CN113409618B - 一种ais/vdes的区域asm报文语音提示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置，装置由由蓄电池、嵌入式微处理器、AIS接收模块、文本转语音模块、喇叭、区域选择拨码组成，其中，蓄电池分别和嵌入式微处理器、AIS接收模块、文本转语音模块相连，文本转语音模块还和喇叭相连，嵌入式微处理器和区域选择拨码相；能够将AIS/VDES区域ASM信息转换为语音并通过喇叭输出，为船舶驾驶员提供一种助航信息的语音提醒方式。本发明的有益效果是：有利于克服AIS船台终端的不足，为船舶驾驶员集中精力操舵提供新装备。

Description

一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置
技术领域
本发明涉及船舶自动识别领域，特别是一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置。
背景技术
船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)，是一种实现船和岸、船和船之间通信的助航系统，由VHF通信机、GPS定位仪和与船载显示器及传感器等组成，能够连续自动地播发本船、接收他船的动、静态信息如船舶位置、航速、航向、船名等重要数据。AIS与雷达、ECDIS、VTS等终端设备连接，可有效获得交通信息，有利于促进构成海上交管和监视网络，有利于减少船舶碰撞事故。我国建成了全世界规模最大的、互联互通的AIS岸基网络，AIS数据得到广泛应用，在航运保障和管理方面如流量分析、海上搜救、海事调查等方面发挥了巨大的作用。
2012年VDES（VHF Data Exchange System，甚高频数据交换系统）由ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟），VDES在现有AIS功能的基础上，增加了特殊应用报文（ASM）和宽带甚高频数据交换（VDE）功能，可有效缓解现有AIS数据通信的压力；正因有了VDES的高带宽，未来船舶可获取的信息将极大丰富，不仅海事、搜救等安全信息可以由此传递，港口作业、货运管理、电子报关等业务信息也有望借此传递，为保护船舶航行安全提供有效的辅助手段。2013年IALA（The International Associationof Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities，国际航标协会）建议将VDES作为e-航海的主要通信链路。2014年，IMO（International Maritime Organization，国际海事组织）将VDES作为e-航海战略实施的重要组成部分。2015年经162个成员国及136个国际组织和团体共同审议确定。
根据AIS协议，报文数据是英文或者数字的二进制编码。AIS报文种类有多种，涉及AIS链路管理、动静态信息广播和安全通信等，其中，6、8号电文为二进制电文，可以自主编码，编制不同的信息电文。2011年，中国交通部海事局出台《自动识别系统中文编码规则》，在ITU-R M.1371-1基础上对AIS的6号和8号报文扩展了收发汉字代码信息。为提升AIS助航保障效能，IMO将以AIS二进制电文为基础的应用定义为适用专用电文（ASM：ApplicationSpecific Message），积极推进应用与普及，以期利用该类型电文的内容灵活多样、功能全面等特点拓宽AIS应用渠道；2010年，IMO正式发布《AIS/ASM应用导则》，覆盖了包括航线推荐、船上人员数量报告、进港清洁时间、区域通告等相关内容，为在AIS中发布包括航线类电文在内的多种助航信息提供了参考标准。当然，各主权国家无需经IMO批准，也可在辖区内开展“区域ASM”应用，制定本辖区的独有电文，以提供国际ASM不能满足的需求，为在特定区域开展ASM应用提供了快速制定和实施的途径。例如，2019年4月，《船舶物资与市场》刊登了“沉船标识符ASM报文信息格式设计”，设计了基于AIS/ASM广播报文的实时沉船报文格式，包括沉船类型、经纬度和空间尺度在内11类沉船信息，囊括了船舶航行对沉船信息的需求。
