一种船舶识别、定位系统及其识别定位方法(发明)..

1、申请人：吴安新（、方卫（发明人：吴安新、方卫、李道涵、方同聪 请发明人（设计人）在对下列申请文件 （初稿）提出修改意见时， 其修改部分务必采用 红 色 字体或其它醒目 字体颜色 ，以方便专利 代理人对修改部分和原稿加以区别。权利要求书1、一种船舶识别、定位系统，包括多个 AIS 接收机（ 1），所述 的AIS 接收机（ 1）接收船舶发出的 AIS 信号，其特征在于：还包括 AIS 信息汇总服务器，所述的多个 AIS 接收机（ 1）分别通过互联网 与 AIS 信息汇总服务器进行通讯，所述的 AIS 信息汇总服务器接收

2、 AIS 接收机（ 1）传输的信号，并将信号处理后存入数据库。2、根据权利要求 1 所述的一种船舶识别、定位系统，其特征在 于：所述的 AIS 信息汇总服务器将接收的信号处理后传输到电子海图 信息显示系统（ 2）。3、根据权利要求 1 所述的一种船舶识别、定位系统，其特征在 于：所述的 AIS 信息汇总服务器包括相互通讯的全局 AIS 信息汇总 服务器（ 3）和地区 AIS 信息汇总服务器（ 4）。4、根据权利要求 1 所述的一种船舶识别、定位系统，其特征在 于：所述的 AIS 接收机（ 1）包括解调模块（ 5）、接收模块（ 6）、AIS 类型选择模块（ 7）、串口服务器芯片（ 8）和以太网接

3、口（ 9），所述 的解调模块（ 5）、接收模块（ 6）、AIS 类型选择模块（ 7）、串口服务 器芯片（ 8）和以太网接口（ 9）为顺序连接。5、根据权利要求 4 所述的一种船舶识别、定位系统，其特征在 于：所述的接收模块（ 6）的接收芯片型号为 CMX910 。6、一种根据权利要求 1 所述的船舶识别、定位系统的识别定位 方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：a）多个 AIS 接收机分别接收从各个船舶发出的各项船舶信息，通过互联网传输到地区 AIS 信息汇总服务器，地区 AIS 信息汇总服 务器对信息进行解码、选择，过滤掉接收到的重复信息后，将过滤后 的信息传输到全局 AIS 信息汇总服务器

4、；b）全局 AIS 信息汇总服务器对从地区 AIS 信息汇总服务器接收的信息进行筛选、 汇总后存入数据库， 并将信息传输到电子海图信息 显示系统；c）用户根据需要在电子海图信息显示系统对需了解的船舶信息进行查询。7、 根据权利要求 5 所述的一种船舶识别、定位系统的识别定位 方法，其特征在于：所述的步骤 a）中，地区 AIS 信息汇总服务器将 接收的信息解码后， 查询地区船只数据池， 判断船只信息是否在设定 时间内出现过，将重复的信息过滤掉。8、 根据权利要求 7 所述的一种船舶识别、定位系统的识别定位 方法，其特征在于：所述的设定时间为 5 分钟。9、根据权利要求 5 所述的一种船舶识别、定

5、位系统的识别定位 方法，其特征在于：所述的步骤 b）中，全局 AIS 信息汇总服务器将 从地区AIS 信息汇总服务器接收的信息与系统数据库中的船只信息 作比较，判断接收的船只信息是否在规定的时间设定值内未存入数据 库，判断后存储新的信息并过滤掉重复的船只信息。10、根据权利要求 9 所述的一种船舶识别、 定位系统的识别定位 方法，其特征在于：所述的时间设定值为 30 分钟。说明书一种船舶识别、定位系统及其识别定位方法技术领域 本发明涉及船舶识别、定位技术领域，特别涉及一种船舶识别、定位系统及其识别定位方法。背景技术船舶自动识别系统（ AIS ）由岸基（基站）设施和船载设备共同 组成，是一种新型

6、的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子 信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。船舶自动识别系统（ AIS ）由舰船飞机之敌我识别器发展而成， 配合全球定位系统（GPS）将船位、船速、改变航向率及航向等船舶 动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频（VHF ）频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近（有效距离约为74 千米）船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯， 得以立刻互相通话协调， 采取必要避让行动， 对船舶安全有很大帮助。 但是，该系统实现船只定位， 需借助卫星才能实现将信息发送到全球 任意监控地点，这就需要强制所有船只为发送 GPS 定位信息安装 GPS

