水上智能平臺監(jiān)控系統(tǒng)

1、<p><b>　　河北農(nóng)業(yè)大學(xué)</b></p><p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計)</p><p>　　題 目： 水上智能平臺監(jiān)控系統(tǒng) </p><p>　　學(xué) 部： 信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　專業(yè)班級： 計算機科學(xué)與技術(shù) </p><p>　

2、　學(xué) 號： 2009234030312 </p><p>　　學(xué)生姓名： 吳凡 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： 王克儉 </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： 教授 </p><p><b>　　2013年6月2日</b><

3、/p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）是一種綜合了衛(wèi)星定位、陀螺羅經(jīng)、計程儀等導(dǎo)航設(shè)備的信息，通過VHF數(shù)據(jù)鏈向外播發(fā)與接收相應(yīng)信息，并在雷達(dá)或電子海圖等顯示設(shè)備上顯示周邊船舶位置及航行動態(tài)信息的新型導(dǎo)航通信系統(tǒng)。通過AIS獲取到所需船舶的動態(tài)及靜態(tài)信息，就可以對船舶進(jìn)行全方位、實時的監(jiān)控。</p><

4、p>　　船舶實時監(jiān)控系統(tǒng)是利用自動識別系統(tǒng)(AIS)、電子海圖系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)對所有裝有AIS設(shè)備的船舶進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控中心通過串口接收AIS接收機傳來的AIS數(shù)據(jù)電文，解析后一邊送到AIS船舶數(shù)據(jù)庫存儲，一邊直接送到電子海圖平臺上進(jìn)行實時顯示，用戶在電子海圖平臺上通過讀取AIS船舶數(shù)據(jù)庫來獲得所需船舶信息。</p><p>　　本文系統(tǒng)分析了當(dāng)前AIS發(fā)展?fàn)顩r，介紹了AIS的組成、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、與AIS信息

5、處理相關(guān)的接口協(xié)議，提出系統(tǒng)的總體設(shè)計方案并對系統(tǒng)的功能進(jìn)行劃分，以VS2005為開發(fā)工具，對AIS信息電文進(jìn)行解析處理，并把解析后的數(shù)據(jù)存儲到SQL Server數(shù)據(jù)庫中，并在電子海圖顯示平臺上將數(shù)據(jù)多樣化展示。</p><p>　　關(guān)鍵字：水上智能交通；電子海圖顯示系統(tǒng)；水運安全 </p><p><b>　　Abstract</b></p><

6、;p>　　In recent years, the software industry has been greatly developed, from a service and only a few industries, to the full, three-dimensional services to all industries. But today, whether domestic or foreign, inte

7、lligent monitoring the ship's water, are just beginning shortly. Currently in the maritime, waterways, power, petroleum, ports, fisheries, border control, salvage and other water-related industries will need to water

8、s voyages dynamic real-time monitoring. For example: in the maritime ind</p><p>　　Key words: Water Intelligent Transportation，Electronic Chart Display System，Water safety</p><p><b>　　目 錄

9、</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題的背景和意義1</p><p>　　1.2 研究現(xiàn)狀2</p><p>　　2 船載AIS的結(jié)構(gòu)與功能3</p><p>　　2.1 AIS的構(gòu)成3</p><p&g

10、t;　　2.1.1 數(shù)據(jù)的采集部分3</p><p>　　2.1.2 信號處理與系統(tǒng)控制器3</p><p>　　2.1.3 信息顯示器4</p><p>　　2.1.4 VHF收發(fā)機部分4</p><p>　　2.2 AIS的功能特點4</p><p>　　2.3 AIS的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)4</p>

11、;<p>　　2.3.1 物理層6</p><p>　　2.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層6</p><p>　　2.3.3 網(wǎng)絡(luò)層6</p><p>　　2.3.4 傳輸層7</p><p>　　3 船載AIS原理9</p><p>　　3.1 船載AIS的工作原理9</p><p&

12、gt;　　3.1.1 TDMA數(shù)據(jù)鏈同步9</p><p>　　3.1.2 AIS時隙接入?yún)f(xié)議10</p><p>　　3.2 自組織通信原理10</p><p>　　3.3 AIS接口協(xié)議12</p><p>　　3.3.1 IEC 61162協(xié)議12</p><p>　　3.3.2 電氣規(guī)范13<

13、/p><p>　　3.3.3 語句格式及符號13</p><p>　　3.3.4 ITU-R M.1371-1協(xié)議14</p><p>　　4 系統(tǒng)總體設(shè)計15</p><p>　　4.1 系統(tǒng)功能15</p><p>　　4.2 系統(tǒng)框架16</p><p>　　4.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)17&

14、lt;/p><p>　　4.3.1 數(shù)據(jù)流程17</p><p>　　4.3.2 數(shù)據(jù)存儲18</p><p>　　5 電子海圖顯示19</p><p>　　5.1 電子海圖概述19</p><p>　　5.2 海圖信息顯示20</p><p>　　5.3 圖像縮放20</p>

15、;<p>　　6 系統(tǒng)實現(xiàn)及軟件操作22</p><p>　　6.1 海圖操作22</p><p>　　6.1.1 統(tǒng)符號說明22</p><p>　　6.1.2 船舶簡要操作說明23</p><p>　　6.2 功能按鈕24</p><p>　　6.2.1 繪圖工具25</p>

16、<p>　　6.2.2 海圖漫游25</p><p>　　6.2.3 圖層顯示27</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　選題的背景和意義</b></p><p>　　水上智能平臺監(jiān)控系統(tǒng)是高度智能化的水上綜合信息管理平臺，是水上執(zhí)法力量地理信息系統(tǒng)的

17、延伸，更是一次飛躍。系統(tǒng)采用框架式的結(jié)構(gòu)，完全打破了原有的架構(gòu)，只保留了其功能。系統(tǒng)自建了通航要素管理數(shù)據(jù)庫，提供詳細(xì)的管理單位、船舶、碼頭、錨地等信息， AIS識別系統(tǒng)。系統(tǒng)通過不同信息分層控制顯示的方式，實現(xiàn)多種信息綜合顯示；利用多種報警機制，實現(xiàn)對船舶的動態(tài)監(jiān)管；借助分布式技術(shù)，實現(xiàn)強大的統(tǒng)計功能。</p><p>　　AIS實際上是一移動通信系統(tǒng)，它在海上VHF頻段采用SOTDMA方式播發(fā)船舶的靜態(tài)數(shù)據(jù)和

18、動態(tài)數(shù)據(jù)，同時接收其它船舶發(fā)出的信息并顯示。這將有助于船舶的識別和信息交換，從而提高船舶航行安全和效率。</p><p>　　AIS的目的是讓所有船舶都安裝有自動應(yīng)答和識別裝置，裝有這種裝置的船舶就可以互相“看得見”。船舶之間“看得見”，意味著不須人為介入便能夠連續(xù)交換重要的航行數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前航行狀態(tài)和其它動態(tài)信息。這對航海的安全、海上交通的控制和海事環(huán)境的監(jiān)視是非常有益的。AIS系統(tǒng)的出現(xiàn)對傳統(tǒng)的船舶監(jiān)控帶來新

19、的理念，使海上船舶管理發(fā)生很大變化，各方通過AIS將獲取到所需船舶的動態(tài)及靜態(tài)信息，可以對船舶進(jìn)行遠(yuǎn)程、實時的監(jiān)控。</p><p>　　AIS是依靠岸基的VHF岸臺和移動的船舶安裝無線應(yīng)答器系統(tǒng)來工作的?；谝粋€可由控制站操作員調(diào)整的時間表，基站對所有的船在70信道上發(fā)出一個電信號。這個信號可以是廣域的，也可以是局域的。只有安裝了AIS系統(tǒng)的船對呼叫產(chǎn)生應(yīng)答(不是已經(jīng)登錄到系統(tǒng)的船)。基站在船的移動中自動獲得信

