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在茫茫的海洋上，轮船怎样进行精准的定位和辨别方向？
轮船技术在古代的时候就已经有了，但是在茫茫的大海上，怎么进行着比较精准的定位呢？这个问题在我们现代的看来，是一个十分简单的问题，但是在古代的时候却并不是十分的简单。但是古人们还是颇有智慧的，通过了自己对日常生活中的物理现象的发现，造出来了一些可以指明方向的东西。现在我就来在古代和现代两个方面，来说明轮船上的定位工具和方向工具。
在古代的时候，有一个十分出名的东西。就是指南针。指南针在古代的时候是一个十分有用的发明，被称为了四大发明之一。这个指南针的发明在古代时候大大的促进了航海事业的发展。更开始的时候，由于人们没有方向的辨别，于是不能够将轮船开往十分遥远的地方。只能够灾靠近陆地的一片区域进行航海。有了指南针的发明，使得轮船航海的距离更加的远。
在现代的时候，科学技术已经逐渐的发达起来。卫星系统已经遍布在了世界的各个角落。于是在现代的轮船上，已经不需要再去使用以前古老的指南针来判别方向。现在的轮船上已经安装了GPS全球定位系统，可以准确的表明轮船所在的经度纬度已经行驶的方向。并且轮船上面已经有了十分优秀的通讯系统，时刻和塔楼保持着联系，一带出现了事故，可以进行紧急的救援。
此外，虽然有了GPS定位系统，一般的轮船上还安装了航海通信导航系统，这个系统就是可以使得轮船可以在广阔的海洋上进行精准的前行。还有一些比较有用的方法的判断就是使用磁盘进行方向的判别。磁盘上面可以准备的判读出南北东西的各个方向，这也是现代科技利用物理进行的一次科学的发明。
我国古代海上导航系统是如何定位的？
我国古代海上导航系统一般是通过牵星术、太阳位置、指南针、海道图来进行在海洋中定位的，虽然不如现在的卫星定位系统精准，但已经能够保持古代航船在海洋中不会迷失方位。
牵星术
牵星术是一种根据天文星象辨别方位的航海方法。早在战国时期的时候，人们就利用磁石南北极的原理制作了能够辨别方位的“司南”，但这种发明多应用在陆地定位上，在海上航行中，人们已经可以通过一定的仪器，来测量观察海上天体的高度来辨别自己的方位。在西汉时期，就出现了在海上观星定位的牵星术，并且发行了《海中五星经杂事》和《海中星占验》等相关书籍，提供了许多在航海中对星座、行星等位置的判定经验，让人们在汪洋大海中确定自己的航线。
北极星和太阳
在古代航海中，北极星和太阳有着非同寻常的意义。人们白天依靠太阳的位置来简单判定自己所处的方位和航向，晚上则利用最明亮的北极星来判别自己的方位航向。唐朝时已经发明了一种叫“复矩”的仪器，用来测量海洋中北极星与地面的高度，从而判定出实际的子午线，对海洋航行有很好的定位导航作用。
指南针、海道图
北宋时期海上导航技术得到了重大突破，就是发明了指南针这个仪器。为了让指南针在航海上实现更精确的指向，人们把指南针设计成精确的罗盘结构，大大方便了人们在海上的航行交通和方位判别，定位效率比以前提高了很多，同时发明指南针也是人类史上的一项重要贡献。随着两宋时期频繁的海上航行活动，人们渐渐积累了很多海洋地理经验，不少人就把这些经验绘制成了海道图，由此出现了多条海上安全航线，有效促进了我国乃至世界的航海发展。
“目前船舶使用的定位系统及定位方法有哪些 ?”
