CN111884708A - 基于低轨道卫星和岸基的船舶ais数据采集及融合方法 - Google Patents

基于低轨道卫星和岸基的船舶ais数据采集及融合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，包括如下步骤：S1：统一低轨道卫星和岸基的AIS数据协议；S2：根据AIS数据协议进行AIS数据采集；S3：实时接收采集的AIS数据，对接收的AIS数据进行判断；S4：若接收的AIS数据为岸基采集的AIS数据，则对接收的AIS数据进行去重处理后保存为岸基AIS数据；S5：若接收的AIS数据为低轨道卫星采集的AIS数据，则将接收的AIS数据融合到岸基AIS数据；S6：对AIS数据进行解析后发送。本发明通过低轨道卫星通信和岸基通信两种方式获取船舶的AIS数据并对数据进行去重和融合，实现数据的同步和共享，保证了船舶AIS数据的实时性、准确性和连续性；具有远距离的船舶监管能力。

Description

基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法
技术领域
本发明涉及一种参数校正方法，尤其涉及一种基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法。
背景技术
AIS也称船舶自动识别系统，是指一种应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的新型助航系统。常由VHF通信机、GPS定位仪和与船载显示器及传感器等相连接的通信控制器组成，能自动交换船位、航速、航向、船名、呼号等重要信息。目前主要采用AIS岸基通信的方式。
AIS岸基通信是通过广播通信系统方式，在本船与其他一些船舶以及海岸台站之间建立导航数据交换的过程。工作模式是船对船、船对岸、岸对船状态，可自主运行，用户干预达到最小。AIS空中链接是通过VHF(甚高频)专用频道进行通信的，原理如图1所示。
AIS岸基通信由于采用VHF(甚高频)通信，受VHF所用频率特性制约，它的作用距离较为有限，一般通信距离约为20至30海里左右(其作用距离取决于发射功率，接收灵敏度和天线高度等因素)。一般认为，船载AIS设备的海上有效作用范围半径为20海里左右，而AIS岸基最大有效作用距离约为100海里，所以基于AIS技术的通信是一种近距离的船舶通信；而要实现远距离(远洋)通信，甚至所谓的船舶“全球监控”，通过AIS岸基通信的方式就远远不能满足需求的。
尤其在海事监管部门对于远离海岸线的交通事故和海盗事件上，海事部门往往无法监测到，为了保障海上航行安全，保护海洋环境，保护人命财产安全，而通过使用低轨道卫星是扩大覆盖范围的一种可行方法。
低轨道卫星是指航天器距离地面高度较低的轨道。一般高度在2000千米以下的近圆形轨道都可以称之为低轨道。由于低轨道卫星离地面较近，绝大多数对地观测卫星、测地卫星、空间站以及一些新的通信卫星系统都采用近地轨道。低轨道卫星通信具有覆盖范围广、通信距离远。通信频带宽、不受地形和地域限制等特点，可以实现移动通信网络无法实现的广域覆盖，原理如图2所示。
目前我国低轨卫星通信处于起步阶段，主要以基础设施建设为主，覆盖范围并未达到全覆盖程度，无法确保船舶AIS数据的实时性、全面性。而从行业未来竞争格局来看，低轨卫星通信资源壁垒高、前期投入金额大、建设周期长；并且需要在监管的船舶上安装低轨卫星移动接收站，对于船舶运营公司来说成本较高。
因此，现有技术有待改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，通过低轨道卫星通信和岸基通信两种方式获取船舶的AIS数据并对数据去重和融合，实现数据的同步和共享，保证船舶数据的实时性、准确性。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，包括如下步骤：S1：统一低轨道卫星和岸基的AIS数据协议；S2：根据AIS数据协议进行AIS数据采集；采集的AIS数据包括岸基采集的AIS数据和低轨道卫星采集的AIS数据；S3：实时接收采集的AIS数据，对接收的AIS数据进行判断；S4：若接收的AIS数据为岸基采集的AIS数据，则对接收的AIS数据进行去重处理后保存为岸基AIS数据；S5：若接收的AIS数据为低轨道卫星采集的AIS数据，则将接收的AIS数据融合到岸基AIS数据；S6：对AIS数据进行解析后发送。
进一步地，所述步骤S1具体包括：将国际电信联盟的AIS国际标准协议作为岸基和低轨道卫星地面站采集AIS数据的统一协议；对集成的每个岸基按照地理位置以自然数进行顺序编号ID，建立岸基的编号ID与岸基的IP地址对应的数据字典。
