毕业论文（设计）-珠江口水域游艇监控网建设方案初探18151.doc

专业好文档珠江口水域游艇监控网建设方案初探何立居 陈锐文 施平安 李满启摘 要：针对游艇在珠江口水域航行时面临的复杂环境，探讨了建立珠江口水域游艇监控网络的重要性和可行性，构建了监控网的体系结构，重点讨论了监控网中存在的六种数据交换方式。最后分析了监控网的航线设计功能、珠江航道航行指南功能以及WEBGIS动态信息系统。关键词：游艇 AIS 监控网 WebGIS游艇指用于旅游观光、休闲娱乐的非营业船舶。游艇的航速并不亚于高速船，高速航行时可供信息收集、局面分析、危险度判断和避碰决策的时间比较短，容易形成紧迫会遇局面。特别是游艇在珠江口水域航行时，由于该水域的通航密度大、通航环境复杂，使得游艇的安全航行受到严重威胁。因此，为了保证游艇航行安全，使游艇主人真正享受到驾驶游艇所带来的娱乐，而不必忙于应付各种复杂条件下的避碰操纵，有必要建立一种对游艇提供信息服务、实施管理和连续监控的系统。随着全球化通信网络的不断发展、AIS（船载自动识别系统）的出现和技术的不断进步以及在VTS中的推广应用，在珠江口水域建立游艇监控网将成为可能。该监控网可对游艇进行更有效的交通监视、信息服务、交通组织，从而确保游艇在该水域的航行安全。1 建设珠江口水域游艇监控网的必要性和可行性1.1 珠江口水域通航密度大、通航环境复杂珠江口水域是船舶进出广州、深圳、香港、澳门及珠三角其他港口的必经水道，东西和南北往来的船舶多在此转向、交汇。随着广东经济的快速发展，珠江口沿岸已形成了一个由十几个港口、近两千个码头泊位组成的港口群，仅对外开放的国家一类口岸就有12个，年通航船舶达150多万艘次，是我国通航密度和通航量最大的水域之一。每年9月至次年2月是珠江口捕鱼的旺季，每天有数百艘88KW（120马力）以下的渔船在该水域作业。渔船视其吃水而选择航线，吃水4m以上的渔船习惯通过主航道进出珠江口1。由于珠江口水域通航密度大，流动渔船作业频繁，水道纵横交错，通航环境较差，水上交通事故时有发生。据调查，珠江口水上交通事故占广东辖区全年事故总数的40以上。其中碰撞事故是珠江口水域的主要交通事故。据对1995年至1999年5年内的重大事故统计，碰撞事故占70。因此，珠江口被交通部列为全国重点监管水域之一。从以上分析可知，游艇在珠江口水域航行时会遭遇到同样的情况，因此有必要建立游艇安全航行监控网来改善该水域的通航环境。1.2 游艇驾驶员获取航行信息的需要为了规范船舶的行为，减少交通事故的发生，保障珠江口水域不受污染，广东海事局在珠江口交通繁忙水域划定了交通管制区，在交通管制区内设立了小船推荐航路、小船横越区、警戒区，实现了大小型船舶分道通航。2004年，交通部颁布了珠江口水城船舶定线制(试行)和珠江口水域船舶报告制(试行)，并于2004年6月1日起实施。珠江口水域交通管制区和珠江口水域船舶定线制所划定的两段水域，共三个交通管制区域，对各类船舶的航行提出了不同的要求。基于游艇的特殊性，其操作者的航海技能与航海经验与普通海员相比有很大的不同。如果在航海方面对他们的要求太多，必然会失去游艇给他们带来的乐趣；但若不作要求，又会扰乱该水域的交通秩序。对于游艇驾驶员来说，关注的焦点是如何获取航行安全信息，确保游艇的安全，从而实现购买游艇娱乐的价值。因此，在珠江口水域建立游艇安全监控网就成了必然的选择。1.3 建设珠江口水域游艇监控网的可行性2004年，珠江口AIS岸台网络系统顺利地实现了联网，并已成功投入使用。珠江口AIS包括4个AIS基站和1个网络管理中心，覆盖了整个珠江口水域。船舶相关数据和静态数据每6分钟、最快每两秒钟自动向指挥中心或基站报告一次，也可根据需要适时报告。凡航行于珠江水域的船舶，只要安装了AIS，那么在海事部门的电子海图信息屏幕上可清晰、自动、快速地显示其航行信息，海事部门通过这些数据信息可以对船舶实施有效监管。从经济角度看，AIS系统比传统的雷达系统更经济；从技术角度看，AIS是一种自组织无线链路的数字通信系统，使用IP协议，具有较强的兼容性，有利于基站间的组网，并可与现有的信息网进行灵活的集成；从功能角度看，AIS可以实现监视、识别、通信和导航，能够充分满足监控游艇安全航行的需要。 综上所述，建设珠江口水域游艇监控网不仅是必要的，而且也是可行的。2 游艇安全监控网体系结构设计游艇监控网是游艇公司对游艇航行进行监控和信息服务以确保其航行安全的主要网络，游艇监控中心作为以Internet为基础的信息存储和发布的节点，将成为游艇航行安全保障中的重要环节。利用游艇监控中心提供的信息服务，可从根本上改变传统的航海模式，用新的方法和手段为游艇航行安全提供更加可靠的技术保障。信息是游艇安全监控网的主要资源，也是最重要的资源。确保与游艇安全航行有关的安全信息在游艇安全监控网内实现共享，是游艇安全监控网的主要目的。