船载AIS信息精度分析及误差预警系统的研究

摘要

近几年来,随着国际贸易的飞速发展,船舶数量不断增多,吨位不断增长,船舶速度和通航密度不断增加,海上主要交通航道越来越拥挤,海难事故频繁发生,严重威胁着海上生命财产安全和海洋环境。由于问题的逐渐暴露和航海科技的高速发展,一种新型的导航通信系统-自动识别系统(Automatic IdentificationSystem,AIS)也随之诞生,为上述问题提出了一种解决方法。
　　 AIS设备自诞生以来,就以其巨大的优势在航运界得到了广泛的应用,但是,AIS设备也有自身的缺陷,比如静态信息在输入时可能不准确,航行中也有可能被篡改,动态信息来源于船舶传感器,信息精度得不到保证,而且在接收端无法对发送端的信息精度进行分析判断等。进一步提高AIS设备传输的信息精度,并在接收端对发送端的AIS信息精度进行分析判断,对发送不符合精度要求的AIS信息的船舶提出纠错预警,将能更大程度的发挥AIS设备的功能效用。本文准备从以下两个方面来解决上述问题。
　　 第一,静态信息精度的分析判断。本文全面的分析了AIS静态信息如MMSI、船名、呼号以及IMO编号等错误的情况,提出了通过在SQL Server2008数据库平台上建立样本数据库并对接收到的解码后的AIS静态信息进行检索比对来分析其精度的方法,并对发送不符合精度要求的AIS信息的船舶向驾驶员或VTS工作人员等AIS设备使用人员提出预警并纠错。
　　 第二,动态信息(主要是船位信息)精度的分析判断。通过建立的卡尔曼滤波数学模型,在Visual C++6.0平台上使用MFC类库实现卡尔曼滤波器的效果,综合考虑GPS误差和实际试验结果来确定船位信息精度的分析评判阈值,对于船位误差超过这一阈值的船舶,向驾驶员提出预警,提醒驾驶员注意,根据实际情况发布合理的船舶操纵指令。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 船载AIS设备产生的背景及应用

1.2 国内外研究现状和本课题的提出

1.3 论文内容的组织与安排

第2章 船载AIS设备的工作原理及通信数据解析

2.1 AIS设备的分类

2.2 船载AIS设备的结构

2.3 船载AIS设备的工作原理

2.3.1 AIS工作信道

2.3.2 AIS信息调制

2.3.3 AIS时隙划分和使用

2.3.4 AIS时间同步

2.3.5 AIS的工作模式

2.3.6 TDMA协议

2.4 AIS通信数据解析

2.4.1 AIS消息种类

2.4.2 AIS动态信息和静态信息

2.4.3 AIS信息更新间隔

2.4.4 AIS信息解码

2.5 船载AIS设备的应用和功能

2.6 本章小结

第3章 AIS静态信息纠错系统的设计

3.1 AIS静态信息错误种类分析

3.1.1 MMSI没有输入或输入不正确

3.1.2 船名输入不正确

3.1.3 船舶呼号没有输入或输入不正确

3.1.4 IMO编号没有输入或输入不正确

3.2 建立AIS静态信息样本数据库

3.3 AIS静态信息的纠错

3.4 本章小结

第4章 AIS动态信息纠错系统的研究

4.1 AIS船位信息误差

4.2 AIS信息坐标转换

4.2.1 AIS设备SOG信息坐标转换

4.2.2 AIS设备船位信息坐标转换

4.3 卡尔曼滤波系统

4.3.1 离散型卡尔曼滤波基本方程

4.3.2 离散型卡尔曼滤波器的设计

4.4 AIS动态信息纠错系统数学模型的建立

4.4.1 采样周期的确定

4.4.2 离散型卡尔曼滤波模型的建立

4.4.3 程序试验结果

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人履历