海上智能交通(PPT压缩版)

PAGEPAGE29绪论1.1智能交通系统(ITS)的定义1.2智能交通系统的研究与开发现状1.3智能交通系统发展的理论基础主要内容:ITS的概念和特征;ITS研究和开发的理论基础;我国及美国、日本等国家ITS的发展状况智能交通系统(ITS)综合运用先进的信息技术、自动控制技术、计算机网络技术、通信导航定位技术,建立智能化、安全高效环保的交通体系.1.智能交通特征：1）通过知识工程进行科学、技术和方法论的综合，解决知识的获取、形式化和计算机实现。2）其功能至少应具有判断能力、推理能力和学习能力（智能特征：具有记忆与思维能力，感知能力，自适应能力，表达和决策能力，学习能力）。3）结构上应有机器感知、机器学习、机器识别和知识库、模型库等部分组成。综合运用先进的信息技术、自动控制技术、计算机网络技术、通信导航定位技术,建立智能化、安全高效环保的交通体系.智能交通是以交通需求为导向，以信息技术为手段，通过全面提升交通安全、效率和服务品质为目的，充分利用交通的、空间的、时间的和移动的资源，形成的新交通系统。智能运输系统的出发点是充分利用现有交通基础设施资源和信息基础设施资源，提高交通基础设施的应用效率和交通运输的效率。交通以及交通运输管理与控制系统的不断变化和进步，反映了人类社会和经济的进步，也反映了人类认识世界的不断深化和运用工具（包括硬件、软件和数学工具）的改进。运输系统发展到智能运输系统，除原有运输科学中应用的技术外，大量应用的技术学科有：通信、控制、信息科学，所以是这样定义智能运输系统的：在较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信等）之上，将先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感器技术和系统综合技术有效地集成，并应用于运输系统，从而建立起大范围内发挥作用的，实时、准确、高效的运输系统。2.智能交通系统的技术特点：技术的集成性；技术的系统性；技术的先进性；技术综合性。智能交通系统各种技术的相互关系：数据采集、数据处理、信息发布和信息利用。ITS技术的基础的三大核心要素：信息、通信和集成。信息的采集、处理、融合和服务是ITS的核心。3.智能化交通运输系统（ITS）定义，是在较完善的交通基础设施的条件下，将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术和系统综合技术有效的集成并应用于整个运输系统，以解决交通安全性、运输效率、能源和环境问题，从而建立起大范围内发挥作用、适时、准确、高效的综合运输和管理系统。ITS强调的是运输设备的系统性、信息交流的交互性、以及服务的广泛性。目前，世界各国仍主要集中力量研究城市交通和高速公路ITS，对于区域交通和综合运输涉及尚较少，仅欧盟和美国有少量研究。ITS总的发展趋势：从以利用信息技术来缓解交通到开发以安全为目的的车辆控制系统，然后朝着自动驾驶系统的开发和应用。（技术角度）从单一的道路运输ITS向综合运输ITS发展。（运输模式）智能交通运输系统ITS将产生的效果主要体现在以下几个方面：

--提高公路交通的安全性。采用ITS，在20年内可降低8%的交通灾难，每年交通事故的死亡人数可减少30%~70%。减少交通拥挤和阻塞，从而提高公路交通的机动性。--降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响。

--提高公路网络的通行能力。据估计，ITS可使现有高速公路的通行能力至少增长一倍。

--提高汽车运输生产率和经济效益，并对社会经济发展的各方面都将产生积极的影响。

--通过系统的研究、开发和普及，创造出新的市场。智能交通系统的社会效益和经济效益：减少交通拥挤和行车延误；减少交通事故的发生率、死亡率；产业发展与就业机会的增加；能源消化量减少。根本目标：充分利用信息技术为基础的现代技术，使各种交通方式有效衔接、融合一体，从而实现客、货的连续、高效移动。控制科学发展的方向(从下到上-控制对象复杂性增加）智能控制自学习控制，自组织控制自适应控制，鲁棒控制随机控制最优控制确定性反馈控制开环控制智能交通系统层次的建立(高）高级智能交通系统（数学模型＋知识模型）人工智能模型化智能交通系统（数学模型）系统辩识、模式识别初级智能交通系统计算机、信息技术、新数学方法应用地理信息处理、高速通信技术（低）以监控为主体的交通工程系统交通工程基本设施、传感器、电子设备、数据采集、监控软件第二章智能交通系统的体系结构2.1系统体系结构定义2.2智能交通系统体系结构的构成2.3智能交通系统体系结构开发的方法主要内容:ITS体系结构要求;系统体系的内容(整体框架、信息体系、功能体系、数据通信体系和物理体系);系统体系开发方法.2.1系统体系结构定义ITS体系结构是一份规格说明，它是一个有用的和可用的系统的稳定基础.功能：为地区和国家制定ITS发展规划提供基本原则；保证终端用户的信息的兼容性和一致性；保证不同交通基础设施的兼容性；为服务和设备制造提供一个开放的市场。智能运输系统体系框架决定了系统如何构成，确定了功能模块以及模块之间的通信协议和接口，它的设计必须包含实现用户服务功能的全部子系统的设计。通过集成若干ITS子系统的功能可以实现一个或多个用户服务功能。体系框架既不是一个简单的设计文档，也不是一个技术性的说明，更不是智能运输系统本身的研究发展过程，而是一个贯穿于智能运输系统结构研究制定过程的指导性框架，它提供了一个检查标准遗漏、重叠和不一致的依据。2.2智能交通系统体系结构的构成体系框架的构成：用户服务、逻辑体系结构、物理体系结构、通信体系结构、I标准化工作、费用效益分析评价、实施措施及策略等。用户服务：明确系统用户及用户需求，明确划分系统中各个子系统的用户。逻辑体系结构（功能体系结构）：用来定义和描述一个系统为满足一系列用户需求所必需的功能。确定为满足用户需求ITS所必须提供的功能。物理体系结构：逻辑体系结构中的功能实体化、模型化。通信体系结构：主要描述支持在不同系统部分之间进行信息交换的机制。标准化工作：制定系统所需关键技术的标准。费用效益分析评价：对项目的经济合理性、技术合理性、社会效益、环境影响和风险作出评价。实施措施及策略：系统建设的组织体系和发展战略。2.3.我国ITS体系框架要点用户主体：6大类-道路使用者（乘客、驾驶员、非机动车驾驶员、行人、老弱病残等特服人员）；道路建设者（基础建设、道路养护）；交通管理者；运营管理者；公共安全负责部门；相关团体。服务主体：9大类-交通管理；公共交通；交通信息服务；紧急救援；基础设施；货物运输；产品/设备制造；产品服务；政府执法部门。服务领域：8大领域-交通管理与规划；电子收费；出行者信息；车辆；紧急事件和安全；运营管理；综合运输；自动公路。逻辑框架：8个功能域；29个系统功能。29个系统功能：交通管理、交通规划支持、交通法规执行与监督支持（交通管理与规划）；电子收费；出行者信息服务、驾驶员信息服务、公共信息服务、个性化信息服务、诱导服务（出行者信息）；车辆运行监测、车辆自动驾驶、自动报警（车辆);紧急视觉识别与危险品通告、紧急车辆管理、公共出行安全、交会处的安全管理、紧急服务分配（紧急事件和安全）；公交规划、公交运营管理、车辆控制、货物管理（运营管理）；交换客货运信息资源、提供旅客联运服务、提供货物联运服务（综合运输）；自动公路车辆管理（自动公路）。