舶避碰的主要助航仪器，从出现至今一直发挥着重要的作用。
雷达是自主式导航设备，可以扫描到海面上的具有一定大小的物标并将其回波显示在雷达显示器上，从而将海面上物表和本船的相对位置关系清晰显示，让操作者获得较为全面的交通形式图像。
通过对物标船的标绘，可以判断物标船和本船是否存在碰撞危险，更可以求取避让措施，核实避让行动的效果。
传统的船舶避碰是用眼睛实际观察周围船舶的运动态势，进而凭借经验采取改向或变速措施来实现船舶间的安全避让。
不难发现，传统的避让方法受受能见度的影响较大，比如海上大雾天气，航海员仅凭肉眼能观测到的距离大大减小，有时会减小到几十米，就不能实现安全航行的目标。
而有了雷达就大不相同，雷达受能见度影响小，精度高（30米左右），决策时间短（通过雷达自动标绘仪—ARPA跟踪物标并求取避让措施仅需3-5分钟时间），雷达的探测距离可以达到10—20海里，驾驶员的工作负担大大减轻。
另一方面，当船舶发生碰撞事故时，在避让行动中得雷达观测信息可以作为海事调查的证据，给海事处理也带来了很大方便。
2.雷达在应用中的局限性尽管雷达在应用中有上述的优势，但其局限性也不容忽视。
(通信与信息系统专业优秀论文)AIS与雷达数据融合方法的研究
图２，５基于ＭＳ的ＶＴＳ的系统构成
Ｆｉｇ．２．５ｔｈｅＶＴＳｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｉｌｔｈｅＡＩＳ
未来的基于ＡＩＳ的新型ＶＴＳ系统将建成全国性的一体的“大交管”信息网络系统，各子系统之间的信息通过计算机网络实现资源共享，可以大大提高管理效率，为各类海事的处理提供便利条件，从而将使整个国家范围的交通秩序得到明显改善。
２．６Ａ１８本章小结
本章对ＡＩＳ和雷达目标信息特性做了深入研究和具体分析，从ＡＩＳ和雷达各自的系统组成和信息特点出发，详细分析了ＡＩＳ与雷达的信息特性及其互补性，同时讨论了ＡＩＳ在ＶＴＳ间的应用情况和前景，以及设想了使用卫星宽带接入技术的基于ＡＩＳ的新型ＶＴＳ系统。
船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术研究
船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术研究任云烨(江苏航运职业技术学院航海系，江苏南通 226010)摘要: 我国目前阶段，雷达技术的应用范围相对广泛，特别是在海上监视领域中。
其中，高频地波雷达能够实现超视距探测与跟踪，并实时监视区域内的动态目标，但却无法准确地提供目标身份信息。
而AIS，即船舶自动识别系统的应用，则能够对监视区域内部的目标信息进行详细地检测，在识别目标类型与身份方面获得了极大的便利。
然而，AIS却无法提供非合作目标信息数据。
由此可见，两者各有优缺点，在提供信息方面能够实现互补，所以，船舶通信系统的AIS与雷达信息融合技术的系统化研究十分有必要。
关键词：通信；AIS；雷达中图分类号：U675.7 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2018)9A – 0136 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.9A.046Research on ais and radar information fusion technology of ship communication systemREN Yun-ye(Department of Navigation, Jiangsu Shipping College, Nantong 226010, China)Abstract: At present, radar technology has a relatively wide range of applications, especially in the field of maritime surveillance. Among them, high-frequency ground wave radar can realize over-the-horizon detection and tracking, and real-time monitoring of dynamic targets in the area, but it can not accurately provide target identity information. The AIS, that is, the application of the ship's automatic identification system, can detect