利用AIS双向通信的客船航运管理系统及其控制方法

摘要

本发明涉及一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统及其控制方法，其包括：控制中心，接收来自多个无线基站的实时AIS位置信息，分析客船的进出港状态，向客船航运管制中心通知当前航运状态；港口所辖客船航运管制中心，包括：海岸无线基站装置，将控制中心所提供的陆地信息转发给海上终端，接收海上终端发送的位置信息及航运相关信息并传送给控制中心；客船监控装置，与上述控制中心相连并将所出入的客船情况实时表示于电子航海图，监控海上航行的客船位置；而且客船航运管制中心提供信息；海上客船终端，接收并显示利用电子航海图的航海支援功能及陆地传送的海上安全航海支援短信息，并将自己的位置和客船航运信息传送至陆地。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统及其控制方法，尤其是一种利用AIS通信无线电台构件技术、AIS无线通信及有线通信应用技术、客船终端制作技术及客船位置信息，自动分析客船航运状态，保护人命，管理海上安全的利用AIS双向通信的客船航运管理系统及其控制方法。

背景技术

一般而言，AIS(Automatic Identification System)为防止客船相撞并有效进行海上交通管理，通过国际规定的超短波(VHF)电路周期性地发收客船名称、种类、位置信息、航速、航向及与航海相关的信息，并与陆地及其他客船自动交换信息及相关数据的装置。

这些AIS设备分为Class A及Class B两种等级，Class A的客船搭载移动业务设备，定义为满足国际海事机构(IMO)的AIS搭载相关的条件；而Class B的客船搭载移动业务设备，定义为无需满足国际海事机构的AIS搭载相关的所有条件，而只提供部分功能。

此时，Class A为利用SO-TDMA(Self-Organized TDMA)，最大限度地减少客船相互之间数据冲突，以最快的周期发送信息的系统；而Class B利用CS-TDMA(Carrier-Sense TDMA)，只在AIS网络空闲的时间发送信息，因此在不给利用SO-TDMA的现有网络增加负担的范围内发送信息(在AIS网络负荷大时不接收信息)的系统，功率为2.5W一下，只对有限的客船显示自己的信息的系统。因此，一般的渔船或小型客船，大多使用不满足国际规定，而只满足国内规定的小功率的Class B类型AIS。

但是，在现有技术中，对客船进行航运管理时，采用航运管理公司直接利用VHF语音通信与客船的乘务员(海运公司/船长)进行交流，一一地报告情况及听取情况的系统，乘务员(海运公司/船长)为航海中的报告需利用单独的语音通信一一地查看/确认情况进行报告，但在高速航行的客船往往不能关注报告事宜，导致客船陷入困境或降低对危险的应对能力，而航运管制人员则需每次利用手动语音通信了解状况。另外，了解状况之后还需另行拟定报告书，因此过程繁琐，准确性不高。

另外，在发生事故时只能依靠航行的客船的船主及船员的报告，因此延误相关人员的报告及措施，不能在发生经济损失及遇难事故时迅速采取措施，甚至发生遗漏报告的严重事件。另外，若延误进出港时发生的所有情况的报告及非常联络，将给海上安全造成绝对的威胁，不能采取迅速救援，而且因客船航行时不能实时跟踪位置，也给客船的进出港时间管理造成困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统，在海上构建国际规格的AIS无线通信系统，进行实时监控，判断是否按预定航线及计划时间正常航行，自动了解客船中所发生的紧急/异常状况并对其进行控制。

本发明的另一目的在于，提供一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统，通过准确迅速地掌握航行状态，防止时间损失，降低经济损失，并安全地保护和救援海上人员的生命安全。

本发明有一目的在于，提供一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统的控制及通信方法，通过控制给海上运行的客船设置终端并对其进行管理的港口所辖客船航运管制中心及设置于控制中心并利用AIS双向通信的客船航运管理系统，提供附加的安全信息，支援安全的航行，进行迅速的报告并采取以此为基础的措施。

