一种船舶自动识别监视系统

1.一种船舶自动识别监视系统，其特征在于，硬件组成包括船舶终端AIS模块、专用通信网络、公用通信网络和上位机平台，船舶终端AIS模块（1）通过通信网络（2）和上位机平台（3）无线联接；通信网络（2）包括SOTDMA/VHF和GPRS/CDMA公网两部分，专用通信网络为SOTDMA/VHF网络，公用通信网络为GPRS/CDMA网络；船舶终端AIS模块由船用导航设备的通用接口单元、信息处理器单元、信息监视器单元、VHF收发机单元、GPS接收单元和通信模块（9）组成，通用接口采用RS232、RS485/422，信息处理器（5）通过RS232连接信息监视器（6），信息处理器（5）通过通用接口（4）连接VHF收发机单元（7）、GPS模块（8）和通信模块（9）；船舶终端AIS模块信息处理过程为：信息处理器单元首先处理由GPS接收单元接收到的定位信息、船用导航设备的通用接口单元转发来的信息、VHF收发机单元和通信模块（9）的接收信息，船舶终端AIS模块（1）的软件部分主要完成几个并行存在的任务，按照优先级的高低依次是：GPS数据采集任务、定位数据处理任务、AIS信息发送任务、AIS信息接收并转发任务，同时通过GPRS/CDMA公用通信网络与上位机平台进行船岸间远距离无线通信；上位机平台位于岸台中心，分为数据通信层、船舶管理层和用户界面管理层。
2.如权利要求1所述的一种船舶自动识别监视系统，其特征在于，所述的船用导航设备的通用接口采用RS232，RS485/422标准扩展出4路串口。
3.如权利要求1所述的一种船舶自动识别监视系统，其特征在于，所述的信息处理器单元选用SAMSUNG公司的S3C44B0X作为AIS信息处理器。
4.如权利要求1所述的一种船舶自动识别监视系统，其特征在于，所述的信息监视器单元采用一台普通PC机作为AIS信息的显示平台，通过串口与AIS模块连接后，获取到船舶的即时信息，通过Visual C++结合MapX控件对定位数据进行处理并显示在电子海图上，实现GIS功能。
5.如权利要求1所述的一种船舶自动识别监视系统，其特征在于，所述的VHF收发机单元选用深圳华夏盛电子有限公司的SCADA4710A数字电台。
6.如权利要求1所述的一种船舶自动识别监视系统，其特征在于，所述的GPS接收单元采用NEMA-0183格式，集成韩国POLARIS-AGPS模块。
7.如权利要求1所述的一种船舶自动识别监视系统的船舶自动识别方法，其特征在于，船舶自动识别方法如下：
1)船用导航设备的通用接口采集船舶的各种信息，并输出AIS信息给信息处理器单元和上位机平台；
2)船舶自动和连续的为其他船只和岸台发送本船信息和接收其他船只和岸台广播的信息；
3)判断船舶位置是否在岸台覆盖范围内更新，如果是，转向4)，如果不是，转向7)；
4)判断传播位置更新方式，如果是方式一，转向5)，如果是方式二，转向7)；
5)方式一：从岸台获取自动识别范围内的船舶位置信息；
6)判断自动识别范围内的船舶有没有超出限制条件，如没有，转向5)，如有，转向9)；
7)方式二：从船舶终端直接获取位置信息；
8)判断自动识别范围内的周围船舶有没有超出限制条件，如没有，转向7)，如有，转向
9)；
9)将超出自动识别范围内的船舶移出船舶终端AIS模块自动识别范围；
10)信息监视器和上位机显示各种数据和状态信息，监视系统的运行状况，并实现GIS功能。

一种船舶自动识别监视系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种船舶自动识别监视系统，属于船舶识别监视技术领域。\n背景技术\n[0002] 现有的船用雷达具有避碰功能但其工作常常受到气象、海况的影响，在狭窄水道，船舶密度大的水域或遭遇恶劣气象时，雷达显得无能为力；航行中相遇船舶间识别，可以采用船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS)。