20、息。AIS電腦將決定在工作信道上進(jìn)入船舶的系統(tǒng)或者是在70信道上監(jiān)視船舶。</p><p>　　AIS基站將一組數(shù)字和信道按順序分配給船臺。船臺就會切換到AIS信道。在適當(dāng)?shù)臅r間，基站會將其他所有的船在系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通知給船臺。船和岸、船和船、岸和船的信息傳遞已經(jīng)實現(xiàn)了。操作員以特定的目的輸入一個空的表格文本信息。AIS電腦從自己的操作員或者船臺得到發(fā)送指令后會將信息打包成合適的尺寸和次數(shù)并發(fā)送出去。經(jīng)過授權(quán)的用戶

21、可以通鏡像位置看到控制臺操作員所看到的所有一切，并能放大或者縮小控制地帶中的任何區(qū)域。選擇的船舶的所有可能的信息都會在屏幕上顯示出來。電腦屏幕可以將所有航船的電子海圖信息和圖標(biāo)再發(fā)送出去。操作者自己的信息，跟所有被選擇的船一樣，包括航程、航線的數(shù)據(jù)，在任何時間都可以提供。</p><p>　　1998年10月IMO NAV（航行安全技術(shù)分委會)第45次會議，對將于2002年7月1日生效的SOLAS公約第v章第20

22、條(船載航行系統(tǒng)和設(shè)備的配各要求和運行標(biāo)準(zhǔn))中，擴大了設(shè)備系統(tǒng)配備要求范圍，其中較為重要的自動化航行設(shè)備有“通用船載自動識別系統(tǒng)(AIS)”和“航行數(shù)據(jù)記錄儀(VDR)”，提交2000年5月IMO MSC大會通過。</p><p><b>　　研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　我國對AIS研究工作與國際先進(jìn)的國家相比開展的比較晚，但后續(xù)的發(fā)展速度很快，有相當(dāng)多的關(guān)

23、于AIS的文章發(fā)表，交通部海事局也于2000年開始組織有關(guān)人員開展對AIS的研究工作，編寫了AIS應(yīng)用技術(shù)研究報告和中國海事AIS配布方案，各科研單位、相關(guān)院校和海事部門也在積極開發(fā)基于AIS的船舶監(jiān)控系統(tǒng)，有些系統(tǒng)已投入使用并且在不斷完善之中。</p><p>　　隨著我國AIS岸臺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的逐步建設(shè)完善，在研究利用AIS進(jìn)行的船舶遠(yuǎn)程及實時監(jiān)控時，為了對船舶進(jìn)行有效監(jiān)控，必須利用AIS設(shè)備通過串口對船舶所發(fā)的

24、動靜態(tài)信息進(jìn)行接收，目前，PC機一般都有串行接口，所以要利用Visual c++6．0開發(fā)一個串行通信類，并在此基礎(chǔ)上編寫對AIS協(xié)議的解析程序。通過串行接口接收的數(shù)據(jù)是按照AIS的IEC61162標(biāo)準(zhǔn)封裝的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。必須對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，才能知道具體的通信內(nèi)容。把解析后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，是這部分需要完成的任務(wù)，而且希望對它的改動不會影響到整個系統(tǒng)。因此，本部分程序做成了動態(tài)鏈接庫的形式，對它的調(diào)用不受編程語言和調(diào)用程序的影響。

25、</p><p>　　為了對接收到的AIS船舶動靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，本文設(shè)計了AIS數(shù)據(jù)接受和發(fā)送兩個數(shù)據(jù)庫，分別存儲接收到的其他站臺信息和本船信息及本船發(fā)送給其他臺站的信息。</p><p>　　為了直觀地監(jiān)控船舶的動向，就要把接收到的數(shù)據(jù)實時顯示在電子海圖上。系統(tǒng)通過調(diào)用相應(yīng)的電子海圖，把收到的船舶當(dāng)前經(jīng)、緯度，轉(zhuǎn)換成設(shè)備坐標(biāo)，在屏幕上畫出船舶的位置。并且，設(shè)計一個界面，用來察看船舶詳細(xì)

26、信息和發(fā)送消息，以及顯示歷史信息。</p><p>　　隨著我國AIS在船舶監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展，必將加快海事管理現(xiàn)代化的進(jìn)程，同時將帶動我國相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟發(fā)展。</p><p>　　船載AIS的結(jié)構(gòu)與功能</p><p>　　AIS采用專用的國際頻道，按規(guī)定的通信方式和運行模式，在其信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，自動向鄰近的岸臺和其他船舶播發(fā)本船的呼號和船名、船長和船寬、船

27、舶與貨物類型、船位、航向和航速等航行狀態(tài)及安全信息。同時，能自動接收來自配備AIS設(shè)備的船舶所播發(fā)的上述信息，以及岸臺AIS播發(fā)的相關(guān)信息。</p><p><b>　　AIS的構(gòu)成</b></p><p>　　AIS的基本構(gòu)成包括：數(shù)據(jù)的采集部分、信號處理與系統(tǒng)控制器、信息顯示器、VHF收發(fā)機部分等。如圖1.1所示：</p><p>　　圖1

28、.1 AIS的結(jié)構(gòu)組成</p><p><b>　　數(shù)據(jù)的采集部分</b></p><p>　　接收來自GPS接收機的本船船位、對地航速、同步UTC以及來自電羅經(jīng)的本船對地航速等信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入信息處理器，還有包括從輸入裝置中輸入的信息。接口電路對所采集的GPS及其它傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，并輸入信息處理器。</p><p>　　信號

29、處理與系統(tǒng)控制器</p><p>　　此為AIS的核心部分，通常是一個嵌入式微處理系統(tǒng)，用于存儲本船識別碼、船名、呼號、船型等靜態(tài)信息以及船舶吃水、危險貨物類型、航線等航行相關(guān)信息；處理并存儲本船動態(tài)信息；將存儲本船最新航行數(shù)據(jù)和必要的靜態(tài)信息以及與航行相關(guān)的其它信息進(jìn)行編碼后送至發(fā)射機；對接收來自周圍其他船舶的航行數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并存儲解碼后的數(shù)據(jù)；將本船和其他船舶的航行數(shù)據(jù)等信息送至信息顯示器顯示；信息處理器中包

30、括船舶的靜、動態(tài)數(shù)據(jù)庫以及對信息的處理、管理控制、時隙選擇、同步監(jiān)測、顯示等相應(yīng)軟件。</p><p>　　系統(tǒng)控制器控制VHF收發(fā)機在VHF的CH87B(161.975MHz)、CH88B(162.025MHz)兩個國際專用頻道自動發(fā)射和接收通信協(xié)議規(guī)定的GMSK信號。GMSK調(diào)制方式可改善MSK信號頻譜特性，確保以盡可能窄的頻帶傳輸盡可能高的信息流。</p><p>　　AIS的工作方

31、式有自主連續(xù)模式(Automatic and Continuous)、分配/指配模式(Assigned)和輪詢/受控模式(Polled or Controlled)。</p><p><b>　　信息顯示器</b></p><p>　　顧名思義，用于顯示各種數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，監(jiān)視系統(tǒng)運行狀況。通常與雷達(dá)、ARPA及電子海圖顯示器融為一體。</p><

32、p><b>　　VHF收發(fā)機部分</b></p><p>　　VHF收發(fā)機由系統(tǒng)信息處理器控制，按照IEC61162協(xié)議，用VHF的CH87B(161．975MHz)，CH88B(162．025MHz)兩個國際專用頻道自動發(fā)射和接收通信協(xié)議方案規(guī)定的高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)信號，已調(diào)信號中含有本船和他船和航行信息，AIS同時在這兩個頻率上接收信息，而發(fā)射信息是在這兩個頻率上交替

