基于AIS和ECDIS系统数据实时采集系统的构建与应用.pdf

信息记录材料 年 月 第 卷第 期基于 和 系统数据实时采集系统的构建与应用郭兴华，陈婷婷（江苏航运职业技术学院航海技术学院 江苏 南通）【摘摘要要】船舶自动识别系统（，）数据包含了丰富的、大量的船舶信息，可以用于提取和分析船舶交通流的特征。利用岸基 接收机和电子海图显示信息系统（，）可以捕获到附近水域所有通航船舶的信息，为其提供了可靠的数据基础。由于数据采集和传输过程中可能存在数据错误或不完整等问题，在使用之前需要进行必要的处理和修复。获取研究水域内的船舶交通实况，为海事安全管理和船舶安全导航提供参考依据。综上所述，基于船舶 和 系统进行研究具有数据获取方便、成本低廉、准确性高等优点，可以为相关领域的研究提供更实际的参考价值。【关关键键词词】数数据据采采集集；数数据据；海海事事安安全全管管理理；通通航航船船舶舶信信息息【中中图图分分类类号号】【文文献献标标识识码码】【文文章章编编号号】（）基金项目：本文系 年江苏省南通市科技项目“中基于船舶靠泊的自动控制仿真研究”（）；本文系 年江苏省南通市科技项目“基于系统过程控制 理 论 智 能 船 航 行 风 险 演 化 机 理 研 究”（）；本文系 年江苏航运职业技术学院科技类项目“长江水域无动力船舶拖航风险及安全对策研究”（）。作者简介：郭兴华（），男，安徽亳州，硕士，讲师，研究方向：航海教育和船舶交通载运工具。引言电子海图广泛应用于现代航海，它不仅为船舶的安全航行提供了保障，而且还提高了船舶的安全生产效率。这种助航设备能实时自动绘算本船与其他物标之间的距离和相对位置。在船舶驾驶台上配备的电子海图显示信息系统（，），为船舶驾驶员提供了船舶安全航行的岸线信息、航行警告、碍航物、警戒区、军事演习区、航标、灯塔、危险物和船舶自动识别系统（，）结合雷达图像显示的相关信息，增强了值班驾驶员的“视觉位置感”，提高了驾驶员对船舶安全航行的判定，降低了船舶航行碰撞事故发生的概率。电子海图系统具有航线设计、船位标绘跟踪、历史航迹重现、航海信息（水文、潮汐、海流、海岛、港口）查询、常用航路等，与雷达或自动雷达标绘仪（，）同时显示。由于 能提供船舶的动态和静态信息并不能直接地应用于 系统中进行显示，因此，如何从船舶自动识别系统中提取电子海图和船舶自动识别系统信息融合信息是一个关键问题，对于船舶自动识别系统中相关信息的提取，必须应用到数据库中的数据包解码技术，利用数据包解码技术对船舶自动识别系统中涉及船舶静态数据参数和船舶航行数据信息进行研究和解码转换，从而将转换过来的数据信息提供给电子海图显示系统所需格式，因此研究 数据包的解码转换技术是一个关键问题，对于解码转换的数据如何与电子海图显示系统融合及保障船舶安全航行有着重要的意义。国内外研究现状 船舶交通流特征分析船舶交通流特征参数主要包含交通流的位置、速度、方向、船舶数量和船舶间时距等，研究船舶交通流特征规律有助于掌握水上交通系统态势，进行水上交通安全管理和组织，进而引导其交通流更趋于有序合理，降低水上交通事故概率和提升通航效率。其主要研究内容主要包括船舶交通流特征的影响因素、船舶交通流的预测、船舶交通流仿真、船舶交通流应用、通航能力与效率等方面。目前越来越多通信导航设备和先进的传感设备广泛应用于水上交通载运工具上，加上先进的网络技术和大数据物联网技术的革新，对船舶自动识别系统数据源的开发和研究变得日益广泛起来。