现有的AIS有的基于甚高频(VHF)通信手段，采用自组织式时分多址(SOTDMA)通信模式，但是它在狭窄的水道也很难实现自动识别。还有一种AIS是基于公网工作的，申请号：200510047171.0公开(公告)号：CN1737877A：一种基于公网GPRS/CDMA/3G的船舶自动识别系统，利用公共无线通信网络GPRS/CDMA/3G系统，采用IP网络通信模式，它能够在沿海范围和狭长水道范围内在公网覆盖区域中实现自动识别，但如果超出了岸台的覆盖范围公网也无能为力。\n[0003] 地理信息系统(GIS，Geographic Information System)是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作集成在一起。这种能力使GIS与其他信息系统相区别，在上位机集成电子地图的功能能够更加直观地显示了船舶的位置信息，便于统一管理调度。\n发明内容\n[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的内容就是提供一种既能够利用公网GPRS/CDMA又可以利用VHF/SOTDMA的船舶自动识别监视系统。\n[0005] 一种船舶自动识别监视系统，硬件组成包括船舶终端AIS模块、通信网络和上位机平台，船舶终端AIS模块通过通信网络和上位机平台无线联接；船舶终端AIS模块由船用导航设备的通用接口、信息处理器、信息监视器、VHF收发机、GPS模块、通信模块组成，各部分之间电连接；通信网络包括SOTDMA/VHF和GPRS/CDMA公网两部分，SOTDMA/VHF和GPRS/CDMA公网分别与船舶终端和上位机平台电连接；上位机平台位于岸台中心，分为数据通信层、船舶管理层、用户界面管理层。\n[0006] 所述的船用导航设备的通用接口采用RS232，RS485/422标准扩展出4路串口。\n[0007] 所述的信息处理器选用SAMSUNG公司的S3C44B0X作为AIS信息处理器。\n[0008] 所述的信息监视器采用一台普通PC机作为AIS信息的显示平台，通过串口与AIS模块连接后，获取到船舶的即时信息，通过Visual C++结合MapX控件对定位数据进行处理并显示在电子海图上，实现GIS功能。\n[0009] 所述的VHF收发机选用深圳华夏盛电子有限公司的SCADA 4710A数字电台。\n[0010] 所述的GPS模块采用NEMA-0183格式，集成韩国POLARIS-A GPS模块。\n[0011] 船舶自动识别方法如下：\n[0012] 1)船用导航设备的通用接口采集船舶的各种信息，并输出AIS信息给信息处理器和上位机；\n[0013] 2)船舶自动和连续的为其他船只和岸台发送本船信息和接收其他船只和岸台广播的信息；\n[0014] 3)判断船舶位置是否在岸台覆盖范围内更新，如果是，转向4)，如果不是，转向\n7)；\n[0015] 4)判断传播位置更新方式，如果是方式一，转向5)，如果是方式二，转向7)；\n[0016] 5)方式一：从岸台获取自动识别范围内的周围船舶位置信息；\n[0017] 6)判断自动识别内的周围船舶有没有超出限制条件，如没有，转向5)，如有，转向\n9)；\n[0018] 7)方式二：从船舶终端直接获取位置信息；\n[0019] 8)判断自动识别范围内的周围船舶又没有超出限制条件，如没有，转向7)，如有，转向9)；\n[0020] 9)将超出自动识别范围内的船舶移出船舶终端AIS模块自动识别范围；\n[0021] 10)信息监视器和上位机显示各种数据和状态信息，监视系统的运行状况，并实现GIS功能。\n[0022] 船舶自动识别的实现是通过船舶之间直接通信或经岸台转发船舶的基本信息实现的，提供的信息包括方位、航向、地速、船只类型、船长、船宽、呼号和危险物信息等。之后的位置信息更新可以包括两种方式，一是船载AIS终端至船载AIS终端，二是通过岸台转发。