CN102636167A - 一种基于浏览器的船舶导航系统 - Google Patents

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潘明阳
胡景峰
李超
郝江凌
王德强
赵丽宁
李邵喜
赵德鹏
李源惠
童晨涛
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Abstract

本发明公开了一种基于浏览器的船舶导航系统,所述的系统由船舶客户端、Web服务器、应用服务器和数据库服务器的三层网络结构构成,Web服务器分别与船舶客户端、应用服务器和数据库服务器双向连接,应用服务器还分别与船舶客户端和数据库服务器双向连接。本发明采用了基于IE网络浏览器运行的模式,可以免除内河中大量小型船舶安装和维护ECDIS/ECS的麻烦和昂贵费用,而仅仅需要低廉的移动网络通讯费即可获取全面的导航服务,极大地提升了船舶的航行安全。本发明提出了导航一体化服务的三层网络结构,构建了基于浏览器的船舶导航系统与岸基系统之间的互联互通,实现了船舶在一个终端上获取全方位、一体化的信息服务功能。

Description

一种基于浏览器的船舶导航系统
技术领域
本发明涉及一种船舶导航技术,特别是一种基于浏览器的船舶导航系统。
背景技术
由于船舶的航行安全一直都是航运界最受关注的课题。随着计算机、通讯、网络以及信息融合等多个学科前沿技术的快速发展,基于电子海图的船舶导航系统的诞生和推广应用,给船舶的安全航行提供了强有力的保障。近年来,国际海事组织进一步提出了E-Navigation的概念,意在通过电子方式在船舶和岸上协调收集、集成、交换、显示和分析海事信息,以增强对船舶从码头至码头之间的航行及相关的服务,实现海上安全、保安和海上环境保护的目标。符合E-Navigation概念,是船舶导航系统未来发展的一个方向,对于保障船舶航行安全,提高运输和物流效率都具有重大的现实意义。
对于内河航运,由于船舶更多、航道环境更为复杂,事故也更加频繁,提升船舶航行安全和运输效率的需求比海上航运更为迫切,而且目前内河流域的移动通讯网络已日渐普及,为船舶与岸上的无线通信奠定了很好的基础。
电子海图显示与信息系统(ECDIS-Electronic Chart Display and InformationSystem)或者电子海图系统(ECS-Electronic Chart System)是近年来兴起的一种船舶导航系统。它能将海图信息、导航信息以及雷达目标信息叠加在一个屏幕上显示,并以其直观性为船舶的安全航行提供有力保障。如图1所示,ECDIS/ECS实质上是一个包括各种导航传感器与数字电子海图和其他航海数据结合在一起的自动导航系统的图形输出终端,可从罗经、计程仪、测深仪、GPS、AIS、气象传真机等传感器接收航向、航速、船位、目标船舶及气象信息等,将结果实时地显示在显示器上,并对船舶的航向航迹持续地进行检测与报警。
电子海图导航系统(ECDIS、ECS)必须满足一系列的软件和硬件性能标准,并通过船级社的相关认证,因此系统本身昂贵,而且出于安全和保密考虑,这些系统大多需要专业人员上船安装调试,不仅维护麻烦而且需要不少费用。此外,传统电子海图导航系统采用的单机模式,一方面,电子海图等数据的更新麻烦,需要以定期邮寄光盘的方式进行;另一面,系统难以实时接收岸上的各种其它信息以更好地为船舶的安全航行和运营服务。
中国内河有着大量的营运船舶,其中长江水道上就有近10万艘,珠江水道上有近2万艘。在这些大量内河船舶中,小型公司以及个体经营的小型船舶占有相当的比例。这些船舶由于资金的限制,而且不在海事部门强制安装ECDIS/ECS系统的范围内,很少有安装昂贵的导航设备和系统。这种情况下,一方面小船的航行安全得不到有效的保障,另一方面其他船舶以及管理部门很难获取实时的小船动态,既不利于其他船舶的航行安全也不利于整个水道的船舶安全管理。
随着Internet网络技术的发展,基于Web的电子海图应用也正日渐成熟。如图2所示,这种应用模式是基于WebGIS技术将提前绘制好的海图以图像拼接技术进行瓦片切割,最终形成多分辨率的瓦片金字塔分层存储在服务器端,服务器再根据用户的请求将相应层次和范围的瓦片发送给客户端实现指定区域和比例尺的海图显示。
