CN109474910B - 一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，由航标服务器、AIS服务端、航道管理中心服务端、航标监控终端、AIS基站、AIS船舶以及船舶端计算机组成。所述方法，包含有一个浮标配置表、浮标历史数据表、AIS虚拟航标注册申请表、航道图虚拟航标注册申请表；在浮标上的航标监控终端，采集GPS位置数据和状态数据，并传输到航标服务器；当航标服务器监测分析到浮标发生了位置漂失时，则在实体浮标基础位置生成一个临时虚拟航标。本发明有益效果是实现了实体浮标和虚拟航标的结合，实体浮标位置漂失后可生成一个临时虚拟航标，引导船舶安全航行。

Description

一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法

技术领域

本发明涉及一种水上交通助航设施航标灯领域，特别是一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法。

背景技术

航标灯是为保证船舶在夜间安全航行而安装在某些设施上的一种交通灯。1912年瑞典工程师古斯塔夫·达伦因发明航标灯塔自动控制装置保障航行安全获诺贝尔物理学奖。

所谓实体航标，主要指由能源系统、光源、光学装置等组成的一种视觉航标，是用于指标示航道方向、界限与碍航物的标志，包括左右通航标、示位标、过河标、沿岸标、导标、过渡导标、侧面标、桥涵标等，是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的重要助航标志。

所谓虚拟航标，泛指物理上并不存在，但通过AIS(Automatic IdentificationSystem，船舶自动避碰系统)网络在AIS船载终端电子江图、电子海图上显示的一种航标，即AIS虚拟航标；它是国际航标学会(IALA)认定的、集成了多种信息技术的新兴航标技术，是现代化航标体系的重要组成部分，是对传统视觉航标、无线电航标的重要补充。具体地说，虚拟航标有两种：第一种是通过AIS设备将航标坐标位置信息发送给附近过往船舶，过往船舶接收该信号后，可在其AIS和电子海图显示与信息系统设备上显示虚拟航标，从而为过往船舶提供精确的助航服务，称为AIS型虚拟航标，简称AIS虚拟航标；第二种是航道管理部门在电子航道图或电子海图上相应位置设置虚拟航标，船舶接收到有关该航标的电子海图(航道图)信息，就可以获得在虚拟航标位置附近的助航服务，称为航道图型虚拟航标，简称航道图虚拟航标。

AIS虚拟航标的工作原理是：首先，在AIS服务端管理虚拟航标，具体操作有添加、删除、修改等；其次，船载客户端通过AIS无线网络获得报文数据，包括船载、航标、水文等，通过解码分析后，AIS虚拟航标就显示在电子地图上。航道图虚拟航标的工作原理是：首先，在航道管理中心服务端的电子航道图或电子海图上管理虚拟航标，具体操作有添加、删除、修改等；其次，船载客户端通过航道管理中心服务端下载更新电子航道图、电子海图后获得数据，然后，航道图虚拟航标就会在电子地图上显示。

虚拟航标的导航作用越来越明显、越来越重要。为提高虚拟航标导航的安全性和可靠性，文献CN106714209A公开了一种通过设置参考接收端对来自AIS基站的虚拟航标信号进行监测，并计算获取发射机的完好性评估数据进行告警和主备发射机切换，从而保证AIS基站虚拟航标播发的连续性和完好性。虚拟航标具有不受自然环境影响、便于辨识、便于低成本快速设置、不存在撞沉或漂移问题、不会碍航等优点，但存在指示作用单一、对设备依赖性强、无线通讯要求高等。未来的发展趋势是虚拟航标的数量越来越多、越来越重要，和实体航标、其他助航系统联合起来，共同协作，为船舶提供更好的助航服务。