the target information inside the surveillance area in detail, and it is greatly convenient to identify the target type and identity. However, AIS is unable to provide non-cooperative target information data. From this we can see that both have their own advantages and disadvantages and can complement each other in providing information. Therefore, systematic research on the AIS and radar information fusion technology of ship communication systems is very necessary.Key words: Communications；AIS；Radar0 引 言新时期背景下，各国都在海上集成监视系统方面进行了深入的研究，这些系统往往通过AIS进行集成，并借助雷达系统进行显示出来[1 – 2]。
关于AIS与雷达数据融合技术的研究
科学与信息化2020年4月中 27
信息化技术应用
TECHNOLOGY AND INFORMATION
无与伦比的价值，目前中短波广播工作所要面对的就是要一心 发展技术，保证中短波广播信号不会再因为各种干扰因素变得 寸步难行，积极发展新科技，完善中短波广播的工作漏洞，实 现真正的与时俱进，蓬勃发展。
参考文献 [1] 李旭朝.探析中短波广播发射台电磁干扰问题的控制方式[J].科
TECHNOLOGY AND INFORMATION
信息化技术应用
关于AIS与雷达数据融合技术的研究
康隽永 孙文杰 交通运输部北海航海保障中心秦皇岛航标处 河北 秦皇岛 0只航行中的重要导航技术，二者之间具有一定的差异性，在数据采集上也各有侧 重。本文先是简单介绍了雷达与AIS技术，接下来分析了数据融合技术，最后简单阐述了雷达与AIS数据融合的系统 设计方案。 关键词 雷达；AIS数据；融合技术
3 雷达与AIS数据融合系统设计 AIS技术与雷达技术的优缺点决定着二者之间的数据是可
以互补的，在单一技术很难保证数据质量的前提下，将二者结 合就是提高数据精度的有效方式。
3.1 系统体系结构设计 雷达与AIS技术都是能够获取多个方位数据信息的技术， 二者采用的获取信息的方式还具有差异性，所以为了将二者探 测到的数据进行融合处理，首先就需要将二者获取的数据转化 为相同的格式，即将二者获取的数据转换到同一坐标系上进行 整合，这也是将数据进行融合的前提。同时也要将二者获取的 数据进行时间上的整合，保证接收到的数据是两个系统在同一 时间获取的，这样在进行数据整合处理时才能够有效的提升数 据的精确性，提升船只获取数据的整体性能。 3.2 时空配准 为了保证将雷达与AIS技术获取的数据在进行有效整合， 保证二者获取数据的时间在一个点上是非常重要的，而二者获 取数据的时间长度是不同的，这就需要采用一定的方式将二者 的数据统一到同一时间长度上，可以采用最小二乘法的方式将 二者的时间长度进行统一。同时在保证时间统一的同时，也要 保证二者接收的数据能够在同一个数学坐标系上进行处理，可 以使用高斯—克吕格投影法将AIS的经纬度信息统一变换到直 角坐标系中，坐标原点定义为航迹的实时位置。 3.3 航迹相关 雷达与AIS技术在测量数据对运动目标的数据追踪上也是 存在差异的，为了判断二者测量的数据是否为同一个目标，判 断二者测量航迹的性惯性是一种有效的方式。所以在二者获得 一个物体的数据后，需要分别对其进行计算分析得到探测到的 目标轨迹，将这两个测算出的数据整合到一个坐标系中计算器 相关性，确定是否为同一目标。 3.4 点迹合并
雷达与ais目标位置信息融合方法的研究
雷达与ais目标位置信息融合方法的研究雷达与 AIS 目标位置信息融合方法的研究随着航运行业的不断发展壮大，自动化系统的应用越来越广泛。
而在自动化系统中，雷达和 AIS 是两个重要的传感器。
雷达可以探测到周围的目标，而 AIS 能够提供目标的位置、速度和方向等信息。
那么，如何将这两种传感器的信息进行融合，提高船舶的安全性和工作效率，成为了当前的一个研究热点。
一、雷达与 AIS 目标信息融合意义1.提高目标追踪准确性由于雷达和 AIS 的工作原理不同，其探测到的目标位置信息可能存在一定的偏差和误差。
而通过各种融合方法，可以有效地减小误差，提高目标追踪的准确性。
