ais与ecdis信息融合显示技术的研究.doc

集 美 大 学航海职业教育学院毕业设计 (论文)题 目: AIS与ECDIS信息融合显示技术的研究摘要：国际海事组织（IMO）规定了船舶自动识别系统AIS（Automatic Identification System）在船舶的强制性安装，对于确保水上交通运输的安全，促进水上交通运输事业的发展都具有极其重要的意义本文论述了AIS和ECDIS系统的基本构成和主要功能由于AIS能提供船舶的动态和静态信息并不能直接地应用于ECDIS系统中进行显示，因此，本文对AIS输出的数据包中含有船舶动静态信息和船舶航行安全信息数据的定义、格式进行研究和解码，然后将数据格式转换成电子海图与信息显示系统ECDIS所需的格式本文重点研究AIS输出数据包的采集及解包的软硬件实现方法，并采用Visual C++软件对AIS信息与ECDIS信息融合显示进行实现关键词： 船舶自动识别系统AIS，电子海图与信息显示系统ECDIS，信息融合,航海安全ABSTRACT: The compulsory installation of Automatic Identification System (AIS) onboard ship is essential to navigation safety and the development of maritime industry. AIS could provide the ship’s static and dynamic information to other ships and relevant authorities. But this important information could not be shown directly in Electronic Chart Display and Information System (ECDIS). So the decode of AIS information is researched and realized through software and hardware, which could be used in ECDIS. The Information Amalgamation of AIS and ECDIS is emphasized and realized by software Visual C++ in this research.KEY WORDS: AIS, ECDIS, Information Amalgamation，Navigation Safety目 录第1章 绪论 1 背景 1 进行本研究的意义 2 本项目所完成的工作 2第2章 AIS系统的简述 3 AIS系统构成 3 AIS系统运行的基本条件 4 AIS设备对船舶的自动识别 5 系统的主要功能 5第3章 ECDIS系统的简述 6 ECDIS的构成原理 6 ECDIS的功能 8第4章 AIS与ECDIS信息融合显示 10 AIS的信息类型 10 AIS信息采集的硬件连接 11 AIS信息采集及处理 11 AIS与ECDIS信息融合显示 15第5章 结论 18致 谢 19参考文献 19第1章 绪论 背景从70年代以来，船舶朝着大型化、高速化方向发展，船舶数量与水域交通密度及危险货物装载量不断增加，海损事故时有发生，严重威胁船舶航行安全及海洋生态环境。

尽管船用雷达、ARPA具有避碰功能，但提供的信息有限，不能告知船名、呼号、国籍与操船意图，并且当在狭水道、船舶密度大的水域以及遭遇恶劣气象、海况环境时，雷达、ARPA却显得无能为力；航行中相遇船舶间VHF通信，不能自动获得相遇船标识，不能及时掌握对方操船意图，实际上难以在实操船前达成双方避碰协议，往往因延误宝贵的时间或不明对方真正的操船意图而采取不相协调的避让动作，因而酿成碰撞海事；在港口VTS中，目前利用VHF—DF及雷达观测进行人工船舶识别方式，操作费时，获取的信息有限，至今未解决船舶自动识别问题，后者一直是困绕着船舶航行安全、船舶交通管理及航海科技发展的一大难题此外，基于港口交管雷达信号的VTS雷达数据处理子系统，由于采用常规恒载频非相参脉冲雷达信号体制的局限性，导致对动态目标跟踪的精度、分辨率及可靠性均不尽如人意，这种目标信息源的缺憾和先进的计算机处理能力已越来越不相称，也不能适应现代港口VTS技、术发展的需求，实际已成为VTS目标跟踪处理技术发展的瓶颈船载自动识别系统AIS(Automatic Identification System)正是在上述背景下以及现代通信发展的基础上应运而生的。

在国际有关组织IMO、IALA、ITU,IEC的努力下，从1992年开始在国际会议上研讨AIS至今仅仅经过约9年时间，已经正式发布了AIS的性能标准、技术特性、测试标准、操作指南及各类船舶限期安装的决议AIS在船舶的强制性安装，对于确保水上交通运输的安全，促进水上交通运输事业的发展都具有极其重要的意义由于AIS能提供船舶的动态和静态信息并不能直接地应用于ECDIS系统中进行显示，因此，基于AIS信息进行的自动避碰系统、电子海图显示系统、航标遥控遥测系统和船位报告系统等都必须解决AIS信息的提取问题，而AIS信息的提取，必须解决对其数据包的解码技术，即把AIS输出的数据包中含有船舶动静态信息和船舶航行安全信息数据的定义、格式进行研究和解码，然后将数据格式转换成应用系统所需的格式，因此研究AIS数据包的解包技术并应用于电子海图显示系统ECDIS，对于减少海损事故的发生，提高船舶航行安全及保护海洋生态环境具有非常重要的意义 进行本研究的意义AIS是基于无线电应答器的相关监测技术，可用于船舶等运载工具的精确跟踪，以弥补传统雷达监测在自动识别目标以及获取航行动向信息方面的不足，对雷达监视起辅助作用。