主要研究内容包括对 数据进行挖掘，获取船舶特征分布特点、搭建船舶交通实态观测数据计算机处理系统、显示船舶密度分布和船舶航迹分布；基于 数据的通航尺度及航道通过能力方面的评估研究等。船舶 数据挖掘技术 数据由于其传输格式的特殊性，在采集应用方面存在一定的难度，主要体现在以下几个方面：（）系统使用面向比特的协议进行数据传输，这个协议基于 标准和高级数据链路控制协议来定义数据包结构。由于数据结构比较复杂，一般的使用人员和海事管理人员难以直接解读 原始数据。（）数据更新速率快，一个海区每天收到的 数据量非常大，难以进行快速实时地处理和使用，宝贵的 数据无法体现其实际价值。（）对船舶自动识别系统数据解码不够全面、挖掘不够深入，无法完成数据统计和比对分析，发现辖区内的高风险区域或者高风险目标船舶，不利于海事安全管理；（）市场上专业的 数据采集处理程序一般是基信息记录材料 年 月 第 卷第 期于电子海图等系统平台，运行成本较高，不利于一般海事管理人员、海事研究人员以及相关企业等展开应用研究，限制了 数据效能的充分发挥。数据挖掘是一门交叉学科，涉及人工智能、机器学习、模式识别、数据库等技术，经过多年的发展，数据挖掘取得了丰硕的成果，逐渐形成一套自己的理论基础，主要包括规则提取、模式挖掘、分类、聚类、学习等。常见的数据挖掘和 聚 类 分 析 软 件 平 台 有 统 计 分 析 系 统（，）、统计产品与服务解决方案（，）等。研究内容与思路船舶 数据是反映水上交通流特征的重要数据基础，构建软硬件系统对其进行采集分析，为船舶安全管理提供建议，具有重要的理论和实践意义。本文的主要研究内容与思路如图 所示：图 研究思路 船舶发送的 信息包含 种不同类型的信息，如表 所示：表 船舶发送的 信息信息类型信息内容备注静态信息海上移动服务识别码（，）呼号和国际海事组织（，）、船长和船宽、船舶类型和龙骨以上的高度等在安装时输入 单元的，每相隔 广播一次动态信息高精度的船位、定位时间（，）、对地航向（，）、对地航速（，）、船首向、航行状态等。按照“报告速率”规定的速率自动更新航次相关的信息船舶吃水、有害货物及种类、目的港及预计到达时间、航行计划及转向点和船员等根据需要人工输入和更新的，每相隔 广播一次与安全相关的短电文与安全有关，如看见的冰山或移位的浮标等 国际海事组织的性能标准规定了不同种类的数据可以进行交换，但没有规定具体的数据传输速率。表 中的报告速率是根据当前雷达技术、连续的 定位和计时技术，以及典型高密度通航水域高峰期的交通状态等因素制定的，以满足 和船舶报告系统的潜在需求。表 报告速率船舶操纵状况标准报告时间间隔船舶操纵状况标准报告锚泊或系泊（航速）航速 锚泊或系泊（航速）航速 ，改变航向 航速 航速 航速 ，改变航向，航速，改变航向 表 简要说明了常用的 信息：表 常用消息消息 名称说明类别船位报告定时的船位报告（类船载移动设备）船位报告特别船位报告，对询问的回复（类船载移动设备）静态和与航程有关的数据定时的静态数据和与航程有关的船舶数据报告（类船载移动设备）标准 类设备位置报告用以替代消息 的 类船舶移动设备的标准船位信息 扩展 类设备位置报告 类船舶移动设备的扩展船位信息，包括附加的静态信息 信息记录材料 年 月 第 卷第 期 船舶 数据实时采集分析系统构建与应用 数据采集软硬件平台搭建（）在实验室搭建 数据采集硬件系统，采集江苏长江口附近水域船舶 数据。（）深入研究 数据格式，进行数据解析，将解析结果实时存储进数据库；要获取周围船舶的实时动态信息，需要解析接收到的 电文，并从中提取所需的信息数据。