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船舶自動識別系統(tǒng)信息多樣化共享模式研究
時間:2010年11月26日   作者:佚名  點擊次數(shù): 【字體:

摘要:針對目前存在的AIS信息共享范圍有限、共享模式比較單一、適應(yīng)不同類型用戶需求存在困難的問題,提出了基于INTERNETAIS信息的多樣化共享模式,并對其中的關(guān)鍵技術(shù)、模式的比較及選擇做了深入的闡述。實踐表明,基于INTERNETAIS信息多樣化的共享模式為避免系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、縮短研究和應(yīng)用周期、節(jié)省費用、促進AIS研究和應(yīng)用的協(xié)同合作起到了切實可行的良好效果。

關(guān)鍵詞:水路運輸;互聯(lián)網(wǎng);船舶自動識別系統(tǒng);信息;共享模式

AISAutomatic Identification System)信息在海上數(shù)字交通建設(shè)中起到了非常重要的作用。當(dāng)前,AIS信息在船舶避碰、港口領(lǐng)航、交通調(diào)查、海事信息監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析等方面的研究和應(yīng)用都取得了重要進展[1-4],分析其原理和流程,共同的基礎(chǔ)均為AIS信息全面可靠的獲取,都離不開一個可靠穩(wěn)定的AIS信息采集系統(tǒng),這無形之中給系統(tǒng)的建設(shè)和普及推廣增加了一定的費用和難度。因此提出能否利用飛速發(fā)展的INTERNET技術(shù)平臺,充分共享已采集的AIS信息的問題。AIS信息共享的基礎(chǔ)包括政策機制、商業(yè)規(guī)范和技術(shù)模式等方面內(nèi)容。關(guān)于AIS信息普及共享的政策機制,目前國內(nèi)基本上還是空白;在商業(yè)規(guī)范方面,一些專業(yè)公司已經(jīng)開始逐步探討和推廣基于互惠合作的有嘗的AIS信息服務(wù);而在AIS信息發(fā)布和共享的平臺技術(shù)方面,國內(nèi)外專業(yè)的研究機構(gòu)、科研院所、大型航運公司及航運主管部門的研究和應(yīng)用已逐步普及[5-7]。主要存在的問題是共享范圍有限、共享模式比較單一、適應(yīng)不同用戶的各類需求還有困難。為此,本文將從技術(shù)角度總結(jié)、探討基于INTERNETAIS信息的多樣化共享模式,并對其中的關(guān)鍵技術(shù)及選擇策略做深入的論述。

1 多樣化的共享模式

AIS信息的多樣化共享模式取決于用戶的多樣化需求,并為最終用戶的特定需求服務(wù)。共享模式可依據(jù)共享的信息層次或共享的技術(shù)協(xié)議劃分。依信息層次劃分,可分為應(yīng)用層信息共享和原始數(shù)據(jù)共享;依共享的技術(shù)協(xié)議可以分為基于TCP/IPTransmission Control Protocol/Internet Protocol)協(xié)議和基于HTTPC Hypertext Transfer Protocol)協(xié)議的共享模式。本文將以技術(shù)協(xié)議為主要分類依據(jù)并結(jié)合共享的信息層次對多樣化的共享模式進行闡述。

