基于AIS的船舶航行信息采集系统

背景技术：

2.内河航运是实现交通强国战略、碳达峰、碳中和目标，推动交通基础设施建设的重要组成部分，具备能耗低、污染小、成本低等显著优势。然而，我国内河航运发展较为滞后，在水路导航技术、航运安全、船舶智能化技术等方面存在明显的短板。内河航运面临着船舶吨位逐渐提高、交通流密度逐年增大、航行环境日趋复杂等新情况，传统的以地图、纸质航道图等媒介的导航方式，已经很难满足目前水路运输的要求，尤其是在航道弯曲狭窄、礁石多、地形复杂、季节水位落差大的情况下，船舶航行存在较高的碰撞、触礁等安全隐患。船舶自动识别系统(automatic identification system,简称ais)，诞生于20世纪90年代，最初主要是为了便于港口船舶交通管理系统(vts)工作人员对辖区内的船舶进行识别以精确掌握其航行动态信息。后来随着ais设备在船上普及使用，相比于使用雷达捕获目标来获取目标船舶态势信息的方法，使用ais获取该信息更加直观和便捷，同时ais通过通信方式获取信息，相比于雷达、相机等能追踪到视野盲区的物体，使该系统已成为研究内河船舶避碰技术的基础。3.但船载ais设备通信距离有限，一般只能接收设备附近30-50海里范围内的信号，无法满足远距离的船舶监控需要。4.当前国内外学者在研究船舶避碰技术时，大都采用模拟仿真或公用船舶航行信息数据做验证，具有一定的局限性，采用实时采集的真实船舶航行数据进行辅助避碰算法验证更有说服力。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，而提出一种基于ais的船舶航行信息采集系统。这种系统能采集船舶航行过程中本船、周围船舶和电子航标的信息进行存储及远程传输，获取的航行信息可用于大数据分析及船舶避碰策略研究。6.实现本实用新型目的的技术方案是：7.基于ais的船舶航行信息采集系统，整个系统由六个部分组成：船载ais设备、usb转串口模块、数据采集终端、4g路由模块、云端和远程控制端，数据采集终端与usb转串口模块和4g路由模块通过usb连接，usb转串口模块与船载ais设备连接，4g路由模块与云端通过移动基站通信连接，云端与远程控制端通信连接，数据采集终端内置wifi模块并安装有数据库，数据采集终端与电源模块连接。8.所述usb转串口模块为usb转485模块，可实现嵌入式设备usb接口到通用串口之间的转换，可根据船载ais设备支持的串口通信协议采用不同的转换模块。9.所述数据采集终端为嵌入式处理设备，型号为raspberry pi 3b+,内置ais、gnss报文筛选解析存储程序，并安装有mariadb数据库。10.所述数据采集终端通过wifi模块接入4g路由模块并通过移动基站接入公网，并通过数据采集终端的usb口供电。11.所述云端为一台有公网ip的云服务器，云服务器与数据采集终端内网通过通信建立连接，把数据采集终端内网端口映射到云端，实现各类局域网服务基于域名的互联网访问。12.所述船载ais设备型号为hm-5912。13.所述数据采集终端通过usb转串口模块的串口读取船载ais设备接收到的报文信息,然后对接收到的报文信息进行校验,得到完整的报文。接收到的报文经数据采集终端内置程序解码后得到船舶自身、周围船舶的动静态信息存储于数据采集终端的数据库中，数据采集终端通过蜂窝通信定期将存储的数据经4g路由模块上传到云端转发给远程控制端，远程控制端也可实时经过云端远程访问数据采集端获取船舶航行数据。14.船载ais设备输出信息包括ais暗码报文信息和采用nmea-0183协议的定位信息，从中筛选内河船舶采用的b类船载ais设备消息及gprmc格式的本船定位信息解析并提取有用信息存储到数据库中，其中本船定位信息包括时间、经纬度、航速、航向存储到数据库本船定位信息表中，ais信息中消息3、消息18和消息19提取时间、消息类型、mmsi、航速、航向、经纬度、船名、船舶尺寸存储到数据库船舶动态航行信息表中，消息5、和消息24提取时间、消息类型、船名、船舶尺寸存储到数据库船舶静态航行信息表中，数据采集终端具有上电自启功能，上电后自动运行信息解析存储程序及数据采集终端内网穿透配置程序。15.所述远程客户端为计算机设备，可以通过ssh协议远程控制数据采集端进行数据采集端内运行的数据筛选解析存储程序更新、数据库访问等操作。