CN109460218A - 一种船端综合航行系统架构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种船端综合航行系统架构，包括数据采集层、分析处理层、业务应用层以及人机交互层。分析处理层接收数据采集层发送的各类传感数据和业务信息，进行数据融合后，形成唯一的PNT信息、物标信息并发送给业务应用层和人机交互层并进行所有数据的存储；业务应用层接收分析处理层发送的PNT信息、物标信息和人机交互层发送的指令信息和信息，进行航路规划、航路监控、报警管理、系统状态监测、船舶报告信息管理，避碰辅助操纵；系统采用开放式体系架构，并将各类船舶信息数据进行融合、分析和处理，从而保障船端综合航行系统的可靠运行，满足船舶操纵人员用户需求，实现船桥设备的信息传输与交互。

Description

一种船端综合航行系统架构

技术领域

本发明涉及一种应用于船端综合航行系统的物理架构、逻辑架构和软件架构，属于航海技术领域。

背景技术

国际海事组织(IMO)于2006年提出了e-航海的概念，IMO和IALA于2013年提出了e-航海技术架构。该架构由船端、岸端和船-岸之间的物理通信链路组成，其中船端包括航海人员、船舶通信设备、船载各种传感器、综合航行系统等，其中综合航行系统为系统船端的核心。

我国目前船端系统存在设备孤立、信息孤岛严重的问题，可扩展性差、系统接口封闭，信息融合能力低。系统架构是船端系统的基础，优化的系统架构将对整个船端系统的工作性能带来重要影响。目前基于冗余网络、分布式系统架构的技术在其他领域应用比较广泛，已具备了在船端系统开展类似系统架构设计的基础。

如中国惯性技术学报2009年12月期中《综合船桥系统综述》和2011年6月期中《新型综合船桥系统》中提到的综合航行系统，虽然采用了基于冗余网络的三层体系结构，每个用户软件也配置了元数据采集、处理、分析模块、系统配置模块、通信模块等，但是其每个软件只是采用了相同的底层软件模块和数据库，并没有真正实现分布式和业务的分层设计，信息共享能力低、系统模块化设计差、用户开放性不好。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提出一种船端综合航行系统架构，解决现有船舶安全保障系统的孤立状况，实现各传感系统和业务系统之间的融合，为用户提供信息支持。系统遵循接口公开原则，颠覆目前各类系统孤立并存的现状，实现系统业务功能融合、模块化和注册式添加。

本发明的技术解决方案是：

提供一种船端综合航行系统架构，包括数据采集层、分析处理层、业务应用层以及人机交互层；

数据采集层采集船端各类传感数据，通过无线通讯设备接收业务信息，进行处理后发送给分析处理层或通过无线通讯设备向外部发送；

分析处理层接收数据采集层发送的各类传感数据和业务信息，进行数据融合后，形成唯一的PNT信息、物标信息并发送给业务应用层和人机交互层，同时进行所有数据的存储；

业务应用层接收分析处理层发送的PNT信息、物标信息以及人机交互层发送的指令和信息，进行航路规划、航路监控、报警管理、系统状态监测、船舶报告信息管理，避碰辅助操纵；

人机交互层接收数据采集层、分析处理层以及业务应用层发送的信息进行显示，接收人为输入信息发送给对应的业务模块。

优选的，各数据层之间通过分布式消息系统传输数据和指令。

优选的，各类传感数据包括PNT数据和船舶动力推进数据；业务信息包括从AIS或VDES系统获取岸基航行安全信息数据，AIS系统获取周围海上移动目标数据、雷达获得海上交通目标数据信息、气象仪信息数据、值班报警信息数据以及NAVTEX设备中获取各类岸基航行安全信息数据。

