CN109191914B - 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

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

一种内河航道AIS信号监测系统与监测装置及监测方法

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，设置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 (5)

1.一种内河航道AIS信号监测系统的监测方法，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；

3）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、电文周期数据；

4）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网络指标数据；

5）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；

6）所述监测方法，包括了如下步骤：

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；

在监听对象配置表中AIS_OBJECT_CONFIG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电文时间形成数据记录，插入保存到监听对象数据表AIS_OBJECT_Data中；

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网络指标数据形成记录插入保存到监听对象异常表AIS_OBJECT_Fault。

2.根据权利要求1所述的一种内河航道AIS信号监测系统的监测方法，其特征在于：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AIS_OBJECT_Fault是否有数据记录，如果有则形成协议电文，通过无线网络上报发送到AIS网络监控中心。

3.根据权利要求1所述的一种内河航道AIS信号监测系统的监测方法，其特征在于：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电文，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。

4.根据权利要求1所述的一种内河航道AIS信号监测系统的监测方法，其特征在于：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电文，获取监听对象数据表AIS_OBJECT_Data中的记录。

5.根据权利要求1所述的一种内河航道AIS信号监测系统的监测方法，其特征在于：所述AIS信号监测装置中的AIS信号接收模块，没有发射通道。