逻辑框架最主要内容是描述系统功能和系统功能之间的数据流。物理框架：7个功能层次，20个子系统。7个功能层次：交通管理与执法系统；电子收费系统；货运系统；客运系统；出行者信息服务系统；车辆安全与自动公路系统；紧急事件管理系统。通用技术平台：交通地理信息及定位技术平台；通信系统。标准化：ITS的综合性标准和接口标准（信息定义和编码、专用短程通信、数字地图及定位、电子收费、交通与紧急事件管理、综合运输与运输管理、信息服务、自动公路与车辆辅助驾驶系统等标准）。第三章智能交通系统关键技术3.1ITS综合信息平台3.2计算机网络技术3.3通信技术3.4地理信息系统3.1ITS综合信息平台该平台是为了实现各子系统间的数据共享、深层次的信息融合和知识发现而建立的。特点：接收、存储和处理多源、异构数据；数据融合、挖掘；为各子系统和公众提供完善的信息服务；解决信息共享和交互。硬件方面：满足业务处理和管理功能；具有系统扩展能力；安全可靠。软件方面：统一的软件系统功能（操作软件、数据库管理软件、网络通信和网络管理支持软件）；软件开放性和标准性；软件模块化；具有高的容错性；具有友好的人机交互界面；一般由以下三个层次组成：数据层、应用层、用户层。基本构成模块：综合信息数据库、交通地理信息基础支撑平台、接入/二次数据融合平台、信息加工/发布基础平台、专用通信网络平台、输入/输出接口及接入模块、平台管理模块、ITS设备监控/网管系统、系统仿真模块、交通决策支持平台。功能：信息接口、信息处理、各用户主体服务响应、信息辅助决策。平台涉及的技术基础数据融合：对多源信息的综合加工处理、实现信息互补。（融合系统是一个最优信息处理和控制系统，融合是智能的一种重要表现。）融合算法依赖于信息融合系统所要进行的推理的性质、特定的应用和有效的传感器数量。（P104）数据挖掘：从大量的结构化数据和复杂类型数据中提取可信的、有效的、新颖的、潜在有用的、能最终被用户所理解的知识或模式。（数据库知识发现）（P106）3.2计算机网络技术1.计算机网络概念（P155）分布在不同地理位置上的两台以上独立的自治计算机，通过传输介质和传输设备连接起来，并遵循相同的网络协议，以资源共享为目的的计算机系统．２．组成及功能工作站,服务器，外围设备和一组通信协议组成．服务器：为网络中各用户提供服务并管理整个网络．（核心）分为：文件服务器；打印服务器；通信服务器；备份服务器等．工作站：连接到网络中各个计算机．外围设备：用于连接服务器和工作站的连线和设备．如网络适配器，集线器（ＨＵＢ），同轴电缆，调制解调器，交换机等．通信协议：网络中各计算机之间进行通信的规则．（ＴＣＰ／ＩＰ）计算机网络功能:以共享为主要目标.具有数据通信\资源共享\远程传输\集中管理\分布式处理\负荷均衡等功能.计算机网络特点：数据通信、资源共享、均衡负载、分布处理、提高可靠性。3．计算机网络的分类根据网络的传输技术（广播式、点-点）；根据网络的交换功能（电路交换、报文交换、分组交换）；根据网络的覆盖范围（局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN、互联网WWW）;根据网络拓扑结构（总线型、树型、环型、星型、网状型）。根据网络使用范围：公用网、专用网根据资源共享方式：对等网、客户/服务器（C/S）、网站/浏览器（B/S）4.网络协议与体系结构协议:控制数据通信的规则.其关键是语法、语义和时序。语法：数据的结构或格式。语义：数据比特流每一部分的含义。时序：数据发送时间及速率。ISO/OSI:国际标准化组织制定的开放系统互联的模型,其参考模型分为7层:物理层/数据链路层/网络层/传输层/会话层/表示层/应用层.OSI是一个概念性的框架，用来协调进程之间通信标准的制定。5.网络层结构物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流。主要处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。数据链路层的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。(数据链路的建立和拆除、对数据的检错和纠错、控制数据流、寻址）。该层又分成三个分层:媒体访问控制(MAC);数据链路服务(DLS);链路管理(LME).网络层的作用主要是信道管理，建立和保持信道发射信息包的分配和数据链拥塞的解决等。其功能有：（1）寻址;（2）路由选择;（3）数据交换;（4）连接服务。传输层负责将数据转换成大小正确的发射信息包、数据分组排序和与较高层的接口规程。提供可靠的端对端的通信及向会话层提供独立于网络的传输服务。会话层对传输的报文提供同步管理服务，在两个不同系统的互相通信的应用进程之间建立、组织和协调交互。表示层处理所有与数据表示（为异种机提供一种公用语言，以便能进行互操作）及传输有关的问题，完成某些特定功能。主要功能：语法转换；语法协商；连接管理。应用层的主要任务是为用户提供应用的接口，即提供不同计算机间的文件传送、访问与管理等。它是OSI协议分层中最复杂的一层。TCP/IP协议:传输控制协议/网间协议：它是一整套数据通信协议，其制定的是传输层和网络层的标准。其参考模型：4层，主机到网络层、网络互连层、传输层、应用层。3.3通信技术1．概述交通系统的一个最主要特点是交通事件参与者的流动性，为了达到提高交通管理与服务水平的目的，必须建立起移动目标与各类交通设施之间的联系，进行各种动态、静态信息的传输。因此，通信技术尤其无线通信技术是智能交通系统不可缺的重要组成部分。2.重点通信技术（P166）光纤通信技术：以光波为载频（近红外区）、光纤为传输媒质的新型通信方式。具有通信容量大；传输损耗低，传输距离长；不受电磁干扰，通信质量高；便于铺设施工和运输。光纤的主要原料是SiO2。系统基本构成：光发射机、光纤和光接收机。卫星通信技术：利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，实现地球站之间的通信。特点：通信距离远、覆盖面积大、通信频带宽、传输容量大、机动灵活、通信线路稳定可靠、传输质量高，造价高、传输延时等。3.4地理信息系统以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。构成：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据。计算机硬件系统：计算机主机、数据输入设备、数据存储设备、数据输出设备。计算机软件系统：计算机系统软件、地理信息系统软件及其他支撑软件（GIS工具软件、数据库管理软件、计算机图形软件等）、应用分析程序。地理空间数据：是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。智能交通所涉及的各类信息，与地理位置密切相关，因此GIS成为ITS的主要支撑技术之一。