1.1 基于TCP/IP協(xié)議的共享模式

TCP/IPINTERNET上的主要通信協(xié)議,基于TCP/IP協(xié)議的共享模式如圖1所示,由采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和AIS共享服務(wù)器構(gòu)成(在服務(wù)器速度、可靠性、穩(wěn)定性均滿足條件的情況下,三者也可駐留在同一臺機器上)。在此共享模式下,共享的內(nèi)容主要為原始的AIS數(shù)據(jù)或解碼之后的AIS數(shù)據(jù),遠(yuǎn)程客戶端主要為ECDISElectronic hart Display and Information System)應(yīng)用或數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用(也可能是WebGISWeb Geographic Information System)服務(wù)器)[8-9]。此模式的技術(shù)基礎(chǔ)為遠(yuǎn)程客戶端與各個服務(wù)器之間、各服務(wù)器之間基于TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。AIS采集服務(wù)器負(fù)責(zé)采集來自遠(yuǎn)程AIS信息采集點的信息,經(jīng)過記錄分解后,把AIS記錄直接存到數(shù)據(jù)庫;同時也實現(xiàn)對AIS信息進行解碼,并把解碼之后的動態(tài)信息、靜態(tài)信息(包括航次信息)存入數(shù)據(jù)庫。AIS采集服務(wù)器接受遠(yuǎn)程客戶端基于TCP/IP的數(shù)據(jù)訪問請求,主要工作流程包括針對遠(yuǎn)程用戶的認(rèn)證、授權(quán)、AIS信息檢索、AIS信息發(fā)送等環(huán)節(jié)。其中,AIS信息檢索處理負(fù)責(zé)定時從數(shù)據(jù)庫中的靜態(tài)和動態(tài)AIS信息表或原始AIS信息表中讀取信息并寫入AIS數(shù)據(jù)服務(wù)隊列等待發(fā)送。認(rèn)證處理根據(jù)配置的認(rèn)證信息實現(xiàn)對遠(yuǎn)程用戶的名稱和密碼進行認(rèn)證,而AIS信息發(fā)送處理則根據(jù)認(rèn)證結(jié)果、用戶被授權(quán)信息以及用戶請求的數(shù)據(jù)類型(請求原始AIS信息或者請求解碼之后的數(shù)據(jù))進行數(shù)據(jù)過濾,并把符合條件的AIS信息基于TCP/IP通信機制發(fā)送給請求數(shù)據(jù)服務(wù)的遠(yuǎn)程客戶端。該模式要求AIS共享服務(wù)器具有靜態(tài)的公網(wǎng)IP,在費用有限的情況下,也可以采用利用第三方服務(wù)器的IP交換技術(shù)實現(xiàn)基于動態(tài)IP接受數(shù)據(jù)訪問的請求。

船舶自動識別系統(tǒng)信息多樣化共享模式研究

在遠(yuǎn)程客戶端擁有靜態(tài)公網(wǎng)IP的情況下,AIS共享服務(wù)器也可以采用主動推送數(shù)據(jù)的模式?;玖鞒贪ǎ?/SPAN>

1)從本機配置文件(或數(shù)據(jù)庫中的用戶信息表)獲取遠(yuǎn)程客戶端的IP、端口號及授權(quán)信息。

2)向遠(yuǎn)程客戶端主動發(fā)起TCP/IP連接請求。

3)讀取AIS信息數(shù)據(jù)。

4)過濾數(shù)據(jù)并基于TCP/IP發(fā)送數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程客戶端。

還有一種方案是遠(yuǎn)程客戶端基于TCP/IP協(xié)議直接訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、直接讀取數(shù)據(jù)庫中的有關(guān)信息表,認(rèn)證和授權(quán)信息配置在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上面,并由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成。

1.2基于HTTP協(xié)議的共享模式

INTERNET上的另外一個主流數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為HTTPC Hypertext Transfer Protocol)協(xié)議(全稱為超文本傳輸協(xié)議),它定義了服務(wù)端和客戶端的數(shù)據(jù)傳輸方式,是基于TCP/IP之上的應(yīng)用層協(xié)議,也是目前瀏覽器和網(wǎng)站之間通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。基于HTTP協(xié)議的共享模式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與基于TCP/IP協(xié)議的共享模式基本相同(如圖1所示),主要區(qū)別在于AIS共享服務(wù)器不是安裝著TCP/IP通信的服務(wù)端軟件,而安裝著運行WebGISWebServer。最終用戶在遠(yuǎn)程客戶端以IEC Internet Explorer)或FIREFORX等客戶端的瀏覽器通過HTTP協(xié)議訪問WebServer及其上面的WebGIS服務(wù),因此在此模式下,最終用戶可以直接接收到應(yīng)用層信息的共享服務(wù)(如圖2所示)。WebGIS服務(wù)器可以從AIS采集服務(wù)器獲取實時的AIS信息,也可以從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲取歷史數(shù)據(jù)。此外,Web GIS上面也可以疊加航標(biāo)助航等信息。

