浅析智能VTS系统在湛江港的应用研究.docx

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浅析智能VTS系统在湛江港的应用研究

浅析智能VTS系统在湛江港的应用研究

摘要

目前我国VTS系统基本上未与其他信息系统联网以进行相互间的信息共享和数据交换,VTS系统的信息收集能力较低,VTS系统与其他系统的信息处于相对孤立的状态,形成一个个信息孤岛。

为改变现状,提高VTS中心的综合信息服务效能,近年来国内海事机构纷纷开展VTS信息交换相关技术的研究,本文研究的是基于VTS的综合信息系统。

本文从VTS数据处理技术入手,对vTS系统与外部业务系统间的信息交换进行研究,提出了构建湛江港VTS综合信息系统的总体方案及技术路线,在其后还深入研究了构建VTS综合信息系统有关的核心技术问题,如信息交换、信息安全技术,CORBA技术。

通过对这些核心技术的研究,提出了具体的技术解决方案,完善了湛江港VTS综合信息系统的技术实现可行性。

VTS综合信息系统的研究基于VTS的实际应用需要,研究成果具有很好的推广应用价值。

系统的研究解决了信息孤岛问题,实现了VTS系统与外部信息系统之间的双向数据交换。

目前,系统已广泛应用于湛江VTS中心及各港航相关单位并得到了一致好评:

提高了工作效率,减少了人力成本,降低了事故发生率,保障了海上交通安全。

关键词:

VTS；CORBA；信息系统

前言

船舶交通管理系统（VTS系统）是由国家海事主管机关实施对海上交通进行管理的重要手段之一,其通常由雷达及雷达数据处理系统、自动识别系统（AIS）、工业电视监控系统（CCTV）、船岸通信系统、交通数据处理系统以及交通管理信息系统等组成,实现对港口及沿海船舶交通的实时监控,该系统在保障海上交通安全、提高海上交通及港口运作效率、海上保安以及保护海洋环境等方面发挥着极其重要的作用。

由于VTS系统构成复杂、技术难度大,尤其对于雷达跟踪、多传感器数据的融合等核心技术,我国生产厂家还未掌握或者还未形成市场化,因此,我国VTS系统主要设备和技术均依赖国外生产厂家,由国外的供应商集成、供货。

近年来,我国科研机构、院校以及海事部门都加强了对VTS相关技术的研究,以期提高我国VTS技术应用水平和自主创新能力。

尽管VTS系统具有功能强大的数据库管理系统和拥有多个传感器融合而成的高精度的海上目标跟踪数据,在我国,由于大多数VTS系统均未与其他信息系统联网以进行相互间的信息、共享和数据交换,VTS系统的信息收集能力仍然较低,VTS系统中的数据库管理系统和信息仍处于孤立的状态,在数据录入、数据管理等方面操作繁琐,VTS中心人员不愿使用VTS系统中的数据库管理系统,数据库管理系统使用率极低,从而造成了VTS中心船舶交通信息管理水平较低的局面,使得VTS中心很难准确、系统、全面地掌握海上交通动态信息。

另一方面,港口营运部门及海事其他部门也无法从VTS系统中获取海上交通动态信息,VTS系统中信J息的“增值应用”还未形成。

1.绪论

1.1研究背景

湛江海事局VTS系统的建设和使用面临着同样的问题。

湛江VTS系统一期工程于1998年建设完成,包含一个雷达站和一个VTS中心。

2005年,湛江VTS系统二期工程完成,新建1个雷达站,更新改造了VTS中心的设备。

目前,整个系统由“二站一中心”组成,为德国ATLAS公司VTS9760,系统具有雷达跟踪数据和AIS目标数据的融合、VTS目标跟踪与CCTV监控的联动等多项新技术,为目前世界上较为先进的VTS系统。

湛江VTS系统一期工程便具备功能强大的管理信启、子系统（MIS）,该子系统主要由船舶基本资料、船舶动态信息等数据库组成。

根据VTS中心船舶动态管理要求,VTS值班员对于进出港船舶,通过传真接收码头或代理的船舶态申报后,须将船舶基本资料、船舶动态计划手工录入MIS子系统。

由于MIS子系统与我局其他业务系统是物理分隔的,无法利用双方数据共享来交换数据,而每天进出港船舶超过二百艘次,VTS值班员录入数据的工作量十分大,严重影响了VTS中心的工作效率,VTS中心船舶动态管理工作始终处于被动局面。

