Asocjacja obiektów w procesie integracji radaru śledzącego i AIS

The article presents issues connected with association of radar and AIS targets in the process of integration of this two systems. Theoretical analysis of the problem has been carried out. IMO requirements has been depicted and included in three association criteria proposed, which sequentially implemented in the algorithm allow firm association of radar and AIS targets. The general condition for association has been presented and it has been subsequently detailed for each criterion. As the basic test association of the position has been taken and it can be supplemented by association of movement vector and history of association in the furtherer steps. In each case the association gate has been defined. The sizes of gates, which allow to consider chosen criterion as fulfilled has been determined by analysis. The presented association algorithms may be used as the first step of radar–AIS integration to lead to multisensory vector fusion in the consecutive stepsW artykule przedstawiono problematykę związaną z asocjacją obiektów radarowych i AIS w ramach procesu integracji tych dwóch systemów. Przeprowadzono teoretyczną analizę zagadnienia. Opisano wymagania IMO i z ich uwzględnieniem zaproponowano trzy kryteria asocjacji, które zastosowane sekwencyjnie w algorytmie pozwolą na jednoznaczne wskazanie przyporządkowanych obiektów z radaru i AIS. Przedstawiono ogólny warunek asocjacji, który następnie rozwinięto szczegółowo dla poszczególnych kryteriów. Jako test podstawowy przyjęto asocjację pozycji, która w kolejnych krokach może być uzupełniona o asocjację wektora ruchu i historii asocjacji w poprzednich krokach. W każdym przypadku zdefiniowano bramkę asocjacyjną. Na drodze analitycznej wyznaczono wielkości bramek, a więc konkretne wartości, które pozwolą uznać wybrane kryterium za spełnione. Zaprezentowane algorytmy asocjacji mogą stanowić pierwszy etap integracji obiektów śledzonych przez radar i AIS, aby w kolejnych doprowadzić do fuzji wektorów z obu systemów

Spatial analyses for the needs of geoinformation sea port protection system

Geoinformatyczny system ochrony portu morskiego ma na celu zabezpieczenie działań operacyjnych poprzez monitorowanie parametrów życiowych pracowników ochrony, przebywających zarówno na jednostkach pływających, jak również chroniących port od strony lądu oraz wizualizację tych danych w oparciu o precyzyjne elektroniczne mapy dwu i trójwymiarowe. Demonstracyjne wdrożenie będzie miało miejsce w porcie drobnicowym w Szczecinie. Budowany system składa się z modułów, które wzajemnie się uzupełniając, tworzą kompleksowe rozwiązanie do przetwarzania danych geoprzestrzennych. Sercem systemu jest moduł mapowy, który składa się z wysokiej jakości elektronicznych map 2D i 3D. Moduł oprócz danych zawiera także narzędzia informatyczne do analiz przestrzennych. Założenia systemu przewidują, że analizy te będą prowadzone na mapie dwuwymiarowej, a trójwymiarowa będzie służyć głównie do fotorealistyczej wizualizacji. Obiektem analiz będą dane wektorowe, zaś dane rastrowe są obecne w systemie jedynie poglądowo. Celem prowadzonych analiz ma być dostarczenie operatorowi informacji na temat aktualnych zagrożeń oraz sytuacji bezpieczeństwa. Wśród analiz wykorzystywanych w systemie wyróżnić można: buforowanie i analizy odległościowe; selekcja obiektów; analizy widoczności; analizy sieciowe. Buforowanie w systemie oznacza przede wszystkim wykreślanie strefy zagrożenia wokół ładunków niebezpiecznych, a także wokół zdarzeń niebezpiecznych Selekcja obiektów w systemie jest realizowana zarówno jako selekcja atrybutowa, lokalizacyjna, jak też jako złożenie obu. Analiza zasięgu widoczności kamer jest realizowana statycznie na podstawie teoretycznych zasięgów oraz dynamicznie na podstawie aktualnych wskazań sensorów widoczności. Wśród analiz sieciowych wyróżnić należy przede wszystkim planowanie trasy dojazdu patrolu (zwykle odległościowo- optymalnej), jak również analizę czasu dojazdu patrolu do konkretnego miejsca. W części wstępnej artykułu przedstawiono założenia budowy systemu, jego architekturę, a także główne funkcje, które ma spełniać. Następnie opisano poszczególne analizy przestrzenne, pokazując zasadność ich wprowadzenia, założenia realizacji oraz wybrane wyniki w postaci zrzutów ekranu wdrażanego systemu.The main goal of the system under consideration is to improve port security operations by monitoring security guards, both ashore and on boats and visualising these data on precise two-dimensional and three-dimensional charts. Test implementation of the system will take place in general cargo port of Szczecin. The system consists of a few modules supplementing each other and creating a comprehensive solution for spatial data processing. The heart of the system is the map module, which includes high quality 2D and 3D electronic charts, based on Electronic Navigational Charts. Apart from the data, this module provides also information tools for spatial analysis. The system assumptions indicate that such analysis will be performed only on 2D chart, while 3D remains a tool for effective photorealistic visualisation. The analysis will be performed with the use of vector data; raster data will be used only for background overview. The aim of the provided analysis is to supply operator with information about hazards and security treatment in real time. The major analyses used in the system are: buffering and distance analysis; selection of objects; viewshed analysis; network analysis. Buffering in this case means mostly drawing a safety zone around hazardous cargo and around places of dangers. Selection of objects is implemented both as selection by attributes and selection by location and integration of both of them. Viewshed analysis is in fact determination of visibility range for visual sensors, based on measurements of visibility, taking into account the time of day. Network analyses are mostly for route planning (including time calculation for adjusted speed) for water and land patrols. In the first part of the paper, the concept of the system is presented together with its architecture, major functions and users. Then, individual analyses are presented, showing the need of their introduction, basics of the algorithms and selected results in the form of screenshots of the implemented system