为达到本发明之目的，本发明提供一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统，包括：控制中心100，接收来自位于各港口的多个无线基站的实时AIS位置信息，自动分析客船的进出港状态，向位于各港口的客船航运管制中心通知当前航运状态；港口所辖客船航运管制中心200，包括：海岸无线基站装置210，将上述控制中心所提供的陆地信息转换为二进制形式的AIS格式并转发给海上终端，接收海上终端发送的位置信息及航运相关信息并传送给控制中心；客船监控装置220，与上述控制中心相连并将所出入的客船情况实时表示于电子航海图，实时监控海上航行的客船的位置，自动确认和监视是否按指定航线及计划时间航行；而且提供位于各港口的客船航运管制中心及途径周边的客船信息，自动完成对客船的迅速救援，海上安全管理，航运监控及管理等；海上客船终端300，接收并显示利用电子航海图的航海支援功能及陆地传送的海上安全航海支援短信息，并将自己的位置和客船航运信息传送至陆地。

另外，提供一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统的控制方法，为由整合并控制客船航运信息的控制中心、与上述控制中心有线连接并管理港口所辖客船的港口所辖客船航运管制中心、设置于海上航行的客船进行无线通信并受到控制的海上客船终端构成的利用AIS双向通信的客船航运管理系统的控制方法，包括：从上述控制中心向上述港口所辖客船航运管制中心提供海上状态信息的步骤；从上述海上客船终端向上述港口所辖客船航运管制中心，请求批准从港口内侧出港的步骤；经上述港口所辖客船航运管制中心的判断，若状态正常，则发送批准该客船出港的命令，但若判定为气候变化及非常状态等非正常状态，则发送取消出港的命令的步骤；上述港口所辖客船航运管制中心，若判定该客船状态正常，则向控制中心通知批准出港的步骤；上述海上客船终端，不管停止或出港，都持续向上述港口所辖客船航运管制中心通知位置信息的步骤；上述港口所辖客船航运管制中心，持续将来自上述海上客船终端的位置信息转发给控制中心的步骤；若该客船的位置离开港口区域，上述控制中心向上述港口所辖客船航运管制中心通知出港状态的步骤；上述海上客船终端继续将出港之后的位置信息通知给上述港口所辖客船航运管制中心的步骤；上述港口所辖客船航运管制中心，以来自船舶的实时位置信息为基础，周期性地与客船航线及计划进行比较，判断正常航行与否并将判断信息告知管制人员的步骤；若出港的客船位置进入港口区域，上述控制中心将通知入港状态的步骤。

本发明一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统，可实现根据国家法律由国家执行的客船的港口航运管制的自动化，有效运营管制人员，节省人力费用，而且在海上航行或操作过程中的客船发生海上事故时，可立即接收通过终端传送的求救信号，使救援人员迅速移动至相应位置进行搜救，减少人员及财产损失。

本发明一种利用AIS双向通信的客船航运管理系统及其控制方法，可通过设置于客船的无线终端与港口所辖客船航运管制中心进行无线通信，可根据控制中心的管制及指示进行控制，不仅可以降低经济损失，防止人力损失，而且还可迅速采取海上安全措施。

附图说明

图1为本发明较佳实施例利用AIS双向通信的客船航运管理系统整体概要结构图；

图2为说明图1所示控制中心装置详细结构及工作原理的详细结构框图；

图3为说明图1所示港口所辖客船航运管制中心装置结构及工作原理的框图；

图4为说明根据本发明构成的设置于海上客船的终端装置和港口所辖客船航运管制中心之间的航运控制过程的框图；

具体实施方式

下面，结合附图对本发明较佳实施例进行详细说明。

(实施例)

图1为本发明较佳实施例利用AIS双向通信的客船航运管理系统整体概要结构图；图2为说明图1所示控制中心装置详细结构及工作原理的详细结构框图；图3为说明图1所示港口所辖客船航运管制中心装置结构及工作原理的框图；图4为说明根据本发明构成的设置于海上客船的终端装置和港口所辖客船航运管制中心之间的航运控制过程的框图。