优选的，PNT数据来源于罗经、测深仪、计程仪、GNSS定位仪，雷达以及船舶自动识别系统(AIS)。

优选的，分析处理层包括综合PNT数据融合模块、航路物标数据融合模块和统一化数据存储管理模块；综合PNT数据融合模块接收本船PNT数据，并按照定位、导航、定时三个分类进行处理，判断采集数据的可用性和有效性，当数据异常时，输出警告信息，进行数据融合，形成唯一的PNT信息；航路物标数据融合模块根据AIS接收的其他船舶发送的船舶动态、静态数据判断是否某些目标为同一目标，如果为同一目标则更新位置列表将同一目标进行合并，输出合并后的目标位置列表；统一化数据存储管理模块接收数据采集层采集的所有数据进行分类存储，并发送至业务应用层。

优选的，综合PNT数据融合模块接收本船PNT数据，对本船定位、导航、定时信息分类融合处理；本船定位信息包括多个GNSS定位仪发送的位置信息，计程仪测量的速度信息和罗经测量的航向信息推算船舶位置，多个GNSS定位仪发送的位置信息和推算的船舶位置，进行加权计算获得最终位置信息并输出到业务应用层；本船导航信息包括罗经采集的航向信息、测深仪采集的吃水深度及水流速度、计程仪采集的船体速度，GNSS定位仪发送的航向信息，将多个GNSS定位仪发送的航向信息和罗经采集的航向信息进行加权计算获得最终航向计算结果；将多个GNSS定位仪发送的船体速度和计程仪采集的船体速度进行加权计算获得最终速度计算结果；多个测深仪采集的吃水深度及水流速度进行加权计算，获得最终的吃水深度及水流速度；本船定时信息包括多个GNSS定位仪发送的时间信息，进行时间统一，然后进行加权计算，获得最终的当前时刻。

优选的，业务应用层包括航行计划与航行监控模块、航行控制模块、避碰与操纵辅助模块、告警处理模块、系统设备完好性监测模块、GMDSS遇险报警与搜救模块和船舶报告信息管理模块；

航行计划与航行监控模块，读取统一化数据存储管理模块存储的历史航路信息，人为选择航路，读取ECDIS软件模块发送的出发港、目的港、吃水、速度限制及转弯半径信息，将航路与ECDIS软件模块发送信息进行比较，如果满足ECDIS软件模块发送信息则确定该航路，否则对不满足ECDIS软件模块发送信息的航路位置和信息类型，进行提醒，人为进行航路修改，直至满足要求；接收综合PNT数据融合模块发送的PNT信息和数据采集层发送的船舶动力推进数据进行航路监控，与规划航路进行比较，判断是否发生偏航，如果发生偏航则进行报警提示，并将偏航信息发送给ECDIS软件模块进行报警显示；

航行控制模块航行控制模块接收航行计划与航行监控模块提供的当前航线信息及偏航信息；若为自动航行模式，生成控制指令发送给航向操作舵、速度控制设备减小偏航，并通过Conning显控软件模块显示，并发送到统一化数据存储管理模块中存储；若为手动航行模式，则不进行处理；

避碰与操纵决策辅助模块根据航路物标数据融合模块发送的目标信息，以及ECDIS软件模块发送电子海图上的物标信息，根据PNT信息计算最短汇遇时间和距离，如果最短汇遇时间或距离低于阈值，进行危险报警，人为进行避免碰撞操作；

告警处理模块收集各模块发送的报警信息进行分类，每类危险按时间顺序进行排序，形成列表，并发送给人机交互层系统设备状态模块；接收人机交互层系统设备状态模块发送的报警处理指令，进行报警确认和报警静处理；

系统设备状态完好性监测模块，接收各层模块发送的自身状态信息，判断各层模块工作状态，并将状态信息发送给人机交互层系统设备状态模块；

GMDSS遇险报警与搜救模块对船舶自动识别系统接收的搜救信息和海上安全信息进行解析，并发送给ECDIS模块，ECDIS模块进行位置标注；对ECDIS模块发送的本船遇险信息，发送给船舶自动识别系统，由船舶自动识别系统通过AIS和NAVTEX同时向外发送；

船舶报告信息管理模块，接收人机交互层船舶报告模块发送的船舶进出港信息、人员信息、货物信息、安保信息等并发送给港口的管理系统；通过数据采集层的公共网络接收港口的管理系统发送的审核信息，将审核信息发送给人机交互层船舶报告模块进行显示。