33、進(jìn)行。此外，主管部門還可以指配AIS的區(qū)域性頻率。</p><p><b>　　AIS的功能特點</b></p><p>　　系統(tǒng)工作特點：在所有區(qū)域內(nèi)自主和連續(xù)工作，由交管監(jiān)視中心指配工作模式，以便于主管部門控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g隔和時隙，數(shù)據(jù)的傳輸響應(yīng)來自于船舶或主管部門的詢問，有輪詢和受控兩種模式。</p><p>　　系統(tǒng)傳輸?shù)撵o態(tài)信息：IM

34、O編碼(如有)、呼號和船名、船的長度和寬度、船的類型、定位天線在船上的位置。</p><p>　　系統(tǒng)傳輸?shù)膭討B(tài)信息：船位、國際協(xié)調(diào)時、對地航向、對地航速、航跡向、航行狀態(tài)、轉(zhuǎn)向率、橫傾角(選用項)、縱傾和橫擺(選用項)。</p><p>　　系統(tǒng)傳輸?shù)暮叫邢嚓P(guān)信息：船舶吃水、危險貨物類型、目的港和預(yù)計到達(dá)時間、航行計劃(選用項)、簡明的安全信息。</p><p>

35、　　技術(shù)特點：AIS采用自組織時分多址聯(lián)接(SOTDMA)工作模式，無線傳輸?shù)膸挒?5KHz／12.5KHz，F(xiàn)M／GMSK調(diào)制方式和NRZI數(shù)據(jù)編碼方式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋忍芈蕿?600b/s。</p><p>　　AIS的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)，是IS0推薦給計算機網(wǎng)絡(luò)通信的參考模型，其從高層到低層的一共有七層。OSI七層模型稱作開放式系統(tǒng)互連參考模型(簡

36、稱0SI模型)。其原本開發(fā)的目的是為了基于計算機的系統(tǒng)間建立可相互理解和輔助發(fā)展數(shù)據(jù)連接而提供一個通用結(jié)構(gòu)，它可以在眾多不同的數(shù)據(jù)和通信協(xié)議間建立起符合國際標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。</p><p>　　AIS作為VHF無線通信網(wǎng)絡(luò)，引入OSI概念，其采用了OSI的低四層結(jié)構(gòu)，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層。表1.1表示了AIS的分層模型。</p><p>　　表1.1 AIS的OSI模型<

37、/p><p><b>　　物理層</b></p><p>　　物理層涉及到通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?。主要處理機械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題。AIS中的物理層負(fù)責(zé)比特流傳輸、VHF收發(fā)機的功率控制、控制收發(fā)機和信道時序等工作，其性能參見表1.2所示：</p><p>　　表1.2 物理層性能參數(shù)</p>

38、<p><b>　　數(shù)據(jù)鏈路層</b></p><p>　　數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是加強物理層傳輸原始比特的功能，使之對網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為一條無錯線路。它要解決由于幀的破壞、丟失和重復(fù)所出現(xiàn)的問題。要解決的另一個問題就是防止高速的發(fā)送方的數(shù)據(jù)把低速的接收方“淹沒”，因此需要流量調(diào)節(jié)機制。該層又分成三個分層：媒體訪問控制(MAC)；數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)(DLS)；鏈路管理(LME)。</p&

39、gt;<p>　　媒體訪問控制(MAC)提供聯(lián)接VHF數(shù)據(jù)鏈的方法，向上面的子層提供透明的服務(wù)。主要功能可以分為TDMA信道同步、時隙狀態(tài)的判別和處理、信道訪問等。同時，MAC子層還采用一定方法對從物理層接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗處理。AIS系統(tǒng)以UTC時間為基準(zhǔn)，將UTC時間的1min作為一幀，并將其分為2250個時隙。AIS臺互相之間連續(xù)同步，避免了時隙發(fā)射的重疊。</p><p>　　數(shù)據(jù)鏈路

40、服務(wù)(DLS)的作用是數(shù)據(jù)鏈路的激活和釋放、數(shù)據(jù)傳輸及誤差檢測與控制。數(shù)據(jù)鏈的激活和釋放功能是基于MAC層，DLS層偵聽、激活或釋放數(shù)據(jù)鏈，根據(jù)時隙識別的結(jié)果，若當(dāng)前時間段被標(biāo)注為空閑或外部分配狀態(tài)時，表明設(shè)備處于接收模式，并負(fù)責(zé)偵聽數(shù)據(jù)鏈上其它用戶的情況。數(shù)據(jù)傳遞，采用面向比特的協(xié)議，該協(xié)議基于高級數(shù)據(jù)鏈控制(HDLC)。誤差檢測和控制的處理運用CRC多項式計算求和。</p><p>　　鏈路管理(LME)的功

41、能是控制DLS、MAC層和物理層的運行。包括AIS臺的三種工作模式、數(shù)據(jù)鏈的連接、接入算法的確定。包括信道訪問時的各種參數(shù)的確定、報告速率的指定、發(fā)射時隙的指定、信息結(jié)構(gòu)和信息類別等。</p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)層</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是信道管理，建立和保持信道發(fā)射信息包的分配和數(shù)據(jù)鏈擁塞的解決等。其功能有：</p><

42、;p>　　(1)建立和維護信道連接；</p><p>　　(2)信息優(yōu)先分配的管理；</p><p>　　(3)信道間傳輸組的分配；</p><p>　　(4)解決數(shù)據(jù)鏈阻塞的問題，當(dāng)數(shù)據(jù)鏈的負(fù)荷達(dá)到危害信息發(fā)射的程度時，可以使用Robin Hood準(zhǔn)則來解決。</p><p><b>　　傳輸層</b></

43、p><p>　　這一層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成大小正確的發(fā)射信息包、數(shù)據(jù)分組排序和與較高層的接口規(guī)程。</p><p>　　發(fā)射信息包的定義是最終能與外部系統(tǒng)進(jìn)行通信的信息內(nèi)部表述法，有尺寸大小并遵從數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則。其來源是位置傳感器，如GPS。AIS的信息是通過信息數(shù)據(jù)包來傳輸?shù)?，一幀?min，分為2550個時隙，每個時隙還有256bits。如圖1.2所示：</p><p>

44、　　圖1.2 AIS數(shù)據(jù)幀組成</p><p>　　對準(zhǔn)序列也稱同步碼，它把收發(fā)兩端時鐘對準(zhǔn)，并使碼位對齊，以給出每個碼元的判斷時刻。開始標(biāo)記稱字同步，它表示信息的開始位，作為信息起始的時間標(biāo)準(zhǔn)。信息數(shù)據(jù)是所需傳輸?shù)男畔?nèi)容，它分為信息標(biāo)志和信息內(nèi)容。信息標(biāo)志表示信息類型、信息數(shù)量、優(yōu)先級和路徑。信息內(nèi)容既通信雙方所需求的數(shù)據(jù)。幀校驗序列用于檢測傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否正確，其采用循環(huán)冗余校驗(CRC)。結(jié)束標(biāo)記表示信息傳

45、輸結(jié)束。</p><p><b>　　船載AIS原理</b></p><p>　　船載AIS的工作原理</p><p>　　AIS采用時分多址(TDMA)通信方式，它把每個信道的時間分成固定的時隙，而TDMA技術(shù)需要所有電臺保持時間上的同步。</p><p><b>　　TDMA數(shù)據(jù)鏈同步</b>&

46、lt;/p><p>　　在AIS中，共同的時間參考基準(zhǔn)是協(xié)調(diào)世界時，主要的時間源是GPS時間。當(dāng)然，其它與UTC相關(guān)的時間也可以作為AIS的時間源。因此，AIS的TDMA數(shù)據(jù)鏈路上的每一幀與協(xié)調(diào)世界時的每一分鐘同步。</p><p>　　AIS采用以下4中方法來產(chǎn)生對UTC時間的估計：</p><p>　　(1)直接與UTC同步</p><p>

