山家衣通修陀海运修眈基于AIS的船舶监控系统专业航海技术届另007级学号071625316姓名纪艺指导教师王希坤陈延才山东交通学院海运学院二O一年五月原创声明本人纪艺郑重声明：所呈交的论文“基于AIS的船舶监控系统”，是本人在导师王 希坤、陈延才的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的 法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。论文作者（签字）：日期： 年 月 日船舶自动识别系统CAIS)是一种综合了卫星定位、陀螺罗经、计程仪等导航设备 的信息，通过VHF数据链向外播发与接收相应信息，并在雷达或电子海图等显示设备上 显示周边船舶位置及航行动态信息的新型导航通信系统。通过AIS获取到所需船舶的动 态及静态信息，就可以对船舶进行全方位、实时的监控。船舶实时监控系统是利用自动识别系统(AIS)、电子海图系统、数据库技术对所有 装有AIS设备的船舶进行监控。监控中心通过串口接收AIS接收机传来的AIS数据电文， 解析后一边送到AIS船舶数据库存储，一边直接送到电子海图平台上进行实时显示，用 户在电子海图平台上通过读取AIS船舶数据库来获得所需船舶信息。本文系统分析了当前AIS发展状况，介绍了 AIS的组成、网络体系结构、与AIS信 息处理相关的接口协议，提出系统的总体设计方案并对系统的功能进行划分，然后以 Visual C+6. 0为开发工具，对AIS信息电文进行解析处理，并把解析后的数据存储到 SQL Server数据库中。系统通过测试基本能达到设计的要求。关键字：船舶自动识别系统，实时监控，电子海图，SQL Server数据库AbstractAutomatic Identification System(AIS)is a system which consists of satellite position, peg一top compass, log etc, it can transfer and receive information through VHF data link, and display nearby watercrafts position and navigational dynamic information on radar or electric chart Through the AIS system we can acquire the ships dynamic and static information and can monitor the ship omni-directionally and real-timely.The vessel real一time tracking system employs the Automatic Identification System(AIS), Electronic Chart Display and Information System(ECDIS)and database technology to control and monitor all vessels equipped with AIS The data message received by the Monitoring Center through the serial interface will be resolved and then be sent to the AIS vessel database for storage Meanwhile it will be sent to the ECDIS platform for real-time display from which users could obtain the information about vessels when reading the charts.In this paper the current AIS development is illuminated systematically, introduced the composition of the AIS, the architecture of network system, and the agreement related to the interface information of the AIS, based on which the overall design project of the system has been proposed and the functions of the system has also been categorized Using Visual C+6 0 as the developing tool, we have resolved the AIS information message, also including how to store parsed data to SQL Server database. The system has passed the performance test and we have demonstrated that the system design is rational and meets the design requirements.Key words: Automatic Identification System, Real-time monitoring, Electronic chart, SQLServer database目录刖B11船载AIS的结构与功能31. 