随着港航经济的发展和海上交通流量的增多,海上交通管理的压力也日益增加。

如何充分利用信息化手段,提高VTS中心信息处理的自动化水平和对海上交通风险的识别能力,对于有效控制海上交通事故的发生和保障海上交通安全、提高海上交通效率显得尤为迫切。

为彻底改变现状,解决VTS系统与海事业务系统或其他信息系统之间的信息交换问题,改善船舶交通信息管理的现状,提高VTS中心船舶交通管理的效率,本文研究提出了VTS综合信息系统的解决方案与技术路线。

VTS综合信息系统是指在VTS系统信息处理能力基础上,通过VTS系统与其他信息系统之间的数据交换,实现相关船舶交通信息的综合处理,以提高VTS系统在船舶交通管理中的信息采集和决策指挥能力。

VTS综合信息系统的主要目的是减轻VTS操作人员的负担,以使VTS操作人员更加集中注意力关注海上交通态势。

在海事管理方面,VTS综合信息系统通过各执法环节之间的信息交换,可以提高执法的效率和效果;在港口营运以及物流业中,可以提高船舶、港口以及货物的操作效率。

1.2研究现状

实现VTS系统与其他信息系统的数据交换是我国近年VTS应用技术的研究热点,也是制约我国VTS系统发挥作用的瓶颈之一。

为了掌握VTS系统各种数据交换格式及处理技术,有关院校、研究机构、生产厂家及海事部门等开展了相关技术的研究。

目前,我国已建26个VTS系统中,实现VTS系统与其他信息系统数据交换的只有两个系统,分别是天津VTS中心的VOC506O以及吴淞VTS中心的VTS9760,现分别作介绍。

天津VTS中心VOCSO6O系统于1996年建成投入使用,由于VOCSO6O系统较老,无法利用数据库对航行计划实施管理。

2003年,天津VTS中心依靠自身的力量,利用计算机串口实现了对雷达跟踪数据的提取,随后,天津VTs中心开发了电子海图显示平台,将雷达跟踪数据显示于该平台。

由于VOC506O系统本身没有数据库,无法将航行计划与vTS跟踪数据关联,因此,天津vTS中心的VTS系统与其他信息系统之间目前为单向数据传输,航行计划信息无法交换至VTS系统。

吴淞VTS中心于2005年对原有的VTS973O系统进行了更新改造,新的系统为vTS976O,为目前世界上最先进的VTS系统之一。

为了实现VTS系统能自动获取船舶航行计划,由该VTS的生产厂家开发了数据交换软件,采用CORBA接口,能够将海事信息系统中的航行计划部分数据转入至VTS系统中M工S子系统数据库中,实现了从外部信息系统至VTS系统的单向数据传输。

1.3研究意义

（1）具有良好的推广应用价值

由于技术上的共同性,尤其是ATLAS公司的系统在我国有较大的市场分额,本系统的核心技术主要由VTS中心人员掌握,在成果推广应用中,VTS综合信息系统的各项技术可以非常容易地移植应用于其他港口的VTS系统。

如果将其推广应用于其他十几个我国ATLAS公司的VTS系统,其产生的价值将很大。

另外,本系统的开发对其他类型的VTS系统与外部信息系统之间的数据交换具有借鉴作用。

（2）提高VTS系统应用水平

VTS综合信息系统的研究,对于我国VTMIS系统及相关技术的应用具有借鉴意义,同时,有利于促进VTS系统的区域互联。

该系统的开发研究,不仅促进了VTS系统与其他信息系统之间的数据交换,而且对于其他海上交通监控系统的建设具有借鉴意义,从VTS系统中提取的海上交通动态信息还可应用于海上搜救决策指挥系统、海上交通工程研究等。

（3）提高工作效率,减少人力成本

VTS综合信息系统,利用电子申报、电子审批、不同系统间的数据自动转换、自动核查,将大大提高了VTS中心的运作效率。

实现工作方式从手工接收传真审批阶段向电子申报审批阶段的转变,具备智能化的综合信息审批。

（4）提高行政执法效能

由于VTS综合信息系统整合了船舶进口岸审批系统、船舶签证/查验系统以及码头船舶靠/离泊计划申报、引航计划申报等多个数据源,VTS中心在船舶靠/离泊计划审批过程中,通过数据关联和相关规则,系统可以对计划审批员进行提醒。

由于只有符合交通管理规则要求的船舶才能进入VTS数据库,VTS操作员对于进入VTS区域的船舶,如发现该船舶未通过审批,则根据程序要求对该船舶进行核查;对于出港的船舶,VTS操作员如发现该船无出港计划,同样要对船舶进行核查。