优选的，分类的方法为：对碰撞危险和搁浅危险作为A类报警，其他为B类报警。

优选的，人机交互层包括ECDIS软件模块、Radar显控软件模块、Conning显控软件模块、系统设备状态模块和船舶报告服务交互软件模块；

ECDIS软件模块，用于电子海图显示，以及航路计划和监测模块发送的航路信息、避碰与操纵辅助模块发送的汇遇信息、GMDSS遇险报警与搜救模块发送的海上安全信息进行显示，接收人为操作并向航行计划与航行监控模块发送航路监控指令；

Radar显控软件模块接收航路物标信息融合模块处理后的数据进行目标显示，接收船综合PNT数据融合模块发送的本船PNT信息进行显示，接收避碰与操纵决策辅助模块发送的报警信息并进行显示；

Conning显控软件模块接收船综合PNT数据融合模块发送的本船PNT信息进行显示、接收气象仪信息数据进行气象数据显示，接收航行计划与航行监控模块发送的当前航路并进行显示，接收船舶动力推进数据采集推进器系统数据和自动舵信息数据并进行显示；

系统设备状态模块接收告警处理模块发送的告警信息进行显示，接收人为输入的报警确认和报警静处理操作，并转化为报警处理指令发送给系统设备状态模块；接收系统设备状态完好性监测模块发送的各层模块工作状态，并进行显示；

船舶报告模块接收人为输入的船舶进出港信息、人员信息、货物信息、安保信息形成XML文件，并发送给船舶报告信息管理模块，船舶报告信息管理模块发送给港口的管理系统；接收船舶报告信息管理模块转发的港口的管理系统发送的审核信息并进行显示，如果有未通过信息，则接收人为输入的修改信息，形成XML文件，并发送给船舶报告信息管理模块直至审核通过。

优选的，每个模块在分布式消息系统上注册对外服务接口和基于S-100标准的数据模型或用户自定义的测试数据模型。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)本发明采用分布式的软件架构设计，通过数据交互平台保证了系统资源的重复利用，并解决了夸业务的信息共享服务，满足各类服务需求，方便灵活地实现系统各类业务之间的数据和指令的按需交互。

(2)本发明采用基于分层系统架构设计和模块化设计，各功能模块能够灵活配置、便于扩展和替换。层级式和模块化的架构能够较好地支持系统实现各类用户业务需求，实现人机交互软件在任意工作台站的同步运行，同时具有良好的可扩充性。

附图说明

图1为本发明的综合航行系统逻辑架构图；

图2为本发明的综合航行系统软件架构图；

图3为综合PNT数据处理模块处理流程图；

图4为本发明综合航行系统物理架构图。

具体实施方式

针对船端综合航行系统具有数据源种类多，数据内容和格式庞杂，业务应用需求多，功能复杂并且交叉耦合的特点，将相同业务进行融合、统一，系统总体架构划分为数据采集层、分析处理层、业务应用层、人机交互层。各层级间采用统一协调的数据交换格式和交互模式。各层级内部采用模块化设计，各功能模块能够灵活配置、便于扩展和替换。层级式和模块化的架构能够较好地支持端综合航行系统实现各类用户业务需求，同时具有良好的可扩充性。软件方面采用C/S架构，将前端应用放在C端，所有服务放在S端，实现了前端应用与工作硬件的松耦合。

结合图1-2，其中，数据采集层主要任务是完成船端各类传感数据的采集和信息的播发，实现本船定位、导航、定时(PNT)数据、船舶动力推进数据、通信系统各业务数据和气象、值班报警等其他信息的采集，以及本船动静态信息，遇险搜救信息和船舶报告等信息的播发。该层负责管理设备，使之与系统上层隔离，并按照统一的XML格式为系统提供物理数据的接入和交互服务。

(1)本船PNT数据采集

该类信息主要来自各类PNT设备，实时采集罗经、测深仪、计程仪、GNSS定位仪，雷达、船舶自动识别系统(AIS)数据以及其他信息，主要用于综合PNT系统的数据融合。