The analysis of methods of interaction between elementary filters in multiple model tracking filter in marine radars

Radar target tracking on a sea-going ship is a basic source of information about movement of other vessels, influencing directly safety of navigation. The research on improving of tracking methods has led to a new concept of multiple model neural filtration, which is a combination of multiple model approach with the use of artificial neural networks for the needs of estimation of movement vector. One of the key issue during designing of filter id to establish rules of interaction between elementary filters. The paper presents the most popular methods of manoeuvre detection and interaction of elementary filters in the numerical filtration. The modifications of them for the needs of neural tracking are proposed. Additionally, a concept of use of probabilistic neural network for this purpose is described. The idea was checked in the experimental research with the use of simulation. The result of the research confirmed usefulness of using PNN in multiple model filtration, showing however simultaneously the directions of future research in this. The research was financed by Polish National Centre of Science under the research project “Development of radar target tracking methods of floating targets with the use of multiple model neural filtering”

Analysis of raster data integration possibilities in an inland mobile navigation system

W powszechnie stosowanych statkowych systemach nawigacyjnych prezentujących informację przestrzenną, kluczową rolę pełnią dane wektorowe. Profesjonalne systemy typu ECDIS (Electronic Chart Display and Information System), czy też jego śródlądowy odpowiednik InlandECDIS wykorzystują do prezentacji danych geograficznych elektroniczne mapy nawigacyjne w standardach ENC oraz InlandENC, które są całkowicie wektorowymi bazami danych. Z drugiej strony lądowi użytkownicy rekreacyjni przyzwyczajeni są do różnego rodzaju geoportali, czy serwisów przedstawiających informacje przestrzenne w postaci ortofotomap lub podkładów rastrowych. W aspekcie wykorzystania nowoczesnych systemów mobilnych dla śródlądowych użytkowników rekreacyjnych, szczególnie istotne jest więc zapewnienie możliwości integracji danych rastrowych na ekranie. Wyświetlenie ortofotomapy jako danych podkładowych i nałożenie na nią warstw wektorowych wraz z IENC przy zachowaniu odpowiedniej przezroczystości może zaowocować czytelnym dla każdego, nawet niedoświadczonego użytkownika, obrazem zawierającym wiele elementów treści. Problematyczne kwestie w procesie zarządzania danymi rastrowymi w systemie, to zapewnienie dostępu do danych, a więc łączności i możliwości pozyskania ich z poszczególnych usług sieciowych typu WMS lub WCS. Alternatywnym podejściem jest pozyskanie warstw rastrowych (głównie zdjęć lotniczych) z ośrodka geodezyjnego i przechowywanie na dysku urządzenia/karcie. Termin „zarządzanie” oznacza w tym wypadku pozyskiwanie, transformację, konwersję, integrację oraz przygotowanie danych do wizualizacji zgodnej z przyjętym modelem kartograficznym. Artykuł przedstawia wyniki badań nad możliwością integracji danych rastrowych w systemie Mobilnej nawigacji śródlądowej. Badaniami zostały objęte oba warianty. W pierwszym, po szczegółowym przeanalizowaniu architektury usługi wraz z jej dostępnymi interfejsami, zaproponowano algorytm podłączania i obsługi WMS w formie warstwy rastrowej dla dwóch trybów działania aplikacji – trybu przeglądania mapy oraz trybu nawigacyjnego. W drugim skupiono się na analizie możliwości wykorzystania własnych mapowych danych rastrowych i sposobach ich zarządzania oraz udostępniania użytkownikom. Analizowano przechowywanie ortofotomap w oryginalnych rozmiarach i rozdzielczości, po przekształceniu w podziale na sekcje pokrywające określony obszar (np. obszar komórki mapy – ang. chart cell) oraz jako małe wycinki wizualizujące jedynie obszary o interesującej infrastrukturze lub treści. Ostatecznie przyjęto rozwiązanie polegające na przechowywaniu i udostępnianiu mapowych obrazów rastrowych jedynie dla ograniczonych przestrzennie obszarów reprezentujących ciekawe lub ważne ( z punktu widzenia użytkownika) regiony, które z jakichś powodów nie są wystarczająco reprezentowane za pomocą danych wektorowych. Artykuł przedstawia wyniki analiz oraz szczegóły przyjętego rozwiązania.It is the vector data that plays a key role in the commonly used ship navigation systems that present spatial information. Professional ECDIS (Electronic Chart Display And Information System), or its equivalent InlandECDIS systems, use electronic navigational charts and ENC/InlandENC standards for presenting geographical data. They are both build entirely on vector databases. On the other hand, recreational users are accustomed to all sorts of geoportals or services representing spatial information as ortho or raster image. It seems, therefore, that in terms of use of modern mobile systems for inland recreational users, it is especially important to ensure the ability to integrate raster data on screen. Displaying an orthophotomap as a background and applying IENC vector layers above it while maintaining adequate transparency may result in a readable image containing multiple pieces of content for everyone, even an inexperienced user. The most problematic issue in the process of raster data management is providing access to data, by ensuring proper transfer and ability to obtain it from various WMS or WCS services. An alternative approach is to obtain raster layers (mainly aerial photographs) from the geodetic resources and to store them directly in the memory of the device. In this case the term „management” means the acquisition, transformation, conversion, integration and preparation of data for its visualization according to the accepted model of cartography. The article presents results of research on the possibility of raster data integration in the mobile inland navigation system. The study has covered two separate approaches. In the first one, after a detailed analysis of architecture services, together with its available interfaces, it proposed an algorithm connecting and operating WMS raster layer in the form of two modes of application – the viewing mode and the navigation mode. The second approach focuses on analyzing the possibility to use own raster mapping sources and also managing and providing this data to systems users. The analysis covered different ways of storing maps: in their original size and resolution, after transformation as a series of tiles covering a defined area or as certain sections visualizing only areas of interest. Finally, a solution consisting of storing and sharing raster map images only for limited areas representing regions interesting or important from the users’ perspective, which – for some reasons – are not sufficiently represented by vector data. The article presents the results of the analysis and details of the adopted solution