船舶自動識別系統(tǒng)信息多樣化共享模式研究

基于HTTP協(xié)議共享模式也可以為各類應(yīng)用程序提供原始AIS信息的共享服務(wù)。主要包括4個步驟:

1)客戶端應(yīng)用程序(非瀏覽器)通過HTTPGETPOST方式向WebServer上的數(shù)據(jù)服務(wù)程序發(fā)起數(shù)據(jù)請求[10]。

2)數(shù)據(jù)服務(wù)程序接受請求,分解其中的請求參數(shù)。

3)進行認(rèn)證和授權(quán)信息的驗證,并形成數(shù)據(jù)檢索條件。

4)從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)并返回給客戶端應(yīng)用程序。

2關(guān)鍵技術(shù)

通過INTERNET實現(xiàn)AIS信息的多樣化共享所涉及的技術(shù)非常之廣,涵蓋從硬件到軟件,從信息采集到信息發(fā)布、信息接收等方方面面的內(nèi)容,本節(jié)將重點探討其中的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及Web發(fā)布技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是基于TCP/IP協(xié)議共享數(shù)據(jù)的基礎(chǔ),在網(wǎng)絡(luò)硬件平臺搭建完成之后,基于Socket的網(wǎng)絡(luò)編程是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的首要問題。Socket是應(yīng)用程序與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層,它負(fù)責(zé)實現(xiàn)所傳輸數(shù)據(jù)的組織及協(xié)議的選擇,是一組面向用戶的編程接口,它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面,對用戶來說,通過調(diào)用接口就可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能,而不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)通信各層協(xié)議之間的細(xì)節(jié)問題。在具體實現(xiàn)時,需要建立Socket通信的服務(wù)端和客戶端,服務(wù)端首先創(chuàng)建監(jiān)聽Socket,接著客戶端向服務(wù)端發(fā)起連接請求,通過三次“握手”并成功之后,服務(wù)端和客戶端可通過通信Socket實現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)通信(也可以看出,Socket服務(wù)端不一定是提供AIS信息的數(shù)據(jù)服務(wù)器端)。

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)文件的集合,在數(shù)據(jù)庫管理軟件的作用下,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和純粹的數(shù)據(jù)文件相比具有一致性好、方便管理、易于共享和分析等優(yōu)勢。在AIS信息共享體系中,數(shù)據(jù)庫可以存放當(dāng)前或歷史的原始AIS信息記錄或解碼之后的靜態(tài)信息、動態(tài)信息、電子海圖數(shù)據(jù)、其它空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù),也可以存放用戶的相關(guān)信息,因此AIS數(shù)據(jù)庫是AIS信息共享、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)和形成決策的前提。在一定意義上,AIS信息數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容決定了整個共享體系功能的實現(xiàn)程度。建設(shè)一個合理的AIS信息數(shù)據(jù)庫需要在需求分析的基礎(chǔ)上經(jīng)歷概念模型、邏輯模型和物理模型設(shè)計等步驟,而數(shù)據(jù)庫的具體應(yīng)用則涉及系統(tǒng)管理、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)備份和恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、SQLStructured Query Language)編程等方面的技術(shù)問題。目前比較流行的大型數(shù)據(jù)庫有Oracle、SqlServer、DB2等,在跨平臺的情況下,Oracle是比較理想的選擇。

Web服務(wù)器是Web應(yīng)用的發(fā)布平臺,常用的Web服務(wù)器有IISInternet Information Services)、Tomcatapache等。而Web應(yīng)用的開發(fā)可以選擇包括JSPJava Server Pages)、ASPActive Server Pages)和PHP C Hypertext Preprocessor)等流行的動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)語言。在系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮開發(fā)語言、Web服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的匹配問題(比如,IIS只能運行于Windows平臺之上,而ASP基本上只運行于IIS之上),同時也要考慮系統(tǒng)的容量、功能、性能以及開發(fā)人員的技術(shù)水平和技術(shù)傾向、開發(fā)周期等因素。關(guān)于WebGIS應(yīng)用的發(fā)布,有許多現(xiàn)成的平臺供使用(包括ArcIMS、MapInfo、intergraph等)?;诂F(xiàn)成的WebGIS平臺進行二次開發(fā)的優(yōu)勢在于開發(fā)人員可以直接調(diào)用WebGIS工具軟件提供的功能,并實現(xiàn)放大、縮小、漫游、空間分 析、空間查詢、鷹眼等電子海圖的各類功能,開發(fā)周期較短。