现有AIS显示设备无法显示ASM的诸多信息，如基于ASM的助航信息、沉船区域等，无法满足ASM应用发展的需求，即ASM应用的主要障碍是目前的驾驶台设备基本上不能处理显示ASM电文。2015年3月，集美大学学报(自然科学版)发表了“应急协调避碰决策的AIS语音播报”，指出：AIS文本决策信息不易被及时发现，不能达到有效协调避碰的目的，并提出了一种AIS短信语音播放功能设计框架，系统由本船PC机、RS422/RS232转换接口、AIS设备等组成，AIS与PC机由RS422/RS232转换接口相连，PC机主要用于编码、解码AIS信息；两条船舶所需的主要硬件设备包括基于PC机的ECDIS、AIS设备及扬声器；当船舶(以下称发起方)陷入紧迫危险时，需要进行协调避碰，要发送的避碰决策信息经过编码模块形成一条AIS决策电文，AIS短信息封装遵循IEC61162-1标准，使用12号电文，以点对点短信息的形式发送，将此电文发送给串口模块，通过无线信道发送给需要避让的船舶(以下简称接收方)；接收方的AIS设备接收到所发送的12号电文后会由串口向外输出一条以“AIVDM”开始的语句封装有AIS信息的电文，PC机通过串口读取该电文，首先对电文进行校验，无误后提取电文，将字符逐一转化为6位二进制字段，然后根据12号消息封装结构，获取需要的信息，再利用语音模块将文本信息以语音的形式播报，向接收方通报决策信息；实验验证了通过将AIS接收到的应急协调避碰决策短信息以国际通用的标准语音自动播报是可行的。2014年集美大学硕士论文《AIS二进制电文中文显示终端的研究与开发》、2015年集美大学硕士论文《基于Android平台的AIS_ASM信息显示技术的研发》、2016年集美大学硕士论文《AIS计划航线电文播发与解析程序设计研究》等围绕ASM的应用做了有益的尝试。
近年来，大众创业、万众创新已成为我国新常态下经济发展重要力量，体力加脑力，制造加创造，就可以开发出先进的技术乃至于所谓颠覆性的技术，可以创造更多的价值；我国高度重视依靠高新技术提高通航安全保障能力，特别是在桥区、港口等重要区域，优化和加强自动语音广播、告警、屏显等装置的部署和智能化，及时发布VTS预警信息；依据IMO标准，如果将现有的模块、装置等进行有机整合，有利于形成一种新型装备，无疑可以促进行业的发展。文献CN106550287A公开了一种集成AIS接收的VHF对讲装置，既可以显示自己的位置信息，也可以将接收到的其他船只的位置信号显示在显示模块上，还可以实现与其他船只的语音发射或者接收功能，保证VHF对讲功能的实现。文献CN106836136A公开了一种基于AIS的江海大桥主动防撞系统，包括与船舶和船舶交通管理系统可形成数据交换的通航信息处理单元、数据处理单元以及语音信号发送单元，数据处理单元分别与通航信息处理单元和语音信号发送单元可完成数据交换；通航信息处理单元用于向船舶发送通航主桥墩信息、接收船舶信息并将其传输给所述的数据处理单元；数据处理单元根据收到的船舶信息进行运算，对船舶的态势进行分析，判断所述的船舶是否存在碰撞危险，如果存在碰撞危险则及时将语音警告发送给所述的语音信号发送单元，如果不存在碰撞危险则及时将语音提示发送给所述的语音信号发送单元。文献CN107886775A提出了一种桥区船舶主动防撞预警方法及系统该方法，包括：S1：基于电子海图划分桥区通航区域；S2：每个虚拟航标导航区靠近相邻通航孔的边界上设置一逆行判定虚拟航标；S3：实时采集桥区通航船舶的AIS信息；S4：基于桥区通航区域，根据船舶实时坐标、船艏方向获取用于评价船舶行驶状态的碰撞风险等级；S5：向船舶播发与步骤S4获取的碰撞风险等级对应的广播信息；从而实现基于AIS数据进行船舶碰撞桥梁风险的评估，并根据不同风险等级分类向船舶提供助航服务和预警信息的播发。文献CN110312215A公开了一种用于灯塔/灯桩智能感知与助航信息播发装置，提供一云端软件平台及后端AIS数据接收及控制指令发送软件；包括电源供电模块、单片机控制板、AIS收发模块、4G DTU无线数传模块、喇叭功放模块、语音合成模块、摄像头及云台模块、喇叭、CY-VH01双向甚高频无线电话；单片机控制板与语音合成模块连接；语音合成模块分别与喇叭功放模块和CY-VH01双向甚高频无线电话连接；AIS收发模块分别与4G DTU无线数传模块和单片机控制板通信相连；单片机控制板还与电源供电模块连接；摄像头及云台模块与4G DTU无线数传模块连接；本发明根据不同预警级别，发送VHF电台、音响播放等多种形式正确地向船舶提供助航预警信息。
