船舶交通管理系統(tǒng)VTS可以為船舶用戶提供海上航行環(huán)境的實(shí)時(shí)信息和船舶航行數(shù)據(jù)信息,確保船舶的航行效率與安全性。在船舶交通管理系統(tǒng)VTS中集成了大量的導(dǎo)航與通信組件,其中,自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一種應(yīng)用非常廣泛的組件,其特點(diǎn)是能夠顯著提高船舶海上交通的效率,確保船舶與海岸基站之間的數(shù)據(jù)傳輸效率。本文首先介紹了自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本構(gòu)成和原理,在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了船舶交通管理系統(tǒng)VTS,并針對(duì)VTS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 

【文章來(lái)源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(18)北大核心

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船舶交通管理系統(tǒng)VTS的組織架構(gòu)Fig.1OrganizationalstructureofVTSinshiptrafficmanagementdepartment

統(tǒng)和信息終端等組成，組織架構(gòu)如圖1所示。圖1船舶交通管理系統(tǒng)VTS的組織架構(gòu)Fig.1OrganizationalstructureofVTSinshiptrafficmanagementdepartment2基于自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的船舶交通管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的硬件組成與工作原理為了提高船舶交通管理系統(tǒng)的工作效率，使航線內(nèi)船舶實(shí)現(xiàn)高效的“船-船”通信和“船-岸”通信，本文結(jié)合船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS建立交通管理系統(tǒng)的自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組成模塊如圖2所示。圖2自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成圖Fig.2Compositiondiagramofautomaticidentificationnetworksystem如圖所示，自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由AIS接口電路、信號(hào)處理器、收發(fā)器和顯示設(shè)備組成，各個(gè)模塊的功能如下：1）AIS接口電路AIS接口電路的功能是接收來(lái)自自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器設(shè)備的信息，包括GPS的船舶定位信息、GNSS、電羅經(jīng)的船舶航向方向信息、雷達(dá)信息等，接口電路能夠適配不同傳感器的數(shù)據(jù)類型，采用通信接口為RS232和RS485標(biāo)準(zhǔn)。2）信號(hào)處理器信號(hào)處理器是自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，不僅具有數(shù)據(jù)的處理功能，也同時(shí)具有船識(shí)別碼、船型、物流信息、航線信息的存儲(chǔ)能力。信號(hào)處理器可將船舶的靜態(tài)數(shù)據(jù)與航線信息進(jìn)行編碼，發(fā)送至VHF收發(fā)器，也可以對(duì)收發(fā)器接收的其他船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，從而實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)識(shí)別。3）顯示設(shè)備顯示設(shè)備是自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的人機(jī)交互終端，能夠顯示各種船舶數(shù)據(jù)和海域交通狀態(tài)信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成化程度更高，用戶在數(shù)據(jù)查詢和采集時(shí)操作也更加方便。4）VHF收發(fā)器VHF收發(fā)器是指自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的?

（SOTDMA）技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸，這種數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的SOTDMA數(shù)據(jù)傳輸基本單元為AIS數(shù)據(jù)幀，是最基本的時(shí)幀單元，由若干個(gè)時(shí)隙組成，每個(gè)時(shí)隙報(bào)文又包括報(bào)頭、報(bào)文和標(biāo)記3個(gè)元素，如圖3所示。圖3自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)AIS數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)Fig.3AutomaticidentificationofAISdataframestructureinnet-worksystem自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的SOTDMA數(shù)據(jù)傳輸特性如下：1）對(duì)準(zhǔn)序列Lp對(duì)準(zhǔn)序列是指數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈煌酱a，將數(shù)據(jù)接收器和發(fā)射器的時(shí)鐘對(duì)準(zhǔn)。SOTDMA技術(shù)采用的對(duì)準(zhǔn)序列為0/1交替的數(shù)字編碼，以1為開始編碼，0為技術(shù)編碼。對(duì)于交通管理系統(tǒng)的自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕿?000b/s，對(duì)準(zhǔn)序列的數(shù)位為24位時(shí)，對(duì)準(zhǔn)序列的信息長(zhǎng)度為：Lp=2490001000=2.7ms；(1)2）傳輸效率η由于交通管理系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中傳遞的數(shù)據(jù)以動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為主，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑒?dòng)態(tài)信息為168bits，用戶ID為36bits，自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)數(shù)據(jù)包包含256bits數(shù)據(jù)，因此網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率如下式：η=168256×100%=65.7%；(2)3）數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延由于自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，AIS數(shù)據(jù)幀的緩沖區(qū)長(zhǎng)度為24bits，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕿?000b/s，產(chǎn)生的距Ta離時(shí)延為12bits，可得自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的保護(hù)時(shí)間為：Ta=129000=1.23ms。(3)最大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延Tmax≈Ta。4）數(shù)據(jù)吞吐率NpNkToNpNk當(dāng)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行某數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型就是個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)隙搶占個(gè)空閑時(shí)隙的過(guò)程，通過(guò)采集自動(dòng)識(shí)別?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3059955