7、通讯设备，导致成本高昂、发明内容本发明所要解决的技术问题是， 针对现有技术的不足， 提供一种 可同时接收多个近距离 AIS 消息，可应对全流域大量 AIS 消息处理 且成本较低的船舶识别、定位系统及其识别定位方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种船舶识别、定 位系统，包括多个 AIS 接收机，所述的 AIS 接收机接收船舶发出的 AIS 信号，还包括 AIS 信息汇总服务器， 所述的多个 AIS 接收机分别 通过互联网与AIS 信息汇总服务器进行通讯，所述的 AIS 信息汇总 服务器接收 AIS 接收机传输的信号，并将信号处理后存入数据库。所述的 AIS 信息汇总服务器将接收的信号

8、处理后传输到电子海 图信息显示系统。所述的 AIS 信息汇总服务器包括相互通讯的全局 AIS 信息汇总 服务器和地区 AIS 信息汇总服务器。所述的 AIS 接收机包括解调模块、接收模块、AIS 类型选择模块、 串口服务器芯片和以太网接口，所述的解调模块、接收模块、 AIS 类 型选择模块、串口服务器芯片和以太网接口为顺序连接。所述的接收模块的接收芯片型号为 CMX910 。一种船舶识别、定位系统的识别定位方法， 其特征在于： 该方法 包括以下步骤：a）多个 AIS 接收机分别接收从各个船舶发出的各项船舶信息，通过互联网传输到地区 AIS 信息汇总服务器，地区 AIS 信息汇总服 务器对信息进

9、行解码、选择，过滤掉接收到的重复信息后，将过滤后 的信息传输到全局 AIS 信息汇总服务器；b）全局AIS信息汇总服务器对从地区 AIS信息汇总服务器接收 的信息进行筛选、 汇总后存入数据库， 并将信息传输到电子海图信息 显示系统；c）用户根据需要在电子海图信息显示系统对需了解的船舶信息 进行查询。所述的步骤 a）中，地区 AIS 信息汇总服务器将接收的信息解码 后，查询地区船只数据池，判断船只信息是否在设定时间内出现过， 将重复的信息过滤掉。所述的设定时间为 5 分钟。所述的步骤 b）中，全局 AIS 信息汇总服务器将从地区 AIS 信息 汇总服务器接收的信息与系统数据库中的船只信息作比较，

10、 判断接收 的船只信息是否在规定的时间设定值内未存入数据库， 判断后存储新 的信息并过滤掉重复的船只信息。所述的时间设定值为 30 分钟。本发明采用上述结构和方法，具有以下优点： 1、以互联网代替 以往的 GPS 系统实现通讯，不必安装 GPS 设备，大大降低了成本， 互联网的普及也大大提高了使用的方便； 2、能够同时接收多个近距 离 AIS 消息的方法，实现了全流域覆盖，没有盲区。可应对全流 域大量 AIS 消息的处理，以及历史数据的采样追踪； 3、采用二 级汇总技术，对大量 AIS数据进行分析、压缩，提高了对 AIS 信 息的处理能力。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细

11、的说明；图 1 为本发明的逻辑结构框图；图 2 为本发明中 AIS 接收机的结构框图；图 3 为本发明中系统识别定位船舶信号的软件流程图；图 4 为本发明中地区 AIS 信息汇总服务器过滤信息的软件流程 图；图 5 为本发明中全局 AIS 信息汇总服务器过滤信息的软件流程 图；在图 1图 2 中，1、AIS 接收机；2、电子海图信息显示系统；3、 全局 AIS 信息汇总服务器； 4、地区 AIS 信息汇总服务器； 5、解调 模块；6、接收模块； 7、 AIS 类型选择模块； 8、串口服务器芯片； 9、 以太网接口。 具体实施方式如图 1图 2 所示一种船舶识别、定位系统，包括多个 AIS 接收

12、机 1 ，为了对内河全流域以及漫长海岸线的船只进行定位，需要在内 河沿岸和海岸间隔 60 千米左右（根据地形和电磁环境因素）布置多 个 AIS 接收机 1。AIS 接收机 1 接收船舶发出的 AIS 信号，该系统还 包括 AIS 信息汇总服务器，多个 AIS 接收机 1 分别通过互联网与 AIS 信息汇总服务器进行通讯， AIS 信息汇总服务器接收 AIS 接收机 1 传 输的信号，并将信号处理后存入数据库。AIS 信息汇总服务器将接收的信号处理后传输到电子海图信息 显示系统 2。 AIS 信息汇总服务器包括相互通讯的全局 AIS 信息汇总 服务器 3和地区 AIS 信息汇总服务器 4。 AI