AIS ASM电文还可拥有向他船请求与其对应的专适用电文功能，可以自动接收与反馈请求的信息，提高信息传输效率与可靠性，减轻人力操作负担，AIS ASM电文有助于减少语音通信，有助于船舶及时、准确获取信息从而避免事故的发生。因此，一种能接受AIS/VDES区域ASM信息、并能转换为语音提示的助航装置，显然可以为现有AIS船台装置屏幕显示方式提供另外一种辅助的提示方式，为受限区域的通航管理提供装备支持。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术不足，有机整合已有单元模块而提供一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置，能够将AIS/VDES区域ASM信息转换为语音并通过喇叭输出，为船舶驾驶员提供一种助航信息的语音提醒方式。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：所述一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置，由区域监控中心、AIS/VDES网络、AIS船台、AIS/VDES的ASM语音盒组成，其中，区域监控中心通过AIS/VDES网络分别和AIS船台、AIS/VDES的ASM语音盒相连。
所述的区域监控中心，对船舶雷达数据、船舶AIS数据、视频识别数据、海图电子围栏等数据进行船舶碰撞风险评估，生成应急预警、指定提示、播发助航等报文数据，按照AIS规范要求组包区域ASM发送到AIS/VDES网络。
所述的AIS船台，是一款成熟的AIS船舶助导航设备。
所述的AIS/VDES的ASM语音盒，由蓄电池、嵌入式微处理器、AIS接收模块、文本转语音模块、喇叭、区域选择拨码组成，其中，蓄电池分别和嵌入式微处理器、AIS接收模块、文本转语音模块相连，嵌入式微处理器和区域选择拨码相连，AIS接收模块和嵌入式微处理器相连，嵌入式微处理器和文本转语音模块相连，文本转语音模块还和喇叭相连。
所述的AIS接收模块，是一款AIS信号接收机，在其中的一个实施例中，型号为AIS33VRX。
所述的文本转语音模块，是一款语音合成模块文本转语音TTS真人发音模块，在其中的一个实施例中，型号为SYN6288。
所述的嵌入式微处理器，存在一个变量myMMSI，保存本船的水上移动通信业务标识码（Maritime Mobile Service Identify，MMSI），保存在嵌入式微处理器的FLASH中，可以修改和保存，具体地，是通过串口进行修改，myMMSI须和本船的AIS船台MMSI一致。
所述的嵌入式微处理器，存在一个由区域选择变量myZone，可以修改和保存，具体地，是通过区域选择拨码、串口进行修改。
所述的嵌入式微处理器，存在一个由AIS报文缓冲区myAIS，保存收到的、来自AIS接收模块的报文。
所述的嵌入式微处理器，存在一个由优先级别Priority、播放次数Count、播放间隔Span（单位：秒）、播放方式Type和播放内容缓冲区AISTxt[m]组成的语音播放对象结构体nt_AISVoice，其中，m的范围为：30～300；所述的嵌入式微处理器，存在一个由nt_AISVoice定义的语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]，n的范围为：2～100。所述的优先级别，是根据船舶碰撞风险评估生成的应急预警、指定提示、播发助航等类型而确定。所述的播放次数，是根据船舶碰撞风险评估生成的应急预警、指定提示、播发助航等类型而确定。所述的播放方式，指语音播放方式，有两种：连续播放、交替播放，是由船舶碰撞风险评估生成的应急预警、指定提示、播发助航等类型而确定。
所述的嵌入式微处理器，存在一个由优先级别权重Priority、播放次数权重Count、播放方式权重Type组成的参数权重结构体nt_AISRatio；所述的嵌入式微处理器，存在一个由nt_AISRatio定义的参数权重对象myRatio，这个对象的数值保存在嵌入式微处理器的FLASH中，各成员变量初始化均为1，可以通过串口被修改。
