基于 GIS 的遠(yuǎn)洋船舶信息系統(tǒng)設(shè)計

侯思遠(yuǎn) 梁斯毅

摘要：對船舶進(jìn)行智能化管理是現(xiàn)代船舶管理信息化的主要趨勢。AIS（船舶自動識別系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)的結(jié)合有益于對船舶進(jìn)行智能化管理。因此，該文擬綜合運(yùn)用 AIS、GPS、GIS 等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計開發(fā)一個基于 GIS 的遠(yuǎn)洋船舶信息系統(tǒng)，依靠技術(shù)創(chuàng)新和信息化建設(shè)實現(xiàn)對遠(yuǎn)洋船舶管理智能化管理，以便增強(qiáng)對遠(yuǎn)洋船舶的監(jiān)控、管理、應(yīng)急救助能力，確保船舶航行安全。

關(guān)鍵詞：AIS；GIS；GPS；船舶管理

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）13-0022-03

Design of GIS-based ocean shipping information system

HOU Si-yuan， LIANG Si-yi， CHEN Yi-hua， LIU Jian-min

（School of Resource and Environment Engineering Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

Abstract： Intelligent ship management is the main trend of modern ship industry. The combination of AIS （Automatic Identification System）， GPS （Global Positioning System） and GIS （Geographic Information System） technologies is beneficial to the intelligent management of ships. Therefore， this paper intends to comprehensively use advanced technologies such as AIS， GPS， and GIS to design and develop a GIS-based ocean shipping information system.Relying on technological innovation and informatization to realize intelligent management of ocean-going ship， in order to enhance the ability to monitor，manage of ocean-going vesselsand respond to emergencies， and then ensure ship safety.

Key words： AIS； GIS； GPS； ship management

1 背景

隨著信息化的發(fā)展，船舶管理已經(jīng)從傳統(tǒng)的“保障”型管理到“效率”型管理，由經(jīng)驗管理轉(zhuǎn)向系統(tǒng)管理，船舶技術(shù)和管理規(guī)范條件變化莫測，由片面追求商業(yè)利益轉(zhuǎn)向效率和安全綜合價值目標(biāo)船舶綜合信息管理[1]。但是由于我國的船舶信息化管理技術(shù)研究起步較晚，在船舶工業(yè)信息化管理方面，我國與國外的那些沿海、臨洋國家相比還有很大差距[2]。

而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為船舶管理的改進(jìn)提供了可能。該文綜合運(yùn)用 AIS、GPS、GIS 等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計開發(fā)一個基于GIS的遠(yuǎn)洋船舶管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將兼具M(jìn)IS 系統(tǒng)的管理功能和 GIS 系統(tǒng)的空間分析功能。系統(tǒng)采集船舶運(yùn)行的狀態(tài)信息，在電子海圖上進(jìn)行綜合顯示，并提供船舶設(shè)備、船員、載貨和航行的動態(tài)信息顯示與查詢。對影響船舶航行安全的氣象信息，尤其是臺風(fēng)，進(jìn)行跟蹤管理，從而準(zhǔn)確掌握船舶的運(yùn)行情況，成為船舶動態(tài)跟蹤、應(yīng)急救助、安全監(jiān)控等的有力手段[3]。

2 遠(yuǎn)洋船舶信息系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)采用B/S模式、經(jīng)典的三層架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)：數(shù)據(jù)訪問層（DAL），業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、表現(xiàn)層（WebUI）。全部采用面向?qū)ο笏枷脒M(jìn)行開發(fā)，如圖1所示。

在DAL層，用.NET內(nèi)含的ADO連接和操縱底層數(shù)據(jù)庫，供BLL層調(diào)用；在BLL層，封裝DAL層的方法，實現(xiàn)具體的功能模塊；在Web層，實現(xiàn)地圖展示與GIS分析功能。

數(shù)據(jù)訪問層：是主要是對原始數(shù)據(jù)的操作層，具體為業(yè)務(wù)邏輯層或表現(xiàn)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

業(yè)務(wù)邏輯層：主要是針對具體的問題的操作，包括對數(shù)據(jù)層的操作，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯處理，還包括了MVC結(jié)構(gòu)中控制層對客服端發(fā)送的請求數(shù)據(jù)進(jìn)行安全性驗證、完整性驗證、類別判斷等作用。

Web表現(xiàn)層：主要對用戶的請求接受，以及數(shù)據(jù)的返回，為客戶端提供應(yīng)用程序的訪問。如圖1。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

該系統(tǒng)采用SQL Server 2008作為后臺數(shù)據(jù)庫，所涉及的數(shù)據(jù)表主要有：ship（船舶表）、port（港口表）、trace（軌跡記錄表）、crew（船員表）、臺風(fēng)記錄表（typhoon）、空間要素數(shù)據(jù)集等。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計如圖2所示：

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)

3.1.1 系統(tǒng)集成技術(shù)

基于Web GIS的遠(yuǎn)洋船舶信息管理系統(tǒng)是一個綜合的信息集成系統(tǒng)，集成的信息包括基于Web Service技術(shù)提取的船舶AIS信息、基于ArcGIS Server發(fā)布的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)、MIS系統(tǒng)中的船隊管理數(shù)據(jù)、實時氣象監(jiān)測以及氣象災(zāi)害預(yù)警服務(wù)等。它們的信息數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集等都集成在一個平臺上，因此系統(tǒng)集成技術(shù)是系統(tǒng)的關(guān)鍵和必要的。