进一步地，所述步骤S2中低轨道卫星将采集的AIS数据通过低轨道卫星地面站进行传输；岸基和低轨道卫星将采集的船舶AIS数据以原码数据的形式进行传输。
进一步地，所述步骤S3具体包括：S31：建立AIS数据缓存区，用于存储岸基的AIS原码数据和对应的岸基编号ID，并设置缓存区的时效时间；S32：当收到一条AIS原码数据和相应IP地址时，查询数据字典的岸基IP地址，若数据字典中存在相同的IP地址，则说明AIS原码数据为岸基采集的AIS数据；若数据字典中不存在相同的IP地址，则说明AIS原码数据为低轨道卫星接收的AIS数据。
进一步地，所述步骤S4具体包括：S41：若接收的AIS原码数据D1为岸基采集的AIS数据，则查询数据字典的岸基IP地址，获取对应的岸基编号ID；S42：根据编号ID与AIS数据缓存区中ID+1编号和ID-1编号的岸基采集的AIS原码数据进行遍历比较，如果存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据D1已被记录，直接将AIS原码数据D1丢弃；如果不存在，则说明AIS原码数据D1未被记录，则对AIS原码数据D1进行保存；S43：将AIS原码数据D1与对应的岸基编号ID写入AIS数据缓存区。
进一步地，所述步骤S5具体包括：S51：若接收的AIS原码数据L1为低轨道卫星采集的AIS数据，则将AIS原码数据L1与AIS数据缓存区的AIS原码数据进行遍历比较，如果存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据L1已被记录；则将AIS原码数据L1丢弃；如果不存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据L1未被记录，则对AIS数据L1进行保存；S52：将AIS原码数据L1写入AIS数据缓存区，并将岸基编号ID设为空。
进一步地，所述步骤S6具体包括：S61：按照国际电信联盟的AIS国际标准协议对AIS原码数据进行解析处理，得到解析数据，从解析数据中获取船舶的MMSI号和时间戳；S62：如果该AIS原码数据的时间戳与当前服务器时间的差值超过AIS数据缓存区的时效时间，说明该AIS原码数据已无实时性，该AIS原码数据无需发送，将该将AIS原码数据按照时间戳顺序保存到数据库；S63：如果该AIS原码数据的时间戳与当前服务器时间的差值在缓存区的时效时间内，说明该AIS原码数据有实时性；若AIS原码数据为岸基采集的AIS原码数据D1，则发送该AIS原码数据D1的解析数据，并将AIS原码数据D1按照时间戳顺序保存到数据库；S64：若AIS原码数据为低轨道卫星采集的AIS原码数据L1，则通过MMSI号和时间戳T1在数据库中查询时间，如果时间戳T1在两个时间戳T1+1和T1-1之间，则表示AIS原码数据L1是一条历史数据，无需发送，将AIS原码数据L1按照时间戳顺序保存到数据库；如果时间戳T1在所有时间戳之后，则表示AIS数据L1是一条最新数据，则发送该AIS原码数据L1的解析数据，并将AIS原码数据L1按照时间戳顺序保存到数据库。
进一步地，所述AIS原码数据的解析数据通过数据总线进行发送。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，通过低轨道卫星通信和岸基通信两种方式获取船舶的AIS数据并对数据进行去重和融合，实现数据的同步和共享，保证了船舶AIS数据的实时性、准确性和连续性；具有远距离的船舶监管能力；掌握全球AIS数据的主动权，提高海事监管的水平和能力。
附图说明
图1为现有的通过岸基通信获取船舶AIS数据架构图；
图2为现有的通过低轨道卫星通信获取船舶AIS数据架构图；
图3为本发明实施例中基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法流程图；
图4为本发明实施例中船舶AIS数据去重融合流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图3为本发明实施例中基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法流程图；图4为本发明实施例中船舶AIS数据去重融合流程图。
请参见图3和图4，本发明实施例的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，包括如下步骤：
步骤1：统一低轨道卫星和岸基的AIS数据协议；
将国际电信联盟的AIS国际标准协议作为岸基和低轨道卫星地面站采集AIS数据的统一协议；对集成的每个岸基按照地理位置以自然数进行顺序编号ID，建立岸基的编号ID与岸基的IP地址对应的数据字典。