一个完善的AIS不仅要满足船上值班人员避碰的需要，还要满足岸上VTS工作站监视港口、警戒海岸的目的AIS的最终目的是提高航运安全 电子海图显示与信息系统（ECDIS）是现代航海的一项新技术，它在保障航行安全和提高船舶工作效率方面发挥着显著作用ECDIS能自动地实时计算本船与陆地、标志物、目的地或者危险物的相对位置在计算机上显示电子海图，为驾驶员整合了各种相关航行信息，包括岸线、安全区、预警线（或区）、危险物、浮标灯塔和雷达图像的实时监控与显示，驾驶员能够立刻判断出移动目标和其它静止物标，将有助于增强驾驶人员的“位置感”，进而减少碰撞事故，将航海技术提升到一个全新的高度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，AIS与雷达或ARPA同时显示 由于AIS能提供船舶的动态和静态信息并不能直接地应用于ECDIS系统中进行显示，因此，AIS与ECDIS信息融合显示系统必须解决AIS信息的提取问题，而AIS信息的提取，必须解决对其数据包的解码技术，即把AIS输出的数据包中含有船舶动静态信息和船舶航行安全信息数据的定义、格式进行研究和解码，然后将数据格式转换成ECDIS系统所需的格式，因此研究AIS数据包的解包技术和如何与ECDIS信息融合显示对AIS和ECDIS的应用以及航海安全都具有非常重要的意义。

ECDIS与AIS系统的融合对于减轻船员工作强度、帮助船员判断船舶所处态势、提供避碰相关信息、减少碰撞事故方面起着重要作用，因此有必要对这一课题进行研究 本项目所完成的工作1、论述了ECDIS与AIS系统的融合对于船舶航行安全方面起着重要作用，以及这一研究的必要性2、论述了AIS系统的基本构成和主要功能，并详细地介绍AIS系运行的基本条件；3、论述了ECDIS系统的构成原理、基本组成以及ECDIS的各部分的作用原理和功能；4、对AIS输出的数据包中含有船舶动静态信息和船舶航行安全信息数据的定义、格式进行研究和解码，然后将数据格式转换成应用系统所需的格式，并研究AIS输出数据包的采集及解包的软硬件实现方法，并采用Visual C++软件对AIS信息与ECDIS信息融合显示进行实现第2章 AIS系统的简述 AIS系统构成AIS系统主要由输入装置、通信接口、信息处理器、信息显示器及其它数据信息传感器等构成其构成框图如图2-1所示图2-1 系统构成框图 接口：接收来自GPS／DGPS或GNSS接收机的本船船位，同步世界时UTC及来自陀螺罗经的本船航向，来自计程仪的本船对地航速等信号数字化后加到信息处理器。

GPS、陀螺罗经均采用NEMA-0183格式，计程仪一般以200个脉冲／1NM，通信接口采用RS232、RS485／422标准 信息处理器：是AIS的核心部分，用于存储船识别码、船名、呼号、船型等静态信息与船舶吃水、危险货类、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线数据及必须的静态数据与航行相关的其他信息进行编码后送VHF发射；对接收来自周围船舶航行数据进行解码并存储解码后的数据；将本船和其他船舶航行数据等信息在显示器显示 信息处理器中包括船舶静、动态数据库，对信息的处理、管理及控制，基于SOTDMA技术的通讯协议、通讯方式及显示等相关的软件为使广播式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； 信息显示器：用于显示各种数据和状态信息，监视系统的运行状况实际应用的信息显示器将可能和雷达ARPA、ECDIS、IBS等显示器一体化，成为多系统公共的综合信息显示终端 VHF收发机：由系统信息处理器控制，用CH87B、CH88B两个国际专用频段自动发射和接收按协议通信方案规定的已调信号，频带为25kHz。

已调信号中含有本船和他船的航行信息，发送信息的编码和接收信息的解码均由信息处理器完成 典型的AIS系统包含一个VHF发射机，两台VHF、TDMA接收机，一台VHF、DSC接收机AIS可以同时在两个频率上交替进行此外，主管部门还可以指配AIS的区域性使用频率，使AIS可工作于一组频率，并具有频道选择和切换手段，既可工作于近程，也可工作于远程 AIS系统运行的基本条件 （1）所有相关船舶必须安装AIS无线电应答器需要说明的是，“相关”并不意味所有船必须装备的船取决于其应用：为了避碰IMO认为国际海上人命安全公约（SOLAS）认可的300总吨以上的船舶才是相关的，这是IMO推荐需强制安装AIS的船舶如今在各国和地区规定的一些强制性要求包括了很多，如油轮、载客渡船等与VTS应用相关的各等级船舶只有具有了这样的强制性运输条件才能成为应用AIS的条件，从而各种不同等级的相关船舶都在当地的基准上使用AIS这样才能提供全球应用的适应性 （2） 必须有一个全球统一的标准化的AIS从而使全世界的相关船舶所装备的由不同的制造商生产的无线电应答器（船载AIS）能够通过统一的VHF数据链来彼此交换航海信息。

（3） 全球统一的AIS规范和VHF数据链标准在技术上则可采用自组织时分复用多路访问技术，这种技术类似已应用移动上的GSM技术 （4） 在全球基准上使用唯一的VHF频率如果在特定地区需要例外，则AIS无线电应答器应可自动转换到当地频率，以防所有装备了AIS的船舶对其它也装备了AIS的船舶和VTS来说在“视觉”看不见 （5） 无人操作的船载AIS和AIS基。