通过上述工作程序,实现了船舶动态计划的闭环管理。

由于综合了多个执法部门的行政审批信息,多个执法部门在对实施海事管理时,可以提高执法综合能力。

2.系统方案与功能设计

2.1系统解决方案设计

VTS综合信息系统从硬件构成上主要由接口服务器、ECDIS服务器、备份/安全服务器、数据库服务器、wEB服务器和应用终端等组成,通过专用网络接入了VTS系统、海事管理系统等,通过互联网实现了VTS中心、港口作业部门、引航部门和船公司之间的数据交换,系统构成如图2.1所示。

各组成部分的主要功能如下:

数据库服务器采用ORACLE数据库,实现对船舶动态数据管理,包括船舶动态计划、港口泊位信息、船舶基本资料等,同时,采用ORACLE分布式数据库的远程过程调用,实现与VTS系统中MIS子系统数据库的数据交换。

数据接口服务器主要实现与VTS系统中的交通数据处理子系统、海事管理系统的数据交换。

数据接口服务器采用CORBA协议规范实现对VTS系统实时跟踪数据的提取、船舶进口岸审批数据的访问,利用XML接口接收EDI动态申报数据。

ECDIS服务器存储海图数据,其将符合557标准的海图数据转换为内部格式的数据,并实现相关地理信息数据的存储。

WEB服务器通过互联网从VTS动态申报网站获取相关动态数据,并将船舶动态计划转换至数据库服务器存储,WEB服务器也将审批后的动态计划以及在港船舶动态在互联上公布,并向码头返回审批结果。

应用终端实现对船舶动态计划、船舶进口岸审批/船舶出港签证查验数据、引航计划等数据的综合显示,并提供审批功能。

2.2系统网络架构设计

VTS综合信息系统采用TCP/IP网络,为保证系统运行安全,技术上采取的安全措施包括防火墙、入侵检测系统（IDS）、网络防病毒系统及数据备份系统等,信息交换的安全机制包括信息的保密性、完整性以及抗抵赖等。

该系统采用了两台方正方御的FireGate-2U防火墙,其中第一台防火墙工作在路由模式,主要的作用是隔离外网（internet）同时启动路由的功能,通过将其与状态检测技术相结合,对会话进行访问控制,做到了针对多元化应用进行有效的访问控制的同时,保持了高速的网络数据检测效率,为2一7层网络协议和应用提供了强有力的支撑;第二台防火墙工作在桥模式,它的作用主要是将VTS应用数据服务器网络与VTS专用网络和其他的网络的物理隔离,同时我们也可以在防火墙中配置安全策略来控制对VTS应用数据服务器网络的访问。

在DMZ区设立堡垒主机,通过网络配置,只有WES服务器才能通过互联网与外部交换数据,负责向外提供信息服务,承担了堡垒主机的角色,WEB服务器与船舶动态申报网站服务器之间采用VPN连接,保证相互之间数据通信的保密性、完整性。

2.3系统解决方案中关键技术的研究

由于VTS综合信息系统所接入的系统较多,各系统间数据交换既包括不同操作系统间的数据交换,也包括异构数据库之间的数据交换,同时,VTS实时跟踪数据的提取对数据处理技术的实时性要求高,研究设计系统解决方案的难度大。

为实现方案设计的系统功能,VTS综合信息系统解决方案采用了多种技术,现就其中的关键技术分析如下:

2.3.1分布式数据处理技术

本系统接入了多个信息系统,包括VTS系统、船舶进口岸审批系统、船舶签证/查验系统、引航申报系统、船舶动态申报系统、船舶航行计划审批系统等,接入了多种数据库,包括MSSQL、ORACLE、SYBASE等,采用分布式数据库处理技术是系统开发面临的挑战。

通过对各种数据库结构、分布式处理技术的研究,本系统利用触发器、数据库视图、PLSQL编程等技术实现了不同种数据库之间的分布式处理,分布式数据处理技术难度最高。

2.3.2CORBA中间件技术

采用CORBA中间件进行异构系统之间的数据交换,在国际上主要起源于90年代未期,由于该技术实现难度大,国内应用的领域非常有限,许多软件开发商对于该项技术还不熟悉。

而在国外,CORBA技术应用于VTs系统是在2000年之后,在欧洲MOVIT系统中,利用CORBA技术实现了多个不同vTS生产厂商系统之间的数据交换,选用CORBA技术是VTS系统与其他信息系统之间进行数据交换的首选。