步骤2：根据AIS数据协议进行AIS数据采集；采集的AIS数据包括岸基采集的AIS数据和低轨道卫星采集的AIS数据；
低轨道卫星将采集的AIS数据通过低轨道卫星地面站进行传输；岸基和低轨道卫星将采集的船舶AIS数据以原码数据的形式进行传输。
步骤3：实时接收采集的AIS数据，对接收的AIS数据进行判断；
建立AIS数据缓存区，用于存储岸基的AIS原码数据和对应的岸基编号ID，并设置缓存区的时效时间；
当收到一条AIS原码数据和相应IP地址时，查询数据字典的岸基IP地址，若数据字典中存在相同的IP地址，则说明AIS原码数据为岸基采集的AIS数据；若数据字典中不存在相同的IP地址，则说明AIS原码数据为低轨道卫星接收的AIS数据。
步骤4：若接收的AIS数据为岸基采集的AIS数据，则对接收的AIS数据进行去重处理后保存为岸基AIS数据；由于集成多个AIS岸基设备，岸基接收范围会存在重叠区域，同一艘船舶同一时刻发射的AIS消息可能会被相邻的多个AIS岸基设备接收到，数据量会成倍增加。所以如果各个AIS岸基设备直接将接收到的AIS数据发送至数据服务器或其应用系统，就会造成了AIS消息的重复冗余。因此需要对这些重复数据进行实时去重处理。
若接收的AIS原码数据D1为岸基采集的AIS数据，则查询数据字典的岸基IP地址，获取对应的岸基编号ID；根据编号ID与AIS数据缓存区中ID+1编号和ID-1编号的岸基采集的AIS原码数据进行遍历比较，对AIS原码数据的字符串直接进行比较，如果存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据D1已被记录，直接将AIS原码数据D1丢弃；如果不存在，则说明AIS原码数据D1未被记录，则对AIS原码数据D1进行保存；将AIS原码数据D1与对应的岸基编号ID写入AIS数据缓存区。
步骤5：若接收的AIS数据为低轨道卫星采集的AIS数据，则将接收的AIS数据融合到岸基AIS数据；低轨道卫星绕地球运行一周所需时间一般为2～4小时，目前我们的低轨道卫星数量也不多，所以低轨道卫星接收的AIS数据相对较少，但是其接收的AIS数据很重要。在一些又有岸基设备，又有低轨道卫星的海域，数据中心会同时收到低轨道卫星和岸基的AIS原码数据，所以我们就要对这两类原始数据进行融合处理。
若接收的AIS原码数据L1为低轨道卫星采集的AIS数据，则将AIS原码数据L1与AIS数据缓存区的AIS原码数据进行遍历比较，对AIS原码数据的字符串直接进行比较，如果存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据L1已被记录；则将AIS原码数据L1丢弃；如果不存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据L1未被记录，则对AIS数据L1进行保存；将AIS原码数据L1写入AIS数据缓存区，并将岸基编号ID设为空。
步骤6：对AIS数据进行解析后发送；AIS原码数据的解析数据通过数据总线进行发送。
按照国际电信联盟的AIS国际标准协议对AIS原码数据进行解析处理，得到解析数据，从解析数据中获取船舶的MMSI号和时间戳；
如果该AIS原码数据的时间戳与当前服务器时间的差值超过AIS数据缓存区的时效时间，说明该AIS原码数据已无实时性，该AIS原码数据无需发送，将该将AIS原码数据按照时间戳顺序保存到数据库；
如果该AIS原码数据的时间戳与当前服务器时间的差值在缓存区的时效时间内，说明该AIS原码数据有实时性；若AIS原码数据为岸基采集的AIS原码数据D1，则发送该AIS原码数据D1的解析数据，并将AIS原码数据D1按照时间戳顺序保存到数据库；
若AIS原码数据为低轨道卫星采集的AIS原码数据L1，则通过MMSI号和时间戳T1在数据库中查询时间，如果时间戳T1在两个时间戳T1+1和T1-1之间，则表示AIS原码数据L1是一条历史数据，无需发送，将AIS原码数据L1按照时间戳顺序保存到数据库；如果时间戳T1在所有时间戳之后，则表示AIS数据L1是一条最新数据，则发送该AIS原码数据L1的解析数据，并将AIS原码数据L1按照时间戳顺序保存到数据库。
综上所述，本发明实施例的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，通过低轨道卫星通信和岸基通信两种方式获取船舶的AIS数据并对数据进行去重和融合，实现数据的同步和共享，保证了船舶AIS数据的实时性、准确性和连续性；具有远距离的船舶监管能力；掌握全球AIS数据的主动权，提高海事监管的水平和能力。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：统一低轨道卫星和岸基的AIS数据协议；
