基于GIS平臺的航標(biāo)信息一體化技術(shù)研究

李光

摘 要：航標(biāo)是重要的助航標(biāo)志，可靠的地理定位信息對于航標(biāo)的使用起著重要的作用，文章首先對GIS技術(shù)和相應(yīng)航標(biāo)應(yīng)用進行了概述，隨后，對GIS平臺在航標(biāo)建設(shè)中的具體應(yīng)用從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、多維度系統(tǒng)搭建和配布三個方面進行了研究，相應(yīng)的研究結(jié)果為航標(biāo)信息一體化建設(shè)提供了相關(guān)思路。

關(guān)鍵詞：航標(biāo) GIS 一體化

航標(biāo)是助航標(biāo)志的簡稱，是一種重要的港口支撐載體，標(biāo)識航道方向、界限和障礙物，類別主要包括河標(biāo)、沿岸標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)、過度導(dǎo)標(biāo)、收尾導(dǎo)標(biāo)、側(cè)面標(biāo)等，航標(biāo)對國家海洋開發(fā)、海防建設(shè)以及水運、漁業(yè)有著重要的支撐作用。隨著科學(xué)技術(shù)和航運技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代船舶技術(shù)的提高，相應(yīng)的港口引導(dǎo)設(shè)備也需要進行鞥新，需要在復(fù)雜水域更準(zhǔn)確的得到助航信息。借助計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的智能裝備和技術(shù)也應(yīng)用在了航標(biāo)的使用中，獨立體系、先進的航標(biāo)信息系統(tǒng)建立和實施應(yīng)用已經(jīng)貢獻了實際的價值，GIS系統(tǒng)是重要的地理定位技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用在航標(biāo)建設(shè)之中，可以很好的優(yōu)化助航設(shè)備的發(fā)展。GIS技術(shù)是一門綜合的應(yīng)用技術(shù)，地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感學(xué)和計算機科學(xué)是構(gòu)成GIS技術(shù)的基礎(chǔ)，作為一種計算機工具，GIS技術(shù)可以對空間信息進行分析和處理，利用大數(shù)據(jù)操作，實現(xiàn)信息系統(tǒng)集成，高效的幫助相對應(yīng)的實施平臺完成高精度計算目的。

1.助航系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

目前，多數(shù)的航標(biāo)系統(tǒng)均是獨立運行，航標(biāo)內(nèi)部的控制電路相對來說比較簡單，設(shè)備的穩(wěn)定性也有待增強，因此，多數(shù)航標(biāo)沒有和地面或者遠程中心實現(xiàn)良好的信息交換，助航信息不能第一時間和岸站互通有無，而一旦航標(biāo)出現(xiàn)故障，岸站可能無法獲得有效的信息進行補救，導(dǎo)致管、維修和應(yīng)用的成本較高，因此，需要高效的GIS地理信息技術(shù)為航標(biāo)的技術(shù)更新提供支撐。

在進行系統(tǒng)搭建之前，需要首先設(shè)計航標(biāo)和岸站的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，基于航標(biāo)系統(tǒng)的地理屬性，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以采用GPRS結(jié)合局域網(wǎng)的方式，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到具體有固定IP的監(jiān)控中心。GIS平臺需要GPRS的網(wǎng)絡(luò)連接，最后在平臺上獲得電子地圖的位置，便可以對位置和狀態(tài)進行監(jiān)控，另外，監(jiān)控中心還可以利用GPRS或者是GSM的信息發(fā)送功能，發(fā)送控制信號，實現(xiàn)終端和監(jiān)控中心之間的動態(tài)信息交換，基于GIS平臺的網(wǎng)路連接搭建如圖1所示。

搭配結(jié)構(gòu)上說，航標(biāo)終端可以采用兩個CPU結(jié)構(gòu)，其中一個CPU負(fù)責(zé)監(jiān)控，另一個CPU負(fù)責(zé)定位和狀態(tài)信息的獲取，監(jiān)控模塊主要負(fù)責(zé)終端設(shè)備的各項運行參數(shù)分析，主要包括電源模塊、光電路檢測模塊、驅(qū)動和狀態(tài)監(jiān)測模塊。監(jiān)控模塊對通信數(shù)據(jù)的保護需要嚴(yán)格遵守協(xié)議信息，信息頭、保留位、控制電臺、信息序號、協(xié)議號和內(nèi)容的長度需要嚴(yán)格遵守。最后的GIS定位軟件設(shè)計可以通過四個層次來展開，分別是硬件的抽象層、驅(qū)動層、API層和應(yīng)用層。硬件抽象層主要針對硬件平臺，是在程序文件中將所有硬件和軟件接口相關(guān)描述為硬件的抽象層，驅(qū)動層外設(shè)完成提供的基本功能所需要的程序、數(shù)據(jù)總和。API層在基于驅(qū)動層和硬件抽象層基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)設(shè)備基本功能單元的模塊、數(shù)據(jù)的總和，應(yīng)用層主要面對應(yīng)用算法、應(yīng)用數(shù)據(jù)處理程序和數(shù)據(jù)代碼的總和。

