近海船舶管理移动AIS数据模型研究

论文摘要

随着我国市场经济和全球贸易的快速发展,海上交通也发展迅速,船舶数量及船舶速度都不断提高,导致海上交通密度也不断增加,给船舶避碰、港口交通管理和航行安全提出了新的要求。但现有的通信导航设备存在着很多的局限性,同时又由于海上交通数据具有更加复杂的特征,因此需要一个更科学高效的空间数据模型来存储和组织管理。传统的AIS系统存在着覆盖范围小、指挥协调能力差等缺点,需要针对具体的应用需求进行改进和扩展。数据模型是GIS应用系统建设的核心和基础,移动AIS数据模型的建立可以为GIS在海上交通行业的应用奠定基础。本文首先运用面向对象的建模方法和UML建模语言,以移动GIS和空间数据模型理论为基础,在面向对象理论的基础上进行改进和扩展,提出了一个可操作的、适用于关系数据库和对象关系型GIS的面向对象的移动GIS数据模型,更好地解决了移动GIS空间数据的存储和检索问题。在此基础上,通过对AIS与GIS间相互集成关键技术的研究,解决了两者间数据转换以及通信的问题。将其应用理论及技术研究的成果,通过对近海船舶管理对象进行抽象与分析,建立了近海船舶管理移动AIS概念模型、数据库结构模型、逻辑结构模型和模型的功能模块,使其能够反映近海船舶管理的基本网络特征和移动特征,解决了近海船舶管理中的动态性、实时性以及可视化等问题,从而对理论研究进行验证。最后通过近海船舶管理信息系统的设计与原型开发,对模型理论进行了进一步的验证和应用,并设计出一套具有示范意义的近海船舶管理信息系统架构。本文的主要创新点在于:(1)提出了一种以“面向对象技术”来描述、表达移动GIS空间数据的方法,更好地解决了移动GIS空间数据的存储和检索问题。(2)首次提出了“移动AIS”的概念,就移动GIS与AIS两者间的集成方法进行了研究与论证。(3)建立了近海船舶管理移动AIS的数据模型,为AIS的新型应用提供了一个先进的、同时又具备实用性和可操作性的数据模型。(4)在前述基础上,设计实现了一套近海船舶管理信息系统的软件原型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 研究的目标、内容与方法
• 1.4 论文组织结构
• 2 理论基础与研究方法
• 2.1 移动GIS 与空间数据模型
• 2.1.1 移动GIS 主要研究内容
• 2.1.1.1 移动GIS 的概念
• 2.1.1.2 移动GIS 体系结构
• 2.1.2 传统空间数据模型及空间数据库
• 2.1.2.1 空间数据模型
• 2.1.2.2 空间数据库
• 2.1.2.3 空间数据库设计的基本步骤
• 2.1.3 面向对象的移动GIS 数据模型
• 2.1.3.1 传统的空间数据模型
• 2.1.3.2 面向对象的移动GIS 数据模型
• 2.2 AIS 及其数据模型
• 2.2.1 AIS 的主要研究内容
• 2.2.1.1 AIS 简介
• 2.2.1.2 AIS 结构及其功能
• 2.2.1.3 AIS 技术特点
• 2.2.2 AIS 通信模型以及信息表达方法
• 2.2.2.1 AIS 工作模式
• 2.2.2.2 AIS 的数据类型
• 2.2.2.3 AIS 的网络通信模型
• 2.3 基于AIS 的移动GIS 体系扩展
• 2.3.1 AIS 在近海船舶管理应用中的不足
• 2.3.2 基于AIS 的移动GIS 扩展，移动AIS
• 2.4 UML 与GIS 数据建模
• 2.4.1 UML 语言及其发展
• 2.4.2 基于UML 的信息建模
• 2.4.3 基于UML 的GIS 数据建模
• 2.5 模型驱动的GIS 设计与开发
• 2.6 小结
• 3 AIS 与GIS 集成关键技术研究
• 3.1 利用GIS 技术进行岸站接收机选址
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 视线覆盖距离计算模型
• 3.1.3 最大通信覆盖距离计算模型
• 3.1.4 地球突起高度计算模型
• 3.1.4.1 地球表面弯曲影响计算
• 3.1.4.2 大气对电波的折射影响计算