所述的嵌入式微处理器，完成收到AIS接收模块的报文后，按照AIS/VDES报文协议规范，执行AIS/VDES报文解析模块：第一步，在缓冲区myAIS中查找符号“!”，只有找到，才执行第二步；第二步，在缓冲区myAIS中符号“!”位置往后查找符号“*”，只有找到，才执行第三步；第三步，进行报文校验计算，只有校验正确后，才执行第四步；第四步，进行MMSI检查，当AIS报文中目标船舶的MMSI和本船myMMSI相等，才执行第五步，即区域ASM报文检查与解码；第五步，执行区域ASM报文检查与解码；如果第一步、第二步、第三步、第四步均失败，即未找到符号“!”、未找到符号“*”、校验错误和非发送到本船的ASM报文，则清空缓冲区myAIS，退出本模块。
所述嵌入式微处理器的区域ASM报文检查与解码，首先，在语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]中寻找一个空闲位置x，即满足myVoice[x].Count=0；然后检查缓冲区myAIS报文是否为6号报文，如果是，根据区域选择变量myZone选择相应的报文6区域ASM处理模块，获得该报文的优先级别、播放次数、播放时间间隔、播放方式、中文提示文本等数据，插入到myVoice[x]的Priority、Count、Span、Type和AISTxt[m]中，然后退出本模块；如果缓冲区myAIS报文不是6号报文，继续后续工作检查是否为8号报文，如果是8号报文，根据区域选择变量myZone选择相应的报文8区域ASM处理模块，获得该报文的优先级别、播放次数、播放时间间隔、播放方式、中文提示文本，插入到myVoice[x]的Priority、Count、Span、Type和AISTxt[m]中，退出本模块；如果既不是6号报文、也不是8号报文，则直接退出本模块。
所述的嵌入式微处理器，有一个语音播放定时器，中断周期可设置，单位为秒；所述的嵌入式微处理器，当进入语音播放定时器的中断服务程序时，首先调用语音播放文本分析方法模块对语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]进行分析，由此获得当前需要发送的具体对象myVoice[k]，其次将myVoice[k].AISTxt[m]数据发送到文本转语音模块，然后将myVoice[k].Count减一操作，最后用myVoice[k].Span设置语音播放定时器周期。
所述的语音播放文本分析方法模块，是分别将语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]和myRatio进行计算，计算公式如下：Pi=myVoice[i].Count×（myVoice[i].Priority×myRatio.Priority+myVoice[i].Type×myRatio.Type），由此获得了语音播放对象的n个评分值，形成数据集合{P0,P1,…,Pn-1}；然后在数据集合{P0,P1,…,Pn-1}中查找最大值Pmax，且Pmax不为0，这个myVoice[max]就是本次需要的语音播放对象。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够将AIS/VDES区域ASM信息以语音形式播放，有利于克服AIS船台终端的不足，为船舶驾驶员集中精力操舵提供新装备。
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是本发明的应用场景图。
图2是本发明的结构组成图。
图3是本发明的AIS报文解析流程图。
图4是本发明的区域ASM报文检查与解码流程图。
图5是本发明的语音播放定时器中断服务流程图。
具体实施方式
图1中，100为区域监控中心，101为船舶雷达数据，102为船舶AIS数据，103为视频识别数据，104为海图电子围栏，105为重要区域船舶碰撞风险评估，106为应急预警，107为指定提示，108为播发助航，109为AIS船台，110为AIS/VDES的ASM语音盒，111为AIS/VDES网络，其中，100由101、102、103、104、105、106、107、108组成，101、102、103、104、106、107、108分别与105相连，100通过111分别和109、110相连。
