北方海区AIS网络监管系统数据综合处理技术研究

北方海区AIS网络监管系统数据综合处理技术研究
张新明
【摘要】文中主要从数据综合处理的有关问题、需求分析、处理方向与内容方面出发,探讨介绍该系统数据综合处理有关技术.
【期刊名称】《中国海事》
【年(卷),期】2017(000)008
【总页数】2页(P47-48)
【关键词】AIS;网络监管;数据处理
【作者】张新明
【作者单位】北海航海保障中心,天津 300455
【正文语种】中文
【中图分类】U665.26
船舶自动识别系统（AIS）是实现船舶身份远程识别、航行状态动态监控、航讯信息即时传递的综合性导航设备，其基本原理是“船-船”、“船-岸”信息交换，把船舶信息诸如识别码、位置、航向、速度等发送到其他船舶或岸上，并以快速更新率处理多路通信。

AIS的特性和功能使其成为增强船舶航行安全、提高船舶交通管理效率的重要工具。

我国从2004年开始分阶段、分区域先后建设了AIS岸基网络系统，现已基本覆盖我国沿海水域和内河高等级航道。

但由于该系统完全基于国外进口产品及管理系统搭建，数据应用等各方面封闭性较强，在易用性、准确性方面均与国内管理部门实
际需要存在一定差距。

为解决此问题，天津海事局、北海航海保障中心组织建设了北方海区AIS网络监管系统，该系统主要包括岸基配置系统、网络监控系统、基
站应用分析系统、数据综合处理系统。

其中，数据综合处理系统是是本次工程建设的重点。

在AIS系统目前的运转体系中，共分为岸基、辖区、海区三个重要环节，数据在
岸基生成并逐级传输，三级均采用Socket方式完成对应区域的AIS数据发布。

由于AIS系统建设时间较早，在数据处理方面，还存在着报文数据积压、重复、丢失、数据存储架构落后等问题，对上层应用分析产生了很多负面影响。

同时，原有数据体系在功能及性能方面已远远无法满足现有应用，特别是在现有大量历史数据的积累下，领导决策、系统建设、趋势分析等都需要一系列的分析数据来支撑，现在系统只是对这些数据进行了简单存储，无法把大量历史数据形成宝贵的分析资料。

针对上述问题，亟需加强对数据的处理、分析、应用。

在北方海区AIS网络监管
系统建设过程中，高度重视数据综合处理技术的研究应用。

整个AIS监控系统可
以说是以AIS数据的处理、发布、存储为核心的系统。

数据处理系统主要建设需
求包括以下几点：
（一）AIS报文接入
通过Socket接口进行原始报文的接收，AIS原始报文特点是量大、频率高，在接入过程中要实现数据接收的稳定性、可恢复性、完整性及安全性。

（二）AIS报文清洗
AIS报文清洗包括有效报文判断及过滤重复报文两个部分。

有效报文判断主要是参考现有报文标准，对不符合报文格式的垃圾数据进行删除。

过滤重复数据是指对由于各种因素导致的重复数据进行过滤，需要深入分析AIS报文数据，依据现有国
际标准对所有数据进行高效合理的过滤清洗。

（三）AIS报文解析
本系统所有原始报文均经过加密压缩的方式进行传输，能够对报文完整接收后参考国际标准结合相关核心算法，完成有效解析。

（四）AIS报文转发
对报文处理后，需要有一套基于Socket的Server进行报文广播，所需报文的上
层应用通过必要的权限验证后就可以通过本Socket接口进行有效的报文接收。

（五）数据存储模块
考虑到报文数据的特点，数据存储层需要采用多种模式联合存储的策略。

针对AIS 原始数据量大、频率高的情况和数据访问的灵活性及效率等因素，采用大数据及关系型数据库共同构成整个数据存储层。

（六）数据服务封装模块
数据服务封装模块需要采用国际标准接口进行数据的封装，要求整个项目本着低耦合、高内聚的设计模式，通过数据服务封装把上层应用和数据存储层进行有效的解耦，制定服务封装接口标准。

服务封装涉及到实时数据、单船历史轨迹等。

在此次网络监管系统建设中，数据综合处理系统的建设充分体现了模块化的建设思想（详见图1）。

每个模块之间均采用松耦合的接口衔接，可按照AIS的处理层级，将各模块有机的组合，实现辖区、海区、国家中心等不同层级的AIS数据处理需求。

数据综合处理主要以AIS数据的接收、清洗、处理、存储、发布等内容为主，结合云计算、大数据等相关领先技术，建设将以AIS数据综合管理、处理为核心，实现岸基的应用、配置、网络监控等综合信息管理功能。

在AIS系统中，数据在岸基生成并逐级传输。

从功能层面，三个层级虽有功能重叠，但由于其职能、数据范围不同，实现的部分功能也有区别。

（一）辖区功能
辖区作为AIS监控系统的数据入口，在整个AIS系统中地位尤为关键。

所以，在
辖区相应设置了较多功能，包括基于Socket方式，实时接收岸基AIS数据；数据
初步校验及过滤；将AIS原始报文翻译成可识别的数据内容；将解析后的AIS数据发送至海区；将数据存储至辖区本地；属于该范围的实时数据、历史数据对外提供信息服务。

（二）海区功能
海区是原AIS监控系统的根节点。

在本次系统建设中，海区变为中间节点，主要完成数据的再次清洗、存储、发布及向国家中心根节点发送AIS数据的功能。

由于各辖区存在区域交叉，故很可能出现重复数据，需要将该数据进行过滤。

过滤之后，将非重复数据发送至国家中心，随后存储在本地数据分中心中。

与辖区发送处理一样，如果发送不成功，将进行重发，重发次数可进行设置。

（三）国家中心功能
国家中心与海区分中心功能类似，但国家中心汇聚了来自3个海区，19个辖区的AIS监控数据，该数据量达到了800条每秒的量级。

在数据接收、清洗、存储、服务方面均需考虑数据压力的问题。

本次海区AIS网络监管系统并不涉及国家中心的建设。

但是，如果将来需要实现国家级AIS系统的改造，从AIS模块的角度出发，其模块功能建议如图2所示：
与海区不同的是，国家中心不需要传输数据，在完成数据清洗之后，将清洗的数据存储在本地，为数据服务提供支持。

通过对AIS数据的综合处理，将面向不同对象设计不同的服务，最终发挥数据再利用的巨大作用，全面提升海事AIS系统的易用性，实现AIS系统的“智能化”全过程管控，为各类用户提供更便捷、更高效的软件基础服务。

【相关文献】
[1] 周志斌.AIS岸基网络系统与海事管理能力的提升[J].航海技术，2008（6）：36-37.
[2]蔡新梅.AIS应用与发展[J].机电设备，2011（2）：28-30.。