基于动态GIS的船舶监控管理系统技术研究与实现
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摘要
地理信息系统(Geographical Information System，简称GIS)是在计算机硬件、软件系统的支持下，以地理空间数据库为基础，采集、储存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系统。
近年来，特别是上世纪90年代中后期以来，计算机硬件技术、无线网络通信及互联网技术飞速发展，人们急切要求走出固定网络、有线互联的束缚，于是移动蜂窝通信技术(以GSM为代表)、全球定位系统(GPS)、WAP技术和GPRS技术等相继出现，在各方面和不同程度上满足了人们的这种需求。与之相应的GIS技术也由基于单机的GIS向无线通信转变。直到近几年的无线互联，大量移动设备的迅猛发展促使GIS向基于移动计算的环境演化。不言而喻，智能终端、GPS、无线互联网等新技术在GIS领域的应用，势必丰富GIS理论和拓展GIS应用领域。基于这些移动智能终端平台的GIS+GPS+无线互联网一体化的研究，即动态GIS(Active GIS)，必然成为GIS领域中一个新兴的重要研究领域。
本文在分析动态GIS技术的基础上，结合当今无线通信技术和电子海图显示系统，重点研究了以下几个问题：
(1)着重分析了S-57电子海图和MapInfo电子地图的格式结构。将S-57电子海图格式转换为MapInfo电子海图，并对转换后的海图进行了加工处理。
(2)另外一个研究重点是动态GIS的原理、多对象类的定义和实现以及多对象图元动态创建和数据更新。
(3)结合先进的无线通信技术，把动态GIS应用到船舶实时监控系统中，介绍了系统的整体架构、通信协议的解析、电子海图的具体操作和船舶数据管理等。
(4)应用多对象自定义类实现电子海图上船舶动态显示、航线设计、CPA／TCPA计算以及船舶尺度显示等功能。
本船舶监控系统已经在长江沿岸的通信导航和航运管理部门中投入使用，具有较好的稳定性与可扩展性。
Geographical Information System(GIS) is under the supportation of computer hardware and software systems, and based on database, data collection, storage, management, analysis and description of a part or the whole surface of the Earth and space and the geographic distribution of the data. It is the space information systems which is servicing for GIS research and policy.
Recently, particularly since the middle of 1990s, with the rapid development of computer hardware technology, wireless communications and Internet technology, people eager to seek out fixed network and Internet cable restraints .So the mobile cellular communications technology (for GSM), the Global Positioning System (GPS), WAP technology, GPRS technology appeared in succession, and to varying degrees in various fields to meet the people's needs. The corresponding GIS technology will change from the single-based GIS to wireless communications. Until recent years, GIS lot to promote the rapid development of mobile devices based on the evolution of mobile computing environment. It goes without saying that the smart terminal, GPS, wireless Internet and other new technologies using in the GIS technology, GIS will enrich and expand the application of GIS theory.
Based on systematical analyzing active GIS, this paper is Focus on the following aspects:
(1) Focused introduce the format and structure of S-57 ENC and Maplnfo map. A research focus in this paper is the conversion from S-57 ENC format to Maplnfo format.
(2) Another study focused is on the principle of active GIS, Multi-object class definitions and achievement of multi-object feature's creation and data updating.
(3)Combinating with advanced wireless communications technology, this paper apply the active GIS technology to vessel real-time monitoring system, introducing the structure of the system, the communication protocol analysis, the operation of ENC and data management of the ship.
(4)Using Multi-object class in the application of targets displaying in the electronic charts, route design ,CPA/TCPA computing ship-scale displaying.
This vessel monitoring system has become a commercial product along the Yangtze River in the communications and navigation and shipping management, and it has good stability and scalability.