\n[0023] 本发明中，船用导航的通用接口负责数据采集，再将船舶基本信息传给信息处理器，信息监视器与信息处理器相连，显示各种数据和状态信息，监视系统的运行状况，并实现GIS功能。各种数据信息经过通信模块接入通信网络与岸台的上位机和各船舶船舶终端AIS模块的之间进行信息交换。\n[0024] 船舶终端AIS模块的主要完成几个并行存在的任务，按照优先级的高低依次是：\nGPS数据采集任务、定位数据处理任务、AIS信息发送任务、AIS信息接收并转发任务。\n[0025] GPS数据采集任务负责采集GPS模块接收到的定位信息。\n[0026] 定位数据处理任务负责将采集到的GPS数据进行解析，提取我们需要的经纬度、UTC、有效位、速度等有效信息，然后对AIS信息帧结构数据封装，等待发送。\n[0027] AIS信息发送任务是AIS模块实现SOTDMA通信方式的关键环节，主要负责通过时隙预约选择算法确定本台站的信息播发时刻，当该时刻到来时，立即发送AIS数据。\n[0028] AIS信息接收并转发任务在每个台站通过时隙预约选择算法，选择自己的信息播发时隙发送本船AIS数据，在一帧的其它时间里，则处于AIS信息接收状态。当收到周围船舶的AIS数据后，经AIS模块的串口转发给信息处理器，由信息处理器进行信息解码并由信息监视器实现电子海图显示，即GIS功能\n[0029] 上位机平台位于岸台中心，采用PC机作为客户端，客户端逻辑上分为数据通信层、船舶管理层、用户界面管理层。\n[0030] 数据通信层：进行数据的接收、解析和命令的发送。具体包括数据的接收与解析，命令的合成与发送，即软件的通信底层情况下，只有进行单独处理才能保证用户操作可以继续进行而不会受到阻碍。数据通信层是整个平台的基础部分，提供与通信服务器连接的通信功能和TCP/IP底层技术的二次封装。这是整个软件的通信功能核心，使用TCP/IP网络连接，由软件作为客户端向服务器发起连接，使用套接字编程进行数据信息的接收与发送，采用多线程来处理这个套接字的连接与信息处理。\n[0031] 船舶管理层：管理各个型号的GPS终端，对终端数据和命令响应储存在数据库和日志中。船载终端被分成了若干类，不同的类型表示的船载终端型号也不同，他们根据统一的数据库格式存储在软件数据库中，另外对接收到的数据，首先检查ID号，根据船载终端的ID号来确定对应得船舶数据记录，然后更新此船舶的数据，同样发送命令与请求都要通过ID号来进行识别。\n[0032] 用户界面管理层：与用户进行交互，对用户做出的操作翻译为船舶的具体信息管理，把用户对GPS终端的命令转译为具体命令发送出去。首先显示所有的船舶，显示船舶的电子地图中的位置，集成电子地图在信息监视平台软件中，其次显示船舶的各种状态和底层网络的状态消息、告警消息、功能请求等等各种信息，最后对各个船舶发送命令，即命令短消息，而且操作尽量使得使用者方便。\n[0033] 本发明的有益效果是弥补传统船用导航设备在通信距离和可靠性的不足，在岸台覆盖的范围内以及狭长的水道可以采用公网GPRS/CDMA通信，超出岸台覆盖范围的船舶可以采用VHF/SOTDMA专网自组织通信，扩大了船舶通信的范围，保障了通信的可靠性，提高船舶安全性。\n附图说明\n[0034] 图1是船载终端AIS模块连接关系示意图。\n[0035] 图2船载终端AIS模块.通信模块与上位机平台连接关系示意图。\n[0036] 图3是自动识别系统工作示意图。\n[0037] 图4是自动识别系统工作流程图。\n[0038] 图5是GPS数据采集任务流程图。\n[0039] 图6是定位数据处理任务流程图。\n[0040] 图7是AIS信息发送任务在网络接入阶段流程图。\n[0041] 图8是AIS信息发送任务在第一帧阶段流程图。\n[0042] 图9是AIS信息发送任务在连续运行阶段流程图。\n[0043] 图10是AIS信息接收并转发任务流程图。\n[0044] 图11上位机平台功能框架图。\n[0045] 其中，1、船舶终端AIS模块，2、通信网络，3、上位机平台，4、船用导航设备的同一接口，信息处理器，6、信息监视器，7、VHF收发机，8、GPS模块，9、通信模块。