(2)船舶动力推进数据采集

船舶动力推进数据采集推进器系统数据和自动舵信息数据，用于Conning功能的控制和信息显示。

(3)来自通信系统的各类业务数据采集

1)从AIS/VDES系统获取各类岸基航行安全信息数据；

2)从NAVTEX设备中获取各类岸基航行安全信息数据；

(4)航路交通状况信息

1)通过AIS与周围船舶进行各类信息交互，获取周围海上移动目标数据；

2)通过两部雷达获得海上交通目标数据信息；

(5)其他信息采集

1)实时采集航行气象仪信息数据；

2)实时采集值班报警信息数据，并能够操作控制该系统；

数据采集层采集的数据通过分布式消息系统发送至分析处理层。

分析处理层主要实现综合PNT数据的融合、航路交通目标数据的融合以及统一化数据的存储与管理，对数据进行过滤、分析、融合、处理、封装、存储和管理，按照业务应用的需求为其提供符合S-100标准的格式化数据服务。减少业务应用数据处理的复杂度和关联性,提高统一性和适配性。包括综合PNT数据融合模块、航路物标数据融合模块和统一化数据存储管理模块；综合PNT数据融合模块接收本船PNT数据，并按照定位、导航、定时三个分类在内存分类处理，判断采集数据的可用性和有效性，当数据异常时，输出警告信息；结合图3，对本船定位、导航、定时可用性分类融合处理，形成唯一的PNT信息；对每项融合后的PNT数据进行完好性评估，并输出。本船定位信息包括多个GNSS定位仪发送的位置信息，计程仪测量的速度信息和罗经测量的航向信息推算船舶位置，多个GNSS定位仪发送的位置信息和推算的船舶位置，按照权值进行加权计算获得最终位置信息并输出到业务应用层。权值根据根据GNSS定位仪的初始按照精度赋值，GNSS定位仪的精度越高权值越大，推算船舶位置的权值最低，所有权值相加的和为1。本船导航信息包括罗经采集的航向信息、测深仪采集的吃水深度及水流速度、计程仪采集的船体速度，GNSS定位仪发送的航向信息，将多个GNSS定位仪发送的航向信息和罗经采集的航向信息进行加权计算获得最终航向计算结果，权值GNSS定位仪的精度越高权值越大，罗经的权值最低，所有权值相加的和为1。将多个GNSS定位仪发送的船体速度和计程仪采集的船体速度进行加权计算获得最终速度计算结果，GNSS定位仪的精度越高权值越大，计程仪的权值最低，所有权值相加的和为1。多个测深仪采集的吃水深度及水流速度进行加权计算，获得最终的吃水深度及水流速度，测深仪的精度越高权值越大，所有权值相加的和为1。本船定时信息包括多个GNSS定位仪发送的时间信息，进行时间统一，然后进行加权计算，获得最终的当前时刻，GNSS定位仪的精度越高权值越大，所有权值相加的和为1。

航路物标数据融合模块将AIS和雷达获得他船数据进行统一性融合并发送给业务应用层，根据雷达测量的目标信息，生成目标位置列表，根据AIS接收的其他船舶发送的船舶动态、静态数据判断是否某些目标为同一目标，如果为同一目标则更新位置列表将同一目标进行聚合，输出聚合后的目标位置列表。

统一化数据存储管理模块接收数据采集层采集的所有数据进行分类存储，并发送至业务应用层。

业务应用层为整个系统构架的核心，具体实现航行计划与航行监控、航行控制、避碰与操纵辅助、告警处理、系统设备完好性监测、GMDSS遇险报警与搜救和船舶报告信息管理等功能，全面支持和满足船端各类用户业务需求。处理各类航行、操控、告警、搜救、监测和报告等业务信息，提交人机交互层进行显示、响应人机交互操作指令。