2.多維度GIS航標(biāo)平臺搭建

多維度GIS航標(biāo)平臺值得是將航標(biāo)的空間數(shù)據(jù)展現(xiàn)在多維度空間上，將海洋的信息反映三維空間坐標(biāo)和時間坐標(biāo)上，其中的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)庫的建設(shè)、航標(biāo)建設(shè)和監(jiān)控應(yīng)用程序開發(fā)，從系統(tǒng)搭建上看，主要分為維護層、業(yè)務(wù)層、多維度顯示層等結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以和網(wǎng)路環(huán)境相對應(yīng)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)和CPU控制中心存在接口，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括航標(biāo)發(fā)布系統(tǒng)，航標(biāo)遙測遙感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)共享機制等交換技術(shù)。多維度模型主要包括多維度場景，航標(biāo)監(jiān)控響應(yīng)模塊、航標(biāo)設(shè)置模塊、AIS數(shù)據(jù)交互模塊、場景管理模塊，每個模塊都包含網(wǎng)絡(luò)管理和基礎(chǔ)海量數(shù)據(jù)庫，可以對航標(biāo)平臺起到支撐作用。

從功能上來說，航標(biāo)多維度GIS系統(tǒng)是復(fù)雜的交互式三維仿真和場景數(shù)據(jù)動態(tài)變化的系統(tǒng)，實時監(jiān)控模塊包括航標(biāo)狀態(tài)的查詢和分析、航標(biāo)狀態(tài)設(shè)置、航標(biāo)故障實時報警和航標(biāo)多維路徑巡查功能。航標(biāo)狀態(tài)查詢和分析在于尋檢有遙測遙控終端的航標(biāo)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，隨后，根據(jù)航標(biāo)工作的參數(shù)對尋查的數(shù)據(jù)進行自動查看，在網(wǎng)路的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)報警功能。多為數(shù)據(jù)的生產(chǎn)包括三維船舶自動生成，時間軸數(shù)據(jù)，船舶接觸航標(biāo)報警，航道過往船只在監(jiān)控等。另外，還包括場景管理，場景管理的基礎(chǔ)是系統(tǒng)提供的仿真和漫游功能，包括航道的潮汐模擬、風(fēng)浪特效的生成等三位數(shù)據(jù)，時間包括過去時間的研究以及未來時間可能發(fā)生事件的預(yù)測。航標(biāo)多維GIS系統(tǒng)在航標(biāo)設(shè)置和管理中的作用非常巨大，可以用最直觀的再現(xiàn)航標(biāo)設(shè)置后的效果，對航標(biāo)設(shè)置方案的審定和選擇，最終實現(xiàn)航海監(jiān)控者對現(xiàn)場整體環(huán)境的觀察，成為了一種快速的實現(xiàn)手段。

3.系統(tǒng)配布優(yōu)化

GIS航標(biāo)管理是一項建立航標(biāo)信息管理探索的關(guān)鍵技術(shù)，對關(guān)鍵技術(shù)的要求首先需要從數(shù)據(jù)的管理入手，針對不同的港口情況，可以引進航道信息編碼和航標(biāo)信息的圖庫，利用分類碼讓看似混亂的GIS數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的編碼器相連，編制具備獨特風(fēng)格的航標(biāo)專用配布圖。航標(biāo)優(yōu)化配布的主要目的是在各種影響之下，對航標(biāo)進行最早的位置調(diào)整和研究，準(zhǔn)確的反映出航道的變化，前提上說，需要對歷史數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建系統(tǒng)該模型，同時，進行標(biāo)位的預(yù)測，并對配布的結(jié)果進行整體評價。

在對GIS技術(shù)進行應(yīng)用的過程中，需要需要考慮到其他影響因素，例如能見度、風(fēng)向、風(fēng)俗、水流情況，浪花，港口航道的長度，船舶流量等，任何一種因素的存在都有可能對結(jié)果產(chǎn)生影響，根據(jù)以上因素建立的COM對象，存儲在DLL模型庫中，而且根據(jù)實際的應(yīng)用需要進行新建模型的預(yù)測和分析，最終得到影響航標(biāo)配布工作因素的目標(biāo)函數(shù)動態(tài)鏈接庫，應(yīng)用多維度的模型進行航標(biāo)的配布工作指導(dǎo)和管理，充分發(fā)揮出航標(biāo)配布的功能，如圖2所示，為某航標(biāo)管理結(jié)構(gòu)的配布網(wǎng)絡(luò)簡圖。

4.總結(jié)

GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)可以很好的對航標(biāo)的設(shè)計、搭建和應(yīng)用起到良好的支撐作用，可以有效的增強航標(biāo)的工作效率，縮短維修時間，優(yōu)化工作流程，提高船舶航行安全，但相對來說，目前該技術(shù)應(yīng)用的全面性還需要進一步提高，例如文中提到的多維度航標(biāo)配布系統(tǒng)搭建，為未來的工作當(dāng)中，應(yīng)該更多的著眼于更全面的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用。

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