第四章海上智能交通系统的相关技术4.1导航定位技术（GPS）4.2雷达与ARPA4.3海上通信技术4.4船舶自动识别技术4.5ECDIS系统主要内容:卫星导航定位系统;航海雷达；海上通信系统种类及特点;AIS系统的原理及应用;电子海图及信息显示系统(ECDIS)的应用4.1导航定位技术无线电导航定义：利用无线电技术对运载体航行的全部（或部分）过程实施导航。分类：按所测量的电气参量：振幅、相位、频率、脉冲（时间）、复合式（同时测量两个以上电气参数）。按所测量的几何参量：测角、测距、测距差。按系统的组成：自主式、非自主式。按台站安装地点：陆基、空基、星基。按有效作用距离：近程（<500KM）、远程（≥500KM）。按工作方式：有源、无源。1.目前中国已经开始建设拥有自主知识产权的全球卫星导航系统——北斗卫星导航系统（CompassNavigationSatelliteSystem）。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。2.北斗卫星导航系统发展路线图:第一步，从2000年到2003年，我国建成由3颗卫星组成的北斗卫星导航试验系统，成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步，建设北斗卫星导航系统，于2012年前形成我国及周边地区的覆盖能力。第三步，于2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。将耗资130亿人民币.成立中国卫星导航系统专项管理办公室已成功发射11颗北斗导航卫星3.北斗卫星导航系统的组成北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗MEO轨道（21500KM）卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0．2米／秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。2007。2。3发射第一颗Compass试验卫星。2007。4。14发射第一颗中轨工作卫星（4.北斗服务1）开放服务（OpenService）:免费为用户提供位置、速度和时间信息。精度:水平15m,垂直35m(单频)；精度:水平4m,垂直8m(双频)。2)生命安全服务(SafetyofLife)：有偿，精度:4-6m(双频)3)商业服务(CommercialService)：提供更高的性能和附加数据。精度<1m。4)公共管理服务(PublicRegulatedService)：精度6-12m（全球），1m（局部）5)搜救服务（SearchandRescueService）：人道主义搜救活动。（海上）5.GPS的组成系统组成:地面支持网(1个主控站,5个监测站,3个注入站);空中卫星网(24颗);用户接收机.主控站:提供GPS系统时间基准;处理各监测送来的数据,计算卫星钟偏差和大气层校正参数;编制各卫星的星历等.主控站设在科罗拉多州斯普林斯的联合空间工作中心。监测站:监测卫星导航信息;收集环境气象数据;并将收集的信息传送到主控站.5个跟踪站(也称监测站)，分别设在夏威夷(太平洋)、科罗拉多的斯晋林斯、阿森松岛(南大西洋)、迭戈加西亚岛(印度洋)和马绍尔群岛的夸贾林环礁(北太平洋)上。注入站:在主控站的控制下,将导航信息注入卫星.注入站有3个，分别设在南大西洋的阿森松岛、印度洋的迭戈加西亚岛和马绍尔群岛的夸贾林岛。6.GPS的定位原理1.根据卫星导航信息中的星历资料计算卫星位置；2.利用伪码技术测量用户至卫星的距离（本机伪码在时间上与接收伪码对准，获得时差→计算距离）；3.根据测距方程最后解算出用户的位置。(1)GPS卫星导航仪根据GPS历书，计算卫星的概略位置。(2)GPS卫星导航仪根据键人的推算船位、时间、精度几何因子数值，选择仰角≥5°、几何配置最好的4颗或3颗卫星。（初始启动时，GPS卫星导航仪搜索卫星，收集并存储历书）。(3)GPS卫星导航仪不断移动本振频率及本机伪码对GPS卫星进行二维搜索，码同步后转入载波相位跟踪、检测及存储导航电文。(4)GPS卫星导航仪根据星历计算出卫星发射信号时的位置，根据卫星信号的传播延时计算出卫星与用户的“距离”，根据卫星信号的多普勒频移计算出用户的三维运行速度，根据所测得的3—4颗卫星的伪距，计算出用户的位置。7.GPS定位误差误差源：伪距误差；几何精度因子GDOP；不同坐标系误差伪（测）距误差：卫星引起的误差（卫星钟误差3.1米，星历误差2.7信号传播误差（电离层0.4m/0.4m—P码/CA码;对流层0.4m/6.4m—P码/CA码;多路径效应1.2m/3.1m—P码/CA码）；电离层误差可采用模型或双频校正.对流层误差只能采用模型校正.电离层折射误差：位于地球表面70-1000KM，卫星信号在电离层产生的传播延迟与信号频率的平方成反比，白天约为50ns(距离误差15m)，夜晚约为10ns(距离误差为3m)。双频GPS卫星导航仪可以较精确地消除电离层传播延迟。单频道GPS卫星导航仪采用数学模型校正法，可使电离层传播延迟误差减小一半。对流层折射误差：它与大气温度、压力、卫星的仰角有关，且变化较大。卫星的仰角越小、对流层折射误差越大，一般选用仰角≥5°的卫星。利用数学模型校正法可消除部分对流层折射误差。用P码或CA码测距，对流层折射误差均产生约0.4m的距离误差。误用户设备差（接收机噪声和量化误差0.24m/2.44m—P码/CA码，接收机通道偏差0.15m/0.6m—P码/CA码）。总的约4.3m/8.6m(P/CA)8.几何精度因子GDOP表示用户和卫星间的相对几何位置关系对定位误差的影响，其值越小，则表明选用的卫星几何图形越好，其定位误差越小。卫星（4颗）与测者所构成的几何多面体的体积↑→GDOP↓→定位精度↑GDOP、PDOP、HDOP、VDOP、TDOP9.差分GPS技术(DGPS)原理：（1）在位置确知的地方设置一基准台；（2）该台的GPS接收机接收卫星信号，根据已知位置算出改正量；（3）以一定的方式发送给用户，用户以此改正量对有关参数进行校正。DGPS组成：GPS卫星网、基准站、数据链、用户10.DGPS工作方式位置差分：根据基准站的位置与用GPS测量的位置比较，求得的差称为位置修正值，并发送给用户。此方法要求GPS基准站与用户必须同步观测相同的卫星。伪距差分(广泛使用)：根据基准站与GPS卫星星历计算出的距离，与基准站用CA码测量的伪距之差，称为伪距修正值。基准站将每颗卫星的伪距修正值、伪距修正值变化率和星历数据龄期AODE数据播发给作用区内的用户，对用户观测伪距进行修正。相位平滑伪距差分；载波相位差分(RTK-精度达厘米级)；广域差分(WADGPS-解决误差修正参数的空间相关性-不受地理位置限制的DGPS)。11.DGPS的定位误差可消除电波传播误差、星历、星钟误差(基站和用户共有的误差)，但随着用户与基准台的距离增加，误差将增大。12.GLONASS的卫星导航系统卫星网24颗,三个轨道,高度19100KM,倾角64°.导航信号CA码:码率0.511MHZ,周期1ms.P码:码率5.11MHZ,周期1s.L1:1602.5625-1615.5MHZ(Δf=0.5625MHZ)L2:1246.4375-1256.5MHZ(Δf=0.4375MHZ)卫星识别:频分多址;导航电文:50bit/s,导航电文长2.5min,分为5帧,每帧有15子帧,各子帧2s.