在上述的基于Web的电子海图应用中,只要在服务器端对海图数据进行统一的更新即可保证所有的用户都能获取最新的海图信息,其基于网络浏览器运行的特点也免除了系统安装、调试和维护的成本,方便用户随时随地通过互联网利用海图服务。
然而,上述基于Web的电子海图应用模式对于船舶导航应用而言,却有着几个难以解决的短板。
1)由于Web浏览器的安全限制,这种模式还难以连接船舶的外部导航设备,获取船舶的航行状态及其周围航行交通环境的实时动态。
2)用户前端获取的是以图片形式呈现的海图即栅格海图而非矢量海图,不包含具体的海图中各要素的空间和属性信息,因此无法利用这些图片数据来进行航行过程中所需的碰标报警、偏航报警等空间分析和计算,为船舶提供报警导航服务。
3)用户进行海图漫游和缩小放大时,必须不断地向服务器提出请求再由服务器将生成好的图片发送到前端显示,网络数据传输量比较大,显示也必然存在延缓现象。而且,一旦船舶临时断线(这对目前内河移动通信网络条件而言是大概率事件),用户将无法进一步浏览海图,势必影响船舶的安全航行。
正是存在着上述诸多局限性,基于Web的海图应用模式还没有在船舶导航上的成功应用案例,而大多用于船舶公司或监管部门对船舶的动态监控上。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题,本发明要提出一种通过移动网络实时服务而无需上船安装维护,具有基于最新海图数据的智能导航和航运信息一体化服务功能的基于浏览器的船舶导航系统。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种基于浏览器的船舶导航系统由船舶客户端、Web服务器、应用服务器和数据库服务器的三层网络结构构成,所述的Web服务器分别与船舶客户端、应用服务器和数据库服务器双向连接,所述的应用服务器还分别与船舶客户端和数据库服务器双向连接;
所述的Web服务器、应用服务器和数据库服务器,它们部署在同一专网内,构成服务器端,用于存储、管理、发布各种导航相关信息并提供用户之间的网络互连服务;其中,Web服务器部署基于IE浏览器的船舶导航系统的门户网站,提供用户管理、各种综合信息浏览和查询服务以及船舶导航应用入口;应用服务器负责电子海图以及船长通告数据的更新维护,以及实现船舶客户端与船公司应用终端以及港口应用终端的连接和一体化应用数据共享与交换;数据库服务器则与外网隔离,存储和管理用户信息、船舶信息、一体化应用和电子海图以及船长通告信息;
所述的船舶客户端基于IE网络浏览器运行,当船舶用户在门户网站进行登录验证后即可进入该终端的Web页面,这里称之为导航页面;导航页面利用JSP和基于COM控件技术相结合设计和开发,其中JSP为一个导航控件的Web应用提供宿主页面以及操作和信息显示界面,而导航控件则为JSP的Web应用提供强大的支持,实现远程海图数据和本地的导航设备资源获取,以及矢量海图的显示、报警计算、数据交换功能;
所述的导航控件包括海图显示与操作模块、海图数据管理模块、导航设备连接模块、导航报警应用模块、一体化应用模块和数据传输及通信模块以及一系列接口与连接点,各个功能模块通过各自的接口及连接点与导航页面的JSP进行交互实现系统的完整功能;
所述的海图显示与操作模块负责导航控件的海图图形界面绘制及其与用户的交互,提供基本的海图以及其他空间相关信息的显示与操作功能,包括选择海图显示、无级比例尺缩放、海图漫游、海图分层显示控制、显示参数控制;
所述的海图数据管理模块负责处理海图显示与操作相关的数据管理工作,包括海图数据以及其他空间相关数据的读取,以及这些数据的快速检索、裁剪与合并;
所述的导航设备连接模块提供GPS、AIS数据的处理功能,采集从GPS、AIS设备输入的数据,并将数据定位于海图上,为船舶用户提供本船和周围船舶的实时动态信息;
所述的导航报警应用模块提供船舶航行时的各种报警功能,包括偏离航道报警、碰标报警、撞桥报警、水下危险物报警、警戒区报警、距离报警以及方位报警;
所述的一体化应用模块负责船舶用户与岸基终端的业务服务,包括与港口终端间的进出港申报业务、与船公司终端间的航次报告业务;