16.这种系统能采集内河船舶航行过程中本船、周围船舶和电子航标的信息进行存储及远程传输，获取的航行信息可用于大数据分析及船舶避碰策略研究。附图说明17.图1为实施例的架构图；18.图2为实施例中船载ais设备输出数据示意图；19.图3为实施例中船舶动态航型信息数据表示意图；20.图4为实施例中本船定位信息表示意图；21.图5为实施例中船舶静态航行信息表示意图。具体实施方式22.下面结合附图及具体实施例对发明作进一步的详细描述，但不是对本发明的限定。23.实施例：24.参照图1，基于ais的船舶航行信息采集系统，整个系统由六个部分组成：船载ais设备、usb转串口模块、数据采集终端、4g路由模块、云端和远程控制端，数据采集终端与usb转串口模块和4g路由模块通过usb连接，usb转串口模块与船载ais设备连接，4g路由模块与云端通过移动基站通信连接，云端与远程控制端通信连接，数据采集终端内置wifi模块并安装有数据库，数据采集终端与电源模块连接。25.所述usb转串口模块为usb转485模块，可实现嵌入式设备usb接口到通用串口之间的转换，能根据船载ais设备支持的串口通信协议采用不同的转换模块。26.所述数据采集终端为嵌入式处理设备，型号为raspberry pi 3b+,内置ais、gnss报文筛选解析存储程序，并安装有mariadb数据库。27.所述数据采集终端通过wifi模块接入4g路由模块并通过移动基站接入公网，并通过数据采集终端的usb口供电。28.所述云端为一台有公网ip的云服务器，云服务器与数据采集终端内网通过通信建立连接，把数据采集终端内网端口映射到云端，实现各类局域网服务基于域名的互联网访问。29.所述船载ais设备型号为hm-5912。30.所述数据采集终端通过usb转串口模块的串口读取船载ais设备接收到的报文信息,然后对接收到的报文信息进行校验,得到完整的报文。接收到的报文经数据采集终端内置程序解码后得到船舶自身、周围船舶的动静态信息存储于数据库中，数据采集终端通过蜂窝通信定期将存储的数据经4g路由模块上传到云端转发给远程控制端，远程控制端也可实时经过云端远程访问数据采集终端获取船舶航行数据。31.船载ais设备输出信息包括ais暗码报文信息和采用nmea-0183协议的定位信息，从中筛选内河船舶采用的b类船载ais设备消息及gprmc格式的本船定位信息解析并提取有用信息存储到数据库中，其中本船定位信息包括时间、经纬度、航速、航向存储到数据库本船定位信息表中，ais信息中消息3、消息18和消息19提取时间、消息类型、mmsi、航速、航向、经纬度、船名、船舶尺寸存储到数据库船舶动态航行信息表中，消息5、和消息24提取时间、消息类型、船名、船舶尺寸存储到数据库船舶静态航行信息表中，ais信息如表1所示，数据采集终端具有上电自启功能，上电后自动运行信息解析存储程序及数据采集终端内网穿透配置程序。32.所述远程客户端为计算机设备，可以通过ssh协议远程控制数据采集端进行数据采集端内运行的数据筛选解析存储程序更新、数据库访问等操作。33.船载ais设备可通过vhf通信获取附近一定范围船舶及ais电子航标发送的ais信息，同时船载ais设备的内置gps模块获取本船定位等相关信息，船载ais设备可将未解码的相关报文信息通过数据接口输出，输出信息如图2所示。34.数据采集终端安装在测试船舶上，采用船载220v电源供电，与船载ais设备通过usb转串口模块连接进行串口通信获取未解码的报文信息，通过数据采集终端内置程序进行数据筛选、数据解码及存储。筛选内河船舶采用的b类船载ais设备消息及gprmc格式的本船定位信息解析并提取有用信息存储到数据库中，存储的数据表如图3-图5所示。其中本船定位信息包括时间、经纬度、航速、航向存储到数据库本船定位信息表中，ais信息中消息3、消息18和消息19提取时间、消息类型、mmsi、航速、航向、经纬度、船名、船舶尺寸存储到数据库船舶动态航行信息表中，消息5、和消息24提取时间、消息类型、船名、船舶尺寸存储到数据库船舶静态航行信息表中，ais信息如表1所示。35.数据采集终端通过wifi模块连接4g无线路由器后接入互联网，采用内网穿透技术使远程客户端可以访问并远程控制数据采集终端。36.表1 ais信息中消息概述37.38.39.