内河航道具有鲜明的特点，如航道窄、水位和流速变化大、漂浮物多，实体浮标易漂走失位等，即当这些影响航道的要素发生变化，应及时更新内河布设的虚拟航标数据，否则将极可能会给船舶安全航行带来不可想象的威胁。为此，文献CN102359785B发明了一种根据水位变化自动在电子航道图上生成虚拟航标的方法，在河段上安装带GPS定位的水位自动遥控检测装置，水位自动遥控检测装置将检测到的水位信息发送到管理中心计算机，管理中心计算机进行水位数据接收发布，终端计算机根据水位数据在现有的电子图层信息基础上自动生成虚拟航标，并在电子航道图上显示新的虚拟航标信息；文献CN106643688A公开了一种虚拟航标系统的设计方法，在船载终端计算机上提供电子航道图，确定航道中的船舶适航区域，接收虚拟航标数据，根据接收的虚拟航标数据调整船舶适航区域，将调整后的船舶适航区域和虚拟航标显示在电子航道图上；文献CN106652566A公开了一种自动标示虚拟航标的方法，采集船舶参数、船舶数据、航道数据和水流数据，计算最小通航参数阈值，确定适航区域，将航道中大于或等于所述最小通航参数阈值的区域标记为船舶适航区域，根据船舶参数、船舶数据、航道数据和水流数据在船舶适航区域中自动生成虚拟航标，然后在电子航道图上标示虚拟航标，帮助船舶确定是否航行在适航区域内，从而降低船舶事故发生的几率。

发明内容

将部署漂浮在河道上的航标称为浮标，本发明的目的是在现有实体浮标和虚拟航标应用基础上，通过对实体浮标位置监控，当实体浮标发生位移漂流失位时，在与实体浮标的基础位置处生成一个AIS虚拟航标、航道图虚拟航标，引导船舶安全航行。

本发明提供的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法。为达到上述目的，本发明的设计技术方案是：

1)系统由航标服务器、AIS服务端、航道管理中心服务端、航标监控终端、AIS基站、安装有AIS接收机的AIS船舶、安装电子航道图的船舶端计算机组成，其中AIS服务端与航标服务器相连，并通过AIS网络与AIS基站、AIS船舶相连；航标服务器与航道管理中心服务端相连并通过无线网络1与航标监控终端相连；航道管理中心服务端通过无线网络2与安装电子航道图的船舶端计算机相连。航标监控终端安装在每个浮标上；航标服务器安装有航标数据服务器监测分析软件；所述的AIS基站、安装有AIS接收机的AIS船舶、安装电子航道图的船舶端计算机和航标监控终端的数量在网络可及范围内可以有多个。

2)航标监控终端采集浮标的GPS位置数据和航标状态数据，按照设定的工作模式，通过MODEM模块以无线连接方式与航标服务器连接，传输浮标GPS数据和状态数据到航标服务器，并接收和执行航标服务器下传的指令；航标服务器实时接收航标监控终端上传的数据，把这些数据保存在数据库中的同时，在监测分析到浮标发生了位置漂失时，则以实体浮标的基础位置作为虚拟航标位置，按照协议构造一个新增虚拟航标的报文，一方面向AIS服务端申请注册，由其通过沿航道部署的AIS基站发送到AIS网络中，另一方面还向航道管理中心服务端申请注册，由其通过无线网络2向接入的船舶电子航道图提供数据更新服务；AIS船舶在接受AIS网络数据的之后，AIS虚拟航标就可以显示在电子地图上；而安装了无线通讯、电子航道图的船舶端计算机，通过无线网络更新获得的电子航道图数据，然后航道图虚拟航标就可以显示在电子地图上。如果失位浮标在事故应急响应中恢复正常，航标服务器安装的航标数据服务器软件还可以向AIS服务端、航道管理中心服务端申请注销这个临时虚拟航标。

本发明所述的一种航标监控终端，由微处理器、MODEM无线模块、北斗/GPS模块、电源模块、传感器模块、太阳能充电模块组成，微处理器分别和MODEM无线模块、北斗/GPS模块、传感器模块相连，电源模块和微处理器、MODEM无线模块、北斗/GPS模块、传感器模块、太阳能充电模块相连。