近年来，特别是上世纪90年代中后期以来，计算机硬件技术、无线网络通信及互联网技术飞速发展，人们急切要求走出固定网络、有线互联的束缚，于是移动蜂窝通信技术(以GSM为代表)、全球定位系统(GPS)、WAP技术和GPRS技术等相继出现，在各方面和不同程度上满足了人们的这种需求。与之相应的GIS技术也由基于单机的GIS向无线通信转变。直到近几年的无线互联，大量移动设备的迅猛发展促使GIS向基于移动计算的环境演化。不言而喻，智能终端、GPS、无线互联网等新技术在GIS领域的应用，势必丰富GIS理论和拓展GIS应用领域。基于这些移动智能终端平台的GIS+GPS+无线互联网一体化的研究，即动态GIS(Active GIS)，必然成为GIS领域中一个新兴的重要研究领域。
本文在分析动态GIS技术的基础上，结合当今无线通信技术和电子海图显示系统，重点研究了以下几个问题：
(1)着重分析了S-57电子海图和MapInfo电子地图的格式结构。将S-57电子海图格式转换为MapInfo电子海图，并对转换后的海图进行了加工处理。
(2)另外一个研究重点是动态GIS的原理、多对象类的定义和实现以及多对象图元动态创建和数据更新。
(3)结合先进的无线通信技术，把动态GIS应用到船舶实时监控系统中，介绍了系统的整体架构、通信协议的解析、电子海图的具体操作和船舶数据管理等。
(4)应用多对象自定义类实现电子海图上船舶动态显示、航线设计、CPA／TCPA计算以及船舶尺度显示等功能。
本船舶监控系统已经在长江沿岸的通信导航和航运管理部门中投入使用，具有较好的稳定性与可扩展性。
Geographical Information System(GIS) is under the supportation of computer hardware and software systems, and based on database, data collection, storage, management, analysis and description of a part or the whole surface of the Earth and space and the geographic distribution of the data. It is the space information systems which is servicing for GIS research and policy.
Recently, particularly since the middle of 1990s, with the rapid development of computer hardware technology, wireless communications and Internet technology, people eager to seek out fixed network and Internet cable restraints .So the mobile cellular communications technology (for GSM), the Global Positioning System (GPS), WAP technology, GPRS technology appeared in succession, and to varying degrees in various fields to meet the people's needs. The corresponding GIS technology will change from the single-based GIS to wireless communications. Until recent years, GIS lot to promote the rapid development of mobile devices based on the evolution of mobile computing environment. It goes without saying that the smart terminal, GPS, wireless Internet and other new technologies using in the GIS technology, GIS will enrich and expand the application of GIS theory.
Based on systematical analyzing active GIS, this paper is Focus on the following aspects:
(1) Focused introduce the format and structure of S-57 ENC and Maplnfo map. A research focus in this paper is the conversion from S-57 ENC format to Maplnfo format.
(2) Another study focused is on the principle of active GIS, Multi-object class definitions and achievement of multi-object feature's creation and data updating.
(3)Combinating with advanced wireless communications technology, this paper apply the active GIS technology to vessel real-time monitoring system, introducing the structure of the system, the communication protocol analysis, the operation of ENC and data management of the ship.
(4)Using Multi-object class in the application of targets displaying in the electronic charts, route design ,CPA/TCPA computing ship-scale displaying.
This vessel monitoring system has become a commercial product along the Yangtze River in the communications and navigation and shipping management, and it has good stability and scalability.