图2中，201为嵌入式微处理器，202为AIS接收模块，203为文本转语音模块，204为喇叭，205为蓄电池，206为区域选择拨码，其中，205分别和201、202、203相连，203还和204相连，201和206相连。
为了进一步说明本发明的具体实施方式，结合图3、图4、图5所示的流程图，对应用本发明所述的的应急控制方法作具体描述，包括以下步骤：
步骤301：执行AIS报文解析模块开始，执行步骤302；
步骤302：在缓冲区myAIS中查找符号“!”，如果找到了，执行步骤303，否则执行步骤306；
步骤303：在缓冲区myAIS中符号“!”位置往后查找符号“*”，如果找到了，执行步骤304，否则执行步骤306；
步骤304：进行报文校验计算，如果校验正确，执行步骤305，否则执行步骤306；
步骤305：检查报文中目标MMSI是否和本船myMMSI相等，如果相等，执行步骤306，否则不相等执行步骤307；
步骤306：继续区域ASM报文检查与解码后，执行步骤306；
步骤307：清空缓冲区，执行步骤308；
步骤308：退出本模块。
步骤401：区域ASM报文检查与解码模块开始，执行步骤402；
步骤402：在语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]中寻找一个空闲位置x，即满足myVoice[x].Count=0，执行步骤403；
步骤403：检查缓冲区myAIS报文是否为6号报文，如果是，执行步骤406，否则错误，执行步骤404；
步骤404：检查缓冲区myAIS报文是否为8号报文，如果是，执行步骤405，否则错误，执行步骤407；
步骤405：根据myZone选择相应的报文8处理模块，获得该报文的优先级别、播放次数、播放时间间隔、播放方式、中文提示文本，插入myVoice[x]的Priority、Count、Span、Type、AISTxt[m]中，执行步骤407；
步骤406：根据myZone选择相应的报文6处理模块，获得该报文的优先级别、播放次数、播放时间间隔、播放方式、中文提示文本等数据，插入myVoice[x]的Priority、Count、Span、Type、AISTxt[m]中，执行步骤407；
步骤407：退出本模块。
步骤501：进入语音播放定时器中断服务程序，执行步骤502；
步骤502：将语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]和myRatio进行计算，计算公式为：Pi=myVoice[i].Count×（myVoice[i].Priority×myRatio.Priority+myVoice[i].Type×myRatio.Type），执行步骤503；
步骤503：获得了语音播放对象的n个评分值，形成数据集合{P0,P1,…,Pn-1}，执行步骤504；
步骤504：在数据集合{P0,P1,…,Pn-1}中查找最大值Pmax，且Pmax不为0，获得本次需要的语音播放对象myVoice[max]，执行步骤505；
步骤505：将myVoice[max].AISTxt[m]数据发送到文本转语音模块，最后将myVoice[max].Count减一操作，执行步骤506；
步骤506：用myVoice[max].Span设置语音播放定时器的周期，执行步骤507；
步骤507：退出定时中断服务程序。
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 (4)

1.一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置，由蓄电池、嵌入式微处理器、AIS接收模块、文本转语音模块、喇叭、区域选择拨码组成；所述的嵌入式微处理器，完成收到AIS接收模块的报文后，按照AIS/VDES报文协议规范，执行AIS/VDES报文解析模块；其特征在于：
⑴嵌入式微处理器和区域选择拨码相连，AIS接收模块和嵌入式微处理器相连，嵌入式微处理器和文本转语音模块相连，文本转语音模块还和喇叭相连；
⑵所述的嵌入式微处理器，存在一个变量myMMSI，保存本船的水上移动通信业务标识码，保存在嵌入式微处理器的FLASH中，可以修改和保存，具体地，是通过串口进行修改，myMMSI须和本船的AIS船台MMSI一致；