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，存在有一个浮标配置表RTU_CONFIG，由RTU_ID字段、Base_GPS字段、FlowDistance字段、IsAIS_Pharos字段、MMSI_ID字段、IsMap_Pharos字段组成，保存了浮标的名称、基础位置、颜色、与虚拟航标关联性等数据，具体如表1所示：

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，存在有一个浮标位置历史数据表RTU_GPS，保存了浮标上报的历史数据，包含有时间、GPS位置等，用于判断浮标是否发生了漂失，具体如表2所示：

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，存在有一个AIS虚拟航标注册申请表New_AIS_Pharos，由MMSI字段、GPS字段组成，用于向AIS服务端发送新增的AIS虚拟航标注册报文，具体如表3所示：

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，存在有一个航道图虚拟航标注册申请表New_Map_Pharos，由Name字段、GPS字段组成，用于向航道管理中心服务端发送新增的航道图虚拟航标注册报文，具体如表4所示：

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，还包括了如下步骤：当航标服务器收到航标监控终端数据后，首先，解码获得航标监控终端ID、时间、经纬度等数据，保存到浮标位置历史数据表RTU_GPS；其次，读取表RTU_CONFIG对应航标监控终端ID的记录，获得其Base_GPS、FlowDistance、IsAIS_Pharos、MMSI_ID、IsMap_Pharos等字段的数据；然后，以航标监控终端经纬度和其Base_GPS经纬度计算，获得两者之间的距离S；如果距离S超过了漂失警戒值FlowDistance，且这个浮标比较重要，设置为需要以新增方式关联一个AIS虚拟航标、一个航道图虚拟航标时，就读取浮标位置历史数据表RTU_GPS中本终端的最近24条数据，根据这24条数据中经纬度轨迹和方向变化，判断发生了漂失事故？确定发生了漂失，再把已读取的表RTU_CONFIG对应航标监控终端ID记录中MMSI_ID、Base_GPS字段的数据插入保存到表New_AIS_Pharos对应字段MMSI、GPS，把Name字段、Base_GPS字段插入保存到表New_Map_Pharos对应字段Name、GPS，最后开启激活定时器1、定时器2。

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，在定时器1的中断服务中按照协议构造一条新增AIS虚拟航标的报文，发送到AIS服务端。

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，在定时器2的中断服务中按照协议构造一条新增航道图虚拟航标的报文，发送到航道管理中心服务端。

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，存在有一个定时器1，周期为0.01～1000ms；定时发起和AIS服务器的连接、数据通讯等。当进入到定时器1中断服务程序后，首先向AIS服务器发起连接申请，在连接成功后，读取表New_AIS_Pharos中的数据记录，用读取的记录字段数据，按照协议构造新增AIS虚拟航标的报文，向AIS服务器发送，然后删除表New_AIS_Pharos本条记录，直到全部读取完表New_AIS_Pharos记录后，就关闭和AIS服务器的连接，关闭定时器1。

本发明所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，存在有一个定时器2，周期为0.01～1000ms；定时发起和航道管理中心服务端服务器的连接、数据通讯等。当进入到定时器2中断服务程序后，首先向航道管理中心服务端服务器发起连接申请，在连接成功后，读取表New_Map_Pharos中的数据记录，用读取的记录字段数据，按照协议构造新增航道图虚拟航标的报文，向航道管理中心服务端服务器发送，然后删除表New_Map_Pharos本条记录，直到全部读取完表New_Map_Pharos记录后，就关闭和航道管理中心服务端服务器的连接，关闭定时器2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：当实体浮标位置漂失后，可在漂失浮标的基础位置处生成一个临时虚拟航标，实现了实体浮标和虚拟航标的结合，便于船舶驾引人员充分利用航道资源，提升通航效率，引导船舶安全航行。

