CN117560428A - 一种基于北斗三号通道的ais基站报文传输处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法。该方法包括AIS基站接收船载AIS设备发送的AIS报文;对接收的AIS报文进行过滤,以筛选出设定类型的AIS报文;对筛选出的AIS报文按照设定的报文字段筛选策略进行字段筛选,然后进行字段压缩;基于北斗三号通道并以设定的播发策略将压缩后的AIS报文进行播发。本发明的AIS基站接收船载AIS设备发送的AIS报文后,进行数据压缩,通过北斗三号短报文通道发送至地面接收站,最终融入AIS数据***;降低了AIS信息传输所占用的通道带宽,在不损失位置更新的条件下,动态报文压缩后仅占原信息的41.6%。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域,具体涉及一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法。
背景技术
AIS是水上航行安全的重要工具,该***将广播本船的航行状态信息,包括航速、航向、船舶尺寸、吃水深度等信息,周围船舶收到消息后将在电子海图上直接显示周围船只状态,可以大大降低航行安全风险。AIS***的载波频率为161.975MHz和162.025MHz,单通道的传输速率为9600bps。
AIS基站是海事局船舶监管的重要手段,AIS基站首先接收水域船只的AIS信号,在对多个AIS基站数据整合后为海事执法部门提供数据服务,使后者能通过GIS海图方式直接显示船只的位置、航速、航向等信息。当前AIS基站主要采用光纤专线、微波或无线公网(3G、4G等)通道进行通信,而对于广大远离陆地的海域、岛礁等,既无光纤通路,也缺乏有效的无线公网信号覆盖,这种地区上述通信方式则显得无能为力,对于海事监管而言,这些区域就是监管盲区。
相较于北斗二号***,北斗三号短报文通信功能最高支持1000汉字/次(1750字节/次)的传输能力。虽然通信速率提升了一倍,但是相比AIS的9600bps速率,通道资源还是非常不够用。本发明提出一种AIS基站数据压缩方法,利用窄带的北斗三号短报文通信***,实现AIS信号数据回传功能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提供一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,包括:
AIS基站接收船载AIS设备发送的AIS报文;
对接收的AIS报文进行过滤,以筛选出设定类型的AIS报文,所述设定类型的AIS报文包括消息ID为1的位置报告、消息ID为2的位置报告、消息ID为3的位置报告;
对筛选出的AIS报文按照设定的报文字段筛选策略进行字段筛选,然后进行字段压缩;
基于北斗三号通道并以设定的播发策略将压缩后的AIS报文进行播发。
进一步的,所述设定类型的AIS报文还包括消息ID为4的基站报告、消息ID为5的静态和航行相关数据、消息ID为9的标准的SAR航空器位置报告、消息ID为14的安全相关广播消息、消息ID为18的标准的B类设备位置报告、消息ID为19的扩展的B类设备位置报告、消息ID为21的助航设备报告和消息ID为24的静态数据报告。
进一步的,所述报文字段筛选策略包括4种模式,分别为:
模式1:AIS报文中的航行状态、对地航速、对地航向、真艏向均不携带;
模式2:AIS报文仅携带对地航向信息;
模式3:AIS报文携带对地航速、对地航向信息;
模式4:AIS报文携带航行状态、对地航速、对地航向、真艏向。
进一步的所述字段压缩包括压缩AIS报文中的MMSI号,具体如下:
以接收AIS报文的时间顺序将接收到的MMSI号进行重构映射,并每隔设定时间向地面接收站上报一次AIS基站内的映射关系,一组映射关系包括实际MMSI号、顺序号和翻转标志。
进一步的所述地面接收站在接收到AIS基站上报的映射关系时,判断该映射关系内的MMSI号和顺序号是否有变化,若有变化,则进一步判断翻转标志是否发生翻转,若未发生翻转,则丢弃该AIS基站上报的所有数据,并在AIS基站下一次上报数据时刷新映射关系表。
进一步的,所述字段压缩包括压缩AIS报文中位置信息,具体如下:
根据AIS报文中的船载AIS设备的位置信息和AIS基站的位置信息计算所述船载AIS设备相对于AIS基站的位置关系,并判断所述船载AIS设备相对于AIS基站的位置关系是否在设定的区域范围内,若超出设定的区域范围,则视为干扰信号过滤掉,否则,作为压缩后的AIS设备的位置信息。
进一步的,所述设定的区域范围为以AIS基站为中心、经度跨度为4度、纬度跨度为2度的矩形区域,所述经度、纬度的单位为1/10000分。
进一步的,所述播发策略包括延迟优先模式和报文量优先模式。
进一步的,在AIS报文进行播发期间,判断北斗三号通道是否出现通道拥塞,若出现通道拥塞,则自动降速播发;
不同模式下的播发速度的恢复条件如下:
延迟优先模式:若队列空闲低于高一档速度的估计增量,则升速提档;
报文量优先模式:若AIS基站填满1750字节的时间高于填满间隔分钟阈值时,则升速提档。