13、S 接收机 1 包括解调模块 5、接收模块 6、 AIS 类型选择模块 7、串口服务器芯片 8 和以太网接 口 9，解调模块 5、接收模块 6、 AIS 类型选择模块 7、串口服务器芯 片 8 和以太网接口 9 为顺序连接。接收模块 6 的接收芯片型号为 CMX910 。AIS 消息数据库、电子海图信息显示系统 2 以及 Web 服务器组 成信息发布系统。用户无需安装额外软件，只需在任意一台电脑上， 使用浏览器， 输入网址即可连接到信息发布系统。 信息发布系统接收 用户 Web 服务请求，查询 AIS 消息数据库和电子海图信息显示系统 2 的数据库，提供船只查找，区域船只监控，船只历史位置跟踪

14、，船 只吃水分析，船只载货情况分析等服务。按规定船只在航行中每 2 到 10 秒发送一次 AIS 消息，在停泊中， 每3 分钟发送一次 AIS 消息。所以，整个系统处理的信息量是非常大 的，如果有 5 万艘船舶安装 AIS 设备，则系统将会每秒监听到 10000 条 AIS 消息，一天将会接收 8 亿条 AIS 消息。没有任何现有独立的 数据库可以单独存储或处理如此大量的数据。由于同一艘船发送的 AIS 消息有可能被一个或者多个 AIS 接收机接收，并发送到 AIS 消息 汇总服务器。则有可能在 AIS 消息汇总服务器出现重复的信息。 本系 统能够很好地过滤掉重复的信息。AIS 接收机用于监听

15、船舶的 AIS 消息广播。接收机可放置于任何 有电源供应的地点以及船上。如果安置环境有可以直接通过有线 （ADSL 、专线或者局域网）接入因特网，则将 AIS 接收机与因特网 有线连接。否则， AIS 接收机可以通过移动 3G 通信网络与因特网连 接。每一台 AIS 接收机均配置了串口服务器模块，可设置 AIS 消息 目的消息汇总服务器的IP 地址。当 AIS 接收机接收到 AIS 消息后，将消息直接通过因特网发送给 AIS 消息汇总服务器。 AIS 接收机拥有 利用 FPGA （现场可编程门阵列，型号为 IGLOO M1 IGLOO/e ）设计 的消息过滤模块。众所周知， AIS 消息中共有

16、 26 中消息类型。其中， 类型 4，6， 7， 10， 11， 12， 13， 14， 15， 16， 17， 20， 21， 22， 23，25， 26 不包含位置和船只状态信息。消息过滤模块读取每条消息的 消息类型字段，即 0-5 比特，如果消息为以上类型，则自动丢弃。一种船舶识别、定位系统的识别定位方法， 该方法包括以下步骤：a）多个 AIS 接收机分别接收从各个船舶发出的各项船舶信息，通过互联网传输到地区 AIS 信息汇总服务器，地区 AIS 信息汇总服 务器对信息进行解码、选择，过滤掉接收到的重复信息后，将过滤后 的信息传输到全局 AIS 信息汇总服务器；b）全局AIS信息汇总服务

17、器对从地区 AIS信息汇总服务器接收 的信息进行筛选、 汇总后存入数据库， 并将信息传输到电子海图信息 显示系统；c）用户根据需要在电子海图信息显示系统对需了解的船舶信息进行查询。图 3 所示为本发明中系统识别定位船舶信号的软件流程图， 流程 大致包括以下几个步骤：在步骤 100，流程开始；在步骤 101， AIS 接收机采集船舶信息并传输到地区 AIS 信息汇 总服务器，流程进入步骤 102；在步骤 102，地区 AIS 信息汇总服务器对信息进行第一级过滤，去除重复信息，流程进入步骤 103；在步骤 103，全局 AIS 信息汇总服务器对信息进行第二级过滤， 流程进入步骤 104；在步骤 1

18、04，全局 AIS 信息汇总服务器将处理后的信息传输到电 子海图信息显示系统，流程进入步骤 105；在步骤 105，用户查询。船舶识别、定位系统的识别定位方法的步骤a）中，地区 AIS 信息汇总服务器将接收的信息解码后， 查询地区船只数据池， 判断船只 信息是否在设定时间内出现过， 将重复的信息过滤掉。 该设定时间为 5 分钟。地区 AIS 信息汇总服务器由地区级数据汇总程序，清理程序 和地区级汇总数据库组成。将 AIS 接收机根据地理位置划分为地区 块，同一地区块的 AIS 接收机都将消息通过 IP 地址发送给对应的地 区 AIS 信息汇总服务器。由于重复消息主要由同一地区块的 AIS 接

