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电子技术
Electronic Technology
电子技术与软件工程
Electronic Technology & Software Engineering
1 引言
在中国北部海域，海底蕴藏着丰富的油气资源，随着海底油田不断被发现，我国已经建立了相当数量的海上平台进行油气开发，同时也在海底铺设了交错复杂的油气管道用于油气输送。由于海况复杂，航运繁忙，大型船舶过往频密，给水下油气管道造成严重的安全隐患，虽然按照国家的相关规定相关部门已申请设立禁渔禁锚区，但由于缺乏先进的、主动的、实时的监管手段，仍多次出现由于大型船舶在油气管道铺设范围区域内抛锚、拖锚和渔业活动导致油气管道被损害的事故和险情。油气管道一旦遭到破损，不仅需要耗费大量人力物力进行排查和维修，还需要耗费大量成本，影响正常的油气生产，造成难以估量的经济损失，更甚者一旦原油发生大面积泄露，将对海域生态环境造成难以修复的破坏，影响深远，制约该区域经济发展，背驰我国“保护海洋环境，促进航运经济”的政策方针。
在船舶动态监管方面，相关国家海事机构已在我国沿海陆续建设船舶自动识别系统（Automatic Identification System ，简写为AIS ）岸基网络系统工程。AIS 岸基系统的建设，主要功能已逐步应用到我国的海事日常管理工作中，实现掌握我国沿海水域船舶动态、提高船舶航行安全、推进水上交通信息化，使水上安全主管部门能够获取与共享船舶动态信息资源。而海底油气管道保护重在预防，为更好的保护海底油气管道，防患于未然，避免其遭受破坏造成巨大的经济损失和海洋生态环境危害，确保油气管道稳定安全的运行，需实时、主动监管油气管道保护区的船舶。而当前AIS 未能实现数据过滤、存储、转发以及特定海域监管功能，不满足特殊要求及对特定船舶发AIS 预警信息。为此，亟需充分利用现有的电子海图和AIS 等技术，对AIS 进行二次开发、研究，解决当前AIS 在特定海域的监管应用缺失问题，扩大AIS 在特定海域中的应用范畴，实现海底油气管道等特定海域内船舶实时监控和轨迹跟踪以及针对性自动播发预警功能，由被动止损变为主动防护，做好海底油气管道的实时监控和安全保护工作，减少或避免遭受锚害。2 AIS航标
AIS 航标是指通过21号电文播报供船舶导航、定位、避险或其他助航信息的一种AIS 台站。AIS 航标包含实体标、虚拟标和合成标三类。AIS 航标的功能如下：2.1 广播自身位置信息
AIS 航标可向其周边海域广播位置信息，提醒周边船舶注意避让，调整自身航行方向与航速。2.2 发送工作状态
当自身工作状态发生改变或存在报警信息时，AIS 航标可以向周边海域发送自身工作信息，便于航标管理机构及时发现并采取必要措施。
2.3 对周边海域发送气象信息
AIS 航标会按照航标管理单位设置，定时向周边海域船舶发送气象信息，告知船舶当前及未来气象状况，便于船舶及时调整航行计划，保证安全通航。2.4 收集周边海域船舶状况
按照国际要求，海上行驶船舶需安装AIS 系统，定时向其周边水域发送其位置、航行信息，提醒注意避让，保障航行安全。AIS 航标能够收集船舶相关信息并将该信息推送至航标管理机构数据中心进行存储或作下一步处理。
基于AIS 的水下管道防护系统搭建研究
马骏1  杨国峰2  吕正冬2
（1.中海油信息科技有限公司  广东省深圳市  518052    2.中海油信息科技有限公司天津分公司  天津市  300452）
2.5 接收远程控制消息
AIS 航标可接收航标管理机构的控制信息，按照要求改变自身工作状态或完成其他设置，保证AIS 航标安全稳定运行且满足通航要求。
在实际应用中由于虚拟航标使用维护成本较低，正在被推广使用。3 建设内容
本文基于电子海图、虚拟航标技术进行系统搭建，主要建设内容如下所述：3.1 电子海图服务定制