海事针对内河航道上的船舶安装了很多的身份识别的系统，比如船载自动 识别系统（AIS)、无线射频识别（RFID)、场间测试信号（VITS)、卫星定位、雷达等。每一个系 统都会有一个经炜度位置，这会导致后台系统无法判别哪一个经炜度的位置才是准确的。 另外，由于这些系统都是单独存在，无法与闭路电视摄像机（CCTV)进行联动，这会导致海 事部门无法通过查看CCTV视频来确认船舶的身份。现有的海事系统中CCTV与定位系统是 分离的，要么只能通过CCTV查看船舶的实时视频，要么只能通过定位系统在地图上查看船 舶的位置，这种方式有个很大的不足，海事人员无法单独通过CCTV或者AIS准确定位船舶 的信息。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种船舶定位系统及方法。
[0004] 一种船舶定位系统，包括：位置信息获取单元，用于从多个不同定位端获取船舶的 多个位置信息；排序单元，用于对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大 于设定阈值的多个位置信息发送至融合单元；融合单元，将优先级大于设定阈值的多个位 置信息进行融合，得出唯一的船舶经炜度坐标；监控单元，用于根据船舶经炜度坐标获取船 舶监控影像。
[0005] 可选的，所述位置信息包括船舶当前所处的经炜度、位置信息获取的时刻以及定 位端标识。
[0006] 可选的，所述对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，具体包括：将各定位 端所获取的船舶位置信息的时刻与当前时刻相减，得到各定位端所发送的位置信息距离当 前时刻的时长，按照时长从小到大的优先级顺序对所述多个位置信息进行排序。
[0007] 可选的，所述多个不同定位端包括413、1^10、￥几3、卫星定位、和/或雷达。
[0008] 可选的，所述将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合，得出唯一的船舶 经炜度坐标，具体包括：在当前时刻t，设此时船舶的真实位置为Pt,在t时刻之前，优先级 大于设定阈值的多个位置信息中的位置坐标分别为朽、^、巧，设这三个坐标分别对应 三个点分别是A、V、G，矢量速度为％、％、％，且分别距离t时刻S、较、巧，根据该 坐标和矢量速度，计算出t时刻船舶的参考位置茗、轻、每，其中：
_1] G 点：?=?+?*? (3)
[0012] 以大地作为参考系，根据参考位置，计算A、V、G三点所对应的参心大地坐标分别 为（BA，LA，HA)、（Bv，Lv，H v)、（Bc，Lc，Hc)，其中，该坐标系是以参考椭球的中心为坐标原点， 椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合；B是大地炜度，是以过地面点的椭球法线与椭球赤道 面的夹角；L是大地经度，以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角；H为大地高 度；
[0013] 把大地坐标转换成空间直角坐标，转换公式为：
[0015] 在空间直角坐标系中，1)以参心0为坐标原点；2)Z轴和参考椭球的短轴相重合； 3) X轴与起始子午面和赤道的交线重合；4) Y轴在赤道面上与X轴垂直，构成右手直角坐标 系O-XYZ ;在上述公式⑷中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b 椭球的长短半径，W为第一辅助系数；其中：a = 6378. 137km ;b = 6356. 7523141km ;
[0019] 把A、V、G三点的坐标代入上述公式（5) -(7)，计算得到A、V、G相对应的空间直角 坐标分别为（XA，YA，ZA)、（Xv，Y v，Zv)、（Xs，Ys，Zs);把A、V、G三点融合成一点，令该点为S点， 算法如下：
[0021] 由此得到S点坐标为（XS，YS，ZS);为了得到经炜度坐标，把空间直角坐标转换成大 地坐标，转换公式如下：
[0022] CN 105180943 A 说明书 3/9 页
[0023] 经过融合单元处理之后，便得到唯一经炜度坐标S点为（Bs，Ls，H s)。
[0024] 可选的，所述用于根据船舶经炜度坐标获取船舶监控影像，具体包括：设得到的船 舶经炜度坐标为S点，获得摄像头与S点的水平距离a，摄像头与地面距离b是已知的，根据 直角三角形勾股定理：
[0026] 获得摄像头与S点的距离c，由此对摄像头焦距进行调整，根据该直角面，同时可 以确定该摄像头的俯角α为：