3.1.2 AIS技術(shù)

船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System，簡稱AIS系統(tǒng)）由岸基（基站）設(shè)施和船載設(shè)備共同組成，是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。AIS消息內(nèi)容提供三類數(shù)據(jù)，其中包括：1）船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)，包含船名、MMSI、船舶類型、船長、船寬等；2）船舶動態(tài)數(shù)據(jù)，包含經(jīng)度、緯度、船首向、航跡向、航速等；3）船舶航程數(shù)據(jù)，包含船舶狀態(tài)、吃水、目的地、ETA等。

3.1.3 ArcGIS Server服務(wù)

ArcGISServer 提供面向Web 空間數(shù)據(jù)服務(wù)的GIS軟件平臺，提供創(chuàng)建和配置GIS應(yīng)用程序和服務(wù)的框架。該系統(tǒng)通過ArcGISServer 來管理基于多用戶和多事務(wù)的地理空間數(shù)據(jù)庫及發(fā)布地圖服務(wù)。

3.2 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

系統(tǒng)的總體功能模塊如圖3所示。系統(tǒng)中所涉及的基于GIS的船舶管理信息系統(tǒng)是基于在.NET framework平臺開發(fā)的WebGIS系統(tǒng)，兼具M(jìn)IS系統(tǒng)的管理功能和GIS系統(tǒng)的查詢分析功能。如圖3：

3.2.1 船舶查詢

船舶查詢主要針對的是普通用戶，在此子系統(tǒng)中，用戶可以查詢所有已登記的船舶的基本信息，包括船名、所屬國籍、當(dāng)前位置、圖片等等信息。還可以根據(jù)不同條件篩選感興趣的船舶，如篩選出某種類型的船舶，也可以根據(jù)用戶的愛好習(xí)慣更換顯示的風(fēng)格，如是否顯示港口信息、地圖底圖的樣式等等。如圖4：

3.2.2 船隊管理

船隊管理主要針對的是船舶公司、船員公司等贏利性企業(yè)的用戶。為他們的船舶和船員進(jìn)行專門的信息管理。如圖5：

3.2.3 我的船隊

我的船隊子系統(tǒng)主要針對船舶公司，將他們管理的船舶在地圖上進(jìn)行可視化的實時監(jiān)控。功能包括電子地圖、船舶空間查詢、港口查詢、歷史軌跡回放、實時天氣狀況顯示等功能。如圖6。3.2.4 實時氣象監(jiān)測以及氣象服務(wù)功能

該系統(tǒng)具有實時氣象顯示功能，通過實時監(jiān)測氣象和船只的位置，可以及時查看船只所在位置的天氣狀況，大大減少海難發(fā)生的幾率，保障船只在行駛過程中的安全。如圖7。

4 系統(tǒng)評價

AIS 與 GIS、GPS 技術(shù)的結(jié)合對船舶管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣具有重要意義。隨著 AIS 的國際標(biāo)準(zhǔn)的指定和發(fā)布，使我們基于 GIS 平臺開發(fā)融合 AIS 數(shù)據(jù)的船舶管理信息系統(tǒng)成為可能[4]。基于 AIS 技術(shù)的支持，該系統(tǒng)的特色與創(chuàng)新主要集中表現(xiàn)在以下方面：

1）系統(tǒng)綜合利用ArcGIS Server地圖服務(wù)，氣象服務(wù)、AIS服務(wù)等資源構(gòu)建基于Web GIS的遠(yuǎn)洋船舶信息管理系統(tǒng)，為船隊管理和遠(yuǎn)洋船舶安全航行提供技術(shù)支持和幫助。

2）該項目是一個多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)集成的信息集成系統(tǒng)，系統(tǒng)集成了包括 AIS、MIS、GIS、GPS 等多系統(tǒng)、多源、多態(tài)、異構(gòu)數(shù)據(jù)。

3）應(yīng)用船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）技術(shù)，實現(xiàn)對遠(yuǎn)洋船舶位置信息獲取并利用AJAX技術(shù)基于地圖服務(wù)實現(xiàn)在地圖上實時動態(tài)顯示和信息查詢；

4）系統(tǒng)集成了MIS系統(tǒng)和WebGIS系統(tǒng)，結(jié)合了對象的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)在目前企業(yè)管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上具有船舶智能定位、實時監(jiān)控、船隊管理等多種功能。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代船舶業(yè)的目標(biāo)是科學(xué)管理、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保節(jié)能、減員增效[5]。該系統(tǒng)以該目標(biāo)為宗旨，利用AIS、MIS、GIS、GPS等現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)，建立出了一個能夠?qū)Υ斑M(jìn)行動態(tài)跟蹤、智能定位、安全監(jiān)控、船隊管理等多功能管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很好的跨平臺性，只需要一個瀏覽器即可完成各種操作。無論對于船舶公司、船員公司等盈利性企業(yè)或者港務(wù)局、海事局等主持調(diào)度的政府機(jī)關(guān)部門都有很大的幫助。隨著科技的發(fā)展和知識技術(shù)的積累，該系統(tǒng)也會愈加完善。

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