在图中，100为控制中心；110为整合网关(gateway)；120为自动航运分析服务器；130为数据库(DB)。另外，200为港口所辖客船航运管制中心；230、260、290为第一～第N港口所辖客船航运管制中心；210、240、270为海岸基站装置；220、250、280为客船监控装置；300为海上客船终端；330为第一客船终端；360为第二客船终端；390为第N客船终端。

本发明利用AIS双向通信的客船航运管理系统中为双向通信所采用的AIS无线通信技术是VHF频带通信技术，是国际海事机构(IMO)所采用的国际规格的双向无线数据通信技术，可将客船的位置信息自动从一个客船传送至另一个客船，或从一个客船传送至陆地中心(VTS)。其主要功能有：短信息(SMS)发送，按不同管理区域的信道管理、一对一或一对多消息发送、为特定应用程序的二进制消息处理及在分配模式中的报告书报告周期调整等。

另外，客船监控装置和自动分析系统，利用作为GIS技术的电子航海图信息，并遵循国际标准的S-57数据模型及S-52表达方式。

陆地上的位置信息整合使用基于TCP/IP的通信网，在TCP/IP基础上实现上级协议，构建能够接收海上AIS通信格式及NMEA0183格式的协议，整合及分配各装置之间的信息。

另外，客船终端可发收用于连接AIS通信装置的NMEA0183格式，并嵌入式平台中安装可驱动电子航海图的程序。另外，在电子航海图上显示自己的位置以用于航海，并接收陆地所发送的信息。

首先，如图1所示，本发明利用AIS双向通信的客船航运管理系统，包括：控制中心，用于接收来自位于各港口的多个无线基站的实时AIS位置信息，自动分析客船的进出港状态，并向位于各港口的客船航运管制中心通知当前航运状态。内置于此控制中心100的整合网关110，连接于内置在港口所辖客船航运管制中心200的无线基站装置210、240……270，并整合管理显示于各客船监控装置220、250……280的个别客船信息。上述控制中心100连接于自动通知及确认并分析客船出入港的自动航运分析服务器120，而自动航运分析服务器120为连接于保存客船的所有人信息、乘船人员、出港目的、航运记录及管理信息等的数据库(DB)130。

另外，港口所辖客船航运管制中心200，包括：海岸无线基站装置210，将上述控制中心所提供的陆地信息转换为二进制形式的AIS格式并转发给海上终端，接收海上终端发送的位置信息及航运相关信息并传送给控制中心；客船监控装置220，与上述控制中心相连并将所出入的客船情况实时表示于电子航海图，实时监控海上航行的客船的位置，自动确认和监视是否按指定航线及计划时间航行；而且向位于各港口的客船航运管制中心提供信息，自动完成对客船的海上安全管理及航运管理等。

另外，海上客船终端300接收并显示利用电子航海图的航海支援功能及陆地传送的海上安全航海支援短信息，并将自己的位置和客船航运信息传送至陆地。

本发明的发明人制作及开发出上述结构并使用作为海上公用通信频带的AIS用VHF通信频带的专用客船终端及专用基站装置，并开发出可整合及分析几台至几万台终端的位置信息的AIS位置信息整合网关和航运及航海分析服务器装置。另外，为陆地通信开发出可与NMEA0183格式兼容的双向消息格式，并开发出陆地和客船之间通信的二进制通信格式。本发明控制中心100，理论上可以2,250艘(ships)/分(min.)的速度向客船发送消息。

上述控制中心100，包括：整合网关110，接收来自位于各港口的多个无线基站的实时AIS位置信息，而通信格式采用可与海上的NMEA0183兼容的格式；自动航运分析服务器120，分析上述港口所辖客船航运管制中心所提供的信息，自动分析处理客串的航运与否；数据库(DB)130，保存客船信息、控制中心的指示事项及处理信息。