[0028] 接下来求出S点相对于摄像头的真方位角，即从某点的真北方向线起，依顺时针 方向到目标方向线间的水平夹角，采用站心地平坐标系来计算真方位角；设摄像头的位置 为M点，该点的大地坐标为（BM，LM，ΗΜ)，经上述坐标转换公式（4)，转换为空间直角坐标，即 (XM，YM，Zm)，以M点所在的坐标系为站心直角坐标系，记为M-NEU，已知M点、S点的空间直角 坐标，根据两坐标系之间的平移旋转关系，得到：
CN 105180943 A 说明书 4/9 页
[0035] 则M点至S点的方位角为：θ = arctan(E/N) (18)
[0036] 依据定义该方位角即为真方位角，根据真方位角θ，调整摄像头位置。
[0037] -种船舶定位方法，包括如下步骤：SlOO :从多个不同定位端获取船舶的多个位 置信息；S200 :对获取到的多个位置信息按照优先级进行排序，将优先级大于设定阈值的 多个位置信息发送至融合单元；S300 :将优先级大于设定阈值的多个位置信息进行融合， 得出唯一的船舶经炜度坐标；S400 :根据船舶经炜度坐标获取船舶监控影像。
[0038] 可选的，所述位置信息包括船舶当前所处的经炜度、位置信息获取的时刻以及定 位端标识。
[0039] 可选的，所述步骤S200具体包括：将各定位端所获取的船舶位置信息的时刻与当 前时刻相减，得到各定位端所发送的位置信息距离当前时刻的时长，按照时长从小到大的 优先级顺序对所述多个位置信息进行排序。
[0040] 可选的，所述多个不同定位端包括413、1^10、￥几3、卫星定位、和/或雷达。
[0041] 本发明的有益效果是：本发明通过经炜度位置的融合算法得出经炜度后，与监控 系统进行联动，能让海事人员在视频中就能准确得知船舶的相关信息，从而可以准确的定 位船舶进行视频监控。
【附图说明】
[0042]图1是本发明船舶定位系统的结构示意图；
[0043] 图2是空间大地坐标系；
[0044] 图3是空间直角坐标系；
[0045] 图4是监控单元与S点联动示意图；
[0046] 图5是站心地平直角坐标系与空间直角坐标系示意图；
[0047] 图6是本发明船舶定位方法的流程图。
【具体实施方式】
[0048] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全 部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发 明的本发明的船舶定位系统包括依次连接的位置信息获取单元、排序单 元、融合单元、和监控单元。该系统首先通过位置信息获取单元收集所有定位端上传上来的 船舶位置信息，接着排序单元和融合单元通过相关的规则判断、计算得出唯一的一个经炜 度信息，用于精确的表示船舶的地理位置。系统将精确的地理位置发送至监控单元，监控单 元根据自已视频范围内的船舶图像结合上传上来的地理位置，可在视频中船舶的上方设计 一个浮动窗，用于显示出该船舶的相关信息。
[0051] 位置信息获取单元，其用于从不同定位端获取船舶的多个位置信息，一般而言，船 舶上会安装多种定位端，例如第一定位端（可以是AIS)、
海航一般用的什么定位？
用于确定船位和保证船舶安全航行的仪器的统称，主要是航行定位仪器。航行定位仪器可大致分为用于航迹推算、陆标定位、天文定位（见天文航海）和无线电定位（见船舶无线电导航）等四类。有些仪器可供几种定位方法采用。
分类
①航迹推算仪器。用于航迹推算。包括罗经、计程仪、自动操舵仪和航迹记录器。罗经是供确定航向和观测物标方位用的仪器。通常有陀螺罗经和磁罗经两种，前者精确方便，后者简单可靠。在海图上划出航线后，船舶就靠罗经指示方向航行。计程仪在海图的航线上量取航行距离，用于测量航速和累计航程。自动操舵仪用作自动控制舵机以保持航向。航迹记录器用作自动在海图上进行航迹推算作业。其他还有一些常规的仪器，如两脚规、计算器等。
②陆标定位仪器。供沿岸航行船舶进行陆标定位用，主要有测方位用的方位圈等测方位仪器；测量物标距离用的测距离仪器；用于测量物标水平夹角用的测夹角仪器，如六分仪等；测水深仪器，如船用回声测深仪等。
③天文定位仪器。主要是在陆标看不见时，用以观测天体定位，包括六分仪、天文钟、星球仪、索星卡、天文计算器等仪器。其中六分仪和天文钟是传统定位仪器。
④无线电定位仪器。它是船舶利用无线电技术定位的仪器，包括通用的测向仪、康索尔方位系统，罗兰、台卡、奥米加、子午仪导航等双曲线系统。此外，船上使用的航海仪器还有常规的水文、气象测量等仪器、仪表。
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