CN109191914A - 一种内河航道ais信号监测系统与监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内河航道AIS信号监测系统与监测装置及方法,系统由AIS网络监控中心、无线网络和内河航道AIS信号监测装置构成,监测装置由嵌入式微处理器、AIS信号接收模块、MODEM模块、北斗/GPS模块、电源模块、太阳能充电组成。所述方法,在嵌入式微处理器中包含有监听对象配置表、数据表、异常表;装置收到AIS电文后,解码获得MMSI呼号,检查是否属于监测对象,如果是就保存装置的时间、位置和有关数据,并对MMSI呼号判断是否异常,按照协议组包数据上传到AIS网络监控中心。本发明有益效果是:沿内河航道部署的AIS信号监测装置,可对周围的AIS网络信号进行实施监测,为提高AIS服务质量提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种水上交通AIS领域,特别是涉及一种内河航道AIS信号监测系统与监测装置及监测方法。
背景技术
AIS是船舶自动识别系统(Automatic Identification System)的缩写,它记录了船舶与船舶、与通航环境等之间的相互作用、相互影响的结果,已成为水上交通安全监管、船舶安全通航等应用最重要的技术依赖,2008年左右AIS开始在我国长江内河航道应用,并逐步延伸到船舶交通流信息采集、船舶行为监测、助航设施、航道工程应用、海事管理等方面。与水域开阔、通航条件好的海上航道AIS应用相比,内河AIS应用的环境明显较差,AIS通信可靠性更易受航道狭窄弯曲、大山多的恶劣自然条件、通信距离、船台数量、无线电环境等诸多因素的影响,狭窄的内河航道容易形成船舶密集,导致AIS网络负载加重、信道冲突严重,导致基于AIS数据的相关应用可靠性降低,同时也给船舶航行安全带来隐患;例如,根据2017年第3期第35卷《交通信息与安全》公开的“内河船舶AIS网络通信性能研究”研究表明:长江武汉段的AIS网络信道阻塞率最低的时刻在凌晨和夜晚,此时低速船和抛锚船较多,时隙冲突、时隙复用少,信道阻塞率最高的时刻在白天工作时间段,此时船舶数较多,时隙冲突、时隙复用较多。针对内河流域地理地形变化多样,如何在缺乏供电及有线传输网络的地区架设AIS基站提高整个流域的AIS信号覆盖效果,文献CN106101073A公开了一种内河岸基AIS船舶数据无线传输装置及传输方法,包括通信天线、太阳能电池板、蓄电池、GPRS通信模块、AIS数据过滤模块、AIS岸基接收机、防护箱、支撑杆,由AIS岸基接收机6接收的报文通过AIS数据过滤模块5压缩处理后,可大幅较少需要传输到监控中心的数据量,进而减少GPRS无线数据传输过程中产生的通信费用,在有限建设资金的情况下,可以在待监控内河两岸架设更多的接收基站;为保证AIS基站虚拟航标播发的连续性和完好性,满足虚拟航标导航的安全性和可靠性,文献CN106714209A提供一种AIS基站虚拟航标播发监测系统及方法,设罝AIS基站进行虚拟航标信号的播发,每个AIS基站采用多个发射机作为备机冗余,设置参考接收端对来自AIS基站的虚拟航标信号进行监测,并且将监测信息传回监控中心,在监控中心对参考接收端的接收质量和AIS基站的发射质量进行计算获取发射机的完好性评估数据,并根据完好性评估数据进行告警和主备发射机切换;文献CN103281099B发明了一种基于专用通道的AIS航标及通讯方法,实现了AIS航标的遥测遥控功能;避免了遥控遥测报文与船舶AIS电文的相互干扰,提高了AIS通信信道的利用率。
但由于AIS没有完整的信息验证机制,目前主要依靠船载AIS巡查、AIS基站管理以及AIS服务器等综合应用平台来评估AIS网络特别是重要水域的AIS通信实际状况,如何能更为精确、及时地,实时监测内河航道特别是重要水域的AIS网络通信性能,特别是重要的AIS设施如AIS基站、AIS虚拟航标的网络覆盖情况,是深化AIS在内河航道应用必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种内河航道AIS信号监测系统与监测装置及监测方法,监测装置安装在内河航道重点水域的航标上,对本区域范围内AIS信号质量进行实时监测,以掌握重要AIS设施如基站、虚拟航标的信号覆盖情况,保障AIS网络的正常工作率。