每帧的1-4子帧给出该星的星历(卫星的位置坐标,速度,加速度).第5子帧给出该星星号及系统时间修正值,6-15子帧.每2帧给出一颗星的历书数据.GLONASS时间系统:以前苏联世界协调时UTC(SU)设置.GLONASS坐标系统:前苏联的SGC-90坐标系.GLONASS系统和GPS系统的比较项目GPS系统GLONASS系统星座卫星数2424轨道面个数63轨道高度20183公里19100公里轨道倾角5565传输方式码分多址频分多址时间系统UTC-USNOUTC(SU)坐标系统WGS-84SGC-904.2雷达与ARPA雷达基本原理(测距测向原理、基本组成及工作原理)测距测向原理测距:物理基础:超高频电磁波在均匀介质中具有等速、直线传播特性,且遇目标有良好的反射性能.根据s=(c´t)/2测量雷达—目标电波传播时间,由显示器电路计时计算并显示距离.测向:物理基础同上.利用定向天线及方位同步传输系统测得目标方位.基本组成及工作原理定时电路:产生全机协调动作的同步脉冲.发射机:产生具有一定宽度(0.05-2μS)、一定重复频率(400-4000HZ)的大功率(3-75KW)射频脉冲.天线系统:向空中辐射电波并接收目标回波;传送方位信号和船首信号.收发开关:控制、转换发射、接收通道.接收机:对回波信号进行处理(变频、中放、检波、视放).显示器:按目标的方位距离,将其显示在荧光屏上(亮度调制,平面环视).雷达电源:提供雷达用电(中频).4.2.1雷达使用性能及影响因素最大探测距离：在考虑地球曲率、天线高度、物标高度及雷达电波传播空间大气折射影响时，雷达可能观测的最大距离，称为船用雷达的“最大探测距离”，又称“极限探测距离”。D=2.23(√H1＋√H2)式中：H——米，D—海里∴影响D的因素（在正常标准大气压下）①地球曲率②天线高度③目标高度。最大作用距离Rman表示雷达探测威力的主要指标,它取决于雷达本身的内在因素,又与外界因素密切相关.主要影响因素:1.雷达技术参数(发射功率;接收机灵敏度;天线增益;工作波长).2.大气:折射;衰减3.目标反射性能:尺寸大小、形状、表面结构、构成材料、雷达波入射角.4.海况影响:海浪干扰;海面反射.4.2.2精度1.测距精度(IMO要求<1%量程或30m)影响因素:同步误差;测距标志不精确;扫描锯齿波非线性;光点误差;脉冲宽度误差;目标回波闪烁;天线高度误差.2.测方位精度(IMO要求<±1°)影响因素:同步误差;船首线误差;中心偏差;水平波束宽度及光点尺寸;天线波束主瓣偏移角;天线波束不对称;方位测量设备误差;船舶摇摆;人为测读误差.4.2.3扇形阴影区:雷达波束在传播路途中被高大构件或建筑物阻挡和吸收，致使雷达无法探测到在这些遮蔽物体后面其它物标，结果在荧光屏对应的区域形成探测不到物标的扇形暗区。假回波:由于技术上的某些缺陷及电波传播的某些物理现象影响,使雷达荧光屏出现一些不需要、影响观测的回波,称为假回波.（间接反射假回波；多次反射回波；旁瓣回波；二次扫描回波）干扰杂波海浪,雨雪,同频干扰.4.3ARPA的组成及工作原理传感器:雷达(触发脉冲、天线方位、回波视频)、罗经(航向)、计程仪(航速).提供信息→ARPA.接口:将输入模拟信号分别进行模/数转换,极性变换,并对原始视频杂波处理.计算机(存储器、CPU):自动录取、跟踪目标;自动计算目标航行参数与碰撞参数;自动判断有无碰撞危险;完成各种计算与标绘任务.跟踪器:对已录取目标进行自动跟踪并建立目标的运动轨迹.控制台:实现人—机通信.数据显示器:显示本船及目标航行与碰撞有关数据,报警字符及系统工作有关的字符信息.PPI综合显示器:显示雷达原始视频,本船及目标运动矢量、图形、字符.电源:提供ARPA各部分电路所需的各种电源.3）跟踪原理概述①根据实测位置、预测位置、预测速度，算出滤波位置及滤波速度。②以滤波位置为起点，用滤波速度，来预测下一天线扫描周期的预测位置，并放置跟踪窗（又称波门）等待天线下一时刻目标的到来，当目标进入跟踪窗时，认为该目标为所要跟踪的目标。③利用不断滤波与外推，且跟踪窗逐次缩小，逐次逼近，实现ARPA对目标的自动跟踪4.3.1影响ARPA性能和精度的因素传感器误差雷达;罗经;计程仪ARPA本身误差滤波处理误差;计算误差;目标丢失;目标交换;录取假目标或杂波(误跟踪);处理延时.人为误差AIS系统自动识别系统（AIS）AIS基于TDMA通信方式，被用于船岸之间的数据交换系统。用于船舶的主要目的是避碰和辅助船舶安全航行。沿海国家使用AIS识别和定位船只，获取船舶信息和货物信息，并作为VTS的工具。AIS提供一种船舶电子数据的交换手段，传输的数据包括：识别码，位置，航向，航速以及附近的船只和岸站。这些信息可以显示在一个屏幕上。AIS的目的是辅助船舶的监管人员和相关海事机构跟踪和监测船舶动向。AIS使用VHF频道AIS1(161.975MHz)和AIS2(162.025MHz)或者特定地理区域频道。另外，AIS还使用专用电文交换与导航安全相关的数据。由于容量限制，目前限制应用专用电文。AIS功能播发/接收船舶动、静态信息、航次有关信息、与安全有关信息，有助于船舶识别、船—船、船—岸信息交流、安全航行。4.4.2AIS组成：四大部分—接口（GPS、陀螺罗经、计程仪等数据采集）、信息处理器、信息显示器、VHF收发机。工作方式自主连续模式（AutomaticandContinuous）分配（指配）模式（Assigned）轮询（受控）模式（PolledorControlled）4.4.3AIS的无线（工作频率：VHF87和88频道AIS1:161.975MHzAIS2:162.025Mhz频带宽度:25KHz或12.5KHz；发射功率：2.5W/25W（20海里调制方式：高斯最小频键控调频GMSK/FM；数码编码方式：反向非归零NRZI；数据传输率：9.6kb/s；访问协议：时分多址(TDMA)；4.4.4A开放系统互联模式（OSI)OSI的层次共分物理层、链路层、网络层、传输层、会议层、表示层和应用层。AIS应用物理层、链路层、网络层、传输层.物理层负责数据比特流传输、VHF收发机的功率控制、控制收发机和信道时序等工作链路层的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。该层又分成三个分层:媒体访问控制(MAC);数据链路服务(DLS);链路管理(LME).媒体访问控制(MAC)提供联接VHF数据链的方法,向上面的子层提供透明的服务。主要功能可以分为TDMA信道同步、时隙状态的判别和处理、信道访问等。同时，MAC子层还采用一定方法对从物理层接收到的数据进行CRC校验处理。数据链路服务(DLS)的作用是数据链路的激活和释放、数据传输及误差检测与控制.数据链的激活和释放功能是基于MAC层，DLS层侦听、激活或释放数据链，根据时隙识别的结果，若当前时间段被标注为空闲或外部分配状态时，表明设备处于接收模式，并负责侦听数据链上其它用户的情况。数据传递,采用面向比特的协议，该协议基于ISO/IEC3309：1993所规定的高级数据链控制（HDLC）。