S2：根据AIS数据协议进行AIS数据采集；采集的AIS数据包括岸基采集的AIS数据和低轨道卫星采集的AIS数据；
S3：实时接收采集的AIS数据，对接收的AIS数据进行判断；
S4：若接收的AIS数据为岸基采集的AIS数据，则对接收的AIS数据进行去重处理后保存为岸基AIS数据；
S5：若接收的AIS数据为低轨道卫星采集的AIS数据，则将接收的AIS数据融合到岸基AIS数据；
S6：对AIS数据进行解析后发送。
2.如权利要求1所述的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：将国际电信联盟的AIS国际标准协议作为岸基和低轨道卫星地面站采集AIS数据的统一协议；对集成的每个岸基按照地理位置以自然数进行顺序编号ID，建立岸基的编号ID与岸基的IP地址对应的数据字典。
3.如权利要求2所述的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，所述步骤S2中低轨道卫星将采集的AIS数据通过低轨道卫星地面站进行传输；岸基和低轨道卫星将采集的船舶AIS数据以原码数据的形式进行传输。
4.如权利要求3所述的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31：建立AIS数据缓存区，用于存储岸基的AIS原码数据和对应的岸基编号ID，并设置缓存区的时效时间；
S32：当收到一条AIS原码数据和相应IP地址时，查询数据字典的岸基IP地址，若数据字典中存在相同的IP地址，则说明AIS原码数据为岸基采集的AIS数据；若数据字典中不存在相同的IP地址，则说明AIS原码数据为低轨道卫星接收的AIS数据。
5.如权利要求4所述的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41：若接收的AIS原码数据D1为岸基采集的AIS数据，则查询数据字典的岸基IP地址，获取对应的岸基编号ID；
S42：根据编号ID与AIS数据缓存区中ID+1编号和ID-1编号的岸基采集的AIS原码数据进行遍历比较，如果存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据D1已被记录，直接将AIS原码数据D1丢弃；如果不存在，则说明AIS原码数据D1未被记录，则对AIS原码数据D1进行保存；
S43：将AIS原码数据D1与对应的岸基编号ID写入AIS数据缓存区。
6.如权利要求5所述的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
S51：若接收的AIS原码数据L1为低轨道卫星采集的AIS数据，则将AIS原码数据L1与AIS数据缓存区的AIS原码数据进行遍历比较，如果存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据L1已被记录；则将AIS原码数据L1丢弃；如果不存在相同的AIS原码数据，则说明AIS原码数据L1未被记录，则对AIS数据L1进行保存；
S52：将AIS原码数据L1写入AIS数据缓存区，并将岸基编号ID设为空。
7.如权利要求6所述的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：
S61：按照国际电信联盟的AIS国际标准协议对AIS原码数据进行解析处理，得到解析数据，从解析数据中获取船舶的MMSI号和时间戳；
S62：如果该AIS原码数据的时间戳与当前服务器时间的差值超过AIS数据缓存区的时效时间，说明该AIS原码数据已无实时性，该AIS原码数据无需发送，将该将AIS原码数据按照时间戳顺序保存到数据库；
S63：如果该AIS原码数据的时间戳与当前服务器时间的差值在缓存区的时效时间内，说明该AIS原码数据有实时性；若AIS原码数据为岸基采集的AIS原码数据D1，则发送该AIS原码数据D1的解析数据，并将AIS原码数据D1按照时间戳顺序保存到数据库；
S64：若AIS原码数据为低轨道卫星采集的AIS原码数据L1，则通过MMSI号和时间戳T1在数据库中查询时间，如果时间戳T1在两个时间戳T1+1和T1-1之间，则表示AIS原码数据L1是一条历史数据，无需发送，将AIS原码数据L1按照时间戳顺序保存到数据库；如果时间戳T1在所有时间戳之后，则表示AIS数据L1是一条最新数据，则发送该AIS原码数据L1的解析数据，并将AIS原码数据L1按照时间戳顺序保存到数据库。
8.如权利要求7所述的基于低轨道卫星和岸基的船舶AIS数据采集及融合方法，其特征在于，所述AIS原码数据的解析数据通过数据总线进行发送。
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