其次，结合附图2对控制中心100所包括的自动航运分析服务器120及整合网关110的结构及工作原理进行具体的说明。

自动航运分析服务器120，包括：TCP/IP通信连接模块112、客船航运分析算法模块114、港口区域和海上安全相关区域数据及管理模块116、电子航海图数据及管理模块117、出入港处理数据库连接模块118及传播航运分析算法模块119。

在此，TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)为因特网基本通信协议，也用于内联网或外联网等专用网，在用户为接入因特网而设置自己的计算机时安装TCP/IP程序，而且以此与同样使用TCP/IP协议的其他计算机用户交换消息或获取信息。

上述自动航运分析服务器120连接于内置在整合网关110的TCP/IP通信服务器模块108进行TCP/IP规则的通信，实现收发客船的位置信息、航运批准信息等的功能。

客船航运分析算法模块114，提供对个别客船的航运与否及状态进行分析的算法。

港口区域和海上安全相关区域数据及管理模块116，将判定为客船入港状态的区域识别为港口区域(zone)，保留关于安全的航海相关区域的信息并对其进行管理。

电子航海图数据及管理模块117，提供用于海上航海的电子航海图的数据和更新信息及并管理上述内容的功能。

在此，电子航海图(Electronic Navigation CHART(ENC))是指为用于电子航海图显示系统(ECDIS)，而将纸质航海图上所出现的海岸线、等深线、水深、航道标志(灯塔、灯浮)、危险物、航道等与客船的航海相关的所有航海图信息，按照国际水路机构(IHO)的标准规格(S-57)制作出来的数字航海图。

另外，出入港处理数据库连接模块118，驱动处理及整理并保存航海船舶航运信息及数据的数据库的装置。

上述传播航运分析算法模块119，是利用航道、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)及船速信息，分析处理船舶航运状态的模块。

另外，整合网关110，包括：服务器双重处理模块102、实时位置信息处理队列103、控制或短信息处理列队104、位置信息和控制及短信息传送协议分析模块106；基于位置的分散处理模块107、TCP/IP通信服务器模块108，从而由TCP/IP通信服务器模块108接收处理上述海上客船终端300所提供的信息，并利用双向通信向上述TCP/IP通信连接模块112通知及处理客船位置信息及航运批准信息。

另外，如图3所示，第一～第N港口所辖客船航运管制中心230、260、290，各包括第一～第N海岸无线基站装置210240……270和第一～第N客船监控装置220、250……280。

上述海岸无线基站装置210具备AIS基站控制装置206，其包括：AIS收发器电波滤波器202，向外部连接VHF天线过滤所需电波；AIS收发器204，连接于上述AIS收发器电波滤波器202并完成发送和接收工作；电源装置控制模块208，连接于上述AIS收发器204并控制收发器控制及消息接口模块207和电源；及AIS消息TCP控制及传送模块209，控制及传送AIS消息。

上述海岸无线基站装置210为用于与航行于近海的客船进行通信的基站，可陆地设置多个。

上述客船监控装置220，包括：用于处理出入港业务的出入港业务处理模块212、将客船位置显示于显示装置(未图示)的客船位置显示应用模块213、显示安全和警告音及信息的安全相关警报信息显示应用模块214、显示电子航海图的电子航海图显示模块216、保存及处理并管理电子航海图数据的电子海图数据及管理模块217、连接基站装置和通信网的基站装置TCP连接模块218及联动控制中心100信息的中心信息连接模块219，而通过控制中心100及TCP/IP通信，上述AIS消息TCP控制及传送模块209与中心信息连接模块219连接通信，而上述基站装置TCP连接模块218与上述AIS消息TCP控制及传送模块209连接通信。