误差检测和控制的处理运用ISO/IEC3309：1993定义的循环冗余校验CRC多项式计算校验和。链路管理（LME）的功能是控制DLS、MAC层和物理层的运行。包括AIS台的三种工作模式、数据链的连接、接入算法的确定。包括信道访问时的各种参数的确定、报告速率的指定、发射时隙的指定、信息结构和信息类别等。网络层的作用主要是信道管理，建立和保持信道发射信息包的分配和数据链拥塞的解决等。其功能有：（1）建立和维护信道连接;（2）信息优先分配的管理;（3）信道间传输组的分配;（4）解决数据链阻塞的问题。传输层负责将数据转换成大小正确的发射信息包、数据分组排序和与较高层的接口规程。4.4.5AIS的信息是通过信息数据包来传输的,一帧为1min,分为2250个时隙,每个时隙含有256bit.信息包的数据格式如下表所示.4.4.6数据链路接入方式：TDMA(时分多址）SOTDMA(自组织时分多址）最主要的方式ITDMA(增量时分多址）RTDMA(随机时分多址）FTDMA(固定时分多址,只有岸站才有）4.4.7SOTDMA技术特征网络的自组性：自组织网可以在任何时刻任何地点同时产生多个这样的网络环境支持移动协同计算，而不需要现有无线网络环境下常用的基站支持。动态的拓扑结构:网络中的节点可以以任意速度和任意方式移动，加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间的互相干扰因素、地形等综合因素影响下，节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构可以随时发生变化。分布式控制网络：网络控制功能分散配置到各节点，网络的建立和调整是通过各节点的有机配合实现的，从控制能力上看，各节点没有重要和次要之分，从而可以防止一旦控制中心被破坏而引起的全网瘫痪的危险。SOTDMA和一般TDMA技术的最大区别在于其时隙的预约方式，也就是所谓的自组织模式。SOTDMA网络中各台站根据先验知识和智能算法来确定其自身的发送时间表而不需要主控台来对时隙进行分配，这样可以尽量避开数据链路的冲突，并可以为新信息的传送选择和保留时隙。SOTDMA数据链路的工作流程用户初始化。接收其它用户广播预约信息以获取信道中的时隙状态信息和用户信息，了解此时信道资源的使用状况。用户首先争用一个空闲时隙接入系统，争用成功则在该时隙中发送包含各个参数的信息包，从而进入自组织预约状态。自组织预约状态下，根据发送要求选用预约时隙。要发送的信息长度占用时隙数大于1时，需要预约分配连续的时隙。4.4.8AAIS传输的信息主要分为静态信息、动态信息、与航次有关的信息和与安全有关的短信息四大类。静态信息包括：1)海上移动服务标识码(MMSl)；2)呼号和船名；3)IMO编号；4)船长和船宽；5)船舶类型；6)GPS天线位置。这些信息都与船舶自身特征有关，一般是采用人工输入的方式设置的。动态信息包括：1)船位；2)协调世界时；3)对地航向；4)对地速度；5)船首向；6)航行状态；7)转向率。这些信息除第六项航行状态以外，都是通过连接于AIS的传感器自动获取的。航行状态信息一般是由船舶驾驶员手工输入的，具体内容有：在航、锚泊、失控、操纵性受限、吃水受限、系泊、搁浅、捕捞作业以及风帆动力等。与航次有关的信息1)船舶吃水；2)危险品；3)目的港和预计到达时间；4)计划航线；5)在船人数。每个航次前必须要求船舶驾驶员手工输入4.4.9标准电文：共有22个电文随着AIS应用增加，电文也增至27个。电文23：组分配命令电文24：静态数据报告电文25：单时隙二进制电文电文26：多时隙二进制电文附通信状态电文27：AIS空间检测（卫星AIS）适用专用电文：电文6，8，25和26能提供适合于专门应用数据（例如气象和水文数据，危险货通告，标示区域或航路以及指示引航要求等）的结构。除电文号码外，这些应用还采用唯一的3位数字编码—“指定区域码”（DAC）和两位数字“功能识别码”（FI）来确定。.只要有必要的应用软件，接收机可以经过解码正确应用这些电文。这些电文的应用与移动电话相似。管理电文：管理电文用于对AIS台站的工作状况和VDL的应用进行管理。这些功能只能由主管当局通过AIS基站完成。UTC和日期询问（电文10）/应答（电文11）询问（电文15）指配命令（电文16）DGNSS播发（电文17）频道管理（电文22）分组指配（电文23）船舶动态数据通常用雷达或电子海图上的图标表示。船舶静态数据则通常以文字框显示。此外，AIS还可以显示：●字母数字形式的安全电文；●字母数字和/或图像方式的气象和水文数据；●图标形式的AIS航标电文。表示船舶的符号（等腰三角形）是统一的。4.4.10AA类AIS站：A类站是船载设备，按国际海事组织（IMO）要求，绝大部分商船应安装B类AIS站：B类站也是船载设备，与A类AIS设备相似并基本兼容，但不完全满足IMO的技术要求，主要是发射功率和报告率有区别。根据访问方式，B类设备分两类：载波侦测与自组织。B类AIS船站主要安装于非SOLAS船舶和游艇。AIS基站：主管部门使用基站管理AISVDL，使船-岸/岸-船之间信息顺利传输。基站是所有AIS服务的核心，基站网络能提供大范围的VTS或沿海监管覆盖范围以及对海事领域的全面了解。AIS航标站：AIS航标站扩展了传统航标的视觉和听觉范围，可提供航标的当前位置或状态。也能以所谓虚拟航标为传统航标不存在的地方提供“助航标志”。AIS搜救发射机(AISSART)：雷达搜救应答器是全球海事遇险与安全系统（GMDSS）的组成部分。AIS搜救发射机（AISSART）现在可用于替代雷达SART.SART比雷达SART有更远的作用距离。AIS搜救（SAR）飞机：供搜救飞机使用或为协助搜救作业的其他部门提供专用电文的台站。4.4.11AIS的基本功能:（IALA第1082号导则（第1版2011•在VHF作用距离内船-船之间的相互信息交换，以加强对态势的了解。•船舶与岸基设施（如VTS）之间的信息交换，以改善拥塞水道的交通管理。•在强制和自愿报告区，自动进行船舶报告。•在船-船和船-岸之间，交换安全相关信息。4.4.12AIS通过协助船舶有效航行和VTS管理，在满足下列要求条件下4，改善航行安全和海洋环境保护：.1以船-船通信模式，防止碰撞；.2作为周边国家了解船舶及货物的方法；以及.3作为VTS的工具，即船-岸交通管理。AIS能帮助对态势的了解，有助于对搜救和环境污染等紧急情况作出有效反应。另外，AIS还能提供事态发展趋势的数据和改善服务，提高航行安全。AIS可以认为是一种海事安全信息服务系统。AIS服务的目的是允许客户与船员或海事部门在VHF数据链路（VDL）上应用的各类AIS台站接口。4.4.13在船舶避碰中的应用与雷达互补,提高探测目标能力.并可互相交换信息.在VTS中的应用目标识别;改善目标跟踪性能;船岸信息交换;VTS对船舶提供服务在航标的应用航标监控;AIS航标(实体,虚拟);AIS-SART:IMO已经确定将从2010年1月开始安装AIS-SART设备。其使用电文1和14以每分钟8次进行广播。AIS-DGNSS:在利用AIS进行全球卫星导航系统差分修正方面，某些国家已经成功试验使用电文17传输GNSS修正数据，这种应用正在增加；例如芬兰，东京湾德国，荷兰，英国。