\n具体实施方式\n[0046] 实施例：\n[0047] 一种船舶自动识别监视系统，结构如图1和图2所示，硬件组成包括船舶终端AIS模块1、通信网络2和上位机平台3，船舶终端AIS模块1通过通信网络2和上位机平台3无线联接；船舶终端AIS模块1由船用导航设备的通用接口4、信息处理器5、信息监视器\n6、VHF收发机7、GPS模块8、通信模块9组成，各部分之间电连接；通信网络2包括SOTDMA/VHF和GPRS/CDMA公网两部分，通信网络2分别与船舶终端和上位机平台3电连接；上位机平台3位于岸台中心，分为数据通信层、船舶管理层、用户界面管理层。\n[0048] 船舶自动识别方法如下：\n[0049] 1)船用导航设备的通用接口采集船舶的各种信息，并输出AIS信息给信息处理器和上位机；\n[0050] 2)船舶自动和连续的为其他船只和岸台发送本船信息和接收其他船只和岸台广播的信息；\n[0051] 3)判断船舶位置是否在岸台覆盖范围内更新，如果是，转向4)，如果不是，转向\n7)；\n[0052] 4)判断传播位置更新方式，如果是方式一，转向5)，如果是方式二，转向7)；\n[0053] 5)方式一：从岸台获取自动识别范围内的周围船舶位置信息；\n[0054] 6)判断自动识别内的周围船舶有没有超出限制条件，如没有，转向5)，如有，转向\n9)；\n[0055] 7)方式二：从船舶终端直接获取位置信息；\n[0056] 8)判断自动识别范围内的周围船舶又没有超出限制条件，如没有，转向7)，如有，转向9)；\n[0057] 9)将超出自动识别范围内的船舶移出船舶终端AIS模块自动识别范围；\n[0058] 10)信息监视器和上位机显示各种数据和状态信息，监视系统的运行状况，并实现GIS功能。\n[0059] 船舶终端AIS模块1硬件上分为五大组成部分，功能如下：\n[0060] ①船用导航设备的通用接口\n[0061] 这是AIS的数据采集部份，为了后续研究的功能扩展需要，终端对串口进行了扩展，除CPU自带的两路串口之外，又扩展出4路串口，用来接收来自GPS/DGPS接收机的本船船位经纬度、对地航速、同步UTC时钟数字信号；来自各类传感器的航程信号，并转换成数字信号加到信息处理器；输出AIS信息给上位机显示有关信息，以及接收从输入装置中输入的其它信息。GPS采用NEMA-0183格式，在AIS终端集成韩国POLARIS-AGPS模块，来获取定位信息，它的UTC也作为各船台的精确同步时间。通信接口采用RS232，RS485/422标准。\n[0062] ②信息处理器\n[0063] 这是船载AIS系统的核心部分，可以选用SAMSUNG公司的S3C44B0X作为AIS信息处理器，用于存储本船识别码、船名、呼号、船型等静态信息以及船舶吃水、危险货物类型、航线等航行相关信息；处理、存储本船动态信息；将存储的本船最新航行数据和必要的静态信息以及与航行相关的其他信息进行编码后送发射机；对接收来自周围其他船舶的航行数据进行解码并存储解码后的数据；将本船和其他船舶的航行数据等信息送信息显示器显示。为使广播式AIS系统具有可靠、有序的信息通信，要求各船舶AIS设备时间严格同步，从而避免内部干扰。通常用于同步的参考时间均采用来自GPS的UTC。也可采用与UTC相关的时间源。\n[0064] ③信息监视器\n[0065] 用于显示各种数据和状态信息，监视系统的运行状况。采用一台PC机作为AIS信息的显示平台，通过串口与AIS模块连接后，获取到船舶的即时信息，通过Visual C++结合MapX控件对定位数据进行处理并显示在电子海图上，实现GIS功能。\n[0066] ④VHF收发机\n[0067] 选用深圳华夏盛电子有限公司的SCADA 4710A数字电台。该数字电台的性能价格比较高，覆盖频率为330-512MHz，数据吞吐量大，传输距离远，支持全透明实时传输，使用标准的异步通信协议。