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是本发明的拓扑结构图。

图2是本发明的航标监控终端硬件结构图。

图3是本发明的应用服务器收到GNSS终端数据处理流程图。

图4是本发明的定时器1中断服务流程图。

图5是本发明的定时器2中断服务流程图。

具体实施方式

图1中，101是AIS服务端，102是航标服务器，103是无线网络1，104是AIS网络，105是航道管理中心服务端，106是无线网络2，1301是航标监控终端1，1302是航标监控终端2，1303是航标监控终端3，1304是航标监控终端n；1402是AIS基站2，1403是AIS基站3，1404是AIS基站n；1501是AIS轮船1，1502是AIS轮船2，1503是AIS轮船3，1504是AIS轮船n；1601是配置了能接入到航道管理中心服务端接收电子航道图数据的终端轮船1，1602是终端轮船2，1603是终端轮船3，1604是终端轮船n；其中，AIS服务端(101)和航标服务器(102)相连，AIS服务端(101)和AIS网络(104)相连，航标服务器(102)分别和无线网络1(103)、航道管理中心服务端(105)相连，无线网络1(103)分别和航标监控终端1(1301)、航标监控终端2(1302)、航标监控终端3(1303)、航标监控终端n(1304)相连，AIS网络(104)分别和AIS基站1(1401)、AIS基站2(1402)、航标监控终端3(1403)、航标监控终端n(1404)相连，AIS网络(104)还分别和AIS轮船1(1501)、AIS轮船2(1502)、AIS轮船3(1503)、AIS轮船n(1504)相连，航道管理中心服务端(105)和无线网络2(106)相连，无线网络2(106)分别和终端轮船11601)、终端轮船2(1602)、终端轮船3(1603)、终端轮船n(1604)相连。

图2中，201是微处理器，202是MODEM无线模块，203是北斗/GPS模块，204是传感器模块，205是电源模块，206是太阳能充电模块，其中微处理器(201)分别和MODEM无线模块(202)、北斗/GPS模块(203)、传感器模块(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)、传感器模块(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：航标服务器收到航标监控终端数据，然后执行步骤302；

步骤302：首先，解码获得航标监控终端ID、时间、经纬度，保存到浮标位置历史数据表RTU_GPS；其次，读取表RTU_CONFIG对应航标监控终端ID的记录，获得基础位置Base_GPS、漂失警戒值FlowDistance、与虚拟航标的关联性情况IsAIS_Pharos、关联的虚拟航标MMSI索引号MMSI_ID等数据；然后，以航标监控终端经纬度和基础位置经纬度计算，获得两者之间的距离S；然后执行步骤303；

步骤303：检查S是否大于FlowDistance，如果是，则执行步骤304，否则执行步骤316；

步骤304：检查IsAIS_Pharos数据是否等于0，如果是，则执行步骤310，否则执行步骤305；

步骤305：检查IsAIS_Pharos数据是否等于1，如果是，则执行步骤307，否则执行步骤306；

步骤306：检查IsAIS_Pharos数据是否等于2，如果是，则执行步骤310，否则执行步骤310；

步骤307：读取浮标位置历史数据表RTU_GPS中本航标监控终端的最近24条数据，根据这24条数据中经纬度轨迹和方向变化，判断发生了漂失事故？然后执行步骤308；

步骤308：检查是否发生漂失，如果是，则执行步骤309，否则执行步骤310；

步骤309：首先，把表RTU_CONFIG对应本航标监控终端ID的MMSI_ID、基础位置Base_GPS数据插入保存到表New_AIS_Pharos对应字段；其次把表RTU_CONFIG本航标监控终端记录的IsAIS_Pharos字段数据更新为2；最后申请启动定时器1；然后执行步骤310；

步骤310：检查IsMap_Pharos数据是否等于0，如果是，则执行步骤316，否则执行步骤311；

步骤311：检查IsMap_Pharos数据是否等于1，如果是，则执行步骤313，否则执行步骤312；

步骤312：检查IsMap_Pharos数据是否等于2，如果是，则执行步骤316，否则执行步骤316；

步骤313：读取浮标位置历史数据表RTU_GPS中本航标监控终端的最近24条数据，根据这24条数据中经纬度轨迹和方向变化，判断发生了漂失事故？然后执行步骤314；