3模式的比較及選擇

基于INTERNET的不同數(shù)據(jù)共享模式具有不同的特點和適應(yīng)性。首先,直接基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)共享模式具有較好的可靠性和較高的效率,具有提供“專門”服務(wù)的性質(zhì),適合較為重要的應(yīng)用或用戶;共享的內(nèi)容為原始的或經(jīng)解碼的AIS數(shù)據(jù)信息,用戶可以根據(jù)自己的研究或生產(chǎn)管理用途進行靈活地“二次加工”。不足之處在于原始數(shù)據(jù)的直接共享對數(shù)據(jù)提供方來說存在數(shù)據(jù)流失難以預(yù)計、數(shù)據(jù)最終用途難以控制、商業(yè)價值元法充分實現(xiàn)的問題。而對只需簡單應(yīng)用的普通用戶來說,接收AIS數(shù)據(jù)信息并不是其目的,為了使用AIS信息還需要開發(fā)或購買客戶端應(yīng)用軟件,存在使用或升級維護困難、便利性明顯不足的問題。另外,由于TCPI IP為面向連接的通信方式,直接基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)共享模式在用戶數(shù)量較大時資源占用較為明顯,因此不太適合提供面向廣大用戶的開放服務(wù)。

基于HTTP協(xié)議的共享模式需要在服務(wù)端安裝WebServer,最適合于共享WebGIS服務(wù)。由于HTTP協(xié)議特點為無連接,因此通信資源占用少,適合大量的并發(fā)用戶,同時用戶的客戶端只需要普通的瀏覽器,而無需靜態(tài)公網(wǎng)IP等要求,也沒有軟件升級維護困難,因此該模式對普通用戶來說,成本低廉、使用便利,對服務(wù)提供商來說,其經(jīng)濟效益和社會效益也都能充分實現(xiàn)。因此該模式適合為廣大用戶提供現(xiàn)成的基于AIS的各類信息服務(wù)。不足之處在于元法對數(shù)據(jù)進行“二次加工”,對高端用戶來說,其自主性受到限制。

綜合前述共享模式的優(yōu)勢和不足,基于HTTP協(xié)議提供原始數(shù)據(jù)的共享模式也逐步受到重視,該模式消除了基于HTTP協(xié)議只能提供網(wǎng)頁服務(wù)的誤區(qū),其關(guān)鍵技術(shù)在于構(gòu)建運行在WebServer之上的應(yīng)受數(shù)據(jù)請求的服務(wù)程序,另外客戶端也需要采用相應(yīng)的Web訪問技術(shù),有一定的編程復(fù)雜度。在數(shù)據(jù)傳輸可靠性和效率要求不是特別高的情況下,該模式較為實用。

4結(jié)語

隨著航運事業(yè)跨國、跨區(qū)域合作趨勢的增強,基于INTERNET進行AIS信息的充分共享,促進AIS研究和應(yīng)用的合作共進,實現(xiàn)數(shù)字海洋建設(shè),也理應(yīng)成為國內(nèi)及國際的潮流。而基于INTERNET的多樣化AIS信息共享模式則為AIS信息的共享提供了不同的解決方案。實際應(yīng)用表明,多樣化的共享模式為避免系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、縮短研究和應(yīng)用周期、節(jié)省費用、促進AIS研究和應(yīng)用的協(xié)同合作起到了切實可行的良好效果。未來隨著AIS信息采集技術(shù)的發(fā)展、采集點數(shù)量的增加和采集區(qū)域的不斷擴大,AIS信息量必然不斷增加,因此積極探索基于分布式架構(gòu)的數(shù)據(jù)共享技術(shù)將是今后研究工作的新課題。

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作者:紀(jì)賢標(biāo),邵哲平,潘家財,唐存寶  來源:中國航海

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