• 3.1.5 利用GIS 进行岸站选址分析
• 3.1.5.1 准备、处理地形数据，进行站址初选
• 3.1.5.2 使用DTM 分析方法优化站址选择方案
• 3.1.5.3 实地勘查验证
• 3.2 利用SOCKET 通信连接GIS 与AIS
• 3.2.1 Windows Socket 介绍
• 3.2.2 网络架构设计
• 3.2.2.1 采用的工作流程
• 3.2.2.2 采用的数据传输介质
• 3.2.2.3 采用的网络开发环境
• 3.2.3 通信接口编程
• 3.2.3.1 编程原理
• 3.2.3.2 通信流程
• 3.3 AIS 与GIS 间数据相互转换
• 3.3.1 电子地图和电子海图
• 3.3.3.1 电子地图
• 3.3.3.2 电子海图
• 3.3.2 电子海图数据向GIS 格式数据的转换
• 3.3.2.1 S-57 海图数据格式
• 3.3.2.2 MapInfo 数据格式
• 3.3.2.3 数据转换的实现
• 3.4 AIS 数据存储及数据挖掘
• 3.4.1 数据存储方案选择与评价
• 3.4.1.1 以文件形式存储在本机
• 3.4.1.2 空间数据库存储解决方案
• 3.4.2 对传统空间数据库存储解决方案的改进
• 3.4.2.1 AIS 系统自身特点
• 3.4.2.2 分置数据库+FTP 方式实现数据库改进
• 3.5 小结
• 4 近海船舶管理移动AIS 数据模型研究
• 4.1 近海船舶管理移动AIS 数据模型设计的思路、目的和原则
• 4.1.1 模型设计的目的
• 4.1.1.1 对船舶数据进行有效管理
• 4.1.1.2 能够覆盖一定海域和内河航道范围的船舶
• 4.1.1.3 航只管理和查询
• 4.1.1.4 船只监控和报警，及时与AIS 收发机通讯
• 4.1.1.5 数据统计分析与决策支持
• 4.1.2 模型设计的原则
• 4.1.2.1 数据的规范化、标准化
• 4.1.2.2 船舶交通信息与属性信息的集成化
• 4.1.2.3 基于AIS、移动GIS 近海船舶管理应用的可扩展性
• 4.2 近海船舶管理移动AIS 数据模型设计
• 4.2.1 近海船舶管理空间数据库框架设计
• 4.2.1.1 电子海图数据表
• 4.2.1.2 航只属性数据表
• 4.2.1.3 AIS 航行数据表
• 4.2.2 近海船舶管理移动AIS 概念模型设计
• 4.2.2.1 近海船舶管理移动AIS 概念模型定义
• 4.2.2.2 空间实体在移动GIS 分析空间中描述
• 4.3 近海船舶管理模型逻辑结构设计
• 4.4 模型的实现
• 4.4.1 模型的结构设计
• 4.4.1.1 模型的客户端
• 4.4.1.2 模型的服务器端
• 4.5 模型的功能模块
• 4.5.1 GIS 基本功能模块
• 4.5.2 意外情况报警模块
• 4.5.3 船舶信息管理与查询模块
• 4.5.4 历史轨迹回放模块
• 4.5.5 电子海图自动转换模块
• 4.5.6 数据维护模块
• 4.5.7 船舶避碰决策支持模块
• 4.6 小结
• 5 实例应用—近海船舶管理系统设计与实现
• 5.1 系统需求及其对数据的要求
• 5.1.1 GIS 基本功能需求
• 5.1.2 数据维护
• 5.1.3 船舶信息获取与显示
• 5.1.4 实时通讯
• 5.2 系统总体结构设计
• 5.2.1 数据服务层
• 5.2.2 业务分析层
• 5.2.3 人机交互层
• 5.3 基于移动AIS 模型的核心功能实现
• 5.3.1 系统主界面
• 5.3.2 系统功能介绍
• 5.3.2.1 GIS 基本功能
• 5.3.2.2 意外情况报警
• 5.3.2.3 船舶信息管理和查询
• 5.3.2.4 历史轨迹回放
• 5.3.2.5 电子海图自动转换
• 5.3.2.6 数据维护
• 5.3.2.7 决策支持
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 研究工作的主要创新点
• 6.3 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 论文及科研成果