47、　　裝備了GPS接收機的用戶能夠自己估計UTC時間(GPS時間)。這是使AIS獨立于岸站的主要時間參考。</p><p>　　(2)間接與UTC同步</p><p>　　當(dāng)一個電臺不能從GPS接收機中得到UTC時間，但能接收到與UTC同步的其他電臺的信號時，這個電臺將與他們中的一個同步。</p><p>　　(3)與岸臺同步(直接或間接)</p>&l

48、t;p>　　若船臺不能用以上的方法同步，但能接收到岸臺的信號，這個臺將同于接收的岸臺中能接收到的臺站數(shù)量最多的那個臺站。當(dāng)船臺能接收到幾個接收臺數(shù)量相同的岸臺發(fā)送的信息時，應(yīng)選用海上移動業(yè)務(wù)識別(MMSI)最小的岸臺。</p><p>　　(4)與一個移動臺同步</p><p>　　當(dāng)某個海區(qū)的移動臺都丟失了UTC時間基準(zhǔn)，并且接收不到岸臺的信號時，這些臺將同步于它們之中能接收到的臺

49、站數(shù)量最多的那個移動臺。當(dāng)船臺能接收到幾個其他船臺發(fā)送的消息，而其中每個臺所能接收到的臺站數(shù)量相同時，移動臺應(yīng)選用MMSI最小的船站，該船臺將成為同步調(diào)整的信號臺。</p><p>　　當(dāng)一個船臺無法獲得UTC時，應(yīng)采用后續(xù)兩種方式：</p><p><b>　　(1)時間相位同步</b></p><p>　　時間相位同步是指臺站秘用從其他臺站

50、或岸站接收的信息對自身進(jìn)行同步調(diào)整的方法。船臺通過時間相位同步可以保證臺站問具有較高的同步穩(wěn)定性，并能保證不會產(chǎn)生消息邊界的重疊。是否采用時間相位同步必須等到接收到結(jié)束標(biāo)志和有效的檢驗序列之后再決定。</p><p><b>　　(2)幀同步</b></p><p>　　幀同步是指船臺將接收到的其他船臺或岸站的當(dāng)前時隙號作為自己的當(dāng)前時隙號，以保證自身的幀與周圍臺站的

51、同步。</p><p><b>　　AIS時隙接入?yún)f(xié)議</b></p><p>　　在AIS中有四種時隙接入?yún)f(xié)議：自組織時分多址(SOTDMA)協(xié)議，增量式時分多址協(xié)議(ITDMA)、隨機式時分多址協(xié)議(RATDMA)和固定式時分多址協(xié)(FATDMA)。這些協(xié)議共同存在和同時運行于TDMA信道中，以支持AIS的3種工作模式和各項功能。</p><p

52、>　　(1)自組織時分多址(SOTDMA)協(xié)議</p><p>　　移動臺站使用SOTDMA協(xié)議廣播位置和標(biāo)志信息給附近的所有其他站臺。這個協(xié)議的目的是提供一種接入算法以便在沒有控制臺干預(yù)的情況下，迅速解決通信碰撞問題。由SOTDMA協(xié)議傳輸?shù)膱笪木哂兄芷谛?，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路上的其他用戶進(jìn)行不斷更新的監(jiān)視。</p><p>　　(2)增量式時分多址(IDMA)協(xié)議</p>

53、<p>　　ITDMA支持電臺在數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)絡(luò)入口、臨時改變報告率和傳送與安全有關(guān)的報文時，預(yù)定傳輸時隙。第一個ITDMA時隙總是由SOTDMA或RATDMA分配。在第一個ITDMA時隙傳輸前，電臺必須先隨機的選擇下一個跟隨的ITDMA時隙，并計算相對偏差。此值隨報文一起傳輸以指示該電臺預(yù)定時隙。</p><p>　　(3)隨機式時分多址(RATDMA)協(xié)議</p><p>

54、　　在沒有先前預(yù)定時，要使用RATDMA接入數(shù)據(jù)鏈路。這通常在數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)絡(luò)入口處或者非周期性報文傳輸時發(fā)生。RATDMA使用概率持續(xù)算法在可選時隙中確定傳輸時隙。RATDMA使用的概率持續(xù)算法是：當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個候選時隙時，系統(tǒng)在0-100間隨機選擇一個概率值，將該值與當(dāng)前的傳輸概率相比較，若不大于當(dāng)前傳輸概率，則傳輸在候選時隙內(nèi)進(jìn)行，否則，將當(dāng)前傳輸概率加上一個概率增量，并且等待下一個候選時隙的到來。RATDMA的選擇間隔應(yīng)為150個時隙

55、，相當(dāng)于4秒。所有候選時隙應(yīng)在該選擇時段之中，因此一次傳輸可在4秒內(nèi)完成。</p><p>　　(4)固定式時分多址(FATDMA)協(xié)議</p><p>　　只有岸臺或控制臺才能使用FATDMA。通過FATDMA協(xié)議，岸臺能在預(yù)定的時間進(jìn)行編程發(fā)射，而不管信道中的其他預(yù)定情況。這個協(xié)議可以避免在某些情況下移動站臺占用岸臺預(yù)定的時隙。該協(xié)議支持周期性播發(fā)的報文。</p><

56、;p><b>　　自組織通信原理</b></p><p>　　AIS的核心技術(shù)是海上自組織無線數(shù)據(jù)鏈路。該鏈路工作于VHF海上移動頻段，利用自組織時分多址算法，具有自組織通信能力。所謂“自組織通信”的含義是指加入到該數(shù)據(jù)鏈路上的每個移動站臺能在沒有基地臺站控制的情況下，自主地選擇自己的發(fā)射方案，并能夠自動的避免和解決通信沖突問題。</p><p>　　海上自組織

57、無線數(shù)據(jù)鏈路的原理如圖2.1所示。它的主要特征是在它的每一個傳輸報文中都包含下一次傳輸?shù)臅r間信息(傳輸時隙)，以便通知數(shù)據(jù)鏈路上的其他臺站不要占用這個時隙，因而為自己預(yù)留了下一次廣播的時隙；同時，海上自組織無線數(shù)據(jù)鏈路要求在3—8分鐘的時間范圍內(nèi)重新選擇一次時隙，以解決鏈路上因為移動臺運動而可能產(chǎn)生的通信碰撞。此外，海上自組織無線數(shù)據(jù)鏈路還能通過時隙復(fù)用來主動處理因通信鏈路容量過載而帶來的通信碰撞。</p><p&g

58、t;　　圖2.1 自組織通信原理圖</p><p>　　海上自組織無線數(shù)據(jù)鏈路的一個重要特征是它為一個新傳輸或?qū)韨鬏敹M(jìn)行預(yù)定時隙的選擇方法。當(dāng)信道不忙時，時隙的選擇是直接的。因為很容易找到?jīng)]有被其他臺站預(yù)定的時隙。當(dāng)信道變忙而不容易找到未被預(yù)定的時隙時，SOTDMA技術(shù)允許一個臺站有條件的使用由另一個遠(yuǎn)距離臺站預(yù)定的時隙。這種時隙選擇方法的益處是時隙的選擇可以由所有臺站進(jìn)行而不需要有岸臺進(jìn)行信道資源管理。時隙

59、選擇時應(yīng)注意以下幾個方面：</p><p>　　(1)當(dāng)一個應(yīng)用要發(fā)射數(shù)據(jù)或為將來發(fā)射數(shù)據(jù)而進(jìn)行時隙預(yù)定時，首先確定將要選擇時隙的范圍(SI)。在網(wǎng)絡(luò)入口階段，該值一般取150個時隙，大約相當(dāng)于4秒。在周期運行時，該值與報告率有關(guān)，一般取值范圍為報告間隔的1/5。</p><p>　　(2)推導(dǎo)出一個可選時隙的列表。這些可選時隙是選擇范圍內(nèi)的一部分時隙，它們由“自由(未被預(yù)定)”時隙和“可

