寧波港AIS岸站信息分發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘 要】船舶自動識別系統(tǒng)（簡稱AIS），是用于水上交通聯(lián)絡(luò)和指揮的岸-船、船-岸以及船-船之間的通訊、導(dǎo)航系統(tǒng)。針對寧波港AIS岸站系統(tǒng)建成后如何更好地利用這些AIS數(shù)據(jù)，使其能更好地為港口生產(chǎn)服務(wù)，本文主要研究了基于AIS岸站的數(shù)據(jù)信息分發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)提高了岸站管理府門對數(shù)據(jù)信息分發(fā)的針對性，提高了運(yùn)行效率，具有很高的使用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】AIS；岸站；信息分發(fā)

1.AIS概述

船舶自動識別系統(tǒng)AIS（Automatic Identifi-

cation System）誕生于20世紀(jì)90年代，是一種新型的助航系統(tǒng)，它在結(jié)合GPS導(dǎo)航定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用GMSK（高斯最小移頻鍵控）調(diào)制，以SOTDMA（自組織時分多址）方式，在海上VHF頻段自動連續(xù)發(fā)送靜態(tài)數(shù)據(jù)（如船名、船籍、IMO編號、呼號、識別碼、船長、船寬、船舶類型和GPS天線在船上的位置等）、動態(tài)數(shù)據(jù)（如船位、航線、船速、航向、航行狀態(tài)、轉(zhuǎn)向速度、橫傾角、國際協(xié)調(diào)時等）、航行相關(guān)的信息（如船舶吃水、危險(xiǎn)貨物類型、目的港、ETA、航行計(jì)劃等）和安全信息（VTS交通信息、天氣報(bào)告、實(shí)時水道測量數(shù)據(jù)、ENC修正、航標(biāo)信息、航行警告和突發(fā)事件等），同時也自動接收周圍船舶發(fā)出的這些信息，并與海岸基站進(jìn)行信息交換。因此可以說它是用于水上交通聯(lián)絡(luò)和指揮的岸-船、船-岸以及船-船之間的通訊、導(dǎo)航系統(tǒng)。由于運(yùn)用了先進(jìn)的船舶導(dǎo)航技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，AIS能夠?yàn)榇氨芘龊痛昂叫刑峁┹o助決策，增強(qiáng)船舶識別和動態(tài)信息廣播的功能。

AIS的正確使用有助于加強(qiáng)海上生命安全、提高航行的安全性和效率，有利于主管機(jī)關(guān)或港口對船舶的直接監(jiān)控，有利于對海洋環(huán)境的保護(hù)。

2.寧波港AIS岸站組網(wǎng)技術(shù)

寧波港岸站系統(tǒng)由三個基站組成，能有效覆蓋寧波港整個水域，對港口的生產(chǎn)起到了促進(jìn)作用。

下面介紹一下各部分組成及其功能：

（1）基站：由于寧波港水域?qū)賺u礁區(qū)，地形比較復(fù)雜，一個基站不足以覆蓋整個港區(qū)，個別航道和錨地尤其是口外北錨地等處會產(chǎn)生盲區(qū)，所以建立了一個主站和兩個輔助站，以確保整個航道及錨地、錨位的有效覆蓋。其作用是接收所覆蓋到的區(qū)域內(nèi)的所有船舶的動、靜態(tài)信息及航行相關(guān)信息。另外，基站還包括對其進(jìn)行控制的基站控制器。圖1是寧波港基站系統(tǒng)的構(gòu)成圖。（2）區(qū)域服務(wù)器：區(qū)域服務(wù)器接收處理從各基站過來的AIS船只數(shù)據(jù)，進(jìn)行多個AIS基站信息的集成處理。AIS區(qū)域服務(wù)器可以統(tǒng)一來自不同AIS基站的同一船舶的不同信息，以保持信息的最新化和唯一化。由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，幾個AIS基站所收到的相同船舶的AIS信息，到達(dá)AIS中心的順序可能與接收到的時間相反，此時，AIS區(qū)域服務(wù)器將只使用較新收到時間的數(shù)據(jù)而濾去較舊時間的信息。（3）數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器：對從區(qū)域服務(wù)器過來的AIS數(shù)據(jù)先進(jìn)行解析，通過數(shù)據(jù)分發(fā)的軟件，根據(jù)不同用戶對AIS數(shù)據(jù)的不同需求，制定分發(fā)機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)不同用戶在各自的客戶端能看到自己所需要的信息。（4）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：對AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以便將來查詢。（5）客戶端：可采用圖形或文字界面，查看AIS船舶的實(shí)時信息。

3.AIS信息分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)用性

隨著港口的飛速發(fā)展，與港口相關(guān)的各行各業(yè)也遍布港口城市，各類堆場、貨柜公司、貨主碼頭、船代、貨代公司如雨后春筍般涌現(xiàn)，而海關(guān)、國檢、邊防等口岸單位也都在每個港區(qū)布置了監(jiān)管點(diǎn)。對于這些單位公司來說，海上船舶的動態(tài)自然是他們非常關(guān)注的信息。海岸單位主要是對船舶信息進(jìn)行實(shí)時掌控，以便對其進(jìn)行監(jiān)管；而那些船代、貨代公司則非常關(guān)注裝載他們貨物的船只的動態(tài)。所以AIS的信息資源對于他們來說是非常具有吸引力的。而各個單位公司他們所關(guān)心的也并非是所有的AIS船只信息，而是只需要和他們有關(guān)的自己船只的信息。

鑒于上述應(yīng)用的需求和特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)一套AIS信息分發(fā)服務(wù)軟件，根據(jù)各個用戶需求為其定制數(shù)據(jù)分發(fā)條件，過濾無用信息，通過分發(fā)條件篩選AIS數(shù)據(jù)，為用戶提供個性化的服務(wù)，并也可以利用權(quán)限管理只提供各用戶自己的數(shù)據(jù)，而防止所有數(shù)據(jù)信息泄露。