游艇安全监控网的信息交换方式有：游艇与其他船舶之间通过AIS交换信息；游艇与基站之间通过AIS交换信息；AIS基站与AIS中心之间通过Internet交换信息；游艇监控中心与AIS中心之间通过Internet交换信息；游艇监控中心与海事局之间通过Internet交换信息；游艇监控中心与气象部门之间通过Internet交换信息。2.1 游艇与其他船舶之间的信息交换游艇与其他船舶之间可以通过船载AIS交换数据，游艇可以在自主连续、设定或受控模式下向其他船舶发送船舶识别码、船型、船位、航向、航速、航行状态等信息以及与安全航行有关的信息，同时接受他船发出的这些信息。游艇通过AIS接收到其他船舶的信息后，可将本艇附近20海里范围内的所有船舶的动态信息实时地显示在本艇的电子海图上，从而使游艇驾驶员对本艇周围的局面一目了然。2.2 游艇与基站之间的信息交换游艇通过船载AIS，以自主连续、受控或轮询的方式向AIS基站发送本艇的静态信息(如艇名、呼号、吨位、吃水、船长、船宽、目的地等)和动态信息(如船舶即时速度、航向、航迹、告警信息等)。AIS基站则向艇载AIS发送交通控制和分配信息、点对点的与安全有关的信息，或以广播方式发布船舶动态信息、航行安全信息和GPS差分纠错信息。此外，如果游艇在航行过程中出现了各种事故，诸如搁浅、触礁等，也可以通过AIS向基站发送，而基站也可以及时地将从气象部门接收的航海气象数据（如风、浪、流、海雾、能见度等）及时播发给所有在航游艇，确保在天气变坏之前能安全返航。2.3 AIS指挥中心与AIS基站之间的信息交换珠江口AIS包括4个AIS基站和1个指挥中心，网络覆盖了整个珠江口水域。指挥中心负责收集珠江口水域的所有船舶发出的AIS信息，并为航行于该水域的所有船舶提供信息服务。指挥中心也是珠江口水域的AIS信息管理中心和网络服务中心，负责管辖本水域的AIS基站和船台。指挥中心汇集了整个珠江口水域全面而详细的船舶航行信息，这些信息主要是由在它管辖下的4个基站从各船舶收集的有关船舶的动态和静态信息。有了该水域的所有船舶的动态和静态信息以后，AIS指挥中心就可以对该水域的船舶进行动态跟踪、监控、交通组织、管理以及信息服务等功能。AIS指挥中心与AIS基站之间的信息交换具有信息量大、实时性高的特点。2.4 游艇监控中心与AIS指挥中心之间的信息交换 游艇监控中心主要对航行于珠江口水域的游艇进行监控，并为它们提供信息服务。但是为了更好地向游艇服务，游艇监控中心不仅要从AIS中心获取有关游艇的信息，而且还要从AIS中心和VTS中心获取所有其他船舶的信息。游艇监控中心对游艇周围的航行环境进行分析，当存在危险时，及时地向游艇通报，并提出避险、避碰等方案，使游艇驾驶员在任何时候均能及时地获取避险的方案。2.5 游艇监控中心与海事部门之间的信息交换游艇监控中心与海事部门联网，从海事部门获取珠江口水域的航海通告等信息，以人工或自动方式改正电子海图数据，将改正后的海图信息通过AIS即时发布、提供给游艇使用。2.6 游艇监控中心与气象部门之间的信息交换 游艇监控中心与气象部门联网，从它们那里实时地获取珠江口水域的水文气象资料。其中海洋水文资料包括海平面气压、气温、湿度、风、能见度、降水、海雾、总云量、低云量、雷暴、典型天气过程等；而海洋水文资料主要包括表层平均海流、表层最多流、表层最大流、风浪、风浪周期、涌浪、涌浪周期等。游艇监控中心根据获得的水文气象资料，分析当时的天气情况对游艇出行的影响，及时将有关的气象信息（如风、浪、涌、能见度以及是否适合出航等）发布给所有的游艇。3 游艇航行安全监控网的主要功能3.1 航线设计功能航线设计是确保游艇航行安全的主要环节。游艇在出行前，应通过浏览器从游艇监控中心查询或下载与航线设计相关的最新海图信息、推荐航线、航海通告、航标和碍航物、航道信息、潮汐表、入港指南、气象信息等，在自己的电子海图系统平台上方便地设计计划航线，并可用大比例尺海图信息自动检验其计划航线的安全。该功能除了为航线设计提供可靠的数据依据和简便的设计手段，也为游艇监控中心对游艇实时监控提供依据。3.2 珠江航道航行指南功能游艇监控网的基础数据库包含了珠江口水域的港口、航道、水深等与游艇进出港相关的信息，并可从各海监部门、港口获取最新的港口资料，通过AIS为进出港的游艇提供服务。任何游艇在进出港时可方便地查询与浏览最新的入港指南信息，从而实现导航功能。3.3 WebGIS动态信息系统WebGIS信息系统是游艇监控网络的核心，通过它可实现游艇动态的远程监控和航迹分析，并由此提升游艇公司对游艇的监控力度；另外，利用岸基AIS平台，可以使用户实时地了解所有船舶的动态信息，从而实现信息共享2。Internet和Web技术的发展开创了以分布式计算为核心的计算机网络时代，不仅引起了IT领域的重大变革，同时也给GIS技术的研究与应用带来机遇和挑战。