60、用”時隙組成?？捎脮r隙是指那些已被其他臺預(yù)定，但可以依據(jù)準(zhǔn)則進(jìn)行復(fù)用的時隙。在最終選擇一個時隙前，推導(dǎo)出4個以上可選時隙是很重要的，這樣可以減少多個站臺選擇一個時隙的可能性。</p><p>　　(3)當(dāng)從一個信道的可選時隙中進(jìn)行最終選擇的時，要考慮另一個信道中的情況。如果另一個信道中的相應(yīng)時隙被一個近距離臺站使用，這個時隙就要從可選時隙列表中抹去。</p><p>　　(4)由于信道轉(zhuǎn)換

61、需要時間，系統(tǒng)自身無法在位于兩個平行信道相鄰的時隙上傳輸信息。因此，在一個信道所用時隙任意一邊的2個相鄰時隙不應(yīng)作為另一個信道上的候選時隙。</p><p>　　(5)最終時隙是從可選時隙中等概率的隨機選出。所有可選時隙的選擇可能性是完全一樣的。</p><p>　　(6)時隙選擇應(yīng)在兩個信道上平行進(jìn)行，周期性播發(fā)信息的傳輸應(yīng)在這兩個信道之間交替發(fā)射。這種交替?zhèn)鬏斒且孕诺郎系陌l(fā)射次數(shù)為基礎(chǔ)

62、的，與時間幀和時隙無關(guān)。</p><p>　　自組織通信算法是保證AIS進(jìn)行自主和連續(xù)運行的關(guān)鍵。該算法所涉及的參數(shù)有NSS、NS、NI、RR、SI、NTS、TMO，它們的含義見表2.1。</p><p>　　表2.1 自組織通信算法參數(shù)表</p><p>　　AIS在開機后首先進(jìn)入1分鐘的初始化階段。在此階段系統(tǒng)監(jiān)視TDMA信道上的時隙占用情況，了解新到的活動狀態(tài)

63、，確定其他參與者的身份、當(dāng)前時隙的分配和其他用戶報告的位置，建立在整個鏈路上運行的所有站臺的通信目錄和反映TDMA信道活動的狀態(tài)的時隙圖譜。1分鐘過后，系統(tǒng)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)入口階段，開始根據(jù)時間表進(jìn)行信號發(fā)射。</p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)入口階段，系統(tǒng)選擇信息傳輸?shù)牡谝粋€時隙，以便讓數(shù)據(jù)鏈路上的其他站臺發(fā)現(xiàn)自己。首次發(fā)送的信息總是船位報告，發(fā)射該報告的時隙NSS應(yīng)當(dāng)在當(dāng)前時隙和未來標(biāo)稱增量NI的時間范圍內(nèi)隨機選擇。<

64、;/p><p>　　在正常情況下，時隙的選擇應(yīng)當(dāng)在數(shù)據(jù)鏈路上那些未被分配的自由時隙中進(jìn)行，但當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路負(fù)載增加、信道變得越來越忙時，自由時隙就變得越來越少，主動的時隙復(fù)用開始發(fā)生。這是AIS解決鏈路容量過載，防止系統(tǒng)崩潰的有效手段。時隙復(fù)用的規(guī)則是：當(dāng)信道變得很忙時，系統(tǒng)可以使用那些已經(jīng)被最遠(yuǎn)的臺站分配的時隙，若復(fù)用的時隙是被一個岸臺分配的，該岸臺必須在距此120n mile以外的地方。這種時隙復(fù)用的結(jié)果將導(dǎo)致數(shù)據(jù)鏈

65、路上的廣播范圍逐漸減小。</p><p><b>　　AIS接口協(xié)議</b></p><p>　　IEC 61162協(xié)議</p><p>　　IEC 61162包括IEC 61162-1和IEC 61162-2這兩個標(biāo)準(zhǔn)。IEC 61162-1是在1995年制定的，它是一個單講話器，多受話器標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了海上電子設(shè)備、導(dǎo)航和無線通信設(shè)備之間進(jìn)行通

66、信必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)。后來，IEC 61162-2代替了IEC 61162-1成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定數(shù)據(jù)以可打印的ASCII字符串行發(fā)送，包括船舶位置、速度、吃水深度、船名、MMSI號等信息。每20毫秒發(fā)送一幀消息，一幀消息的數(shù)據(jù)在11到79字符之間。</p><p><b>　　電氣規(guī)范</b></p><p>　　可以在一條線上并聯(lián)一個講話器和多個受話器，并聯(lián)的數(shù)目

67、受各個器件的輸出和輸入驅(qū)動能力限制，它們通過帶兩個插頭的屏蔽雙絞線連接。由于該規(guī)范遵循RS．232電氣標(biāo)準(zhǔn)，兩根線A、B之間的電壓范圍為15V?？臻e信號、停止位的電平為低電平，活動信號、開始位的電平為高電平。</p><p>　　數(shù)據(jù)異步串行傳輸，第一個位為開始位，緊跟數(shù)據(jù)，首先發(fā)送低位數(shù)據(jù)，傳輸波特率為38400比特/秒，每幀8位數(shù)據(jù)，不進(jìn)行奇偶校驗，最后一位是停止位。所有的數(shù)據(jù)都以ASCII碼的形式發(fā)送。如圖

68、3.1所示：</p><p>　　圖3.1 數(shù)據(jù)傳輸格式</p><p><b>　　語句格式及符號</b></p><p>　　IEC 61162協(xié)議規(guī)定，在符合IEC 61162協(xié)議的物理設(shè)備上傳輸?shù)?，只能是可打印的ASCII字符。這些字符不僅有著長度的限制，同時，傳送的文本數(shù)據(jù)還必須符合協(xié)議中所定義的語句格式。這里所說的語句，即指設(shè)備傳送

69、一次完整數(shù)據(jù)的內(nèi)容信息的集合。AIS有三種語句格式：</p><p>　　(1)正式語句。該語句是普遍使用的語句，用來進(jìn)行各種船舶數(shù)據(jù)的傳輸。語句的格式參見IEC 61162協(xié)議。</p><p>　　(2)詢問語句。該語句以全雙工的方式來詢問將被發(fā)送的正式語句，它表明受話者也有機會成為講話者。</p><p>　　(3)私有語句。此語句具體格式不在協(xié)議制定，制造商

70、可以使用這些語句，發(fā)送自定義數(shù)據(jù)。之所以這樣做，是因為來自于各個不同廠商的數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，而且不被普遍使用；或者這些數(shù)據(jù)是用于測試的，不需要專門統(tǒng)一的語句規(guī)范。</p><p>　　IEC 61162的語句是由不同的域組成的，不同的域有不同的意義和表示方法。對于各數(shù)據(jù)的表示、語句類型、講話者的設(shè)備類型都有一定的符號規(guī)定。講話者設(shè)備類型見表3.1所示：</p><p>　　表3.1 講話者設(shè)

71、備類型助記符</p><p>　　ITU-R M.1371-1協(xié)議</p><p>　　國際電信聯(lián)盟的ITU-R M.1371-l協(xié)議在1997年召開的世界無線電通信大會(WRC)上通過，將2個VHF通信頻率分配給海上移動的AIS通信設(shè)備，即將VHF 87B(AIS1)和VHF 88B(AIS2)定為國際通用的AIS設(shè)備通信通道。ITU-R M．1371-1協(xié)議的發(fā)表引起了國際海事組織(I