步骤314：检查是否发生漂失，如果是，则执行步骤315，否则执行步骤316；

步骤315：首先，把表RTU_CONFIG对应航标监控终端ID的基础位置Base_GPS数据、浮标名称Name数据插入保存到表New_Map_Pharos对应字段；其次把表RTU_CONFIG本航标监控终端记录的IsMap_Pharos字段数据更新为2；最后申请启动定时器2。

步骤316：本次数据处理结束；

步骤401：定时器1服务开始，然后执行步骤402；

步骤402：向AIS服务器申请连接，然后执行步骤403；

步骤403：判断和AIS服务器连接握手是否成功，如果成功，则执行步骤404，否则执行步骤408；

步骤404：循环读取表New_AIS_Pharos记录，获得MMSI字段、GPS字段数据，然后执行步骤405；

步骤405：根据在步骤404读取的MMSI呼号、GPS位置等数据，按照协议构造一条新增虚拟航标的申请报文，向AIS服务器发送，然后删除表New_AIS_Pharos本记录，然后执行步骤406；

步骤406：检查表New_AIS_Pharos中是否存在记录，如果有记录，则执行步骤404，否则执行步骤407；

步骤407：关闭定时器，关闭和AIS服务器的连接，然后执行步骤408；

步骤408：定时器1服务结束；

步骤501：定时器2服务开始，然后执行步骤502；

步骤502：向航道管理中心服务端服务器申请连接，然后执行步骤503；

步骤503：判断和航道管理中心服务端服务器连接握手是否成功，如果成功，则执行步骤504，否则执行步骤508；

步骤504：循环读取表New_Map_Pharos记录，获得Name字段、GPS字段数据，然后执行步骤505；

步骤505：根据在步骤504读取的数据，按照协议构造一条新增航道图虚拟航标的申请报文，向航道管理中心服务端服务器发送，然后删除表New_Map_Pharos本记录，然后执行步骤506；

步骤506：检查表New_Map_Pharos中是否存在记录，如果有记录，则执行步骤504，否则执行步骤507；

步骤507：关闭定时器，关闭和航道管理中心服务端服务器的连接，然后执行步骤508；

步骤508：定时器2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 (8)

1.一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于：

1)系统由航标服务器、AIS服务端、航道管理中心服务端、航标监控终端、AIS基站、安装有AIS接收机的AIS船舶、安装电子航道图的船舶端计算机组成，其中AIS服务端与航标服务器相连，并通过AIS网络与AIS基站、AIS船舶相连；航标服务器与航道管理中心服务端相连并通过无线网络1与航标监控终端相连，同时，航道管理中心服务端通过无线网络2与安装电子航道图的船舶端计算机相连；航标监控终端安装在每个浮标上；航标服务器安装有航标数据服务器监测分析软件；船舶端计算机安装有无线通讯、电子航道图；

2)注册虚拟航标方法

①航标监控终端采集浮标的GPS位置数据和航标状态数据传输到航标服务器，并接收和执行航标服务器下传的指令；

②航标服务器在监测分析到浮标发生了位置漂失时，则以实体浮标的基础位置作为虚拟航标位置，按照协议构造一个新增虚拟航标的报文，一方面向AIS服务端申请注册，由其通过沿航道部署的AIS基站发送到AIS网络中，另一方面还向航道管理中心服务端申请注册，由其通过无线网络向接入的船舶电子航道图提供数据更新服务；