航行计划与航行监控模块，根据历史航路等信息，结合ENC上航路信息、障碍物信息等进行航线设计。在船舶航行过程中实时监测航路位置，对船舶航行全程进行偏航预警。同时该软件支持自身完好性监测功能，对本服务软件内部实时运行状态进行监控，定时上报给完好性监测服务。该软件接收ECDIS模块、综合PNT数据融合模块、数据采集层等航线设计与监测业务相关软件模块的输入和输出，支持船端e航海系统的航线设计与航路监控，实现船舶航行安全。航行计划与航行监控模块读取统一化数据存储管理模块存储的历史航路信息；接收ECDIS模块发送的出发港、目的港、吃水、速度限制、转弯半径等信息；综合PNT数据融合模块发送的PNT信息，数据采集层发送的船舶动力推进数据。人为选择航路，读取ECDIS模块发送的出发港、目的港、吃水、速度限制、转弯半径等信息，将航路信息与ECDIS模块发送信息进行比较，如果满足ECDIS模块发送信息则确定该航路，否则对不满足ECDIS模块发送信息的航路位置和不满足的信息类型，进行提醒，人为进行航路修改，直至满足要求。接收综合PNT数据融合模块发送的PNT信息和数据采集层发送的船舶动力推进数据进行航路监控，与规划航路进行比较，判断是否发生偏航，如果发生偏航则进行报警提示，并将偏航信息发送给ECDIS模块进行报警显示。

航行控制模块接收航行计划与航行监控模块发送的偏航信息操纵Conning自动舵设备按照预定航线自动航行，为Conning界面主机、舵机和车钟状态显示和自动航行和人工操舵切换控制提供支撑。航行控制模块接收航行计划与航行监控模块提供的当前航线信息及偏航信息。若为自动航行模式，生成控制指令发送给航向操作舵、速度控制设备减小偏航，并在Conning显控界面上显示，并发送到统一化数据存储管理模块中存储。若为手动航行模式，则不进行处理。

避碰与操纵决策辅助模块根据本船综合PNT数据融合模块发送的PNT信息，结合ECDIS模块发送的电子海图信息，对航路物标以及标绘物标进行TCPA、DCPA等避碰基础数据计算，进行碰撞危险识别，通过ECDIS软件和Radar显控软件为操作人员提供相关避碰信息，并且能够实时提出碰撞告警。该业务还具备临时突发MSI的预警功能，如避台、禁航区和碍航物等提示告警功能。根据航路物标数据融合模块发送的目标信息，以及电子海图信息上的物标信息，根据PNT信息计算最短汇遇时间和距离，如果最短汇遇时间或距离低于阈值，进行危险报警，人为进行避免碰撞操作。

告警处理模块收集各模块发送的报警信息(包括值班报警信息)进行分类、排序，对碰撞危险、搁浅危险(吃水)作为A类报警，其他为B类报警。每类危险按时间顺序进行排序形成列表，并发送给人机交互层系统设备状态模块，接收人机交互层系统设备状态模块发送的报警处理指令，进行报警确认和报警静处理。

系统设备状态完好性监测模块，接收各层模块发送的自身状态信息，判断各层模块工作状态，并将状态信息发送给人机交互层系统设备状态模块；如果指定时间内没有接收到某个模块的状态信息，则认为该模块故障，将故障信息发送给人机交互层系统设备状态模块。

GMDSS遇险报警与搜救模块具备海区搜救和接收到搜救信息的处理能力，完善海上通信搜救网络，提高船舶航行安全性。对ICS接收的搜救信息和海上安全信息进行解析，并发送给ECDIS模块，ECDIS模块进行位置标注；对ECDIS模块发送的本船遇险信息，发送给ICS，由ICS通过AIS和NAVTEX同时向外发送。

船舶报告信息管理模块，接收人机交互层船舶报告模块发送的船舶进出港信息、人员信息、货物信息、安保信息等并发送给港口的管理系统；通过数据采集层的公共网络接收港口的管理系统发送的审核信息，将审核信息发送给人机交互层船舶报告模块进行显示。