但由于国内这方面的资料较少,本系统通过查阅各种技术文档,利用CORBA技术实现了各种数据接口。

实际应用证明,选用CORBA队技术,其数据的安全性、可靠性比采用其他方式更高,不同厂商之间的协同开发也更加方便。

2.3.3ECDIS技术

根据工MO的A.817（19）决议《电子海图显示和信息系统的性能标准》,ECDIS是指船舶使用的航行信息系统,其可以替代纸海图,通过显示SENC海图信息以及其他与航行有关的信息,实现航行计划以及航行监视。

显然,工MO所提出的ECDIS主要适用于船舶航行,同雷达一样,属于船载助航设施。

由于ECDIS技术应用愈来愈广,尤其是电子海图（ENC）技术标准体系的建立和完善,ECDIS技术对于vTS技术的发展产生了一定的影响,其主要表现在新的VTS系统大部分采用了符合工HO一557标准的电子海图,在电子海图的显示部分,也大多参照了工H于552标准中的符号和颜色。

为了实现VTS系统中雷达跟踪数据在电子海图中的显示,VTS综合信息系统中电子海图的数据格式、图示符号、颜色配置等均参照IMO通过的ECDIS性能标准,以及IHO制定的557、560和552标准,VTs实时跟踪数据符号采用了工MO推荐的标准符号。

2.3.4系统信息安全

由于VTS系统运行的可靠性要求高,系统的信息安全问题非常重要。

本系统接入系统和接入的途径较多,通过对系统安全、信息安全隐患的分析,本系统有针对性提出了信息安全措施。

主要研究了网络中不同数据的访问路径、使用的端口、使用的网络协议、数据的保密性要求等,通过分析,采用了路由器对网络路由进行了分隔,采用了防火墙对主机及各端口的访问路径进行了隔离,采用了堡垒主机的概念;本系统还采用了入侵检测系统（工DS）对系统的安全漏洞进行实时检测,采用了网络防病毒系统保护主机和网络。

通过上述各种安全措施,系统已不间断运行了达4万多小时,VTS系统的可靠性也得到了保证,未发生任何系统安全、信息安全问题。

3.数据交换技术的研究

3.1技术与标准

《船舶交通管理系统数据交换格式》标准结合VTS、AIS及航海导航与无线电通信接口要求,以及未来AlS在VTS中应用,说明了符合工TU一RM.1371和工EC61162标准的船舶交通管理系统（VTS）与其它相关系统（包括VTS系统）之间的信息交换格式及其接口要求。

该标准充分考虑了海上通信导航设备的接口要求,所定义的数据格式和接口要求简单实用,能解决VTS系统的信息交换问题。

《船舶交通管理系统数据交换格式》标准为VTS系统的信息交换提供了不同系统间的数据识别形式。

VTS系统信息交换的另一问题是通信技术的选择,对于异构系统间的信息交换,可以采用的技术有XML、DCOM以及CORBA等。

为决定选用何种技术,可以参照下列选用原则:

·对于不同的操作系统和语言应能透明传输

·适用于现存的系统

·与Internet兼容

·能保证传输时间

3.2数据交换的主要技术

3.2.1触发器的概念及作用

触发器是一种特殊类型的存储过程,它不同于前面介绍的存储过程。

触发器主要是通过事件进行触发而被执行的,而存储过程可以通过存储过程名字而被直接调用。

当对某一表进行诸如UPDATE、INSERT、DELETE这些操作时,SQLServer就会自动执行触发器所定义的SQL语句,从而确保对数据的处理必须符合由这些SQL语句所定义的规则。

3.2.2FTP的概念及作用

FTP（FileTransferProtoeol,文件传输协议）是Internet上使用非常广泛的一种通讯协议。

它是由支持工internet文件传输的各种规则所组成的集合,这些规则使工internet用户可以把文件从一个主机拷贝到另一个主机上,因而为用户提供了极大的方便和收益。

FTP通常也表示用户执行这个协议所使用的应用程序。

FTP和其它Internet服务一样,也是采用客户机/服务器方式。

使用方法很简单,启动FTP客户端程序先与远程主机建立连接,然后向远程主机发出传输命令,远程主机在收到命令后就给予响应,并执行正确的命令。

4.CORBA技术的研究

4.1CORBA的概念和用途

公共对象请求代理结构（CORBA）是OMG组织在1991年提出的面向分布式对象的技术规范。

其目的是使在分布环境下基于对象的软件具有良好的可重用性、可移植性与互操作性,以便实现信息和资源的共享。

CORBA提出了基于不同平台、不同编程语言、不同网络协议的异质系统间互操作的“软件总线”概念,它可以让分布的应用程序完成通信,无论这种应用程序是什么厂商生产的,只要符合CORBA标准就可以相互通信,从而为分布及异构计算环境应用软件的开发提供一个公共的框架,具有较广泛的应用前景。