72、MO)、國際航標(biāo)協(xié)會(IALA)、國際電工技術(shù)委員會(IEC)、國際民用航空組織(ICAO)等的高度重視，并且在此技術(shù)協(xié)議的基礎(chǔ)上，分別制定了適應(yīng)各自行業(yè)的其它相關(guān)技術(shù)規(guī)范：因此，ITU-R M．1371-1協(xié)議是設(shè)計AIS通信設(shè)備的主要技術(shù)規(guī)范。</p><p>　　IEC 61162-1標(biāo)準(zhǔn)支持封裝的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)的傳送。對于AIS來說，二進(jìn)制數(shù)據(jù)的特定意義可從ITU-R M．1371標(biāo)準(zhǔn)獲得。表3.2以電文

73、種類為1、2、3的船舶位置報告電文為例介紹數(shù)據(jù)中二進(jìn)制比特的含義。</p><p>　　表3.2 位置報告電文</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計</b></p><p><b>　　系統(tǒng)功能</b></p><p>　　AIS船舶監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括：系統(tǒng)管理、海圖顯示、海圖操作、船舶顯示

74、、船舶操作這五大部分。</p><p>　　(1)系統(tǒng)管理包括用戶管理、數(shù)據(jù)庫連接和串口管理功能。</p><p>　　用戶管理：設(shè)置用戶級別，增加、修改、刪除用戶。</p><p>　　數(shù)據(jù)庫連接：通過設(shè)置與數(shù)據(jù)庫連接參數(shù)，與AIS船舶數(shù)據(jù)庫建立連接。</p><p>　　串口管理功能：通過設(shè)置串口參數(shù)，啟動AIS數(shù)據(jù)電文的接收，并把接收到

75、的AIS數(shù)據(jù)電文經(jīng)過一系列的解析處理操作后，存儲到AIS船舶數(shù)據(jù)庫中。</p><p>　　(2)海圖顯示包括基礎(chǔ)顯示、標(biāo)準(zhǔn)顯示和全部顯示。主要按相應(yīng)要求對海圖中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、全部數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示；同時可以實現(xiàn)在小比例尺情況下，以三角形形狀表示船舶，在大比例尺情況下，以真實船長船寬的多邊形形狀表示船舶。</p><p>　　(3) 海圖操作包括放大顯示、縮小顯示和平移顯示。主要是通過鼠

76、標(biāo)拉框、點擊以進(jìn)行海圖相應(yīng)區(qū)域的放大、縮小或平移。</p><p>　　(4) 船舶顯示包括船首線、航跡線、船舶標(biāo)識(船名、呼號、MMSI碼)等的顯示控制。</p><p>　　船首線顯示：根據(jù)接收到的AIS動態(tài)數(shù)據(jù)中的船舶船首向，使在海圖上出現(xiàn)的船舶圖形前端顯示或不顯示與之相同方位的矢量線。</p><p>　　航跡線顯示：根據(jù)接收到的AIS動態(tài)數(shù)據(jù)中的船舶歷史位

77、置(即經(jīng)度和緯度)，在海圖上出現(xiàn)的船舶圖形后面顯示或不顯示與之對應(yīng)的過去一段時間內(nèi)的船舶歷史位置。</p><p>　　船舶標(biāo)識顯示：控制顯示或不顯示所關(guān)注船舶的標(biāo)識以及顯示船舶標(biāo)識的種類。</p><p>　　(5) 船舶操作包括航跡回放、報警。</p><p>　　航跡回放：回放歷史某一段時間內(nèi)某一海域中船舶的動態(tài)變化情況。</p><p&g

78、t;　　報警：包括碰撞報警、偏航報警和禁航區(qū)報警。碰撞報警是通過計算船舶間的TCPA、DCPA值，判斷相應(yīng)船舶是否存在碰撞危險，對可能發(fā)生碰撞危險的船舶通過聲光提示進(jìn)行報警；偏航報警是通過計算船舶與指定航線間的間距，判斷該船舶是否偏離航線，對即將偏離出航線或已經(jīng)處于航線范圍之外的船舶通過聲光進(jìn)行報警；禁航區(qū)報警是設(shè)置船舶禁航區(qū)域，當(dāng)船舶進(jìn)入禁航區(qū)后，系統(tǒng)將自動啟動聲光報警。</p><p><b>　　

79、系統(tǒng)框架</b></p><p>　　基于AIS的船舶實時監(jiān)控系統(tǒng)是采用自動識別系統(tǒng)AIS、電子海圖系統(tǒng)ECS、數(shù)據(jù)庫技術(shù)對所有裝有AIS設(shè)備的船舶進(jìn)行高效、實時、全天候的監(jiān)控。</p><p>　　本系統(tǒng)包括兩大模塊：AIS數(shù)據(jù)接收模塊和基于電子海圖平臺的船舶監(jiān)控模塊。通過系統(tǒng)本身配置的AIS接收機，AIS數(shù)據(jù)接收模塊可實時獲取AIS船舶自動播發(fā)的AIS電文，通過進(jìn)一步的解析

80、處理，將相關(guān)的船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)保存到AIS船舶數(shù)據(jù)庫中；船舶監(jiān)控模塊是在AIS船舶數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，將已解析好的船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)顯示在電子海圖平臺上，同時可通過船舶顯示、船舶操作、信息查詢等功能，實現(xiàn)對船舶的監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4.1</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系就是要詳細(xì)描述出系統(tǒng)所要用到的數(shù)據(jù)信息，也可以稱為數(shù)據(jù)字典，在系統(tǒng)設(shè)計時

81、，系統(tǒng)中所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須詳細(xì)記錄下來，如果設(shè)計完成后，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)再發(fā)生變動，對已設(shè)計好的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和軟件接口的改動成本都將非常巨大。本系統(tǒng)包含的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：用戶信息、日志信息、船舶靜態(tài)信息、船舶動態(tài)信息和報警區(qū)域頂點等。</p><p><b>　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)流程</b></p><

82、;p>　　AIS數(shù)據(jù)處理如圖4.2所示，它包括AIS數(shù)據(jù)接收、AIS電文解析、AIS數(shù)據(jù)存儲、AIS數(shù)據(jù)傳輸、AIS數(shù)據(jù)讀取和AIS數(shù)據(jù)顯示等。監(jiān)控中心通過串口接收AIS接收機傳來的AIS數(shù)據(jù)電文，解析后一邊送到ATS船舶數(shù)據(jù)庫存儲，一邊直接送到電子海圖平臺上進(jìn)行實時顯示，用戶在電子海圖平臺上查詢船舶數(shù)據(jù)時是通過讀取AIS船舶數(shù)據(jù)庫來獲得所需數(shù)據(jù)的。</p><p>　　圖4.2 AIS數(shù)據(jù)處理流程<

83、/p><p><b>　　數(shù)據(jù)存儲</b></p><p>　　AIS電文內(nèi)容的數(shù)據(jù)解析完畢后，必須把這些數(shù)據(jù)存儲到硬盤中，才便于以后應(yīng)用和查詢。一般來說，可以存儲到文件，或者數(shù)據(jù)庫中。存儲到文件中，編程簡單，容易實現(xiàn)，但隨著數(shù)據(jù)量的增大，不利于查找。數(shù)據(jù)庫盡管實現(xiàn)過程復(fù)雜，但它對存儲和查詢進(jìn)行了優(yōu)化處理，而且目前也有運行于Windows平臺上的專門數(shù)據(jù)庫軟件可供使用。因

84、此，本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來存儲AIS電文數(shù)據(jù)。就目前的數(shù)據(jù)庫軟件來說，有很多種，主流有：ACCESS、DELPHI、ORACLE、FOXPRO、SQL Server等。</p><p>　　ACCESS、DELPHI、FOXPRO等軟件雖然簡便易用，但作為小型桌面數(shù)據(jù)庫，不具有聯(lián)網(wǎng)功能，對數(shù)據(jù)存儲和查詢優(yōu)化的也不好。ORACLE是目前比較流行的數(shù)據(jù)庫軟件，但對程序員的要求比較高，一時很難全面掌握。SQL Serv