为达到上述目的,本发明的设计技术方案是:所述的内河航道AIS信号监测系统,由AIS网络监控中心、无线网络和AIS信号监测装置构成,其中AIS网络监控中心通过无线网络和AIS信号监测装置相连。
所述的AIS信号监测装置,由嵌入式微处理器、AIS信号接收模块、MODEM模块、北斗/GPS模块、电源模块、太阳能充电模块组成,其中嵌入式微处理器分别和AIS信号接收模块、MODEM模块、北斗/GPS模块相连,太阳能充电模块和电源模块相连,电源模块分别和嵌入式微处理器、AIS信号接收模块、MODEM模块、北斗/GPS模块相连;所述的AIS信号监测装置,安装在重要区域的航标上,在AIS网络可及范围内可以有n个。
所述AIS信号监测装置中的AIS信号接收模块,有双通道两个频段监听AIS网络的通讯情况,获得AIS电文,没有发射通道。
所述AIS信号监测装置中的北斗/GPS模块,完成对本装置所在位置和时间的采集。
所述AIS信号监测装置中的MODEM模块,完成和AIS监控中心的无线数据交换,接收下发报文并执行指令,上传数据。
所述AIS信号监测装置中的嵌入式微处理器,存在有一个监听对象配置表AIS_OBJECT_CONFIG,由MMSI_ID字段、POLL_Time字段组成,指示监听对象的ID、电文周期等数据,具体如表1所示:
所述AIS信号监测装置中的嵌入式微处理器,存在有一个监听对象数据表AIS_OBJECT_Data,由MMSI_ID字段、Data_Time字段、XYZ字段、AIS_Net字段组成,指示收到监听对象的MMSI呼号、AIS电文接收时间、AIS信号监测装置的当前位置及AIS网络指标等数据,具体如表2所示:
所述AIS信号监测装置中的嵌入式微处理器,存在有一个监听对象异常表AIS_OBJECT_Fault,由MMSI_ID字段、Fault_Time字段、Fault_XYZ字段、AIS_Net字段组成,指示异常监听对象的MMSI呼号、记录异常的时间、AIS信号监测装置的当前位置AIS网络指标,具体如表3所示:
所述AIS信号监测装置中的嵌入式微处理器,其中的定时器1的中断服务中按照设定周期,检查监听对象异常表AIS_OBJECT_Fault是否有数据记录,如果有则形成协议报文,通过无线网络上报发送到AIS网络监控中心。
本发明所述的一种内河航道AIS信号监测方法,对内河航道AIS信号监测方法还包括了如下步骤:首先,当AIS信号监测装置中的AIS接收模块收到电文后发送给嵌入式微处理器,嵌入式微处理器根据AIS规范解码电文,只有符合规范的电文才获得电文中的MMSI呼号及有关数据,其次,在监听对象配置表AIS_OBJECT_CONFIG中检索遍历MMSI_ID字段,检查该MMSI呼号设备是否属于本装置的监测对象,如果是属于本终端监测对象,然后读取本装置北斗/GPS模块提供的时间、位置,将该监测对象MMSI呼号、本装置位置和收到AIS电文时间等形成数据记录,插入保存到监听对象数据表AIS_OBJECT_Data中,最后以监听对象配置表AIS_OBJECT_CONFIG中POLL_Time字段数据为依据,将监听对象数据表AIS_OBJECT_Data中该监听对象的最近两条数据记录之Data_Time字段数据相减操作,检查减法操作的结果是否符合约定周期,即不能大于这个约定电文周期时间,如果不符合,即超过了这个约定电文周期,则判断该监测对象发生一次异常,综合监测对象MMSI呼号、监测装置的位置和当前时间及其AIS网络指标数据等数据形成记录插入保存到监听对象异常表AIS_OBJECT_Fault。
本发明所述的一种内河航道AIS信号监测方法,AIS网络监控中心通过无线网络向AIS信号监测装置下发指令报文,可以对监听对象配置表AIS_OBJECT_CONFIG中的记录进行新增插入、修改更新以及删除记录等操作。