4.2CORBA技术的优势

C0RBA技术使得面向对象软件在分布式、异构环境下实现可重用、可移植和互

操作。

其技术优势可以总结为如下几个方面:

（1）引入中间件作为事务代理,完成客户机向服务对象方提出的业务请求。

（2）实现客户与服务对象的完全分开,客户不需要了解服务对象的实现过程以及具体位置。

（3）提供软总线机制,使得在任何环境下采用任何语言开发的软件只要符合接口规范的语言,均能够集成到分布式系统中。

（4）CORBA规范软件系统采用面向对象的软件实现方法开发应用系统,实现对象内部细节的完整封装,保留对象方法的对外接口定义。

在VTS综合信息系统中引入CORBA技术,正是利用其在面向对象、分布式技术的优势,来整合VTS系统与海事信息系统中异构环境,实现多平台、多系统之间的集成,以提高系统的高可用性、扩展性及操作性。

5.总结与展望

5.1总结

本文研究的系统基于VTS应用的实际需要,研究成果具有良好的推广和应用价值,解决了国内长期以来VTS系统与外部业务信息系统间不能进行信息交换的技术难题,实现了VTS系统与外部信息系统之间的双向数据交换,VTS系统从外部系统自动获取航行计划数据,并向外部系统提供实时跟踪数据、在港船舶动态数据,数据交换的功能强大。

同时,本系统还接入了船舶进口岸电子审批系统、船舶签证/查验系统,以及通过互联网及E盯接入港航企业,信息交换的种类、数量多。

另外,本系统对VTS系统与其他系统交换数据的信息安全问题进行了全面的考虑,系统运行的安全性、可靠性高。

目前,该系统已成功应用于湛江港VTS系统,收到很好的效果,创造了明显的经济效益和社会效益。

5.2系统的应用前景

通过对系统的研究,本人基本掌握了VTS系统与其他信息系统的数据交换技术。

经过系统的成功应用和实践证明,解决了我国VTS系统技术应用中长期未解决的难题,在未来,应在该系统的推广应用基础上,推动VTS综合信息系统的进一步发展。

首先,VTS综合信息系统应向智能交通方向发展。

随着航海电子技术和信息技术的快速发展,IMO近年倡导提出了“E一NAVIGATION”（电子航海）的概念,促进了船载航行设备的信息化水平将不断提高,VTS综合信息系统获取海上交通信息的内容将更加丰富。

随着港口交通流量的增加,提高海上交通效率,降低海上交通风险,是VTS综合信息系统未来发展的定位。

VTS综合信息系统通过对其所收集的实时海上交通数据进行统计分析,可以对海上交通流量进行实时的统计,能更加及时地反映海上交通态势和识别海上交通风险,通过一定的判断规则,可以为海上交通管理决策提供可信、有用的依据,从而促进海上智能交通的发展。

其次,VTS综合信息系统可以应用于多个信息系统的数据交换,构建了不同系统之间的数据交换平台。

在未来,应进一步扩展VTS综合信息系统接入的信息系统,拓展其应用,如建立海上移动执法系统、电子口岸中船舶动态信息的数据共享、物流系统、地区性的VTMIS系统以及不同VTS系统之间的数据平台等。

总之,通过技术的推广应用,我们相信VTS综合信息系统将能够得到更加持久的发展,具有更强的生命力,从而促进我国海上交通管理水平的不断提高。

参考文献

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[7]王也平,赵艺声,方祥麟.港口船舶交通管理信息系统的设计.大连海事大学学报,1997年5月

致谢

光阴似箭，转眼四年的大学生涯即将结束。

在我的本科学位沦为即将完成直接，我真诚的感谢四年来在我学习和生活中给予我关心和帮助的老师、同学、朋友和家人。

我的本科论文是在老师的悉心指导下完成的，从论文的选题、科研方向、研究内容的确定到具体实施细节都凝聚着恩师的心血。

老师学识渊博、治学严谨，认真研究的精神是我学习的榜样，让我随时都不放低对自己的要求，同时也感谢贾老师在学习和生活上对我的关怀和照顾。

感谢老师四年来在学术上给我的指引和生活上给我的关怀。

卓老师还提供给我全面的软件和硬件条件，没有卓老师的教导和帮助，我就无法顺利的完成我的毕业论文。

在此我要对老师真诚的说一声谢谢。