自动识别系统（AIS）最初主要是借助发射与接收船舶静态、动态和航次相关数据及安全相关短电文，进行船舶识别与跟踪。此外，AIS通过对海上交通情况的监视与提供各种基本服务，协助航行安全与环境保护。为此，海安会第28次会议（2004年5月12日至21日）批准航行安全分委会第49次会议（2003年6电文8，“气象与水文数据”电文、“航道关闭”电文、“伪AIS目标”电文、“扩展船舶静态与航次相关数据”电文.电文6“危险货指示”电文、“潮汐窗”电文、“船上人数”电文4.4.14船舶信息→AIS基站→AIS海岸网→INTERNET.IALA注意到在海岸基础设施增设AIS的需要及考虑到岸基AIS基础设施与航运部门之间方便地交换数据的迫切需要,提出了《自动识别系统(AIS)岸站与联网服务建议案》(A-124),它被国际公认为AIS基站建设和服务的“标准”.4.5ECDIS系统ECDIS的基本概念ECDIS是这样的一种系统：在计算机控制下，把海图信息、船位信息、雷达信息、船舶动态参数集中处理，以图文和视听综合表现航海情况的船用自动化系统。它由海图数据库、控制处理显示设备及接口、外部传感器和专用软件组成。其基本功能是为航海人员显示海区情况、提供航海资料、辅助航海人员拟定计划航线、标结实时航迹、监测航行情况，它的海图显示上等效于纸质海图。4.5.1ECDIS的组成ECDIS由系统硬件、应用支持软件和电子航海图数据库三大部分构成.系统硬件部分由中央处理机、显示器和外部传感器接口等构成。传感器接口包括:罗经、计程仪接口、GPS和罗兰Ｃ导航仪接口、ARPA雷达接口、测深仪接口、全球海上遇险与安全系统(GMDSS)的船站接口等。应用支持软件具有对数字海图进行组织,实现海图显示的分层、放大缩小、改正、异域显示、漫游等控制功能;组织各种航海信息,进行高效查询管理;制定航海计划,进行航线安全性评估,自动生成航海计划表和航海计划档案;用多种定位方式进行航海作业,自动填写航海日志和航海日志档案;实现多种漫游方式的航行;自动记录和再现航行状态;根据各种海况,实现航海的辅助决策等诸多功能。电子航海图数据库（ENCDB）按规范以矢量形式提供的各种比例的航行用图的海图数据文件集。4.5.2ECDIS的主要功能海图显示:在给定的投影方式下合成和显示海图,以“正北向上”或“船首向上”方式显示海图;以“相对运动”或“绝对运动”方式显示海图;随机改变电子海图的比例尺(缩放显示及漫游);分层显示海图信息.海图作业:在电子海图上进行计划航线设计;计算任意两点间的距离和方位;标绘船位、航迹和时间标示.海图改正:接受由官方ENC制作部门提供的正式改正数据以及由航海人员从纸质航海通告或无线电航行警告中提取的改正数据,实现ENC的自动、半自动和手工改正.定位及导航:能够同计程仪、电罗经、GPS、Loran-C、测深仪和气象仪等设备连接,接收来自这些传感器的信息以及处理风、流、潮汐等资料,并进行综合处理,求得最佳船位;能够进行各种陆标定位计算.航海信息咨询:获取电子海图上物标的详细描述信息以及整个航线上的航行条件信息,如潮汐、海流和气象等.雷达信息处理:将雷达图像或ARPA信息叠加显示在电子海图上,提供本船、本船周围的静态目标与动态目标三者之间的位置关系.航海人员可据此判断避碰态势,做出避碰决策.同时,还能在电子海图上检测该避碰决策是否可行.航路监视:在船舶航行过程中,ECDIS能自动计算船舶偏离计划航线的距离,必要时给出指示和报警,实现航迹保持.ECDIS还可自动检测航行前方的暗礁、禁航区和浅滩等,实现避礁、防浅.记录和回放:能记录所有的导航信息和船舶处理参数以及有关海图显示、航迹、人一机对话的信息。这些数据可以保存12h以上。一旦发生事故，可将这些数据重现在屏幕上，以供有关人员分析。4.5.3ECDIS的特点该系统是一种集成式导航信息系统，它在使用电子海图的基础上，完成综合的船舶驾驶任务。集成特点，系统将推算船位信息、卫星和无线电导航系统数据、海图信息和雷达信息集成在一起处理和显示；信息特点，它能根据航海人员的需求向其提供海图物标的咨询信息，如航标、碍航物和航道等的特征，以及整个航线上的航行条件信息(来自航路指南、潮汐表、航标表等)；导航特点，它不仅能完成在传统的纸海图上进行的作业，包括计划航线设计、距离和方位的计算和推算船位修正、定位计算、航迹显示等，而且还能解决新的问题，如船舶驶近危险区域时的自动报警、船舶避礁防浅、把电子海图同雷达图像叠加以提供更直观的避碰信息、海图的自动改正等。自动化程度高、改善和保障航海的安全性、极大地减轻航海人员的压力和工作负担、海图显示方便、快捷、提高海图显示的识别性。4.5.4ECDIS的国际标准1）IMOＥＣＤＩＳ性能标准，1995.11在IMO第19届大会批准A。817（19）号决议。２）IHOECDIS的海图内容和显示规范（S-52。第5版1996.12；1990.5第1版；1992.9第2版；1993.10第3版）.3）IHO数字化海道测量数据标准（S-57,第3版1996.11；1991第1版;1993第2版）;现为s-1004）IECECDIS设备性能测试标准（IEC61174,1997.9）.4.5.5ECDIS的发展趋势广泛应用具备的条件:庞大的全球海图数据库;完善的电子海图改正系统;庞大而有效的全球电子海图销售网.电子海图(ENC)商品化(方便用户购买,实现数据交换与共享).ECDIS的多样化(适合不同大小的船舶)ECDIS的智能化(集信息综合处理显示分析判断决策为一体).ECDIS的网络化(WEB-ECDIS)(为涉海部门用户提供信息共享平台).WEB-ECDIS特点:在网络环境下的电子海图地理信息系统,提供用户在互联网上借助通用的网络浏览器,浏览查询和获取基于电子海图的空间数据与相关业务属性数据的服务.它将加强和拓宽海上交通信息的共享和充分利用.4.5.6ECDIS的信息保证保证系统有效工作所必须的信息组织、存储、扩充和修改的方法和手段。包括外部通信和信息流的组织、计划航线数据文件、ENC、SENC。海图是以海洋为描述对象的地图，它将海洋上的各种自然和社会现象的分布、状况和联系，缩小表示在平面上，使海洋区域的模型和信息载体。航海用的海图属海洋工程技术图，图上详细标绘了航海图的六大要素：海岸、海底地貌、航行障碍物、助航标志、水文及各种界线（航道、锚地、海底管线、水中界线）。它是航海人员不可缺少的航海资料和绘算工具。4.5.7海图的内容有：数学要素、图形要素和辅助要素。数学要素：建立海图的数学基础，海图投影及与之有关的坐标系统、基准面、比例尺、编号系统等。海图投影是地球椭球面展示在平面图形上，相应各点坐标之间的解析关系式。常用的投影有墨卡托投影和高斯-克吕格投影。图形要素：海图内容的主要组成部分，它表示出海区各种要素的数量、性质、分布和联系，是地理信息的主体。海图图形要素以专门制定的海图符号系统和注记来表示。（海图图式）辅助要素：帮助读图和用图的要素，如图名、图例、出版单位和时间、接图表等。电子海图以数字形式表示的海域地理信息和航海信息。它与SOLAS规定的纸质海图等效。电子海图制作：数字海图中的数据都是矢量数据，由两个途径得到：数字化仪（不需过多地后续处理）；扫描仪（需后续处理）。