2.提高自动化控制效率通过雷达和 AIS 的融合，可以得到更完整、更准确的目标信息，从而实现自动化船舶控制，提高工作效率。
3.提高船舶安全性雷达和 AIS 的融合可以帮助船舶及时掌握周围环境的情况，防止可能的碰撞和其他危险事故的发生，提高船舶的安全性。
二、雷达与 AIS 目标位置信息融合方法目前，已经有许多学者针对雷达和 AIS 的融合方法进行了研究，主要包括如下几种方法：1.基于 Kalman 滤波的融合Kalman 滤波是一种经典的目标状态估计算法，可以有效地估计目标的状态量。
通过将雷达和 AIS 的数据输入到 Kalman 滤波器中，可以得到更准确、更稳定的目标状态信息。
2.基于粒子滤波的融合粒子滤波在目标状态估计中具有很好的效果，特别是对于非线性系统估计情况下的目标状态滤波更具有优势。
通过将雷达和 AIS 的数据，输入到粒子滤波器中，可以得到更高精度的目标状态信息。
3.基于神经网络的融合神经网络可以根据过去经验，预测未来情况。
通过将雷达和 AIS 的数据作为输入，训练得到适合船舶运动的神经网络模型，可以实现目标位置信息的更加准确的融合。
三、结语雷达和 AIS 的融合是一个复杂的问题，需要针对不同情况选择合适的融合方法。
通过不断的研究和创新，可以进一步提高融合精度，提高船舶的安全性和工作效率。
AIS与雷达数据融合技术研究孙文杰
AIS与雷达数据融合技术研究孙文杰AIS与雷达都是船舶导航的关键设备，但有着各自的优势和不足，将两者综合应用具有重要意义。
但AIS与雷达数据既有冗余又有互补，因此需要一定的数据融合算法才能达到较好的应用效果。
文章从AIS和雷达在船舶导航的应用背景出发，介绍了雷达和AIS系统的基本工作原理，并详细分析了其各自的优缺点，论述了两种技术相结合的必要性。
最后对AIS与雷达数据融合技术进行了深入研究，给出了一个典型的数据融合系统，为船舶航行安全提供了保障。
标签：雷达；AIS；数据融合；船舶导航Abstract：Both AIS and radar are the key equipment of ship navigation，but they have their own advantages and disadvantages，so it is of great significance to apply them in a comprehensive way. However，AIS and radar data are redundant and complementary，so a certain data fusion algorithm is needed to achieve good results. Based on the application background of AIS and radar in ship navigation，this paper introduces the basic working principle of radar and AIS system，analyzes their respective advantages and disadvantages in detail，and discusses the necessity of combining the two technologies. Finally，the technology of data fusion between AIS and radar is deeply studied，and a typical data fusion system is presented，which provides a guarantee for the safety of ship navigation.Keywords：radar；AIS；data fusion；ship navigation1 概述随着经济的发展，海运和内河航运走进了一个新的阶段，船舶数量不断增加，港口和航道的船只密度越来越高，船舶碰撞事件時有发生。
基于计算机软件技术的AIS与导航雷达信息融合机制探讨
基于计算机软件技术的AIS与导航雷达信息融合机制探讨摘要:随着船舶交通管理系统的不断发展，其作用日益重要，尤其是在交通流量较大的港口区域，AIS与导航雷达系统可以对船舶进行有效监控，并对其航行安全提供保障。
在船舶交通管理系统（VTS）中，船舶自动识别系统（AIS）与导航雷达主要是通过信息融合机制来实现船舶航行安全保障。
本文主要介绍了计算机软件技术在AIS与导航雷达信息融合机制中的应用，并对其在应用中的优缺点进行了分析。