引文
[1] 毛景魁．基于AIS的船舶远程航行动态监控系统[硕士学位论文]．上海：上海海事大学，2006：4-56
[2] Maplnfo MapX4．0参考指南．Maplnfo公司，2001：6-32
[3] 张正兰，余义建．一种动态GIS的体系结构．计算机工程，2004，30(3)：196-197
[4] 蔡成森．基于GPRS网络移动目标实时监控系统的关键技术研究[硕士学位论文]．济南：山东大学，2005：34-46
[5] 李晓玲．移动GIS应用中的通信技术研究[硕士学位论文]．成都：成都理工大学，2005：6-9
[6] 杨春金，汤磊．船舶监控系统中多对象动态GIS技术研究及实现．中国公共安全智能交通版，2007，3：88-90
[7] 陈涛．电子海图数据生成系统的设计与实现[硕士学位论文]．武汉：武汉大学，2004：28-53
[8] 中华人民共和国海事局．电子海图及其应用系统国际规范和标准．大连海事大学出版社，1999：13-46
[9] 徐婧．基于国际标准电子海图显示系统的设计与实现[硕士学位论文]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2005：12-19
[10] 彭小敏，刘就女，李哲林等．电子海图向GIS地图转换技术的研究．计算机应用，2006，23(6)：67-68
[11] 李邵喜．国际标准电子海图自动改正系统的设计与实现[硕士学位论文]．大连：大连海事大学，2004-21-47
[12] Teng, W., Pollack, N., Serafino, G., Long Chiu, Sweatrnan. GIS and data interoperability at the NASA Goddard DAAC. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2001. IGARSS '01. IEEE 2001 International, 9-13 July 2001
[13] 陈作亮．地理信息系统数据共享技术研究与实现[硕士学位论文]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2004．13-60
[14] Kelly, ED., Dodds, G. Landmark integration using GIS and image processing for environmental analysis with outdoor mobile robots. Intelligent Robots and Systems, 2003. (IROS 2003). Proceedings. 2003 IEEE/RSJ International Conference on, 27-31 Oct. 2003
[15] Maplnfo开发指南．Maplnfo公司，2002：1-36
[16] 胡鹏，付仲良．基于MapX的动态图像绘制的新方法．计算机应用研究，2005，11(1)：258-260
[17] 汤磊，杨春金．基于Maplnfo电子海图和AIS的船舶导航系统的研究与实现．通信和计算机，2007，2(2)：72-74
[18] 李纪平，孟庆春，葛艳．基于MapX实现GPS与GIS在帆船训练监控系统中的集成．计算机应用研究，2005，12(1)：33-35
[19] 徐智，孙尧．基于Maplnfo环境的电子海图显示技术研究．计算机工程，2000，26(4)：20-21
[20] Chengda Lin, Lingkui Meng, Heping Pan. New applications and research of GIS in the real estate, tnfo-tech and Info-net, 2001. Proceedings. ICⅡ 2001-Beijing, International Conferences on 2001, 2001, 62-82
[21] Masuoka, P., Andre, R., Roberts, D., Gackstetter, G., Aimpun, P., Hakre, S., Chamberlin, J. A remote sensing and GIS course for students in public health. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2000. Proceedings. IGARSS 2000. IEEE 2000 International, 24-28 July 2000.
[22] 齐锐，屈韶琳，阳琳赟．用MapX开发地理信息系统．北京：清华大学出版社，2003：24-35
[23] 吴学群，丁仁军．浅析GIS系统软件开发的体系结构．地矿测绘，2005，3(1)：24-27
[24] 边馥苓．GIS原理和方法．北京：测绘出版社，1996：5-32
[25] 韩存兵．Visual C＋＋数据库编程实战．北京：科学出版社，2003：19-50
[26] 马建红，沈西挺．VC＋＋程序设计与软件技术基础．北京：中国水利水电出版社，2002：34-58
[27] Zhan, F. B., Yongmei Lu, Giordano, A., Hanford, E. J. Geographic information system(GIS) as a tool for disease surveillance and environmental health research. Services Systems and Services Management, 2005. Proceedings of ICSSSM '05. 2005 International Conference on, 13-15 June 2005
[28] 李圣军，张维竞，常广晖．基于Visual C＋＋的船舶监控软件的设计．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2005，2(1)：36-39
[29] Okuno, A., Shikada. Application of REAL TIME GIS using remote sensing and RTK-GPS for local government. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2004. IGARSS '04. Proceedings. 2004 IEEE International, 2004, 129-138
[30] 张显库，任光，颜德文等．一种低成本的综合船舶监控系统．计算机测量与控制，2002，10(1)：118-120
[31] 马江涛，赵虎．动态GPS监控调度系统的设计与实现．计算机应用研究，2005，12(1)：45-47
[32] Loganathan, G. GPS and GIS technology trends, Electronics and Communication Engineering Journal, 2002, 292-294
[33] 张书毕，刘作才．基于GIS的GPS车辆监控系统设计与实现．测绘通报，2002，1(6)：31-33