在对现有电子海图基础服务研究和技术掌握的前提下，一方面，采集北部海域钻井平台和海底油气管道相关数据信息，结合电子海图技术，对监管油气管道进行数字建模，规划海底油气管道保护区，建立船舶靠近、抛锚、拖锚警戒区，展示在客户端的电子海图上，便于监管人员清晰地认知保护区的位置区域和警戒范畴。另一方面通过电子海图实时展示由AIS 发送的船舶动态信息，使监管人员能动态监测到船舶航行轨迹，量化感知保护区的船舶密度。3.2 建设AIS数据库
通过专线从国家AIS 数据中心接入AIS 数据，对AIS 数据库服务器输出的原始的AIS 数据格式、协议等进行研究、分析及二次编程，建设AIS 大数据存储数据库集，再通过大数据分析和计算服务为相关业务系统和单位提供数据服务。如建设船舶动态数据库，实时动态数据库要求能够记录船舶的航行轨迹以及相关货物、船员等信息，并能够通过大数据分析支持对特定区域船舶交通状况进行实时分析（包括海况信息、碰撞危险度判断等）、预测分析和事后分析。
3.3 构建AIS消息服务平台
在对现有的AIS 、指令报文和系统运行原理研究的前提下，构建AIS 指令发送/接收、处理、分析、存储的AIS 消息服务平台，并研究AIS 调度算法，编写一套能灵活调用就近AIS 发送预警指令给特定船舶的算法，定向推送消息，确保信息传达的及时性和准确性。
摘　要：本文计划以
AIS 技术为基础，进行水下管道防护系统搭建研究。希望在系统建成后，能在水下管道防护方面起到一定作用。关键词：AIS；虚拟航标；水下管道防护；系统搭建图1：油气防护系统架构
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3.4 编写控制程序
由于各个的生产厂家不同，的协议不尽相同，对相关厂家的AIS协议进行调研整理，需要编写一套能适配不同协议的控制程序，协同AIS消息服务平台调度指定的AIS对特定船舶完成播发指令的工作。
3.5 建设保护区监控系统
利用电子海图服务、大数据分析与应用与互联网技术，结合AIS调度算法和控制程序，以面向对象、面向服务为设计思想，建设基于B/S结构的油气管道保护区监控系统，实现对保护区船舶的实时有效监管、对进入保护区的船舶播发预警信息、短信通知、历史事故复盘、船舶轨迹跟踪等功能。
4 功能设计
该防护系统主要包含以下功能：
4.1 实时监控
对于在保护区附近活动的船舶进行实时监控，通过电子海图服务功能，可通过不同条件筛选、查看船舶AIS详细信息，船舶AIS 信息其属性包括MMSI、IMO、呼号、船名、货物/船舶类型、船舶长度、船舶宽度、船艏向、时戳、报告日期、预计到达时间、目前最大静态吃水、目的地等。
4.2 船舶预警
对于进入保护区的船舶，发送预(报)警AIS消息，通知船舶已经进入保护区域，不要在保护区抛锚、拖锚和作业。对于每次发送AIS预(报)警消息，需要记录发送预(报)警消息的相关信息，方便历史查询。这些信息包括：船舶的MMSI、船舶位置、发送时间、消息内容、发送时的预(报)警区域、应答时间、回复内容。
4.3 短信、邮件通知
当有船舶在保护区有抛锚、拖锚和作业意图时，短信和邮件通知相关人员，提醒需要重点监控相应船舶。对于每次发送的短消息和邮件，需要记录发送信息的详细信息，方便历史查询。这些信息包括：船舶的MMSI、船舶位置、发送时间、消息内容、发送时的预(报)警区域。
4.4 预警、报警设置
客户端可以根据需要，对各种预警、报警情况进行提前设置。对于预警、报警设置的更改，要记录每次更改的历史，方便历史查询。
4.5 事故复盘
发生海底油气管道破损事故后，对事故信息进行记录，包括事故发生时间段、事故点坐标范围，并通过事故信息筛查同一时间段，在此事故点一定范围内活动的船舶轨迹信息，查肇事船舶。
4.6 轨迹跟踪
一旦确定肇事船舶后，对肇事船舶进行重点标记并实时跟踪，同时报告给海事监管部门，寻求对肇事船舶进行追责赔偿处理，并记录追责信息。
web应用防护系统4.7 用户状态监控