19、收机产生。 地区级汇总服务器利用如下算法去除重复消息： 每个汇总 程序根据 MMSI 建立一个内存中的散列表，即地区船只数据池，以 消息的海上移动通信业务标识（ MMSI ）字段作为主键。当有新的 AIS 消息输过来，查询表中对应船舶的消息。当表中没有这个船 舶的消息时，插入新的消息；当表中已存在这个船舶的消息时， 读取表中消息的时间字段，如果已有消息的时间戳和新消息的时 间戳只差小于设定的时间（可为 5 分钟），丢弃新的消息，否则用 新的消息替换原有数据值，并将数据发送到全局 AIS 报文收集程 序。该设计可以避免大量重复信息进入核心服务器，造成系统无 法快速响应请求。上述程序为第一级过滤。

20、图 4 所示为本发明中地区 AIS 信息汇总服务器过滤信息的软件流 程图，流程大致包括以下几个步骤：在步骤 200，流程开始；在步骤 201，等待接收 AIS 报文，流程进入步骤 202；在步骤 202，接收 AIS 报文，流程进入步骤 203；在步骤 203，对 AIS 报文解码，流程进入步骤 204；在步骤 204，提取 AIS 信息，流程进入步骤 205；在步骤 205，查询地区船只数据池，流程进入步骤 206；在步骤 206，判断相同船只信息是否 5 分钟内出现过，若判断结 果为是，流程返回步骤 201，若判断结果为否，流程进入步骤 207；在步骤 207，将信息发送给船只信息收集程序

21、，流程返回步骤 201。步骤 b）中，全局 AIS 信息汇总服务器将从地区 AIS 信息汇总服 务器接收的信息与系统数据库中的船只信息作比较， 判断接收的船只 信息是否在规定的时间设定值内未存入数据库， 判断后存储新的信息 并过滤掉重复的船只信息。该时间设定值为 30 分钟。全局汇总程序同样建立一个内存中的散列表，即全局船只数据 池，以MMSI 为主键。当有地区 AIS 报文接收程序发送过来信息。 查询表中对应船舶的消息。 当表中没有这个船舶的消息时， 插入新的 消息并存入数据库； 当表中已存在这个船舶的消息时， 读取表中消息 的时间字段， 如果已有消息的时间戳和新消息的时间戳只差小于时间 设

22、定值 （为 30 分钟） ，丢弃新的消息，否则用新的消息替换原有数据 值，并添加数据库条目。 数据库将每天由定时程序将存在天数达于阈 值的（默认为 30 天的）数据条目清除。为了便于采用船舶名称进行 查询，特别增加船舶索引。上述程序为第二级过滤。图 5 为本发明中全局 AIS 信息汇总服务器过滤信息的软件流程 图，流程大致包括以下几个步骤：在步骤 300，流程开始；在步骤 301，读取数据库中船只信息进行初始化，流程进入步骤302；在步骤 302，等待接收信息，流程进入步骤 303；在步骤 303，将船只信息填入内存中的全局船只数据池中，流程 进入步骤 304；在步骤 304，判断数据池中是否

23、有此船只信息，若判断结果为是，流程进入步骤 306，若判断结果为否，流程进入步骤 305,；在步骤 305，将船只信息存入数据库，流程返回步骤 302；在步骤 306，判断此船只信息是否已有 30 分钟未存入数据库， 若判断结果为是，流程返回步骤 305，若判断结果为否，流程返回步 骤 302。用户可通过缩放和移动浏览器中的电子地图客户端， 查询电子海 图的信息。请求通过 Web 服务发送到信息发布系统 Web 服务器。Web 服务器请求电子海图服务器，将电子海图传输到客户端。用户可根据位置查询船舶： 1、用户在在线海图上选中查询范围，并将请求通过 Web 服务发送到信息发布系统。 2、信息发

24、布系统查询电子海图服务器，得到空间范围。 3、以空间范围为关键字查询对应 地区船只数据池中最新的信息。 4、将船舶信息加载在电子海图，返 回到用户浏览器中的客户端。用户可根据船舶的 MMSI 或名称查询位置： 1、用户在浏览器中 输入船舶的 MMSI 或名称查询船舶的位置，并将请求通过 Web 服务 发送到信息发布系统。 2、信息发布系统并行查询全局船只数据池。 在返回的消息中提取位置信息。 3、使用位置信息查询电子海图服务 器，并确定电子海图的范围。 4、使用电子海图的范围重新在对应地 区船只数据池查询船只，得到对应海图中所有船舶的信息。 5、将船 舶信息加装在海图上，传输到客户端。用户可根据船舶的 MMSI 或名称查询船舶的历史记录： 1、用户 在浏览器中输