⑶所述的嵌入式微处理器，存在一个由优先级别Priority、播放次数Count、播放间隔Span(单位：秒)、播放方式Type和播放内容缓冲区AISTxt[m]组成的语音播放对象结构体nt_AISVoice，其中，m的范围为：30～300；所述的嵌入式微处理器，存在一个由nt_AISVoice定义的语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]，n的范围为：2～100；
⑷所述的嵌入式微处理器，存在一个由优先级别权重Priority、播放次数权重Count、播放方式权重Type组成的参数权重结构体nt_AISRatio；所述的嵌入式微处理器，存在一个由nt_AISRatio定义的参数权重对象myRatio，这个对象的数值保存在微处理器的FLASH中，可以通过串口被修改；
⑸所述的嵌入式微处理器，执行AIS报文解析模块：第一步，在缓冲区myAIS中查找符号“！”，只有找到，才执行第二步；第二步，在缓冲区myAIS中符号“！”位置往后查找符号“*”，只有找到，才执行第三步；第三步，进行报文校验计算，只有校验正确后，才执行第四步；第四步，进行MMSI检查，当AIS报文中目标船舶的MMSI和本船myMMSI相等，才执行第五步，即区域ASM报文检查与解码；
⑹所述嵌入式微处理器的区域ASM报文检查与解码，首先，在语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]中寻找一个空闲位置x，即满足myVoice[x].Count＝0；然后检查缓冲区myAIS报文是否为6号报文，如果是，根据区域选择变量myZone选择相应的报文6区域ASM处理模块，获得该报文的优先级别、播放次数、播放时间间隔、播放方式、中文提示文本数据，插入到myVoice[x]的Priority、Count、Span、Type和AISTxt[m]中，然后退出本模块；如果缓冲区myAIS报文不是6号报文，继续后续工作检查是否为8号报文，如果是8号报文，根据区域选择变量myZone选择相应的报文8区域ASM处理模块，获得该报文的优先级别、播放次数、播放时间间隔、播放方式、中文提示文本，插入到myVoice[x]的Priority、Count、Span、Type和AISTxt[m]中，退出本模块；如果既不是6号报文、也不是8号报文，则直接退出本模块；
⑺所述的嵌入式微处理器，当进入语音播放定时器的中断服务程序时，首先调用语音播放文本分析方法模块对语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]进行分析，由此获得当前需要发送的具体对象myVoice[k]，其次将myVoice[k].AISTxt[m]数据发送到文本转语音模块，然后将myVoice[k].Count减一操作，最后用myVoice[k].Span设置语音播放定时器周期；
⑻所述的语音播放文本分析方法模块，是分别将语音播放对象数组缓冲区myVoice[n]和myRatio进行计算，计算公式如下：Pi＝myVoice[i].Count×(myVoice[i].Priority×myRatio.Priority+myVoice[i].Type×myRatio.Type)，由此获得了语音播放对象的n个评分值，形成数据集合{P0,P1,…,Pn-1}；然后在数据集合{P0,P1,…,Pn-1}中查找最大值Pmax，且Pmax不为0，这个myVoice[max]就是本次需要的语音播放对象。
2.根据权利要求1所述的一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置，其特征在：所述的嵌入式微处理器，存在一个由区域选择变量myZone，可以修改和保存，具体地，是通过区域选择拨码、串口进行修改。
3.根据权利要求1所述的一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置，其特征在：文本转语音模块为SYN6288。
4.根据权利要求1所述的一种AIS/VDES的区域ASM报文语音提示装置，其特征在：AIS接收模块为AIS33VRX。
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