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文档简介
海上嵌入式AIS信息终端研究与实现海上嵌入式AIS信息终端研究与实现
随着航运业务的发展和船舶数量的逐年增长,航海安全问题也越来越引起了人们的关注。因此,为了增强海上交通的安全性和减少事故的发生,国际海运组织(IMO)制定了船舶自动识别系统(AIS)标准。AIS系统旨在提供船舶之间的通信和交互,以及船舶与陆地或海上交通管理机构的沟通。
本文将介绍一种基于嵌入式系统的海上AIS信息终端研究与实现。该终端可用于船舶AIS信息的显示和分析。首先,文章将概述AIS系统的工作原理和功能。然后,将讨论嵌入式系统的基本配置和特征,以及如何将其应用于海上AIS信息终端。最后,将给出该终端的软硬件设计和实现步骤以及实现效果。
一、AIS系统的工作原理和功能
AIS系统是一种基于无线电通信的自动识别系统,能够实现船舶之间的相互识别、位置追踪、速度感知等功能,以及提供有关船舶的航行动态信息。AIS系统主要由发射器和接收器两部分组成。发射器将各种信息数据编码成数字化信号并发送到天线,经过VHF频段广播。接收器接收来自其他船舶和陆地站的AIS数据,通过特定的解码算法将其转化成可识别的信息。AIS系统的频率是在VHF频段的特定通道上进行的,通常是在161.975和162.025MHZ之间的国际统一频道中进行广播和接收的。
二、嵌入式系统的基本配置和特征
嵌入式系统是一种集成度高、性能稳定的嵌入式计算机系统,具有体积小、功耗低、可靠性高等特点,广泛应用于工业控制、家电控制、医疗设备、军事系统等领域。从面板、维护和升级等角度,嵌入式系统更加便捷。该终端的基本配置包括处理器、存储器、前端接口、系统总线以及板载芯片等。嵌入式系统的主要特征包括:
1.小型化:由于嵌入式系统需要安装在狭小的空间中,因此其体积和尺寸都非常小,可以嵌入各种设备和系统中,从而实现更加智能化和便捷化的网络应用。
2.低功耗:相比于传统计算机设备,嵌入式系统的功耗非常低,通常只有几瓦甚至更少,因此可以通过最小的电力消耗实现高效的数据处理、存储、转移等操作,从而满足大范围的应用需求。
3.高可靠性:嵌入式系统采用专门的硬件电路和软件编程实现,具有非常高的可靠性和稳定性,并可以避免由于硬件故障和软件异常导致的系统崩溃和数据丢失。
三、海上AIS信息终端的软硬件设计和实现
在该终端的设计中,我们采用了基于ARM嵌入式处理器的开发平台,并结合Linux系统和Qt图形界面开发实现。该终端的功能包括AIS数据的接收、解码、显示、存储和转发等。其主要硬件模块包括:嵌入式处理器模块、AIS接收模块、音频模块、显示模块、存储模块等,这些模块都是基于现有的标准模块设计实现的。该系统的软件模块包括:Linux操作系统、Qt图形界面、驱动程序、应用程序等。
该终端的设计和实现过程可以分为以下几个步骤:
1.硬件的选型和搭建:我们首先选择一款高性能、低功耗、具有较好扩展性的ARM处理器模块作为AIS信息终端的主要处理器,该处理器模块采用高速的内核模块和大容量的存储模块等。采用USB接口连接AIS接收模块,以实现AIS数据的接收和解码,音频模块和显示模块则采用基于USB的外接扩展模块实现。此外,存储模块使用高速SD卡,可实现高速数据传输和大容量存储。
2.软件的编写和调试:我们使用基于Linux的开发环境,使用Qt图形界面开发软件,实现AIS信息的接收、解码、显示、存储和转发等功能。同时,我们还编写了驱动程序和应用程序等,以实现系统各个模块之间的协调和交互。
3.系统的测试和验证:在软硬件调试完成后,我们进行了终端的系统测试和验证,分别进行了AIS数据的接收、显示和存储等测试,测试结果表明,该终端能够快速、准确、高效地处理AIS数据,并对数据进行分析和显示。
综上所述,基于嵌入式系统的海上AIS信息终端主要采用嵌入式处理器模块、Linux操作系统、Qt图形界面等软硬件技术,实现了AIS数据的接收、解码、显示、存储和转发等功能,在海上交通运输领域有着广泛的应用前景。在海上航行中,AIS系统是非常重要的数据来源,可以提供船舶的位置、航速、航向、MMSI等信息。根据国际海事组织(IMO)的规定,所有超过300吨的船只都需要安装AIS设备,因此AIS数据覆盖范围非常广泛。
对于航运业务和海上交通管理来说,及时准确地获取和分析AIS数据是至关重要的。下面我们将根据Sea-web数据平台的统计数据,对近年来AIS数据进行分析。
1、全球AIS设备数量增长趋势
从2017年到2020年的四年间,全球AIS设备的数量呈现逐年上升的趋势,2017年全球AIS设备数量为171,564台;而到2020年已经增长到205,660台,增长率超过20%。
2、AIS船舶注册数量
根据Sea-web数据平台的统计,全球注册在IMO上的船舶数量与AIS设备数量接近,2017年全球注册船舶数量为167,666艘,到2020年则增加到了204,657艘。
3、AIS数据中的失联船舶数量
AIS数据可用于监测和追踪航行中的船舶,同时还可以用于寻找和救助失联的船舶。根据2020年的数据,全球失联的AIS船舶数量为357艘,其中以亚洲区域的失联船舶数量最多。
4、AIS消息类型
AIS系统通过VHF频段广播和接收大量的数据信息,其中包括船舶的位置、航速、航向、MMSI等信息。根据Sea-web平台数据显示,AIS数据中位置报告占大多数,其余消息类型则包括静态和动态信息等。
从以上数据分析来看,AIS设备的覆盖范围不断拓展,AIS数据也成为了重要的海上船舶通信和交互的手段。通过对AIS数据的分析,还可以发现一些问题并及时进行处理,例如寻找和救助失联船舶等。因此,及时准确地获取和分析AIS数据将对航运和海上交通的安全和管理产生深远的影响。一项全面使用AIS数据的案例是欧盟海岸警卫队的CISE项目(CommonInformationSharingEnvironment),该项目使用AIS数据交换信息并协调多个国家的海洋监管部门。
CISE项目建立了一个包含整个欧洲地区的船舶位置信息数据库,涉及到包括港口管理、航行安全、环保监管、海上安全等多个方面。通过使用AIS数据,该项目能够实现海洋监管部门之间的协同,同时能够增强安全性和效率性。
CISE项目目前已经在欧洲22个国家范围内得到实施,并且已经开始逐步扩展到其他地区。该项目还获得了欧洲委员会的强烈支持,并被认为是联合欧洲体系的重要部分。
此案例表明了AIS数据对于海上航行的监管和管理扮演着重要的角色。AIA数据的运用让管理方更好地了解船舶的位置和动向,从而更好地监管航行,保障海上安全。
另外,随着AIS技术的持续发展,未来AIS数据分析将变得越来越重要。例如,通过分析AIS数据,可以更好地理解船舶在不同天气和海况下的行驶情
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