关键词:计算机软件技术；AIS；导航雷达；融合机制AIS系统是在自动识别技术的基础上发展起来的一种基于船舶自动识别技术（AutomaticIdentification,AIS）的新型雷达系统。
AIS是国际海事组织（IMO）为实现全球船舶安全航行而提出的一项国际合作计划，目的是在全球范围内实现船舶自动识别系统和船舶自动识别技术的一体化。
其主要功能包括：船舶自动识别、通信、避碰及事故信息等。
AIS系统主要由信息采集模块、数据处理模块以及信息显示模块等组成。
导航雷达是一种新型的基于雷达的导航系统，主要由测量设备、数据处理设备以及显示设备等组成，它通过雷达系统可以对目标进行定位，并根据相关的航行数据来对船舶航行状态进行判断。
1.概述船舶自动识别系统（AIS）主要是用于对海上船舶进行信息采集，并通过数据信息分析，为船舶提供相应的航行指令。
而导航雷达系统主要是通过对海面进行扫描，对海面上的障碍物进行有效探测。
在船舶交通管理系统（VTS）中，AIS与导航雷达信息融合机制主要是通过计算机软件技术，对两种信息进行有效处理，从而为船舶提供更为可靠的航行安全保障。
具体来说，计算机软件技术中的信息融合机制主要包括信息的预处理、目标检测、多传感器数据融合等几个部分，其最终目的是为了保证船舶航行安全。
在实际应用中，计算机软件技术的AIS与导航雷达信息融合机制主要是通过对多个传感器数据进行综合处理来实现对目标的定位和跟踪。
AIS与VTS的雷达_ARPA信息融合的研究与实现
息是通过相互独立的两种传感器系统获得的， 如果 ＡＩＳ 信息与雷达／ＡＲＰＡ 信息在时间上是同步的， 且两种信息 之间没有误差， 则两种信息是一致的， 由两种信息获得 的船舶位置和航迹也是重合的； 但由于 ＡＩＳ 信息与雷达 信息在时间上无法保证同步， 且两种信息之间存在误 差， 使得来自同一目标的 ＡＩＳ 信息和雷达信息不能一 致， 从而两种信息获得的船舶位置和航迹也不能重合。
信息融合一 般分为三 级 ， 从 低 到 高 依 次 为［３］： 数 据 级融合、特征级融合和决策级融合。其中决策级融合是 最高级的融合， 它直接针对具体决策目标， 充分利用特 征级融合所得出的目标各类特征信息， 为决策提供依 据。如根据雷达／ＡＰＲＡ、ＡＩＳ／ＧＰＳ 信息融合得出的目标 精确位置、速度和航向， 以及航行、避碰知识库 中的知 识， 决策出安全避让的措施。
中海国际大连分公司 郑三炯 大连海事大学 张 瑾
船舶在通过巴拿马运河时都需要小心谨慎， 特别 要注意船舶吃水， 尤其是 ＰＡＮＭＡＸ 型这类船舶更要对 船舶吃水慎之又慎。运河当局在船舶通过运河之前和 在船舶通过船闸时都会对船舶吃水仔细检查， 若吃水 超过当局规定吃水， 则船舶将被迫在锚地进行驳卸减 载， 既浪费了船期， 同时也给船东增加了巨额费用。所 以当船舶在通过运河时如果能正好达到运河当局规定 的吃水， 则船舶既保证了安全通过运河， 又保证了最大 载货量， 是每艘船舶追求的理想状态。运河当局规定最 大水尺为 １２．０４ ｍ， 但是要注意在 Ｇａｔｏｎ Ｄｏｃｋ 处，水密 度为 ０．９９５４， 而更要特别注意的是船只由海水进入淡 水时吃水差（ ＴＲＩＭ） 变化。
ＶＴＳ 系统中， 采用模糊数学中的正态型隶属度函
数法来进行融合计算［４］［５］。如式（ １） 所示两条航迹相距越
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浅谈AIS与雷达目标信息融合
摘要给出AIS和雷达目标信息融合问题的提出背景及模型的建立后，介绍主要用的信息融合方法即粗糙集与神经网络，简单概述粗糙集和人工神经网络，然后对粗糙集与人工神经网络相结合的可行性进行归纳总结，得出将粗糙集和神经网络结合起来的融合方法是可行的。
关键词AIS；雷达；信息融合；粗糙集；神经网络
传统的雷达曾是海上监控系统的一个里程碑。
但由于传统雷达的局限性，决定了它所能提供的是非常小量的信息。
而船舶自动识别系统（AIS）能提供的信息有很多的优点，足以弥补雷达数据的缺陷。
但就现阶段来说，雷达在航海技术中又是无可替代的。
因此，为给船舶航行提供更精确可靠的信息，我们需要将AIS与雷达结合起来，把他们的数据进行综合处理，取长补短，为船舶的安全航行和港口对船舶更好的管理提供质量更高的数据。
AIS与雷达系统对目标的监测跟踪相比，AIS具有下列优点：
1）信息量大，可提供雷达所不能提供的大量船舶动态信息，节省自动避碰系统的计算时间和存储容量。
2）信息来源可靠，误差小。
3）不间断地提供动态信息。
4）自主运行，无需人工监控。
虽然AIS具有上述优点，但仍有它的局限性，因而它并不能取代雷达系统，这是由于：
1）不是所有船舶都安装了AIS，所以雷达系统还是不可或缺的。
2）雷达系统是自主的监测跟踪手段。