人机交互层主要包括标准化模式显示模块、航行信息统一协调显示模块和特殊数据业务显示模块等。为船桥航行操作人员、引航员、船长等各类不同身份的船舶人员按照业务需求以统一协调的显示界面和方式提供各类相关数据并实现交互。人机交互层软件由ECDIS软件模块、Radar显控软件模块、Conning显控软件模块、系统设备状态模块和船舶报告服务交互软件模块组成。该部分集成系统的各类人机交互接口，界面和系统设计将统一遵循标准模式要求，信息显示符合统一协调标准要求。ECDIS软件模块，其核心功能是电子海图显示，并在此基础上承载了整个系统的本船PNT数据、航路物标数据、告警处理信息等多项业务数据和信息的显示任务，以及航路计划和监测、避碰操纵、GMDSS遇险处理等业务的信息显示和数据、指令的交互任务。Radar显控软件模块接收航路物标信息融合模块处理后的数据进行目标显示，接收船综合PNT数据融合模块发送的本船PNT信息进行显示，接收避碰与操纵决策辅助模块发送的报警信息并进行显示。Conning显控软件模块接收船综合PNT数据融合模块发送的本船PNT信息进行显示、接收气象仪信息数据进行气象数据显示，接收航行计划与航行监控模块发送的当前航路并进行显示，接收船舶动力推进数据采集推进器系统数据和自动舵信息数据并进行显示。系统设备状态模块接收告警处理模块发送的告警信息进行显示，接收人为输入的报警确认和报警静处理操作，并转化为报警处理指令发送给系统设备状态模块；接收系统设备状态完好性监测模块发送的各层模块工作状态，并进行显示。

船舶报告模块接收人为输入的船舶进出港信息、人员信息、货物信息、安保信息等形成XML文件，并发送给船舶报告信息管理模块，船舶报告信息管理模块发送给港口的管理系统；接收船舶报告信息管理模块转发的港口的管理系统发送的审核信息并进行显示，如果有未通过信息，则接收人为输入的修改信息，形成XML文件，并发送给船舶报告信息管理模块直至审核通过。

结合图4，船端综合航行系统程序总体架构采用的是基于分布式消息系统的数据交互平台，各软件模块通过发布/订阅机制连接至数据交互平台，通过生产者接口将自身处理产生的数据和指令按照统一的XML格式投递到交互平台上，并通过消费者接口获取自身订阅的数据和指令。从而能够方便灵活地实现e-航海架构船端综合航行系统各类业务之间的数据和指令的按需交互，达到软件模块的即插即用。

其中，元数据采集交换软件主要实现船端综合航行系统总体逻辑架构的各项业务所需要的底层数据采集和交换服务。具有船端传感设备、通信业务设备和Conning设备的数据采集、控制和播发等相关功能模块。该软件完成协议数据转换和XML数据格式化功能，实现各类设备与系统的互联互通。

数据处理层由综合PNT软件、航路物标融合软件和系统数据库代理软件和系统数据库组成。其中，综合PNT软件将来自罗经、计程仪、测深仪、GNSS、AIS/VDES、Radar/ARPA等设备的各类PNT数据进行融合，形成具有完好性评价的本船PNT数据。航路物标融合软件将来自诸如AIS、Radar/APAR传感系统/设备的各类航路物标数据进行融合，形成归一化的航路物标数据。数据量代理软件完成系统各类数据的统一化存储和管理。

业务应用层由航路管理软件、航行控制软件、避碰操纵软件、告警处理软件、系统完好性监测软件、GMDSS遇险搜救软件和船舶报告服务软件组成。该部分软件是系统软件的核心部分，负责执行船端综合航行系统各类航海业务应用，可靠地满足安全航行需求。

每个业务功能可在数据交互平台上注册对外服务接口和基于S-100标准的数据模型或用户自定义的测试数据格式。另一方面，这些业务功能也可以获取平台上存在的S-100标准数据模型和相应源服务接口。注册成功后，所有业务功能间可通过数据交换平台与其他业务功能交换相关数据。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种船端综合航行系统架构，其特征在于，包括数据采集层、分析处理层、业务应用层以及人机交互层；