本发明所述的一种内河航道AIS信号监测方法,AIS网络监控中心通过无线网络向AIS信号监测装置下发指令报文,获取监听对象数据表AIS_OBJECT_Data中的记录。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:沿内河航道部署的AIS信号监测装置,可对周围的AIS网络信号进行实施监测,有助于了解航道AIS信号覆盖情况,还可以安装在海事公务船上进行巡航,为提高AIS服务质量提供依据。
本发明的目的、特征及优点将通过实施例并结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明应用的拓扑结构图。
图2是本发明的AIS信号监测装置硬件结构图。
图3是本发明装置接收到AIS电文后的处理流程图。
图4是本发明上报异常数据的定时器1服务流程图。
图5是本发明收到AIS网络监控中心下发数据的处理流程图。
具体实施方式
图1中,101是AIS网络监控中心,102是无线网络,1201是AIS信号监测装置1,1202是AIS信号监测装置2,1203是AIS信号监测装置n;无线网络(102)分别和AIS网络监控中心(101)以及AIS信号监测装置1(1201)、AIS信号监测装置2(1202)、AIS信号监测装置n(1203)等相连。
图2中,201是嵌入式微处理器,202是MODEM无线模块,203是北斗/GPS模块,204是AIS信号接收模块,205是电源模块,206是太阳能充电模块,其中嵌入式微处理器(201)分别和MODEM无线模块(202)、北斗/GPS模块(203)、AIS信号接收模块(204)、电源模块(205)相连,电源模块(205)分别和MODEM无线模块(202)、北斗/GPS模块(203)、AIS信号接收模块(204)、太阳能充电模块(206)相连。
为了更详细的描述本发明,下面结合图3、图4、图5作进一步说明。
步骤301:装置中的嵌入式微处理器(201)收到AIS接收模块(204)送来的AIS电文,开始本次处理,执行步骤302;
步骤302:按照AIS规范要求,对校验正确的AIS电文进行译码,获得报文中的MMSI呼号以及有关数据,执行步骤303;
步骤303:在表AIS_OBJECT_CONFIG中遍历查找是否存在收到电文中该MMSI呼号的记录,执行步骤304;
步骤304:检查表AIS_OBJECT_CONFIG中是否存在电文中的这个MMSI呼号,如果有,则执行步骤305,否则没有就执行步骤310;
步骤305:读取本装置的时间、位置,综合解码监测对象AIS电文的MMSI呼号等数据,形成记录插入保存到表AIS_OBJECT_Data中,执行步骤306;
步骤306:从表AIS_OBJECT_CONFIG中读取该MMSI呼号的数据记录,获得该监测对象设定的AIS电文数据周期,执行步骤307;
步骤307:从表AIS_OBJECT_Data中读取该MMSI呼号的最近两条数据记录,将这两条记录的接收时间数据进行减法操作,结果作为判断两条记录的接收时间差距是否符合其设定的AIS电文数据周期,执行步骤308;
步骤308:步骤307减法结果是否小于等于设定该MMSI呼号的AIS电文数据周期,如果是则执行步骤310,否则不是执行步骤309;
步骤309:将监测对象MMSI呼号、监测装置的当前位置和时间及其AIS网络指标数据等插入保存到表AIS_OBJECT_Fault,执行步骤310;
步骤310:本次服务结束。
步骤401:定时器1定时中断服务开始,执行步骤402;
步骤402:读取读取表AIS_OBJECT_Fault记录,检查是否有异常情况的数据记录,执行步骤403;
步骤403:如果有记录,则执行步骤404,否则没有记录就执行步骤408;
步骤404:向AIS网络监控中心(101)发起连接,握手成功后,将已读取表AIS_OBJECT_Fault的记录数据组织协议报文,然后上报到AIS网络监控中心(101),执行步骤405;
步骤405:在规定时间内等待AIS网络监控中心收到数据的应答报文,如果收到了应答报文,则执行步骤406,否则执行步骤407;
步骤406:删除表AIS_OBJECT_Fault中当前记录,执行步骤407;