在VTS中心，无论船舶上是否装备AIS或雷达，或它们是否正常工作，雷达系统对目标的监测跟踪均不受影响；对一些突发性交通事故的监测、记录，雷达系统更能发挥作用。
3）雷达系统可以得到水域的全景交通图像，除了所有的运动目标，还有静止和固定的目标，如助航设施等。
4）AIS提供的位置数据来自于GPS/DGPS数据，而GPS/DGPS数据是GPS/DGPS 天线所在点的船舶运动数据，恢复成图像时该船只是一个点，而雷达目标回波在一定程度上可反映目标的大小和形状。
5）虽然目前AIS设备中的船位信息来源于GPS/DGPS设备，精度较高。
但是其提供的航向信息和航速信息还是采用陀螺经信息和计程议信息，因此这两种设备的误差势必将会传递到AIS数据中。
由于雷达和AIS都有各自独立的信息处理系统，而且分布式结构可以以较低的费用获得较高的可靠性和可用性；可以减少数据总线的频宽和数据处理的要求；可以获得与集中式结构相同或类似的精度。
因此本文采用分布式结构对雷达和AIS信息进行融合研究，根据信息融合的分布式融合模型，结合AIS和雷达目标数据特点，本文建立了如图1的AIS和雷达目标信息融合的模型。
图1 AIS和雷达目标信息融合模型
由图1的模型中我们可以看出AIS和雷达目标的信息融合关键问题如下：1）坐标变换与时间校准。
因为信息融合具有时间性和空间性，所以坐标变
换和时间校准又称为数据校准。
信息融合的时间性指的是，AIS和雷达对目标的观测时间不同，因此，在处理AIS和雷达目标数据之前，先得对要处理的目标数据的时间进行统一。
2）航迹相关。
目标航迹相关指的是把雷达探测到的目标航迹与AIS所提供的目标航迹进行关联，找出属于同一个目标的AIS目标航迹和雷达目标航迹。
3）点迹合并。
AIS和雷达目标数据融合通常的融合方法有3种（见文献[3]、文献[4]、文献[5]）。
本文对AIS和雷达目标数据融合的这些通常的融合方法进行了改进，在数据融合的基础上引入粗糙集和人工神经网络算法，使得融合后的数据质量得到提高。
粗糙集理论，是在1982年由波兰学者Z.Pawlak提出的，它是一种针对不完整性和不确定性的数学工具，能有效地分析不精确，不一致，不完整等各种不完备的信息，还可以对数据进行分析和推理，从中发现隐含的知识，揭示潜在的规律。
虽然从诞生到现在虽然只有十几年的时间，但已经在不少领域取得了丰硕的成果。
人工神经网络（简称ANN）是由大量简单的基本元件——神经元相互连接，模拟人的大脑神经处理信息的方式，进行信息并行处理和非线性转换的复杂网络系统。
一般而言，ANN与经典计算方法相比并非优越，只有当常规方法解决不了或效果不佳时ANN方法才能显示出其优越性。
另一方面，ANN对处理大量原始数据而不能用规则或公式描述的问题，表现出极大的灵活性和自适应性。
在基于神经网络的数据融合中，由于网络的输入规模取决于传感器数据的维数，所以当传感器所采集的数据维数增大时，神经网络结构的复杂程度将随之增大。
同时，网络的训练时间也将大大地延长，使得系统的实时性能变差。
可见，神经网络本身存在缺陷，不能降低输入空间的维数。
一般的智能系统，知识库经常有几百甚至上千条规则，如此繁多的规则若全用于转化为神经网络，则网络的规模就会很庞大，网络的训练工作将会很困难。
粗糙集的出现为以上问题的解决带来了契机。
粗糙集理论通过发现数据信息之间的内在关系，不仅可以去掉冗余信息，而且还能够简化输入信息空间的维数，即可以寻找出信息的内在规则。
从本质上讲，粗糙集反映了认知过程在非确定性、非模型化信息处理方面的机制和特点，是一种有效的推理工具。
然而粗糙集也存在着不足，粗糙集自适应能力差，缺乏对环境变化的适应能力和学习功能，因而环境变化时精度较低，容错能力与推广能力相对较弱。
因此，将粗糙集与神经网络相结合，互取长处，互补缺点，构建新型的神经网络结构，可以获得传统神经网络无法比拟的控制效果。
因此，将粗糙集和神经网络相集成，可望为智能信息处理及预测和控制系统开拓一个新的应用领域。
参考文献
[1]徐志京,王解先.AIS与雷达目标信息融合中坐标位置的计算方法[J].上海
海事大学学报.2005,12:26.
[2]林长川.雷达和AIS目标位置信息融合方法的研究.中国航海.2002,1:22-25.
[3]林长川,陈朝阳,洪爱助等.雷达与AIS目标航迹模糊关联与统计加权合并融合方法的探讨.中国航海.2003，第4期:70-73.
[4]张杏谷,黄丽卿,胡稳才.GPS在中的应用.航海技术.2002,2:23-24.
[5]于海霞.AIS于雷达数据融合方法的研究(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2006.
黄慧（1983—），女，吉林白城人，吉林省白城市地方海事局，研究实习员。