语句的封装语句格式为：！（），其中与船舶监控相关的 新语句包括两种：！和！，这两种语句的格式相同。以下是一个例句：！，！，。语句结构可以参考图。图 例句的码文结构 语句的 校验方法是将！到之间的字符进行异或，得到的结果与后面的两位字符进行比较，如果相同则校验通过，否则校验失败。在解析 语句时，第一个逗号后面的数字表示语句数，如果有多句语句，则需要组合成完整的码文，然后将码文解析成二进制码。以下是一个 目标船语句的例子：“！，”。经过 校验后，可以解析出下列二进制码序列：“”根据 规则，这个二进制码序列可以分解为不同的信息字段，其中包括信息类型、重复指示、码、航行状态、转向速率、对地航速、位置精度、经度、纬度、对地航向、真航向和报告发出时的 时间等信息。设计步骤及效果如图 所示，基本步骤包括：首先基于 设计 数据存储数据库，数据各字段设计效果如图 所示；设计数据采集平台，进行 口配置，在平台上进行 数据采集；然后把数据输出存储到已建立的数据库中，供后续的进一步处理与应用。图 数据库设计 结语综上所述，船舶 数据蕴含了丰富的、海量的船舶信息，对船舶交通流特征的提取和分析研究具有重要的意义。利用 岸基接收机基本可以捕获到附近水域的全部通航船舶的信息，为基于 数据的相关研究提供了充分、可靠的数据基础。基于船舶 信息进行研究，数据获取方便、耗费少，且数据的准确性、可靠性可以得到保障，由此得出的结果将更具有实际的参考价值。通过在实验室搭建 数据采集硬件系统，采集江苏长江口附近水域船舶 数据，利用软件平台进行解析存信息记录材料 年 月 第 卷第 期图 数据库设计效果储。但是由于 数据维度高、数据量庞大，在采集以及传输过程中容易存在数据错误或不完整等问题，因此在数据应用之前需要进行必要的处理与修复。然后可以依据完善后的船舶 信息进行统计分析，获取研究水域内的船舶交通实况，为海事安全管理以及船舶安全导航等提供参考依据。【参考文献】曾毅 粤港澳大湾区船舶安全生产信息化的发展 中国港口，（）：徐志京，周薇娜 输出信息的采集及处理技术研究 航海技术，（）：崔嘉 构建基于 的船用信息安全系统方案研究 舰船科学技术，（）：王金波，薛文虎，刘峰 基于 和电子海图模拟雷达岸线回 波 的 方 法 计 算 机 与 数 字 工 程，（）：柯冉绚，周杏利，黄鹏飞 基于 和 的人员落水应急报警与示位系统的研发 船舶工程，（）：欧阳萍，刘传润，林长川，等 基于 的雷达与 信息融合的算法与工程实现 广州航海学院学报，（）：（上接第 页）结语综上所述，随着智能化时代的到来，数据量变得越来越大，数据种类越来越多样化，以 为代表的分布式框架结构，利用 的强大计算优势对海量数据信息进行并行处理，从而在最短的运行时间内获得最多的有效数据。基于此，本文提出一种 算法。通过两组对比实验，分别对 算法及传统算法进行分析比较，实验结果表明 算法在运算时间、运算效率等方面均优于传统算法。【参考文献】黄水源，段文影，陈桂香，等 基于多支持度的增量式关联规则挖掘算法 南昌大学学报（理科版），（）：叶得学 融合 与 算法的关联规则数据挖掘技术研究 贵阳学院学报（自然科学版），（）：周燕，肖莉 基于改进关联聚类算法的网络异常数据挖掘 计算机工程与设计，（）：许德心，李玲娟 基于 的关联规则挖掘算法并行化研究 计算机技术与发展，（）：李瑞峰，杨海峰，蔡江辉，等 一种基于加权深度森林的离群数据挖掘算法 小型微型计算机系统，（）：