通过上述结构，通过利用无线终端与个别客船进行通信，检查客船的位置信息及航运状态，而通过与控制中心100的通信，相互交换上述信息并接收控制指示。

本发明利用AIS双向通信的客船航运管理系统，1)实现通过客船和陆地间AIS的航运通信消息格式及算法技术；2)实现在陆地整合客船位置信息的基站装置、整合网关及客船监控装置之间的连接技术；3)基站装置、整合网关、客船监控装置之间的通信协议消息规格及通信执行算法技术；4)实现通过实时分析几台至几万台的AIS位置信息，自动分析客船是否按预先规定的航道及指定计划安全航行的技术，及通过分析AIS的结构信息转发至相应机构的技术。

另外，结合附图4对本发明利用AIS双向通信的客船航运管理系统控制方法进行详细说明。

本发明利用AIS双向通信的客船航运管理系统的控制方法，为由整合并控制客船航运信息的控制中心、与上述控制中心有线连接并管理港口所辖客船的港口所辖客船航运管制中心、设置于海上航行的客船进行无线通信并受到控制的海上客船终端构成的利用AIS双向通信的客船航运管理系统的控制方法，

1)从控制中心向港口所辖客船航运管制中心提供海上状态信息的步骤中，通过控制中心的整合网关110向港口所辖客船航运管制中心210，提供包括客船将要出航的海上气象信息及其他限制事项的一般信息。

2)从海上客船终端向港口所辖客船航运管制中心，请求批准从港口内侧出港的步骤中，在位于海上的客船设置无线终端，向港口所辖客船航运管制中心提供出航所需信息并发送批准出港的请求。

3)经港口所辖客船航运管制中心的判断，若状态正常，则发送批准该客船出港的命令，但若判定为气候变化及非常状态等非正常状态，则发送取消出港的命令的步骤中，将满足海上状态及出港所需条件的情况判定为正常状态，而将不满足上述提案件的情况判定为非正常状态，并将相应的命令传送至客船。

4)港口所辖客船航运管制中心，若判定该客船状态正常，则向控制中心通知批准出港的步骤中，将发送给该客船的出港批准通知报告给控制中心进行管理。

5)海上客船终端，不管停止或出港，都持续向港口所辖客船航运管制中心通知位置信息的步骤中，在个别客船上设置终端并将通过GPS等装置等接收到的位置信息，通知给设置于陆地的港口所辖客船航运管制中心。此时，可一并提供包括位置信息在内的客船的航运状态及管理状态信息。

6)港口所辖客船航运管制中心，持续将来自海上客船终端的位置信息转发给控制中心的步骤中，将来自个别客船的信息直接提供至控制中心，实时提供未经加工的数据，从而综合了解关于客船的准确信息，并判断及管理安全航行与否。

7)若该客船的位置离开港口区域，控制中心向港口所辖客船航运管制中心通知出港状态的步骤中，若离开一定区域(zone)，则继续通知相应位置，从而自动通知出港及航行状态。这可通过利用AIS双向通信提供实时信息的算法实现。

8)海上客船终端继续将出港之后的位置信息通知给港口所辖客船航运管制中心的步骤中，利用无线终端实时报告出港的个别客船的位置信息。从而，在不能收到位置信息等数据的情况或在一定地点持续停留一定时间以上时，则判定为非常/异常状况，可采取紧急联络及非常措施。

9)若出港的客船位置进入港口区域，控制中心将通知入港状态。在此步骤中也可持续获得位置信息进行识别，因此无需另外的通知即可判定已入港。此时，可相互交换入港所需的各种信息。

本发明的构成中，上述控制中心和港口所辖客船航运管制中心之间的通信采用有线通信方法，而上述港口所辖客船航运管制中心和海上客船终端之间采用AIS双向通信。

从而，不仅利用双向通信确认入港及出港的所有客船的身份并进行航行申请，而且构建可在海上或陆地的紧急状况下迅速应对的体系。

因此，大幅降低海上安全事故，实现迅速的航运处理和控制，提高经济效益，减少时间浪费。

上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。