1 AIS的构成31. 1. 1数据的采集部分31. 1. 2信号处理与系统控制器41. 1. 3 信息显示器41. 1. 4 VHF收发机部分41. 2 AIS的功能特点41.3 AIS的网络体系结构51. 3. 1物理层51. 3. 2数据链路层61.3.3网络层61. 3. 4传输层62船载AIS原理72. 1船载AIS的工作原理 72. 1. 1 TDMA数据链同步72. 1. 2 AIS时隙接入协议 82.2自组织通信原理93 AIS接口协议113. 1IEC 61162协议 113. 1. 1电气规范113. 1.2语句格式及符号123. 2 ITU-R M. 1371-1协议134系统总体设计 144. 1系统功能144.2系统框架154. 3系统数据164. 3. 1数据流程164. 3.2数据存储175电子海图显示 175. 1电子海图概述175. 2海图信息显示185.3图像缩放196系统实现及校验 206. 1串口通信206. 2相关电文解析216. 2. 1 ITU-RM. 1371-1电文解析216. 3信息显示236. 4系统组成246. 5运行结果25 I 1冃IJ 百近年来，世界范围内的航运市场在飞速发展，港口船舶密度越来越大。尽管现在的 航海技术有了长足的进步，但是海上船舶碰撞事故还是经常发生，给海上人命安全及海 洋环境造成极在的威胁。产生这种现象的原因主要是由于用于船舶管理及避碰的各种助 航仪器设备不能充分满足海上监控及通信的需要。当前航海上用于船舶监控的主要设备是雷达，船舶间为了航行安全而进行通信使用 的设备主要是甚高频(VHF)无线电话。雷达设备是根据屏幕上的物标回波来识别目标的, 这并不能直接反映目标的大小，在正常情况下，靠雷达回波也不能可靠地估计出目标的 航向航速等一些对船舶航行十分重要的参数，特别是当船舶改向机动时，雷达回波会有 一定的延时，即便是雷达自动标绘仪也是这样的。此外，目前船舶间通信依靠VHF无线 电话，但由于没有有效的手段及时取得对方的标识信息，通信时只能靠通报自己或对方 的船位来相互识别，这在船舶密度大的水域或是在船舶处于紧迫局面时是很难实现的国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)和各国主管部门通过 制定和实施避碰规则，规定强制配备必要的助航设备，建立VTS、船舶报告制度等措施 来管理船舶的安全航行，但船舶的碰撞事故还是屡屡发生。为了进一步提高船舶安全航 行的性能，有关机构和厂商对助航设备进行着不断的研究和开发。船舶自动识别系统 (Automatic Identification System, AIS)就是在当今通信技术和计算机技术飞速发展 的背景下应运而生的。AIS实际上是一移动通信系统，它在海上VHF频段采用SOTDMA方式播发船舶的静态数 据和动态数据，同时接收其它船舶发出的信息并显示。这将有助于船舶的识别和信息交 换，从而提高船舶航行安全和效率。AIS的目的是让所有船舶都安装有自动应答和识别装置，装有这种装置的船舶就可 以互相“看得见”。船舶之间“看得见”，意味着不须人为介入便能够连续交换重要的 航行数据，包括当前航行状态和其它动态信息。这对航海的安全、海上交通的控制和海 事环境的监视是非常有益的。AIS系统的出现对传统的船舶监控带来新的理念，使海上 船舶管理发生很大变化，各方通过AIS将获取到所需船舶的动态及静态信息，可以对船 舶进行远程、实时的监控。AIS是依靠岸基的VHF岸台和移动的船舶安装无线应答器系统来工作的。基于一个可 由控制站操作员调整的时间表，基站对所有的船在70信道上发出一个电信号。这个信号 可以是广域的，也可以是局域的。只有安装了AIS系统的船对呼叫产生应答(不是已经登 录到系统的船)。基站在船的移动中自动获得信息。AIS电脑将决定在工作信道上进入船 舶的系统或者是在70信道上监视船舶。AIS基站将一组数字和信道按顺序分配给船台。船台就会切换到AIS信道。在适当的 时间，基站会将其他所有的船在系统中的数据通知给船台。船和岸、船和船、岸和船的 信息传递已经实现了。操作员以特定的目的输入一个空的表格文本信息。AIS电脑从自 己的操作员或者船台得到发送指令后会将信息打包成合适的尺寸和次数并发送出去。经 过授权的用户可以通镜像位置看到控制台操作员所看到的所有一切，并能放大或者缩小 控制地带中的任何区域。选择的船舶的所有可能的信息都会在屏幕上显示出来。电脑屏 幕可以将所有航船的电子海图信息和图标再发送出去。操作者自己的信息，跟所有被选 择的船一样，包括航程、航线的数据，在任何时间都可以提供。1998年10月IMO NAV (航行安全技术分委会)第45次会议，对将于2002年7月1日生效 的SOLAS公约第v章第20条(船载航行系统和设备的配各要求和运行标准)中，扩大了设备 系统配备要求范围，其中较为重要的自动化航行设备有“通用船载自动识别系统(AIS)” 和“航行数据记录仪(VDR)”，提交2000年5月IMO MSC大会通过。我国对AIS研究工作与国际先进的国家相比开展的比较晚，但后续的发展速度很快， 有相当多的关于AIS的文章发表，交通部海事局也于2000年开始组织有关人员开展对AIS 的研究工作，编写了AIS应用技术研究报告和中国海事AIS配布方案，各科研单位、相关 院校和海事部门也在积极开发基于AIS的船舶监控系统，有些系统已投入使用并且在不 断完善之中。随着我国AIS岸台网络系统的逐步建设