Software implementation of multiple model neural filter for radar target tracking

The paper presents a software implementation of multiple model neural filter for radar target tracking. Such a filter may be proposed as an interesting alternative for numerical filters. The main purpose of software implementation is to provide a tool for complex research of the filter possibilities and adjusting options. A concept of a filter is briefly mentioned, however the main body of paper is focused on user-approach detailed description of application with UML use-case diagrams. Examples of detailed presentation of usecases are given and the general use-case diagram for application is included. The application itself is to be an advanced tool for researchers interested in analyzing target tracking process, providing different tracking methods and the possibility of adjusting their parameters. The possibility of simulating any scenario, as well as working with real data (also on-line) was ensured. The research was financed by Polish National Centre of Science under the research project “Development of radar target tracking methods of floating targets with the use of multiple model neural filtering”

Target Tracking in RIS

The article treats of problems bound with the tracking of surface water targets in RIS systems. A concept of RIS has been briefly presented, indicating the need for locating in them the tracking and tracing of ships. The most popular sensors used for the purpose have been characterised, the most important relevant documents have been presented and the requirements set for tracking systems have been described

Selected problems of coordinates transformation from local coordinate system of city of Szczecin to coordinate system "2000"

Artykuł przedstawia zagadnienia związane z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych do transformacji współrzędnych z układu lokalnego Szczecina do układu „2000”. W kolejnych częściach ujęto syntetyczny opis układu lokalnego miasta Szczecin, podstawy teorii sztucznych sieci neuronowych, a następnie koncepcję i wyniki badań. Przyjęto założenie, że zastosowanie tego narzędzia pozwoli na bezpośrednie znalezienie zależności dla układu empirycznego, jakim jest układ lokalny. Transformacji dokonano na podstawie punktów dopasowania, które stały się przypadkami uczącymi dla sieci neuronowych. Punktami dopasowania były punkty osnowy geodezyjnej I i II klasy z obszaru miasta Szczecin. Analizie poddano trzy struktury sieci, a mianowicie sieci liniowe, perceptron wielowarstwowy oraz sieci radialne. Zadowalające wyniki uzyskano zwłaszcza dla sieci liniowej, dla której następnie zbadano znaczenie długości ciągu uczącego I wielkości obszaru transformacji. Wyniki badań pokazują, że istotny wpływ na jakość dopasowania ma liczebność zbioru uczącego, a właściwie zagęszczenie punktów uczących. Wyniki porównano do rezultatów uzyskanych za pomocą transformacji Helmerta.The paper presents selected issues about using of artificial neural networks for coordinates transformation form local coordinate system of city of Szczecin to system "2000". The description of local system of Szczecin itself and the basics of artificial neural networks are given in the first parts of paper. Then the concept and the results of the research are included. The assumption has been made, that using of neural networks would allow finding of direct relationships for the empirical system like local system. The transformation has been made based on points of adjustment, which has been introduced as a teaching sequence to neural network. These points have been chosen from gravimetric frame of I and II class in the area of Szczecin. The analysis has been made for three structures of neural networks – linear networks, multilayer perception and radial basis network. Especially satisfactory results have been achieved for the linear network and for this network further research on the influence of teaching sequence length and the area has been made. The results shows that the number of teaching points and the density of them has an import ant influence on such a transformation. The results are compared to the values achieved with Helmert transformation