有益效果:本发明的AIS基站接收船载AIS设备发送的AIS报文后,进行数据压缩,通过北斗三号短报文通道发送至地面接收站,最终融入AIS数据***;降低了AIS信息传输所占用的通道带宽,在不损失位置更新的条件下,动态报文压缩后仅占原信息的41.6%。
附图说明
图1是本发明实施例的基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法的流程示意图;
图2是应用本发明实施例的基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法的场景图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示,本发明实施例提供了一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,包括:
AIS基站接收船载AIS设备发送的AIS报文。
对接收的AIS报文进行过滤,以筛选出设定类型的AIS报文,设定类型的AIS报文包括消息ID为1的位置报告、消息ID为2的位置报告、消息ID为3的位置报告。
对筛选出的AIS报文按照设定的报文字段筛选策略进行字段筛选,然后进行字段压缩。具体的,消息ID为1的位置报告、消息ID为2的位置报告、消息ID为3的位置报告都是船舶的航行位置、航行状态等信息,针对此类消息,本方案提出设置4种筛选模式,主要针对AIS报文中的航行状态、SOG(对地航速)、COG(对地航向)和真艏向几个信息,具体如下:
模式1:AIS报文中的航行状态、对地航速、对地航向、真艏向均不携带;
模式2:AIS报文仅携带对地航向信息;
模式3:AIS报文携带对地航速、对地航向信息;
模式4:AIS报文携带航行状态、对地航速、对地航向、真艏向。
上述字段压缩包括压缩AIS报文中的MMSI号,MMSI号水上移动设备的唯一身份号,在所有的AIS报文中,为了让接收方知道是哪个AIS设备发的,每条消息都带有MMSI号。MMSI号长达30个比特,本方案提出一种关系映射的方法来实现MMSI号信息压缩的目的。具体如下:
以接收AIS报文的时间顺序将接收到的MMSI号进行重构映射,并每隔设定时间向地面接收站上报一次AIS基站内的映射关系,一组映射关系包括实际MMSI号、顺序号和翻转标志。比如收到413111111和413222222两个MMSI号,则映射表中有两组数据,[(413111111)(0)(0)]和[(413222222)(1)(0)]。其中,翻转标志的意义在于指示MMSI号和顺序号的关系是否发生变化。一旦某个顺序号指代的MMSI号发生变化,则翻转比特的值进行翻转,以指示当前映射有变化,提示接收方注意比对。优选为每隔10分钟向地面接收站上报一次,以保证地面接收站中维护的关系映射表是接近实时的。地面接收站在接收到AIS基站上报的映射关系时,判断该映射关系内的MMSI号和顺序号是否有变化,若有变化,则进一步判断翻转标志是否发生翻转,若未发生翻转,则丢弃该AIS基站上报的所有数据,并在AIS基站下一次上报数据时刷新映射关系表。
AIS消息中的经纬度信息比特长度也较长,本方案将采用相对位置关系来确定实际的设备位置信息。上述字段压缩包括压缩AIS报文中位置信息,具体如下:
根据AIS报文中的船载AIS设备的位置信息和AIS基站的位置信息计算所述船载AIS设备相对于AIS基站的位置关系,并判断船载AIS设备相对于AIS基站的位置关系是否在设定的区域范围内,鉴于AIS的理论最大覆盖距离120海里,若超出设定的区域范围,则视为无效报文过滤掉,否则,作为压缩后的AIS设备的位置信息。上述的设定的区域范围为以AIS基站为中心、经度跨度为4度、纬度跨度为2度的矩形区域,其中,经度、纬度的单位为1/10000分。由此可将AIS设备的经度的比特数从28压缩至23,将纬度的比特数从27压缩至22。
此外,还有其它的次要的字段压缩方式,综合的压缩方式可参见表1:
表1
基于北斗三号通道并以设定的播发策略将压缩后的AIS报文进行播发。参见图2,播发的压缩后的AIS报文会被地面接收站接收,然后对压缩后的AIS报文进行解压,然后发送至AIS数据中心,最终融入AIS数据***。上述播发策略包括延迟优先模式和报文量优先模式。在AIS报文进行播发期间,判断北斗三号通道是否出现通道拥塞,若出现通道拥塞,则自动降速播发,如降为原速度的1/2或1/3等。不同模式下的播发速度的恢复条件如下:
延迟优先模式:若队列空闲低于高一档速度的估计增量,则升速提档。
报文量优先模式:若AIS基站填满1750字节的时间高于填满间隔分钟阈值时,则升速提档。
此外,上述设定类型的AIS报文还包括消息ID为4的基站报告、消息ID为5的静态和航行相关数据、消息ID为9的标准的SAR航空器位置报告、消息ID为14的安全相关广播消息、消息ID为18的标准的B类设备位置报告、消息ID为19的扩展的B类设备位置报告、消息ID为21的助航设备报告和消息ID为24的静态数据报告。具体说明如表2所示:
表2