[34] Wang Juanle, Wu Kuan. Integrated GIS solution to mining subsidence assistant decision in mining area. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2004. IGARSS '04. Proceedings. 2004 IEEE International, 2004, 1132-1136
[35] 贾传荧，史国友．基于电子海图的船舶动态监控系统设计与实现．大连海事大学学报，2002，10(8)：20-22
[36] 张寿桂，彭国均．海监船舶导航与监控管理信息系统．上海海事大学学报，2006，9(1)：31-35
[37] 周振路．AIS识别船舶等同于互见的理论初探．天津航海，2005，3(1)：38-39
[38] Levin, Eugene, Kupiec, Stephen. GIS-based UAV real-time path planning and navigation, Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2002, 296-303
[39] 潘景山，王英龙，刘丽英．基于GPRS／GPS／GIS和集群计算的城市交通信息服务研究．计算机应用与软件，2005，10(1)：32-35
[40] 王凯．基于CDMA／GPS／GIS的船舶航行监控系统[硕士学位论文]．重庆：重庆大学，2005：5-20
[41] 毛政元，林霖．“3S”集成及其应用．华中师范大学学报(自然科学版)，2002，36(3)：385-388
[42] Mohamed, M., Plante, R.. Remote sensing and geographic information systems(GIS) for developing countries, 24th Canadian Symposium on Remote Sensing. Proceedings, 2003, 2285-2287
[43] 谭思亮，邹超群等．Visual C＋＋串行通信工程开发实例导航．北京：人民邮电出版社，2003，1(1)：17-20
[44] Wang, Xiaodong, Wang, Hongmei, Dang, Anrong. Research on large-scale dynamic monitoring of landuse with RS, GPS and GIS, International Geoscience and Remote Sensing Symposium(IGARSS), 2000, 2134-2136
[45] 王晓强．基于GPS／GIS／GSM／GPRS的车辆监控调度系统中心软件设计[硕士学位论文]．呼和浩特：内蒙古工业大学，2005：22-34
[2] Maplnfo MapX4．0参考指南．Maplnfo公司，2001：6-32
[3] 张正兰，余义建．一种动态GIS的体系结构．计算机工程，2004，30(3)：196-197
[4] 蔡成森．基于GPRS网络移动目标实时监控系统的关键技术研究[硕士学位论文]．济南：山东大学，2005：34-46
[5] 李晓玲．移动GIS应用中的通信技术研究[硕士学位论文]．成都：成都理工大学，2005：6-9
[6] 杨春金，汤磊．船舶监控系统中多对象动态GIS技术研究及实现．中国公共安全智能交通版，2007，3：88-90
[7] 陈涛．电子海图数据生成系统的设计与实现[硕士学位论文]．武汉：武汉大学，2004：28-53
[8] 中华人民共和国海事局．电子海图及其应用系统国际规范和标准．大连海事大学出版社，1999：13-46
[9] 徐婧．基于国际标准电子海图显示系统的设计与实现[硕士学位论文]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2005：12-19
[10] 彭小敏，刘就女，李哲林等．电子海图向GIS地图转换技术的研究．计算机应用，2006，23(6)：67-68
[11] 李邵喜．国际标准电子海图自动改正系统的设计与实现[硕士学位论文]．大连：大连海事大学，2004-21-47
[12] Teng, W., Pollack, N., Serafino, G., Long Chiu, Sweatrnan. GIS and data interoperability at the NASA Goddard DAAC. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2001. IGARSS '01. IEEE 2001 International, 9-13 July 2001
[13] 陈作亮．地理信息系统数据共享技术研究与实现[硕士学位论文]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2004．13-60
[14] Kelly, ED., Dodds, G. Landmark integration using GIS and image processing for environmental analysis with outdoor mobile robots. Intelligent Robots and Systems, 2003. (IROS 2003). Proceedings. 2003 IEEE/RSJ International Conference on, 27-31 Oct. 2003
[15] Maplnfo开发指南．Maplnfo公司，2002：1-36
[16] 胡鹏，付仲良．基于MapX的动态图像绘制的新方法．计算机应用研究，2005，11(1)：258-260
[17] 汤磊，杨春金．基于Maplnfo电子海图和AIS的船舶导航系统的研究与实现．通信和计算机，2007，2(2)：72-74
[18] 李纪平，孟庆春，葛艳．基于MapX实现GPS与GIS在帆船训练监控系统中的集成．计算机应用研究，2005，12(1)：33-35
[19] 徐智，孙尧．基于Maplnfo环境的电子海图显示技术研究．计算机工程，2000，26(4)：20-21
[20] Chengda Lin, Lingkui Meng, Heping Pan. New applications and research of GIS in the real estate, tnfo-tech and Info-net, 2001. Proceedings. ICⅡ 2001-Beijing, International Conferences on 2001, 2001, 62-82
[21] Masuoka, P., Andre, R., Roberts, D., Gackstetter, G., Aimpun, P., Hakre, S., Chamberlin, J. A remote sensing and GIS course for students in public health. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2000. Proceedings. IGARSS 2000. IEEE 2000 International, 24-28 July 2000.