电子海图修改：航行通告4.6e-航海（e-navigation）战略e-航海（e-navigation）是在电子导航、数据通信和网络技术在航海中获得广泛而综合应用的背景下，国际海事组织及部分会员国提出的一种战略构想。国际航标协会（IALA）给e-航海（e-navigation）下的定义是：“在船上和岸上，采用电子方法，协调、生成、收集、综合与显示船、岸海事信息，增强系泊—系泊航行安全，改善相关服务和海上保安与海洋环境保护”。几乎将现有的和新发展的航海技术综合在一个系统之中，其目的是增加航海安全和提高营运效率。e-Navigation战略将采用结构化、模块化的模式整合和使用新技术，使新兴技术能够适应目前已经应用的各种相关技术与服务。目前，海上通信导航系统和设备各种各样，独立的运行，即使没有e-Navigation战略计划的实施，这些系统和设备仍会继续向前发展。然而，毫无疑问，上述各种独立的系统和设备之间的差距将会越来越大，发展的不平衡将会导致海上安全的“短板”出现，从而危及海上船舶航行。因此，e-Navigation战略的实施是优化上述系统和设备平衡发展的一个契机，是为了确保上述系统和设备在未来能够全面发展，从而保障船舶泊位到泊位的安全航行。4.6.1IMO确定的e-Navigation战略的核心目标是通过提供航道、气象和导航信息及风险分析，促进船舶航行安全和安保；利用岸上/沿海相应设施，促进船舶交通和管理；方便相互之间的通信，包括船船之间、船岸之间、岸船之间、岸岸之间和其他用户之间的数据交换；为高效运输和物流提供机遇；支持应急响应和搜救的高效运作；验证适用于安全相关的关键服务系统的精度、完好性和连续性定义的级别；通过人机界面集成和显示船岸信息，使航行安全利益最大化，并最大限度地减少用户对船岸信息的混淆和误解风险；通过船岸信息的集成和显示，管理用户工作负荷，同时激励用户参与并支持决策过程；在整个培训和开发实施过程中，将培训和用户需求分析贯穿其中；促进设备、系统、标识符号和运作程序的全球性覆盖、一致性的标准和规划，以及相互兼容性和互操作性，以避免用户之间的潜在矛盾；增强可扩展性，以方便所有海上潜在用户使用。4.6.2e-航海通过船载设备、岸上设备和通信基础设施三个重要组成部分体现其作用：.1船载设备研究船载导航系统，借助本船传感器、支持信息、标准用户接口和完善的报警系统的综合应用，增强导航系统的功能。系统的核心组成部分包括具有高度完善性的电子定位系统、电子海图和减少人为差错的系统性能分析系统。.2岸上设备通过岸上良好的装备，加强协作，以便于岸上操作人员理解和应用的格式，交换综合数据，增强船舶交管性能及改善其他相关服务。.3通信系统设计船舶内部、船舶之间、船岸之间和岸上主管部门和和其他有关部门之间约定的连续信息传输基础设施，可获得减少人为误差等许多好处。第五章海上交通安全保障体系船舶交通服务(VTS)海上安全信息系统航标助航系统船舶远程识别和跟踪系统（LRIT）5.1船舶交通服务(VTS)IMO《VTS指南》：VTS是负责增进交通安全和提高交通效率以及保护环境的主管机关所实施的任何服务系统，其范围从提供简单的信息到广泛管理一个港口或水道的交通。建立VTS的目的：加强水域船舶航行动态的监督管理；有效地增进船舶航行安全、改善交通秩序、减少和预防交通事故；提高水域通航效率并增进航运经济效益、发生海事时协调行动及支持联合行动。5.1.1VTS管理者：主管机关、VTS机构、VTS中心、VTS操作员。管理对象：使用（参加）VTS的船舶（具备一定通信设备）。设备：监测设备、信息传输设备、信息处理设备、系统保障设备。规章：VTS管理程序、管理法规。监测设备：雷达、水文气象、AIS。信息传输设备：VHF岸台、微波、有线电话。信息处理设备：雷达数据处理及显示、船舶交通数据处理、录像录音。系统保障设备：电源、机房空调、避雷、交通工具。雷达设备：对所覆盖水域目标的采集与监视。水文气象设备：监视水域水文气象状况（潮位、能见度、风向风速、气温、湿度、气压、雨量）。AIS岸台设备：进行船-岸信息交换。VHF岸台设备：建立VTS中心与船舶之间的工作联系(语音）。微波传输设备：将雷达站采集的信息传至VTS中心，并将VTS中心发出的对系统的控制、监测信号送至雷达站。雷达数据处理与显示设备：对雷达信息进行杂波处理；进行目标检测、录取、跟踪、危险判断、报警；对多雷达站的信息进行融合；显示雷达图象。船舶交通数据处理及显示设备：记录、统计、分析船舶动静态数据及船舶交通有关信息并显示。录音录像设备：为事故调查、交通分析提供资料。5.1.2VTS功能数据搜集：船舶、航道、环境、水文气象。数据评估：根据搜集的信息，判断船舶是否有违章、危险。信息服务：定时或应船舶要求播发信息。航行协助服务：在困难航行或气象环境下协助船舶。交通组织服务：为了避免出现危险局面并使VTS区域内的交通安全有效而规划交通活动。支持联合行动：发生海事时，与其他海上交通管理部门密切配合，协调信息流。VTS在提高船舶交通安全和效率及保护环境方面发挥了重要的作用。随着海上交通的发展及科学技术的进步，VTS功能不断完善。为此，IALA出台了“船舶交通服务（信息服务INS、交通组织管理TOS和助航服务NAS）的规定（IALA导则1089,第1版，2012.12），对VTS所提供的三种不同类型服务进行说明和规定，目的在于实现全球范围内所提供服务的协调性，以避免VTS服务信息发生混淆。5.1.3VTS信息服务（INS）包括维护交通图像和交互交通和发展中交通情况。信息服务应提供必要且及时的信息，以协助船上的决策过程，包括，但不限于：·船舶的位置、识别码、预计目的地；·修订和改变有关VTS公布的相关信息，如区域边界、程序、无线电频率、报告点；·船舶交通变动强制报告；·气象和水文条件、航海通告、助航设施；·船舶在VTS区域的航行操作的限制，可能限制其他船只的航行，或其他潜在的障碍；·任何有关船舶航行安全的信息。交通组织服务（TOS）是一种防止海上交通危险情况发展，并提供VTS区域内的船舶交通安全和有效运行的一种服务。它涉及交通的运营管理和船舶动向规划，特别是高交通密度或船舶变动可能会影响交通的情况。提供的信息种类：交通疏导、停泊、强制执行、水路管理。助航服务（NAS）是提供必要和及时的航行相关信息，帮助船舶按指定的安全航线航行，以及监视其状况。它也可以包含相关航行建议与指导。在航行困难或气象情况差以及航行信息有缺陷或不足的情况下，助航服务是特别重要的。助航服务是对其他导航服务的一个重要补充，如引航。当船舶提出请求时，不论是否有引航员在船上，当航行环境可以被VTS监测，都要提供助航服务。助航服务在整个过程中需要积极的识别和沟通。如果可能且时间允许的话，应该按照助航服务相关规定，预先检查助航设备以确保船舶能够获得有效的助航。为了提供有效的助航服务，VTS操作人员应进行相应专业培训，并随时防备危及航行安全状况的发生。我国的VTS发展情况：截至2013年1月，我国建立了44个VTS中心，187个雷达站，基本实现了全国沿海主要港口、重要水道和长江干线水域的全方位覆盖。据初步统计,我国VTS规模总量已经占到世界的近1/3,VTS系统监管水域达到7万多平方公里,已经成为世界上建设VTS最多、监控水域面积最大的国家,绝大部分VTS系统设备已经达到了中等发达国家水平,新建的已经达到国际先进水平。