步骤407:关闭和AIS服务器的连接,执行步骤408;
步骤408:服务结束。
步骤501:收到AIS网络监控中心(101)下发报文,执行步骤502;
步骤502:依据协议规则,对报文进行校验、解码和解析,执行步骤503;
步骤503:判断当前报文是否为修改配置报文,如果是执行步骤504,否则执行步骤505;
步骤504:根据报文具体数据,以插入增加、修改更新和删除等方式维护表AIS_OBJECT_CONFIG,然后执行步骤509;
步骤505:判断当前报文是否为调取历史数据报文,如果是执行步骤506,否则执行步骤509;
步骤506:读取表AIS_OBJECT_Data一条记录,组织协议报文上传,然后执行步骤507;
步骤507:在规定时间内等待AIS网络监控中心(101)握手应答?如果AIS网络监控中心(101)应答正确,执行步骤508,否则执行步骤509;
步骤508:将已上传到AIS网络监控中心(101)的表AIS_OBJECT_Data中的本条记录删除,执行步骤509;
步骤509:本次服务结束。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是熟悉本技术领域的技术人员应该理解,我们所描述的具体实施例只是说明性的,而不是用于对本发明范围的限定,任何受本发明技术路线启发所作的等效修饰以及变化,都应当涵盖在本发明权利要求所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种内河航道AIS信号监测系统与监测装置,其特征在于:
1)系统由AIS网络监控中心、无线网络和AIS信号监测装置构成,其中AIS网络监控中心通过无线网络和AIS信号监测装置相连;
2)AIS信号监测装置由嵌入式微处理器、AIS信号接收模块、MODEM模块、北斗/GPS模块、电源模块、太阳能充电模块组成,其中嵌入式微处理器分别和AIS信号接收模块、MODEM模块、北斗/GPS模块相连,太阳能充电模块和电源模块相连,电源模块分别和嵌入式微处理器、AIS信号接收模块、MODEM模块、北斗/GPS模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种内河航道AIS信号监测系统与监测装置,其特征在于所述AIS信号监测装置中的AIS信号接收模块,有双通道两个频段监听AIS网络的通讯情况,没有发射通道。
3.一种内河航道AIS信号监测方法,其特征在于:
(1)所述AIS信号监测装置中的AIS接收模块收到电文后发送给嵌入式微处理器,嵌入式微处理器解码获得MMSI呼号及有关数据,然后在监听对象配置表中检查该MMSI呼号设备是否属于本装置的监测对象;
(2)如果是本装置监测对象,读取本装置北斗/GPS模块提供的时间、位置,将该监测对象MMSI呼号、本装置位置和收到AIS电文时间等形成数据记录,插入保存到监听对象数据表;
(3)将监听对象数据表中该监听对象的最近两条数据记录之Data_Time字段数据相减操作,检查减法操作的结果是否符合约定周期,即不能大于这个约定电文周期时间,如果不符合,即超过了这个约定电文周期,则判断该监测对象发生一次异常,综合监测对象MMSI呼号、监测装置的位置和当前时间及其AIS网络指标数据等数据形成记录插入保存到监听对象异常表;
(4)所述AIS信号监测装置中的嵌入式微处理器,定时检查监听对象异常表是否有数据记录,如果有则形成协议报文,上报发送到监控中心。
4.根据权利要求3所述的一种内河航道AIS信号监测方法,其特征在于:
所述监听对象配置表AIS_OBJECT_CONFIG,具体如下表所示:
5.根据权利要求3所述的一种内河航道AIS信号监测方法,其特征在于:
所述监听对象数据表AIS_OBJECT_Data,具体如下表所示:
6.根据权利要求3所述的一种内河航道AIS信号监测方法,其特征在于:所述监听对象异常表AIS_OBJECT_Fault,具体如下表3所示:
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