85、er具有大型數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點，又簡單易學(xué)，容易上手。因此，本系統(tǒng)選擇它作為數(shù)據(jù)存儲軟件。</p><p>　　關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的存儲是通過建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)表來進(jìn)行的。由于AIS電文數(shù)據(jù)分為發(fā)送和接收兩部分，應(yīng)建立兩個數(shù)據(jù)庫，分別存儲發(fā)送出去的電文數(shù)據(jù)和接收解析后的數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)庫內(nèi)，依據(jù)電文格式分別建立數(shù)據(jù)表用來存放AIS電文的數(shù)據(jù)。SQL Server提供了多種圖形和命令行工具，用戶可以使用不同的方法來建立和訪

86、問數(shù)據(jù)庫。但這些數(shù)據(jù)庫的核心卻是Transact．SOL語言。SQL查詢分析器是一個圖形用戶界面，用以交互的設(shè)計和測試Transact．SQL語句、批處理和腳本。</p><p>　　建立數(shù)據(jù)庫和表后，必須有一種方法能夠不斷地將協(xié)議解析后的數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的表中。本系統(tǒng)使用ADO連接到SQL Server數(shù)據(jù)庫，在連結(jié)之前，必須生成ODBC數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)源生成之后，就可以在VS中使用ADO技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問。<

87、;/p><p><b>　　電子海圖顯示</b></p><p><b>　　電子海圖概述</b></p><p>　　電子航海圖(ENC)屬于電子海圖數(shù)據(jù)庫，是由各國官方的海道測量局(HO)制作的(也有一些國家由某公司制作，由HO認(rèn)定)符合IHO 557標(biāo)準(zhǔn)的矢量電子海圖。ECDIS的應(yīng)用，離不開全球范圍的數(shù)千幅ENC的支持

88、。所以，IHO正在努力敦促世界各海洋國家制作自己海域的ENC，并成立了一些區(qū)域性的ENC中心，通過國際合作共同完成全球ENC數(shù)據(jù)庫的建立，并逐步建立全球的ER發(fā)行體系。由于各國的技術(shù)水平相差較大，全球ENC數(shù)據(jù)庫的建立進(jìn)展緩慢，相反，一些大公司卻利用技術(shù)和資金的優(yōu)勢，制作了符合S57要求的全球ENC數(shù)據(jù)庫。這些ENC補充了官方ENC數(shù)量的不足。但是，也存在著缺乏法律保障、改正不及時等問題。</p><p>　　盡

89、管電子海圖的發(fā)展不過十幾年的歷史，但各種電子海圖產(chǎn)品卻如雨后春筍一般不斷涌現(xiàn)。由于ECDIS的設(shè)計與生產(chǎn)純粹是企業(yè)行為，所以ECDIS的發(fā)展速度遠(yuǎn)快于ENC的發(fā)展。目前，能夠提供符合國際標(biāo)準(zhǔn)的ECDIS的廠家不下十幾家，其中較著名的有英國船商公司、德國ATLAS公司和7CS公司、加拿大OFFSHORE公司等。除此之外，能夠提供不符合國際標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖系統(tǒng)(ECS)的產(chǎn)品的公司估計不下千家。</p><p>　　我

90、國從80年代就開展了電子海圖的研究，但由于各種各樣的原因，目前仍停留在研究、試制階段，僅有海軍測繪研究所研制的電子海圖系統(tǒng)應(yīng)用與軍艦的導(dǎo)航，大連海事大學(xué)等幾家單位的研究已轉(zhuǎn)向其他方向。到目前為止還沒有國產(chǎn)的符合國際標(biāo)準(zhǔn)的ECDIS產(chǎn)品上市。相反，許多非專業(yè)公司和單位都瞄準(zhǔn)了電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，并且已經(jīng)有多家的簡易型ECS投入使用。</p><p>　　海司航保部目前已完成了1：50萬、1：25萬、1：10萬數(shù)

91、字海圖的建庫工作，但是還沒有S57標(biāo)準(zhǔn)電子海圖的生產(chǎn)能力，如果他們解決了ARCIINFO系統(tǒng)數(shù)據(jù)的S57輸出問題，很快就能夠大批量生產(chǎn)ENC。</p><p>　　綜合起來，現(xiàn)行的ECDIS國際標(biāo)準(zhǔn)有以下4個：</p><p>　　IMO ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)：1995年11月在IMO第19屆大會上作為A．817(19)號決議正式通過，它給出了ECDIS的定義，規(guī)定了信息的顯示、海圖改正、航

92、線設(shè)計、航路監(jiān)視和航行記錄等性能要求；</p><p>　　IHO S-57第三版，即數(shù)字化海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)：1996年11月由IHO發(fā)布3．0版，2000年11月由IHO發(fā)布3．1版，它描述了用于各國航道測量部門之間的數(shù)字化航道測量數(shù)據(jù)的交換以及向航海人員、ECDIS的生產(chǎn)商發(fā)布這類數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是具有法律效力的矢量形式電子航海圖的數(shù)據(jù)交換和傳輸標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　IHO

93、 S-52第五版，即電子海圖內(nèi)容和顯示規(guī)范：1996年12月由IMO發(fā)布，它規(guī)定了電子海圖的內(nèi)容和顯示、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、改正方法和信息傳輸途徑，以及屏幕上電子海圖顏色和符號的使用細(xì)節(jié)等；</p><p>　　IEC 61 174，即操作和性能測試標(biāo)準(zhǔn)：1998年3月由IEC發(fā)布，它描述了ECDIS的性能測試工作方法和要求的測試結(jié)果，通過該標(biāo)準(zhǔn)的測試是ECDIS合法地成為船用設(shè)備的前提。</p><p

94、><b>　　海圖信息顯示</b></p><p><b>　　(1)船舶信息顯示</b></p><p>　　船舶AIS信息顯示是以電子海圖顯示為基礎(chǔ)的。現(xiàn)在一般使用S57國際標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖，相應(yīng)地采用WGS84的經(jīng)緯度坐標(biāo)系。船舶AIS信息顯示分為屬性信息顯示和圖形信息顯示兩個方面。</p><p><b&

95、gt;　　(2)屬性信息顯示</b></p><p>　　AIS船舶屬性信息按照信息類型可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。其中靜態(tài)數(shù)據(jù)包括MMSI、IMO編號、呼號、船名、船長、船寬、電子裝置定位類型、國籍、目的港、目的地、船舶及載貨類型、當(dāng)前吃水深度等。動態(tài)數(shù)據(jù)包括時間、對地航速、對地航向、緯度、經(jīng)度、轉(zhuǎn)向率、船首向等。在系統(tǒng)中，可利用表格、半透明面板等方式將靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)分別顯示出來。其中，動態(tài)數(shù)據(jù)將

96、隨系統(tǒng)的當(dāng)前時間變化而變化。另外，對當(dāng)前選中的船舶所對應(yīng)的屬性信息記錄，也將利用特殊顏色進(jìn)行區(qū)別顯示。</p><p><b>　　(3)圖形信息顯示</b></p><p>　　在電子海圖的基礎(chǔ)上，利用圖形來表現(xiàn)船舶的實時動態(tài)。</p><p>　　船型顯示：通過“坐標(biāo)換算"模塊，可以得到船舶在電子海圖上的繪制位置。而在不同的電子海