SCADA数字电台可任意用作主站或子站，可以半双工或单工方式运行，电台支持话音对讲功能，满足用户各种地形和项目应用组网要求。适用于UL标准一级二类各种恶劣危险的环境使用\n[0068] ⑤GPS模块\n[0069] 采用韩国POLARIS-A GPS模块。该模块最大信息更新速率为1sec，精度2.5m CEP，支持差分GPS(DGPS)，默认采用NMEA 0183数据传输协议，波特率为9600bps。POLARIS-A GPS模块有两路收发通道，仅采用RxD1/TxD1就可以满足要求，分别接到S3C44B0X串口1的TXD1和RXD1。GPS模块的发送数据提供了当前船舶的经纬度等信息，也可以通过GPS的接收通道对它进行写操作，通过AT指令来设置GPS的工作模式。GPS_PPS为秒脉冲信号，即1-9\n秒钟输出一次，持续200ms的方波，上升沿精度可以达到10 s，我们用它来同步各移动终端的时间基准。\n[0070] 信息处理器移植入当前得到广泛应用的一种免费且源码公开的嵌入式实时操作系统μC/OS-II具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，能同时处理多任务。\n[0071] 船舶终端AIS模块1的软件部分主要完成几个并行存在的任务，按照优先级的高低依次是：GPS数据采集任务、定位数据处理任务、AIS信息发送任务、AIS信息接收并转发任务。\n[0072] GPS数据采集任务负责采集GPS模块接收到的定位信息。\n[0073] 定位数据处理任务负责将采集到的GPS数据进行解析，提取我们需要的经纬度、UTC、有效位、速度等有效信息，然后对AIS信息帧结构数据封装，等待发送。\n[0074] AIS信息发送任务是AIS模块实现SOTDMA通信方式的关键环节，主要负责通过时隙预约选择算法确定本台站的信息播发时刻，当该时，刻到来时，立即发送AIS数据。\n[0075] AIS信息接收并转发任务在每个台站通过时隙预约选择算法，选择自己的信息播发时隙发送本船AIS数据，在一帧的其它时间里，则处于AIS信息接收状态。当收到周围船舶的AIS数据后，经AIS模块的串口转发给信息处理器5，由信息处理器5进行信息解码并由信息监视器6实现电子海图显示\n[0076] 电子海图的功能的实现，使用MapInfo公司的MapX工具嵌入了GIS的地图显示。\n这种集成的优点在于直观地显示了船舶的位置信息。\n[0077] 首先，使用C++创建MapX控件。在VC开发环境下，MapX控件的加载不同于一般的ActiveX控件，不能直接以控件资源方式加入项目，需要将MapX.h及MapX.cpp文件加入项目，定义MapX对象。\n[0078] 只有在视图类的OnCreate()函数中调用MapX.Create()函数后，对象才被真正生成。然后用OnSize()重载将地图调整到整个视图大小，并用OnSetFocus()重载使地图在窗口活动时地图控件都能获得焦点。地图的放大、缩小、漫游、选择等功能实现较为简单，可以直接调用MapX的内置标准工具实现。\n[0079] 图元对象数据类型包括空间数据和属性数据。在MapX中，图元都被定义成由CMapXFeature类型所派生出的对象，因此空间数据和属性数据地更新实际上就是这类对象属性的更新或方法应用。\n[0080] 在MapX中，每一个图元对应地图上的一个feature对象，因此图元空间数据的更[75]\n新实际上也就是feature对象特定方法的应用 。例如要把当前名为ftr的feature对象的空间位置移到北纬31.3629度、东经121.5693度，具体实现如下：\n[0081] ftr：CMapXFeature；//定义图元ftr\n[0082] ftr.Point.Set(121.5693，31.3629)；//ftr位于北纬31.3629度，东经121.5693度\n[0083] ftr.Update(EmptyParam，EmptyParam)；//更新图元ftr的空间数据。