其中,消息ID为4的基站报告主要包含经纬度信息和时间信息,本方案大体对该报文不做过多处理,考虑到基站的位置信息和相关配置信息不怎么变化,本报文在24小时内仅允许回传一次。消息ID为5的静态和航行相关数据主要是船舶用于发送静态信息和航行状态数据的,本方案规定相同MMSI的信息,1小时内只回传一次,服务器端建立数据库,优先使用回传数据,无回传数据则匹配报文数据库。消息ID为14的安全相关广播消息为安全广播消息,仅用于船舶遇险情况下的呼救,本方案只转发包含遇险消息内容为“SART ACTIVE”“MOB ACTIVE”“EPIRB ACTIVE”的报文。消息ID为18的标准的B类设备位置报告的压缩方式与消息ID为1的位置报告、消息ID为2的位置报告、消息ID为3的位置报告相同。消息ID为19的扩展的B类设备位置报告包括静态消息和动态消息两部分,相当于一条消息ID为18和消息ID为24的消息。对于静态消息,相同的MMSI在1小时内只允许回传一次,服务器端建立数据库,优先使用回传数据,无回传数据则匹配报文数据库。而对于动态信息部分,则使用消息ID为18的消息来发送,服务器端收到消息ID为24的静态信息后匹配后面最近1条消息ID为18的消息,合成1条消息ID为19的消息上报至地面接收站。消息ID为21的助航设备报告相同的MMSI设备1小时内只允许回传一次。消息ID为24的静态数据报告分为A、B两部分,AIS设备会先发送24A,然后再发送24B。本方案将两部分消息整合成一条消息进行发送,相同MMSI设备的消息1小时内允许发送一次。AIS基站在接收到消息24A时,等1分钟B部分全收到再整合、转发,若1min未收到B,丢弃但1小时不重置,直到转发完成,同时建立静态信息数据库,同消息ID为5的静态和航行相关数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,其它未具体描述的部分,属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,包括:
AIS基站接收船载AIS设备发送的AIS报文;
对接收的AIS报文进行过滤,以筛选出设定类型的AIS报文,所述设定类型的AIS报文包括消息ID为1的位置报告、消息ID为2的位置报告、消息ID为3的位置报告;
对筛选出的AIS报文按照设定的报文字段筛选策略进行字段筛选,然后进行字段压缩;
基于北斗三号通道并以设定的播发策略将压缩后的AIS报文进行播发。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,所述设定类型的AIS报文还包括消息ID为4的基站报告、消息ID为5的静态和航行相关数据、消息ID为9的标准的SAR航空器位置报告、消息ID为14的安全相关广播消息、消息ID为18的标准的B类设备位置报告、消息ID为19的扩展的B类设备位置报告、消息ID为21的助航设备报告和消息ID为24的静态数据报告。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,所述报文字段筛选策略包括4种模式,分别为:
模式1:AIS报文中的航行状态、对地航速、对地航向、真艏向均不携带;
模式2:AIS报文仅携带对地航向信息;
模式3:AIS报文携带对地航速、对地航向信息;
模式4:AIS报文携带航行状态、对地航速、对地航向、真艏向。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,所述字段压缩包括压缩AIS报文中的MMSI号,具体如下:
以接收AIS报文的时间顺序将接收到的MMSI号进行重构映射,并每隔设定时间向地面接收站上报一次AIS基站内的映射关系,一组映射关系包括实际MMSI号、顺序号和翻转标志。
5.根据权利要求4所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,所述地面接收站在接收到AIS基站上报的映射关系时,判断该映射关系内的MMSI号和顺序号是否有变化,若有变化,则进一步判断翻转标志是否发生翻转,若未发生翻转,则丢弃该AIS基站上报的所有数据,并在AIS基站下一次上报数据时刷新映射关系表。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,所述字段压缩包括压缩AIS报文中位置信息,具体如下:
根据AIS报文中的船载AIS设备的位置信息和AIS基站的位置信息计算所述船载AIS设备相对于AIS基站的位置关系,并判断所述船载AIS设备相对于AIS基站的位置关系是否在设定的区域范围内,若超出设定的区域范围,则视为干扰信号过滤掉,否则,作为压缩后的AIS设备的位置信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,所述设定的区域范围为以AIS基站为中心、经度跨度为4度、纬度跨度为2度的矩形区域,所述经度、纬度的单位为1/10000分。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,所述播发策略包括延迟优先模式和报文量优先模式。
9.根据权利要求8所述的一种基于北斗三号通道的AIS基站报文传输处理方法,其特征在于,在AIS报文进行播发期间,判断北斗三号通道是否出现通道拥塞,若出现通道拥塞,则自动降速播发;
不同模式下的播发速度的恢复条件如下:
延迟优先模式:若队列空闲低于高一档速度的估计增量,则升速提档;
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