数据采集层采集船端各类传感数据，通过无线通讯设备接收业务信息，进行处理后发送给分析处理层或通过无线通讯设备向外部发送；

分析处理层接收数据采集层发送的各类传感数据和业务信息，进行数据融合后，形成唯一的PNT信息、物标信息并发送给业务应用层和人机交互层，同时进行所有数据的存储；

业务应用层接收分析处理层发送的PNT信息、物标信息以及人机交互层发送的指令和信息，进行航路规划、航路监控、报警管理、系统状态监测、船舶报告信息管理，避碰辅助操纵；

人机交互层接收数据采集层、分析处理层以及业务应用层发送的信息进行显示，接收人为输入信息发送给对应的业务模块。

2.如权利要求所述1船端综合航行系统架构，其特征在于，各数据层之间通过分布式消息系统传输数据和指令。

3.如权利要求1所述船端综合航行系统架构，其特征在于，各类传感数据包括PNT数据和船舶动力推进数据；业务信息包括从AIS或VDES系统获取岸基航行安全信息数据，AIS系统获取周围海上移动目标数据、雷达获得海上交通目标数据信息、气象仪信息数据、值班报警信息数据以及NAVTEX设备中获取各类岸基航行安全信息数据。

4.如权利要求3所述船端综合航行系统架构，其特征在于，PNT数据来源于罗经、测深仪、计程仪、GNSS定位仪，雷达以及船舶自动识别系统(AIS)。

5.如权利要求所述4船端综合航行系统架构，其特征在于，分析处理层包括综合PNT数据融合模块、航路物标数据融合模块和统一化数据存储管理模块；综合PNT数据融合模块接收本船PNT数据，并按照定位、导航、定时三个分类进行处理，判断采集数据的可用性和有效性，当数据异常时，输出警告信息，进行数据融合，形成唯一的PNT信息；航路物标数据融合模块根据AIS接收的其他船舶发送的船舶动态、静态数据判断是否某些目标为同一目标，如果为同一目标则更新位置列表将同一目标进行合并，输出合并后的目标位置列表；统一化数据存储管理模块接收数据采集层采集的所有数据进行分类存储，并发送至业务应用层。

6.如权利要求所述5船端综合航行系统架构，其特征在于，综合PNT数据融合模块接收本船PNT数据，对本船定位、导航、定时信息分类融合处理；本船定位信息包括多个GNSS定位仪发送的位置信息，计程仪测量的速度信息和罗经测量的航向信息推算船舶位置，多个GNSS定位仪发送的位置信息和推算的船舶位置，进行加权计算获得最终位置信息并输出到业务应用层；本船导航信息包括罗经采集的航向信息、测深仪采集的吃水深度及水流速度、计程仪采集的船体速度，GNSS定位仪发送的航向信息，将多个GNSS定位仪发送的航向信息和罗经采集的航向信息进行加权计算获得最终航向计算结果；将多个GNSS定位仪发送的船体速度和计程仪采集的船体速度进行加权计算获得最终速度计算结果；多个测深仪采集的吃水深度及水流速度进行加权计算，获得最终的吃水深度及水流速度；本船定时信息包括多个GNSS定位仪发送的时间信息，进行时间统一，然后进行加权计算，获得最终的当前时刻。

7.如权利要求所述6船端综合航行系统架构，其特征在于，业务应用层包括航行计划与航行监控模块、航行控制模块、避碰与操纵辅助模块、告警处理模块、系统设备完好性监测模块、GMDSS遇险报警与搜救模块和船舶报告信息管理模块；

航行计划与航行监控模块，读取统一化数据存储管理模块存储的历史航路信息，人为选择航路，读取ECDIS软件模块发送的出发港、目的港、吃水、速度限制及转弯半径信息，将航路与ECDIS软件模块发送信息进行比较，如果满足ECDIS软件模块发送信息则确定该航路，否则对不满足ECDIS软件模块发送信息的航路位置和信息类型，进行提醒，人为进行航路修改，直至满足要求；接收综合PNT数据融合模块发送的PNT信息和数据采集层发送的船舶动力推进数据进行航路监控，与规划航路进行比较，判断是否发生偏航，如果发生偏航则进行报警提示，并将偏航信息发送给ECDIS软件模块进行报警显示；