所述的数据传输及通信模块负责船舶客户端与服务器端之间的通信以及系统的数据传输工作;包括基于Socket技术实现与服务器端之间的船舶动态、应急事件报告、短消息以及一体化应用申报信息的网络传递,实现系统文件、矢量海图数据、船舶通告以及其他数据的下载与更新,也为临时离线应用奠定基础;
所述的导航控件的接口包括IZoomIn、IZoomOut、IOpenDevice、ICloseDevice以及ILinkServer,为导航页面的JSP提供操作导航控件的功能如放大缩小海图、打开关闭导航设备和连接服务器等;所述的导航控件的连接点包括IMousePos、IObjList、IObjInfo、IGPSInfo、ITargetInfo以及IAlarmInfo,让导航控件将鼠标位置的经纬度、选中物标信息、物标属性、GPS信息、目标船信息、报警信息传递给导航页面的JSP处理并最终显示。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明采用了基于IE网络浏览器运行的模式,可以免除内河中大量小型船舶安装和维护ECDIS/ECS的麻烦和昂贵费用,而仅仅需要低廉的移动网络通讯费即可获取全面的导航服务,极大程度地提升这些船舶的航行安全。
2、本发明成功地解决了利用浏览器进行GPS、AIS等外部导航设备连接以及矢量海图数据显示、处理和实时更新的难题,能够提供强大的导航服务,而且由于能够将矢量海图数据下载到本地,因此支持基本导航功能的离线应用,能够很好地解决用户掉线的后顾之忧。
3、本发明在导航功能的基础上,进一步解决了船舶导航系统与岸基系统之间的互联互通,建立了船舶与船公司、港口等进行各种航运数据共享和交换的畅通渠道,对于保障内河上船舶的航行安全、提高运输和物流效率、促进航运服务的监管能力具有重大的现实意义。
4、本发明利用JSP和COM控件相结合的技术实现了基于浏览器的船舶导航系统,其中JSP为导航控件提供宿主页面以及操作和信息显示界面,而导航控件则为Web应用提供强大的支持,实现远程海图数据和本地的导航设备资源获取,以及矢量海图的显示、报警计算、数据交换等复杂功能,两者通过一系列接口与连接点进行交互构成完整的基于浏览器的导航系统。
5、本发明提出了导航一体化服务的三层网络结构,并利用Socket技术构建了基于浏览器的船舶导航系统与岸基系统之间的互联互通,建立了船舶与船公司、港口等进行各种航运数据共享和交换的畅通渠道,从而实现了船舶在一个终端上获取全方位、一体化的信息服务功能。
附图说明
本发明共有附图6幅,其中:
图1是ECDIS/ECS结构图。
图2是基于Web的电子海图应用示意图。
图3是基于浏览器的船舶导航系统软件结构图。
图4是导航控件的组织结构图。
图5是导航页面截图。
图6是导航控件与JSP交互方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。图3所示为本发明的系统软件结构及信息流动示意图,图4是本发明的导航控件的组织结构图,其周边为导航控件的接口以及连接点。图5显示了导航页面的一个截图,界面中间的海图区域由导航控件绘制和控制,而顶部的工具栏、底部的状态栏、左边的海图信息栏和右边的导航信息栏都是由JSP实现的界面。导航控件和JSP通过控件的接口以及连接点进行通讯交互。图6显示了导航控件和JSP交互在海图信息查询功能中应用的一个例子。
当用户在导航控件的海图区域用鼠标右键点击某一物标时,在导航页面的左边信息显示栏里将显示当前的航道图信息以及鼠标所点中的物标列表。当点击物标列表中的某一物标项时,在左边栏的下部将显示该物标的属性,并使航道图中的该物标高亮显示。在该海图信息查询中导航控件与JSP的交互流程如下:
(1)导航控件响应鼠标右键的点击事件,调用海图数据管理模块的物标查询函数,获取鼠标点中的物标列表。
(2)选中的物标列表通过连接点IObjList返回给导航页面。
(3)导航页面中对应IObjList接口的JSP接收函数ShowObjList获取这些物标列表信息进行解析并显示在导航页面左边栏中部。
(4)当点击导航页面左边栏上的某个物标项时,JSP通过响应OnClick事件将物标的ID作为参数调用导航控件的IObjectQuery接口。