97、圖比例尺下，系統(tǒng)將用不同的圖形來表示船舶。如在比例尺大于l：10000時，系統(tǒng)將用三個點組成的示意船型來表現(xiàn)，而在比例尺不大于l：10000時，系統(tǒng)將用七個點組成的真實船型來表現(xiàn)。對當(dāng)前選擇的船舶，將在當(dāng)前顯示船型的基礎(chǔ)上增加選擇框。對當(dāng)前設(shè)置的本船，將在當(dāng)前顯示船型的基礎(chǔ)上增加十字架。</p><p>　　輔助顯示：為更好地表現(xiàn)船舶當(dāng)前的航行狀態(tài)，有必要將船首線、矢量線、航跡線、固定距標(biāo)圈、目標(biāo)方位線等輔助線以

98、及船名、MMSI、呼號等輔助標(biāo)識也顯示出來。通過“坐標(biāo)換算"模塊，可以得到船首線、矢量線、航跡線、船名、MMSI、呼號在電子海圖上的繪制位置，從而根據(jù)用戶需要將相關(guān)的輔助線或輔助標(biāo)識顯示出來。</p><p><b>　　圖像縮放</b></p><p>　　縮放是電子海圖必備的基本功能，是用戶通過有限的屏幕窗口去認(rèn)識無限的地理空間必須的工具。開發(fā)這一功能的

99、關(guān)鍵是實際坐標(biāo)、邏輯坐標(biāo)原點以及實際坐標(biāo)、邏輯坐標(biāo)、設(shè)備坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過調(diào)整實際坐標(biāo)、邏輯坐標(biāo)原點或比例因子(Scale)就能實現(xiàn)縮放。</p><p>　　設(shè)備坐標(biāo)是建立在笛卡爾坐標(biāo)系下顯示設(shè)備或打印機的坐標(biāo)。它的特點是以設(shè)備像素為單位。對于窗口中的視圖而言，設(shè)備坐標(biāo)的坐標(biāo)原點在客戶區(qū)的左上角，X坐標(biāo)從左向右遞增，Y坐標(biāo)自上而下遞增，由于設(shè)備分辨率的不同，相同坐標(biāo)值的物理位置可能不同。</p>

100、;<p>　　邏輯坐標(biāo)是建立在笛卡爾坐標(biāo)下各種影射模式的坐標(biāo)。Windows繪圖是用邏輯坐標(biāo)進(jìn)行繪圖。不同影射模式下的邏輯坐標(biāo)并不相同。</p><p>　　實際坐標(biāo)是由程序員自己定義的坐標(biāo)，用來描述地理空間實體的實際坐標(biāo)，可采用直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)或其他坐標(biāo)來表示。</p><p>　　圖像輸出時，最終的坐標(biāo)是設(shè)備坐標(biāo)，而用戶使用的是各種各樣樣的實際坐標(biāo)，在圖形開發(fā)過程中必須建

101、立上述三種坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。</p><p>　　無論是放大還是縮小，都是由縮放和平移兩個過程組成的，概括起來包括求解縮放系數(shù)和將操作時的鼠標(biāo)點擊居中兩個方面，其中放大系數(shù)應(yīng)當(dāng)分為兩種情況進(jìn)行確定：</p><p><b>　　(1)定點縮放</b></p><p>　　這時的放大系數(shù)直接根據(jù)放大或者縮小的需要增大或縮小1（2或0.5)倍

102、。</p><p><b>　　(2)拉框放大</b></p><p>　　這時的縮放系數(shù)需要由鼠標(biāo)拉出的區(qū)域和屏幕窗口計算出來。首先分別獲得鼠標(biāo)拉出的區(qū)域和屏幕窗口的長度和寬度，然后計算出拉出的區(qū)域和屏幕窗口在縱、橫兩個方向上的長度比，縮放系數(shù)就是這兩個長度比中的一個。具體選取原則是選定長度比的要保證鼠標(biāo)拉出的區(qū)域在放大后都顯示于屏幕窗口中，或者保證縮小后屏幕窗口的

103、內(nèi)容都顯示于鼠標(biāo)拉出的區(qū)域。</p><p><b>　　系統(tǒng)實現(xiàn)及軟件操作</b></p><p><b>　　海圖操作</b></p><p>　　海圖縮放：海圖縮放有以下兩種方式可以實現(xiàn)</p><p>　　用鼠標(biāo)滾輪向前推放大，向后拉縮小。</p><p>　　按住C

104、trl鍵及鼠標(biāo)左鍵在海圖上托拽，所框選的區(qū)域?qū)M窗口顯示。</p><p>　　海圖漫游：海圖漫游有以下兩種方式可以實現(xiàn)</p><p>　　用鼠標(biāo)左鍵在鷹視窗口中點擊，海圖會自動以該點為中心顯示。</p><p>　　按住鼠標(biāo)左鍵在海圖上或者鷹視窗口中拖動。</p><p>　　鼠標(biāo)右鍵：鼠標(biāo)右鍵單擊物標(biāo)會顯示該物標(biāo)的屬性或者實時信息，如果

105、所點擊區(qū)域物標(biāo)比較密集，則列出物標(biāo)的列表以供選擇。</p><p><b>　　統(tǒng)符號說明</b></p><p><b>　　符號表示攝像機</b></p><p>　　符號表示有基本信息的AIS CLASS A型船舶</p><p>　　符號表示沒有基本信息的AIS CLASS A型船舶<

106、/p><p>　　符號表示AIS CLASS B型船舶</p><p><b>　　符號表示執(zhí)法船</b></p><p>　　符號只有當(dāng)海圖顯示比例尺小于100萬時才顯示，其中灰色圓圈表示AIS信號消失1分鐘后船舶的預(yù)測位置。AIS信號消失10分鐘后停止預(yù)測，船舶符號顯示為灰色。</p><p>　　視酷雷達(dá)識別的船舶；&

107、lt;/p><p>　　多種信號源融合后的船舶；</p><p><b>　　超時船舶；</b></p><p><b>　　執(zhí)法船舶；</b></p><p>　　ATLAS信號船舶；</p><p><b>　　免檢船舶；</b></p>

108、<p><b>　　報警船舶；</b></p><p>　　CLASS B 船舶；</p><p>　　CLASS A 船舶；</p><p><b>　　執(zhí)法車；</b></p><p>　　符號表示ATLAS船舶信號。船名為“榮海達(dá)”；</p><p>　　符號

109、表示ATLAS船舶信號，船名為“惠金橋36”，超時船舶；</p><p><b>　　船舶簡要操作說明</b></p><p>　　圖6.1船舶簡要操作</p><p>　　居中顯示：所選擇物標(biāo)在海圖中間居中顯示；</p><p>　　詳細(xì)信息：所選物標(biāo)的詳細(xì)信息；</p><p>　　地理信息導(dǎo)

110、出：導(dǎo)出選中船舶的地理信息；</p><p>　　創(chuàng)建周邊區(qū)域：導(dǎo)出選中船舶周邊地理信息；</p><p>　　重點監(jiān)控：對所選物標(biāo)開窗重點監(jiān)控；</p><p>　　開始自動CPA：測算與運行方向船舶的會遇時間；</p><p>　　圖6.2 CPA參數(shù)</p><p>　　速度統(tǒng)計：對船舶的整個運行速度做統(tǒng)計<

111、;/p><p>　　聯(lián)動追蹤：CCTV聯(lián)動視頻跟蹤；</p><p>　　取消聯(lián)動最終：取消視頻跟蹤；</p><p>　　開始自動CPA： 主要計算相對運行船舶之間的距離；</p><p>　　航線規(guī)劃：對船舶運行航線做規(guī)劃；</p><p><b>　　圖6.3航線規(guī)劃</b></p>

112、<p>　　手動規(guī)劃航線：選擇繪圖工具→右鍵在海圖中選擇位置→確定；</p><p>　　自動規(guī)劃航線：（自動計算航線）右鍵選擇海圖中位置→確定；</p><p>　　自動規(guī)劃航線，計算抵達(dá)目的地最近的路線，默認(rèn)水深為5M的航線。</p><p><b>　　功能按鈕</b></p><p>　　功能按鈕主