③AIS船舶在接受AIS网络数据之后，AIS虚拟航标就可以显示在电子地图上；

④船舶端计算机获得的电子航道图数据之后，将虚拟航标显示在电子地图上；

⑤如果失位浮标在事故应急响应中恢复正常，航标服务器安装的航标数据服务器软件还可以向AIS服务端、航道管理中心服务端申请注销这个临时虚拟航标。

2.根据权利要求1所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于所述的AIS基站、安装有AIS接收机的AIS船舶、安装电子航道图的船舶端计算机和航标监控终端的数量在网络可及范围内可以有多个。

3.根据权利要求1所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于所述的航标监控终端，由微处理器、MODEM无线模块、北斗/GPS模块、电源模块、传感器模块、太阳能充电模块组成，微处理器分别和MODEM无线模块、北斗/GPS模块、传感器模块相连，电源模块和微处理器、MODEM无线模块、北斗/GPS模块、传感器模块、太阳能充电模块相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于所述的按照协议构造一个新增虚拟航标的报文，一方面向AIS服务端申请注册，另一方面还向航道管理中心服务端申请注册，其过程存在有一个浮标配置表RTU_CONFIG，由RTU_ID字段、Base_GPS字段、FlowDistance字段、IsAIS_Pharos字段、MMSI_ID字段、IsMap_Pharos字段组成；

(1)存在有一个AIS虚拟航标注册申请表New_AIS_Pharos，由MMSI字段、GPS字段组成；

(2)存在有一个电子航道图虚拟航标注册申请表New_Map_Pharos，由Name字段、GPS字段组成；

(3)具体步骤：当航标服务器收到航标监控终端数据后，首先，解码获得航标监控终端ID、时间、经纬度数据，保存到浮标位置历史数据表RTU_GPS；其次，读取表RTU_CONFIG对应航标监控终端ID的记录，获得其Base_GPS、FlowDistance、IsAIS_Pharos、MMSI_ID、IsMap_Pharos字段的数据；然后，以航标监控终端经纬度和其Base_GPS经纬度计算，获得两者之间的距离S；如果距离S超过了漂失警戒值FlowDistance，且这个浮标比较重要，设置为需要以新增方式关联一个AIS虚拟航标、一个航道图虚拟航标时，就读取浮标位置历史数据表RTU_GPS中本终端的最近24条数据，根据这24条数据中经纬度轨迹和方向变化，判断是否发生了漂失事故，再把已读取的表RTU_CONFIG对应航标监控终端ID记录中MMSI_ID、Base_GPS字段的数据插入保存到表New_AIS_Pharos对应字段MMSI、GPS，把Name字段、Base_GPS字段插入保存到表New_Map_Pharos对应字段Name、GPS，最后开启定时器1、定时器2；定时器1，当进入到定时器1中断服务程序后，首先向AIS服务器发起连接申请，在连接成功后，读取表New_AIS_Pharos中的数据记录，用读取的记录字段数据，按照协议构造新增AIS虚拟航标的报文，向AIS服务器发送，然后删除表New_AIS_Pharos本条记录，直到全部读取完表New_AIS_Pharos记录后，就关闭和AIS服务器的连接，关闭定时器1；

定时器2，当进入到定时器2中断服务程序后，首先向航道管理中心服务端服务器发起连接申请，在连接成功后，读取表New_Map_Pharos中的数据记录，用读取的记录字段数据，按照协议构造新增航道图虚拟航标的报文，向航道管理中心服务端服务器发送，然后删除表New_Map_Pharos本条记录，直到全部读取完表New_Map_Pharos记录后，就关闭和航道管理中心服务端服务器的连接，关闭定时器2。

5.根据权利要求4所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于所述的表RTU_CONFIG，具体如下表所示：

6.根据权利要求4所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于所述的浮标位置历史数据表RTU_GPS，具体如下表所示：

7.根据权利要求4所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于所述的AIS虚拟航标注册申请表New_AIS_Pharos，具体如下表所示：

8.根据权利要求4所述的一种基于实体航标位置的注册虚拟航标方法，其特征在于所述的航道图虚拟航标注册申请表New_Map_Pharos，具体如下表所示：

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