一方面，需要把GIS融入Internet，以提供地图化的网络信息服务，推动GIS的产业化和社会化；另一方面，又要根据信息技术的不断发展而不断重构GIS的体系结构、数据组织、软件组织和应用模式，发展ImCmet下的GIS，即WebGIS。 WebGIS是利用Internet技术，在Web上实现空间数据的存储、显示、空间分析及输出，并能与用户交互，进行决策支持的系统。它是GIS在Internet上的实现，是利用Internet技术对传统GIS的改造和发展。WebGIS在信息的快速发布、数据的实时更新、使用的简单灵活等方面具有传统GIS无可比拟的优越性。人们只需将计算机连接到目标主机上就可以获得所需的地理信息，而没有必要占用大量的存储空间和完全存储数据库拷贝。 由于WebGIS具有巨大的优势，所以近年来WebGIS己成为GIS发展的重要方向之一。并且国内外有关组织开展的空间数据共享标准工作也为WebGIS的实际应用提供了前期准备工作。 在本系统中，WebGIS中的功能将会得到完全体现，本系统中的海图是广州海事局辖区，WebGIS系统要实现对地图缩放、移动、漫游显示，图形符号的修改、增删；提供相应工具对图形符号、属性数据进行编辑和修改，可以非常灵活地对它们进行增、删、改等操作，并同时改变与后台数据库的对应关系。还可以将改变的数据放回到大型数据库中去，以实现真正的数据共享3；另外，可对地理信息进行分层管理和维护，用不同的符号分层显示，可以分别设置各个层的显示属性（可见性、图层缩放、自动标注）。本系统中WebGIS的系统架构由图形数据库、属性数据库、应用程序数据、服务器网络服务、WEB和客户服务器端等组成，其架构如图1所示。图1 WebGIS的系统架构在本系统中，通过WebGIS平台将AIS远程信息发布给辖区内的各用户，包括航行方向、航行跟踪位置、航行速度等。从而实现动态信息的共享。4 结束语 游艇监控网的建立可改善游艇航行环境，确保游艇航行安全。但是，要使该监控网络真正起到作用，还有很多工作要做，还会面临很多困难，主要是现有的很多游艇没有安装AIS。因此，只要从法律上确保游艇均安装AIS，并加快研制廉价实用AIS设备的步伐，就可以实现游艇监控网的基本功能。参考文献：1 陈文驱. 珠江口VTS区域联网设想J. 水运管理，2006.032 何立居. 基于VTS的海事信息发布系统J. 航海技术，2006.013 海洋. AIS：游艇导航技术领域的下一场重头戏J. 船艇Ships & Yachts，2006.01作者简介：何立居，男，1952年出生，大学本科，广州航海高等专科学校副校长、副教授，主要研究方向为交通信息工程及控制。 陈锐文，男，广州莱茵游艇会有限公司。施平安，男，海军广州战术指挥学院，博士研究生，副教授。李满启，男，广州航海高等专科学校，硕士研究生，副教授。Editor's note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the world's first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, I've still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, you'd hear my foot tapping rapidly under my desk. I'm anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.It's like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line "we" would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and "capcom" (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, "Fearless Felix" will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, he'll be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes it's not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it won't. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way I'd miss this.7