Multisensor Tracking of Marine Targets : Decentralized Fusion of Kalman and Neural Filters

This paper presents an algorithm of multisensor decentralized data fusion for radar tracking of maritime targets. The fusion is performed in the space of Kalman Filter and is done by finding weighted average of single state estimates provided be each of the sensors. The sensors use numerical or neural filters for tracking. The article presents two tracking methods - Kalman Filter and General Regression Neural Network, together with the fusion algorithm. The structural and measurement models of moving target are determined. Two approaches for data fusion are stated - centralized and decentralized - and the latter is thoroughly examined. Further, the discussion on main fusing process problems in complex radar systems is presented. This includes coordinates transformation, track association and measurements synchronization. The results of numerical experiment simulating tracking and fusion process are highlighted. The article is ended with a summary of the issues pointed out during the research

Modification of ECDIS interface for the purposes of Geoinformatic System for Port Security

The paper presents a functional concept of an interface for one of the users in Geoinformatic System for Port Security. The system goal is to support port security by providing a selected groups of information and displaying them on precise charts. The complex system assumes simultaneous employing of various users including port management and port authorities. One of the planned users is patrol boat crew, which role is to be a mobile tool for waterways monitoring and should perform as on-scene sensor. The interface concept presented in the paper is based on ECDIS, as it was assumed, that the user on patrol boat is usually familiar with thus system. The goal of the research was to create interface project with the principles of UCD (User Centered Design) based on CHI (Computer-Human Interaction) approach. In the article the short functional analysis of standard ECDIS interface is presented. It is followed by comparison between its common users and the future users of GEO system with the emphasis on their requirements, expectations and demands. As a result a group of dedicated, user-orientated functions were agreed. A modification of ECDIS user interface is proposed in order to implement mentioned features.Artykuł przedstawia koncepcję funkcjonalną interfejsu dla jednego z użytkowników geoinformatycznego systemu bezpieczeństwa w porcie. Celem systemu jest wspomaganie bezpieczeństwa w porcie przez dostarczenie wybranych grup informacji i pokazywanie ich na tle dokładnych map. Cały system zakłada równoczesne wykorzystanie różnych użytkowników, włącznie z kierownictwem portu i kapitanatem. Jednym z przewidywanych użytkowników jest załoga łodzi patrolowej, która ma pełnić funkcję ruchomego patrolu na drogach wodnych. Koncepcja interfejsu przedstawiona w artykule jest oparta na ECDIS, tak więc założono, że użytkownik na łodzi patrolowej jest obeznany z takim systemem. Celem badań było stworzenie projektu interfejsu na zasadach skupienia się na użytkowniku z uwzględnieniem zasad interakcji człowieka z komputerem. W artykule przedstawiono krótką analizę funkcjonalną standardowego systemu ECDIS, która została uzupełniona porównaniem obecnych i przyszłych użytkowników takich systemów, z naciskiem na ich wymagania, oczekiwania oraz popyt na tego rodzaju usługę. Jako rezultat zaproponowano zespół dedykowanych, zorientowanych na użytkownika funkcji systemu. Zaproponowano modyfikację interfejsu użytkownika ECDIS z myślą o implementacji wspomnianych własności systemu

Analysis of Graph Searching Algorithms for Route Planning in Inland Navigation

Route planning is one of the core functionalities of modern navigational systems also in inland waters. There is a possibility of at least partial automation of this process with the use of graph searching algorithms. Main problem here is to create a graph based on nautical spatial data. The paper presents research on examining dif-ferent graph searching methods for inland waters. The concept of using combined approach for vector and ras-ter data is given, followed by research results for raster data