中国VTS系统生产供应商主要包括德国ATLAS、HITT、挪威NOUCONTROL、法国的SOFLO、美国MATING等国外厂家。到目前为止还没有一家国产系统生产供应商。厂商利用远程维护技术对系统进行售后支持。所以我们的交通信息根本不具备保密性，而且维护费用昂贵。VTS国产化研究：研究硬件数据处理技术，包括雷达数据处理核心技术，图像显示技术。5.1.4VTS信息的重要性VTS的船舶实时动态信息是港口生产、船舶营运的决策依据，是保证港口生产各环节衔接顺畅、高效的关键性因素。VTS掌握的海上交通动、静态信息，将提高海事管理部门的工作效率.海上搜救部门可通过调用VTS交通图像,实施有效的搜救.引航、边防及海关等部门通过接入VTS终端,共享VTS信息,有助于提高其工作效率.IALA建议的传输数据的标准格式，包括航行数据格式，船舶数据格式和跟踪数据格式。航行数据内容包括目的地、预计到达日期和时间、载货类型等，此信息是在船舶被识别或当信息发生改变时发送，航行相关数据每隔6分钟或当数据被请求时发送一次，在数据发生变化时应及时修正，并立即发送。船舶动态位置数据需要周期性发送，用于在相邻VTS系统信息交换，以便过渡区域时相邻VTS管理交接，从而保证对目标的连续跟踪，主要包括日期和时间、位置、航向、速度等目标跟踪信息。动态数据的发送时间间隔一般不大于3秒。目标跟踪数据具有实时性和周期性，其更新时间间隔通常为3秒。通用海上数据模型（UMDM）特征如下UMDM是航海领域的一项抽象表示。它代表该领域现存实体和实体之间的关系，但不代表处理过程。UMDM的目的是给用户（如软件工程师）一个实体和实体间关系的一般性理解。UMDM既不是一个数据库也不是一个接口。该模型不包含物理实体内部的细节。但是，UMDM可用于指导数据库和接口的开发，它们是实体的物理描述。通过定义一个一般性参考，可以确保所有执行人员按照统一的方式理解实体和其之间的关系UMDM为满足未来需求具有较强的灵活性和扩展性。新的实体可以由任何e-Navigation相关人员通过注册过程确认而添加进来。一旦注册，该实体就对所有相关人员可用；因此是开放的、公共的接口。UMDM也可以用于私有实体，这类实体不用公开注册。该模型是模块化的，而且是一个适当的子集，很容易引用。UMDM可以代表任何海上相关实体，并能够扩展到其他新的实体，能够被任何e-Navigation相关利益者和执行者进行接入，因此，它在海事领域应该是通用的。信息交换技术对于数据库之间的数据交换,可通过开放式数据库协议(ODBC)进行交换,通过开放数据库访问权限,进行数据库之间的直接访问.对于专用数据格式的信息交换,通常需将专用数据格式转化为双方共同给定的数据格式,如ASCⅡ,采用会晤层通信协议进行传输和交换,包括HTTP等;也可以利用物理层进行数据交换,如约定格式的数据通过RS232物理接口传输.于数据库数据与专用格式数据的综合交换,通常利用TCP/IP网络,数据交换机制通常选用中间件的方式和面向对象的设计方法,各系统之间采用统一的通信协议进行数据交换.在异构系统互联软件开发过程中,需要一个适应于在分布及异构计算机环境下开发应用软件的公共框架,使开发的软件既面向对象又具有可重用、可移植及可互操作等特点.在网络环境下的应用必须是分布的。5.2海上安全信息系统交通信息来源：船舶报告系统；航行警告与航行通告；VTS;GMDSS安全信息;AIS.1．船舶报告系统：以IMO《船舶报告系统的一般原则》为基础，使用标准船舶报告格式和程序。通过无线电报告提供、搜集或交换信息，这些信息用于搜救、交通服务、天气预报和防止海上污染等目的。标准报告内容包括25个项目.程序：航行计划、船位报告、偏航报告、最终报告、其它报告。2．航行警告与航行通告：向船舶传递有碍航行安全的有关海上交通环境的信息。（交通服务的重要手段与方式）船舶获取重要航行安全资料的渠道：正式出版的航海图书；航行通告；航行警告。全球无线电航行警告系统（WWNWS）：1977年建立，全球性合作体系。将全球划分为16个播发航行警告区域。（我国位于11区）地方航行警告：由港口主管机关发布，不超过其管辖水域。沿海航行警告：由国家协调人发布（我国为交通部），距岸200海里区域航行警告：由区域协调人发布，范围700海里3．VTS信息：实时动态4．GMDSS安全信息:航行警告;气象预报和警告;紧急的安全信息.INMASAT系统的安全通信网（SafetyNET）业务：覆盖两极区域外的所有海区。国际NAVTEX业务：地面中频广播，覆盖450NM。利用窄带直接印字电报（NBDP）和自动接收海上安全信息（MIS）。5.AIS信息：船舶静态、动态信息；航次相关信息；安全信息；适用专用电文ASM我国已建设的船舶航行安全保障系统：GMDSS、RBN/DGPS、VTS、AIS等。GMDSS包括：北京海事卫星通信地面站、无线电通信的海岸电台（HF、MF、VHF—DSC、NBDP）、低极轨道搜救卫星系统终端站（LUT）和控制中心（MCC）、NAVTEX航行警告和安全信息播发台（大连、上海、福州、广州、三亚）、中国船舶报告系统（CHISREP）。截止2013.1，全国沿海建有1个国家AIS数据中心；3个海区管理中心；19个辖区维护中心；143个AIS基站（双机）。长江干线建有1个水系中心；5个辖区中心；68个AIS基站（单机）。全国内河（长江除外）建有4个水系中心；15个辖区中心；256个基站（单机）。内河和沿海AIS岸基系统实现了互联互通，其信息全部汇入国家AIS数据中心。5.3航标助航系统航标系统是海上交通安全保障体系的重要组成部分，航标技术的发展对海上交通运输、海洋资源开发、海洋渔业、国防建设和维护国家主权具有极其重要的意义。航标系统的正常运行与在航船舶对航标信息的正确、及时地掌握关系到重大的海上人命与国家财产安全。航标是航行标志的简称，是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志。航标按工作原理可分为视觉航标（Visualaidstonavigation）、音响航标（Audibleaidstonavigation）、无线电航标（Radioaidstonavigation）和AIS航标四类。e-ANSI系统是对IMO/IHO全球航行警告业务（WWNWS）的一种补充，可向船舶通告其周围的航标状态发生变化，可能危及航行安全。向船舶播发e-ANSI的同时，也将这些信息提供给WWNWS协调国，通过WWNWS采取相应的措施。目前e-ANSI已纳入e-Navigation框架。e-ANSI系统主要是利用航标主管部门的遥测系统与当地的通信系统，以合适的数据格式播发有关信息。在AIS适用区域，AIS系统很适合于播发e-ANSI电文。可用的AIS电文有电文14（安全相关文本电文），电文8、6（广播、寻址二进制电文）和电文21（航标电文）。5.3.1航标报告AIS在航标上的应用，可进一步改善和加强为海员服务。IALAA-126建议（AIS在航标上的应用）为AIS在此领域的应用提出了一系列的建议与指南。ITU规定电文21为“航标报告”：·航标类型；·航标名称；·航标位置；·航标位置精度指示；·定位设备类型；·在位/移位状态；·真实与虚拟航标辨识；·航标尺度与基准位置；·航标系统状态。AIS航标站的主要功能：·提供有效和全天候的识别方法；·补充现有的