4.信息分發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 分發(fā)條件定義與策略

在AIS信息分發(fā)服務(wù)軟件中，我們可以定義分發(fā)條件，主要的分發(fā)條件可以有以下幾種方式或多種方式的組合定義：

（1）按指定區(qū)域、管轄范圍劃分，從而獲取所需的一定地理范圍內(nèi)的船舶信息；（2）按照船舶的MMSI識別碼，可以根據(jù)唯一的船舶識別碼，獲取所需的船舶信息；（3）例如可以根據(jù)MMSI，很方便的區(qū)別國輪和外輪；（4）按中英文船名區(qū)分，如字母“A”帶頭的船舶；（5）按船舶類型來區(qū)分所需船舶，如貨輪、油輪等；（6）結(jié)合用戶提供的信息如作業(yè)計(jì)劃所需的船舶；（7）自定義用戶。

針對不同的用戶可以定義不同的信息分發(fā)策略，這就需要進(jìn)行分發(fā)策略的定義和管理，圖2是AIS信息分發(fā)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)示意圖，在此盡取三個條件作為示意，它可以擴(kuò)展到在更多條件下求取交集或并集的過程；圖3是一個分發(fā)策略定義的示意圖。圖4是AIS信息系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)流程圖。

4.2 AIS信息分發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

AIS信息分發(fā)服務(wù)軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)依據(jù)了國際上相關(guān)的AIS信息標(biāo)準(zhǔn)，融入了對AIS信息共享的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，是連接AIS信息提供者和AIS信息共享者的連接紐帶，是一個非常有開發(fā)價(jià)值的軟件。分發(fā)軟件旨在解決AIS信息的接收、處理、分發(fā)和管理等一系列業(yè)務(wù)流程的定制和管理；在保障AIS信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性的同時，它可以針對不同的終端用戶實(shí)現(xiàn)不同的分發(fā)策略，最終實(shí)現(xiàn)各類用戶各取所需。另在軟件設(shè)計(jì)中還需兼顧考慮以下幾個方面：

（1）良好的穩(wěn)定性：需要充分考慮了數(shù)據(jù)質(zhì)以及數(shù)據(jù)鏈路不穩(wěn)定，甚至斷開等極端情況，數(shù)據(jù)重連機(jī)制和數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制保證系統(tǒng)穩(wěn)定。（2）較強(qiáng)的擴(kuò)展性：不同的信息分配策略適應(yīng)不同的用戶需要，多種信息接連方式可供多種用戶選擇。（3）用戶鑒權(quán)管理：能夠提供用戶管理界面，維護(hù)用戶列表，通過授權(quán)機(jī)制來規(guī)范用戶的登錄。（4）簡單實(shí)用：一勞永逸的系統(tǒng)部署方式，靈活而不缺乏人性化的用戶操作界面。圖5是系統(tǒng)的總體架構(gòu)。

各部分實(shí)現(xiàn)功能如下：

Ⅰ.AIS數(shù)據(jù)接收單元：主要完成AIS數(shù)據(jù)的解析、轉(zhuǎn)發(fā)。首先對接收到的AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，再根據(jù)要求（解碼數(shù)據(jù)或未解碼數(shù)據(jù)）通過UDP轉(zhuǎn)發(fā)出去。

Ⅱ.AIS信息分發(fā)單元：這一部分是本系統(tǒng)的核心，主要完成接收AIS數(shù)據(jù)接收單元轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，鑒權(quán)計(jì)算，分發(fā)到用戶數(shù)據(jù)庫，分發(fā)到客戶端，接收用戶定義數(shù)據(jù)并寫入數(shù)據(jù)庫，定期更新鑒權(quán)數(shù)據(jù)。

Ⅲ.AIS用戶工具單元：對不同的用戶權(quán)限進(jìn)行區(qū)分，可以進(jìn)行用戶的增減，以及該用戶對應(yīng)分發(fā)策略的設(shè)定（如按區(qū)域、按MMSI號等）。

Ⅳ.運(yùn)維單元：主要是用來管理或監(jiān)控AIS接收單元、AIS信息分發(fā)單元等各部分工作情況。

4.3 寧波港AIS信息分發(fā)系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀

該系統(tǒng)已被多個用戶使用，如寧波邊防檢查站，其所關(guān)注的是外輪的情況，所以為其轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)是根據(jù)MMSI號來區(qū)分，除MMSI號為412和413開頭的數(shù)據(jù)均為其轉(zhuǎn)發(fā)；寧波港集團(tuán)調(diào)度，其所關(guān)注的是港口所有船舶的信息，所以為其轉(zhuǎn)發(fā)的是所有接收到的AIS信息；寧波港下屬各個碼頭公司，他們所關(guān)心的是正在自己碼頭上作業(yè)及即將在自己碼頭上作業(yè)的船舶，因而其分發(fā)策略略微麻煩，需要采用按區(qū)域及根據(jù)該公司作業(yè)計(jì)劃這兩個條件進(jìn)行分發(fā)。

5.結(jié)論

寧波港AIS岸站信息分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)使得VTS對各種信息的發(fā)送有了更強(qiáng)的針對性，大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎蜏?zhǔn)確度，在保證滿足用戶數(shù)量的前提下盡量減少信息的發(fā)送量，降低了無用信息的干擾，避免數(shù)據(jù)信息的浪費(fèi)，使航行于該海區(qū)的船舶只接收和自己有關(guān)的信息，不管對于船舶還是對于交通管理部門都很大的現(xiàn)實(shí)意義。

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