航行控制模块航行控制模块接收航行计划与航行监控模块提供的当前航线信息及偏航信息；若为自动航行模式，生成控制指令发送给航向操作舵、速度控制设备减小偏航，并通过Conning显控软件模块显示，并发送到统一化数据存储管理模块中存储；若为手动航行模式，则不进行处理；

避碰与操纵决策辅助模块根据航路物标数据融合模块发送的目标信息，以及ECDIS软件模块发送电子海图上的物标信息，根据PNT信息计算最短汇遇时间和距离，如果最短汇遇时间或距离低于阈值，进行危险报警，人为进行避免碰撞操作；

告警处理模块收集各模块发送的报警信息进行分类，每类危险按时间顺序进行排序，形成列表，并发送给人机交互层系统设备状态模块；接收人机交互层系统设备状态模块发送的报警处理指令，进行报警确认和报警静处理；

系统设备状态完好性监测模块，接收各层模块发送的自身状态信息，判断各层模块工作状态，并将状态信息发送给人机交互层系统设备状态模块；

GMDSS遇险报警与搜救模块对船舶自动识别系统接收的搜救信息和海上安全信息进行解析，并发送给ECDIS模块，ECDIS模块进行位置标注；对ECDIS模块发送的本船遇险信息，发送给船舶自动识别系统，由船舶自动识别系统通过AIS和NAVTEX同时向外发送；

船舶报告信息管理模块，接收人机交互层船舶报告模块发送的船舶进出港信息、人员信息、货物信息、安保信息等并发送给港口的管理系统；通过数据采集层的公共网络接收港口的管理系统发送的审核信息，将审核信息发送给人机交互层船舶报告模块进行显示。

8.如权利要求所述7船端综合航行系统架构，其特征在于，报警信息进行分类的方法为：对碰撞危险和搁浅危险作为A类报警，其他为B类报警。

9.如权利要求所述8船端综合航行系统架构，其特征在于，人机交互层包括ECDIS软件模块、Radar显控软件模块、Conning显控软件模块、系统设备状态模块和船舶报告服务交互软件模块；

ECDIS软件模块，用于电子海图显示，以及航路计划和监测模块发送的航路信息、避碰与操纵辅助模块发送的汇遇信息、GMDSS遇险报警与搜救模块发送的海上安全信息进行显示，接收人为操作并向航行计划与航行监控模块发送航路监控指令；

Radar显控软件模块接收航路物标信息融合模块处理后的数据进行目标显示，接收船综合PNT数据融合模块发送的本船PNT信息进行显示，接收避碰与操纵决策辅助模块发送的报警信息并进行显示；

Conning显控软件模块接收船综合PNT数据融合模块发送的本船PNT信息进行显示、接收气象仪信息数据进行气象数据显示，接收航行计划与航行监控模块发送的当前航路并进行显示，接收船舶动力推进数据采集推进器系统数据和自动舵信息数据并进行显示；

系统设备状态模块接收告警处理模块发送的告警信息进行显示，接收人为输入的报警确认和报警静处理操作，并转化为报警处理指令发送给系统设备状态模块；接收系统设备状态完好性监测模块发送的各层模块工作状态，并进行显示；

船舶报告模块接收人为输入的船舶进出港信息、人员信息、货物信息、安保信息形成XML文件，并发送给船舶报告信息管理模块，船舶报告信息管理模块发送给港口的管理系统；接收船舶报告信息管理模块转发的港口的管理系统发送的审核信息并进行显示，如果有未通过信息，则接收人为输入的修改信息，形成XML文件，并发送给船舶报告信息管理模块直至审核通过。

10.如权利要求所述9船端综合航行系统架构，其特征在于，每个模块在分布式消息系统上注册对外服务接口和基于S-100标准的数据模型或用户自定义的测试数据模型。