(5)导航控件根据物标ID查询该物标属性,并将海图中的该物标置于高亮显示状态。
(6)同时物标属性查询结果通过连接点接口IObjInfo返回导航页面。
(7)导航页面中对应IObjInfot接口的JSP接收函数ShowObjInfo获取物标属性信息进行解析并显示在导航页面左边栏下部。
这种JSP与导航控件相结合的模式使得系统具有较好的松耦合性和灵活性,当系统需要改动操作界面时,只需修改JSP部分即可,而当对导航控件进行功能升级时则无需改动JSP部分。

Claims (1)

1.一种基于浏览器的船舶导航系统,其特征在于:由船舶客户端、Web服务器、应用服务器和数据库服务器的三层网络结构构成,所述的Web服务器分别与船舶客户端、应用服务器和数据库服务器双向连接,所述的应用服务器还分别与船舶客户端和数据库服务器双向连接;
所述的Web服务器、应用服务器和数据库服务器,它们部署在同一专网内,构成服务器端,用于存储、管理、发布各种导航相关信息并提供用户之间的网络互连服务;其中,Web服务器部署基于IE浏览器的船舶导航系统的门户网站,提供用户管理、各种综合信息浏览和查询服务以及船舶导航应用入口;应用服务器负责电子海图以及船长通告数据的更新维护,以及实现船舶客户端与船公司应用终端以及港口应用终端的连接和一体化应用数据共享与交换;数据库服务器则与外网隔离,存储和管理用户信息、船舶信息、一体化应用和电子海图以及船长通告信息;
所述的船舶客户端基于IE网络浏览器运行,当船舶用户在门户网站进行登录验证后即可进入该终端的Web页面,这里称之为导航页面;导航页面利用JSP和基于COM控件技术相结合设计和开发,其中JSP为一个导航控件的Web应用提供宿主页面以及操作和信息显示界面,而导航控件则为JSP的Web应用提供强大的支持,实现远程海图数据和本地的导航设备资源获取,以及矢量海图的显示、报警计算、数据交换功能;
所述的导航控件包括海图显示与操作模块、海图数据管理模块、导航设备连接模块、导航报警应用模块、一体化应用模块和数据传输及通信模块以及一系列接口与连接点,各个功能模块通过各自的接口及连接点与导航页面的JSP进行交互实现系统的完整功能;
所述的海图显示与操作模块负责导航控件的海图图形界面绘制及其与用户的交互,提供基本的海图以及其他空间相关信息的显示与操作功能,包括选择海图显示、无级比例尺缩放、海图漫游、海图分层显示控制、显示参数控制;
所述的海图数据管理模块负责处理海图显示与操作相关的数据管理工作,包括海图数据以及其他空间相关数据的读取,以及这些数据的快速检索、裁剪与合并;
所述的导航设备连接模块提供GPS、AIS数据的处理功能,采集从GPS、AIS设备输入的数据,并将数据定位于海图上,为船舶用户提供本船和周围船舶的实时动态信息;
所述的导航报警应用模块提供船舶航行时的各种报警功能,包括偏离航道报警、碰标报警、撞桥报警、水下危险物报警、警戒区报警、距离报警以及方位报警;
所述的一体化应用模块负责船舶用户与岸基终端的业务服务,包括与港口终端间的进出港申报业务、与船公司终端间的航次报告业务;
所述的数据传输及通信模块负责船舶客户端与服务器端之间的通信以及系统的数据传输工作;包括基于Socket技术实现与服务器端之间的船舶动态、应急事件报告、短消息以及一体化应用申报信息的网络传递,实现系统文件、矢量海图数据、船舶通告以及其他数据的下载与更新,也为临时离线应用奠定基础;
所述的导航控件的接口包括IZoomIn、IZoomOut、IOpenDevice、ICloseDevice以及ILinkServer,为导航页面的JSP提供操作导航控件的功能如放大缩小海图、打开关闭导航设备和连接服务器等;所述的导航控件的连接点包括IMousePos、IObjList、IObjInfo、IGPSInfo、ITargetInfo以及IAlarmInfo,让导航控件将鼠标位置的经纬度、选中物标信息、物标属性、GPS信息、目标船信息、报警信息传递给导航页面的JSP处理并最终显示。
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