管理端可以对连接到出此系统的用户进行管理和监控。对于用户的每次登录和退出，都要做详细的记录。管理端对用户管理的每次变更，都需要做详细的历史记录
5 大数据分析
由于海运繁忙程度日益剧增，船舶数量庞大，在于实时通讯的同时产生巨大的数据量，为了更好的贴合应用领域和业务实现，需要应用到大数据技术和服务体系，对大量的船舶数据进行采集、存储、分析，扩大应用范畴，从而产生更大的价值。
（1）鉴于大数据“多源异构”的特点，大数据采集使用实时流处理模式：通过K-V查询接口，以流处理模式，逐条传输、数据清理，融合并入库中。
（2）大数据存储采用分布式存储模式，包含分布式块存储、分布式文件存储、分布式对象存储。
（3）大数据分析包含可视化分析、数据挖掘算法、预测性分析能力、语义引擎、数据质量和数据管理等。
6 数据库
6.1 AIS数据库
AIS数据通过网络专线接入，数据接入后分两种格式存储：一种是AIS原始数据，一种是AIS检索数据。
6.1.1 AIS原始数据
AIS原始数据即标准NMEA-0183格式AIS电文数据，每1小时存一个文件，文件命名规则为YYYYMMDDhhmm.dat。每次接收都会给报文加一个时间标签，时间标签格式为$POSN,1,2010,02, 01,11,00,00<CR><LF>。AIS原始数据支持轨迹分析和流量统计功能，可以为系统提供决策性支持。系统应至少保存一年的AIS原始数据。
6.1.2 AIS检索数据
为了方便AIS历史数据快速检索，系统应存储解析过后的关键数据，同时为每条数据加了时间标签和查询索引。
6.2 业务数据库
在对系统功能的需求分析和理解的基础之上，针对于保护区监控系统建设业务数据库（使用MySQL关系型数据库），主要用于存储、计算分析各项业务逻辑、系统设置和基础配置数据，以其中一部分内容举例说明，如保护区设置数据、船舶数据、预警设置数据、报警设置数据、历史事故数据、用户数据、角数据、权限数据、日志数据等等。
船舶数据：指船舶的静态数据，包括MMSI、IMO、呼号、船名、货物/船舶类型、船舶长度、船舶宽度、更新时间等属性。
预警信息：可包括预警id、预警级别、关联保护区、预警消息内容、更新时间、更新人等属性。
报警信息：可包括报警id、报警类型、报警内容、报警形式（系统提醒、邮件提醒、短信提醒）、报告对象、接收地址、报告频率、更新时间、更新人等属性。
历史事故：包括事故id、事故类型、肇事船舶、发生时间、发现人、事故位置、事故描述、处理结果、处理人、更新时间、更新人等属性。
权限信息：包括权限id、菜单名称、按钮名称、关联角、更新时间、更新人等属性。
7 总体架构
按照建设目标和建设内容，油气管道保护系统的总体架构从下往上分为支撑层、服务层、应用层等部分，总体架构详细内容如图1所示。
8 结束语
本文以AIS技术为基础，进行水下管道防护系统搭建研究，期望能切实缓解水下管道防护的情况。但是在实际应用当中，任何问题都不可能靠单一技术来进行解决，所以要想更好的解决水下设施防护，还需要考虑与其他技术的融合。
参考文献
[1]田亮.AIS航标创新以及推广应用的探讨[J].珠江水运,
2019(05):63-64.
[2]李晋超.船舶雷达和AIS大数据可视化研究中Web技术的应用
[J].舰船科学技术,2021(17):109-111.
[3]郑金明.船舶AIS中的MSI系统设计与实现[J].舰船科学技
术,2019(41):133-135.
作者简介
马骏（1984-），女，回族，广西壮族自治区全州县人。大学本科学历，工程师。研究方向为油田生产信息化。
杨国峰（1987-），男，天津市人。大学本科学历，工程师。研究方向为海陆通信、油田生产信息化。
吕正冬（1987-），男，山东省商河县人。硕士研究生学历，工程师。研究方向为油田生产信息化。
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