[22] 齐锐，屈韶琳，阳琳赟．用MapX开发地理信息系统．北京：清华大学出版社，2003：24-35
[23] 吴学群，丁仁军．浅析GIS系统软件开发的体系结构．地矿测绘，2005，3(1)：24-27
[24] 边馥苓．GIS原理和方法．北京：测绘出版社，1996：5-32
[25] 韩存兵．Visual C＋＋数据库编程实战．北京：科学出版社，2003：19-50
[26] 马建红，沈西挺．VC＋＋程序设计与软件技术基础．北京：中国水利水电出版社，2002：34-58
[27] Zhan, F. B., Yongmei Lu, Giordano, A., Hanford, E. J. Geographic information system(GIS) as a tool for disease surveillance and environmental health research. Services Systems and Services Management, 2005. Proceedings of ICSSSM '05. 2005 International Conference on, 13-15 June 2005
[28] 李圣军，张维竞，常广晖．基于Visual C＋＋的船舶监控软件的设计．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2005，2(1)：36-39
[29] Okuno, A., Shikada. Application of REAL TIME GIS using remote sensing and RTK-GPS for local government. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2004. IGARSS '04. Proceedings. 2004 IEEE International, 2004, 129-138
[30] 张显库，任光，颜德文等．一种低成本的综合船舶监控系统．计算机测量与控制，2002，10(1)：118-120
[31] 马江涛，赵虎．动态GPS监控调度系统的设计与实现．计算机应用研究，2005，12(1)：45-47
[32] Loganathan, G. GPS and GIS technology trends, Electronics and Communication Engineering Journal, 2002, 292-294
[33] 张书毕，刘作才．基于GIS的GPS车辆监控系统设计与实现．测绘通报，2002，1(6)：31-33
[34] Wang Juanle, Wu Kuan. Integrated GIS solution to mining subsidence assistant decision in mining area. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2004. IGARSS '04. Proceedings. 2004 IEEE International, 2004, 1132-1136
[35] 贾传荧，史国友．基于电子海图的船舶动态监控系统设计与实现．大连海事大学学报，2002，10(8)：20-22
[36] 张寿桂，彭国均．海监船舶导航与监控管理信息系统．上海海事大学学报，2006，9(1)：31-35
[37] 周振路．AIS识别船舶等同于互见的理论初探．天津航海，2005，3(1)：38-39
[38] Levin, Eugene, Kupiec, Stephen. GIS-based UAV real-time path planning and navigation, Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2002, 296-303
[39] 潘景山，王英龙，刘丽英．基于GPRS／GPS／GIS和集群计算的城市交通信息服务研究．计算机应用与软件，2005，10(1)：32-35
[40] 王凯．基于CDMA／GPS／GIS的船舶航行监控系统[硕士学位论文]．重庆：重庆大学，2005：5-20
[41] 毛政元，林霖．“3S”集成及其应用．华中师范大学学报(自然科学版)，2002，36(3)：385-388
[42] Mohamed, M., Plante, R.. Remote sensing and geographic information systems(GIS) for developing countries, 24th Canadian Symposium on Remote Sensing. Proceedings, 2003, 2285-2287
[43] 谭思亮，邹超群等．Visual C＋＋串行通信工程开发实例导航．北京：人民邮电出版社，2003，1(1)：17-20
[44] Wang, Xiaodong, Wang, Hongmei, Dang, Anrong. Research on large-scale dynamic monitoring of landuse with RS, GPS and GIS, International Geoscience and Remote Sensing Symposium(IGARSS), 2000, 2134-2136
[45] 王晓强．基于GPS／GIS／GSM／GPRS的车辆监控调度系统中心软件设计[硕士学位论文]．呼和浩特：内蒙古工业大学，2005：22-34