SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVol. 40, No. 8AAug. , 2018
基于动态GIS的救援船舶海上航行路线精准预报系统
孙茂金，吕 靖
(大连海事大学 交通运输工程学院，辽宁 大连 116026)
摘 要: 船舶救援是一种有效的救援方式，传统的救援船舶海上航行路线预报系统判断时间过长，带来的经
济损失很大。为了解决此问题，基于动态GIS研究了一种新的救援船舶海上航行路线精准预报系统，分别对系统的硬件和软件部分进行设计，系统硬件部分包含数据采集器、数据分析器、搜救知识库、线路推理器4个模块；采用GIS技术设计了软件部分，软件工作流程共有4步，数据采集、数据分析、数据匹配、线路监测。通过实验验证了该技术的工作效果，实验结果表明，设计的系统能够快速给出救援路线，有效降低经济损失，具有很大的市场发展空间。
关键词：海上救援；动态GIS；航行路线检测；精准预报；预报系统中图分类号：TD166 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2018)8A – 0037 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.8A.013
Accurate prediction system for rescue ship′s sea route based on dynamic GIS
SUN Mao-jin, LU Jing
(Dalian Maritime University, Transportation Engineering College, Dalian 116026, China)
Abstract: Ship rescue is an effective way of rescue. The traditional rescue ship navigation route prediction system has along time to judge, resulting in great economic losses. In order to solve this problem, based on dynamic GIS, a new precisionprediction system for rescue ship navigation route is studied. The hardware and software parts of the system are designed re-spectively. The hardware part of the system includes four modules: data collector, data analyzer, search and rescue know-ledge base and line reasoning module. The system is designed by GIS technology. There are four steps in software workflow,data acquisition, data analysis, data matching and line monitoring. The experimental results show that the designed systemcan quickly give the rescue route, reduce the economic loss effectively, and have a great market development space.
Key words: maritime rescue；dynamic GIS；navigation route detection；precision forecast；forecast system
0 引 言
船舶航行往往是远程航行，如果发生海难，陆地救援工作十分重要，工作人员必须精准地定位出海难事故现场，然后给出预测路线，按照规划好的路线航行。本文基于动态GIS理念研究了一种新的救援船舶海上航行路线精准预报系统，对系统的硬件和软件进行设计，通过实验验证了该系统的实际操作效果[1]。
件架构图如图1所示。
1.1 采集器设计
图1中的数据采集器采集方式分为在线和离线2种，在不同单元中完成工作。在线数据采集在不同的时间内采集数据，不断传送位置信息。在线数据采集是最佳采集方法，可以传输大量数据，在所有存在Wi-Fi和不限流量的地方都适用。离线采集适用于不需要流量载体的数据，采集装置可以较为精准地采集到位置信息和速度信息，并且将这些采集数据上传给中心系统。当船舶存在开放链接，可以采用安放GPS定位器，这样能够有效降低数据采集误差。一个小的误差就会影响整个路线的设定，大大延缓救援速度。
1 救援船舶海上航行路线精准预报系统硬件设计
本文设计的救援船舶海上航行路线精准预报系统引用最先进的GIS系统，通过数据采集器、数据分析器、搜救知识库、线路推理器4个模块组成。系统硬
收稿日期: 2018 – 06 – 21
作者简介: 孙茂金(1981 – )，男，硕士，高级工程师，研究方向为海上安全。
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舰 船 科 学 技 术第 40 卷
图 1 预报系统硬件架构图
Fig. 1 Hardware architecture diagram of forecast system
图1是用WM软件补偿数据采集，通过装载GPS传递数据，传递间隔为2 s，传输过程会产生3个随机数据，通过初始参数和最终数据来提高采集数据的精准度。WM软件中含有36种数据导出格式，导出的数据包括船舶所在经度、纬度等，记录在XML软件中，软件中的数据每隔15 s更新一次，确保实时性[2]。
1.2 数据分析器设计
数据分析器是在应用程序服务层进行工作的，通过在线网络分析采集器采集到的数据，分析器配备出一个可视化平台，利用互联网资源提供的地图分析船舶所在位置，确定救援船舶的初始点和终止点，给出固定的行驶方向，并且细化出一系列的位置坐标，确定出最佳救援路线。
1.3 搜救知识库设计
搜救知识库中必须配备大量海上资料信息以及船舶信息，在分析器分析出遇难船舶具体位置后，与搜救知识库中的数据进行匹配，评定遇难海域的天气状况、海水速度、海洋温度等，由此分析应该派出哪种类型的船舶实施救援工作，才能够取得最佳的救援效果[3]。
1.4 线路推理器设计
线路推理器是硬件的核心部分，主要负责推理出最有效稳定的线路，由于失事船舶发生灾难的季节、地点不同，所以救援船舶需要行走的路线也不同，线路推理器必须要精准地判断出船舶的所有信息，给出最佳路线，才能保证最佳救援质量，将经济损失降到最低。
本文设计的线路推理器另一个优势在于可以设计出多种线路，并且在最短的时间内做出仿真实验，分析船舶运行各种路线可能出现的问题，以及最后到达现场的时间，在对比实验结果中找出最佳路线。
2 救援船舶海上航行路线精准预报系统软件设计
基于救援船舶海上航行路线精准预报系统硬件部
分对软件进行编程，将GIS技术引入其中，软件工作流程如图2所示。
图 2 软件工作流程Fig. 2 Software workflow
软件系统工作过程复杂，需要具体阐述：1）数据采集。选用高精尖无人机在海面上进行航拍，快速采集遇难船舶信息、海面信息以及天气状况。安装GPS系统对其进行精确地控制测量，最小程度降低误差。
2）数据分析。将采集得到的数据反馈给中心系统，采用最先进的技术对得到的数据进行分析，重新绘制出地貌地形，并对其进行三维加密，编辑方式为等高线编辑。分析过程中要绘制出地物立体图，内外同时监测提高数据的实时性。
3）数据匹配。分析后的数据必须与搜救知识库中的数据进行匹配，判断得到的数据是否精准，根据原有的数据和救援经验匹配出最佳营救路线，同时也要结合实际情况，避免提出的救援路线不符合实际情况。
4）路线监测。在确定出最佳路线后，救援船舶开始行动，全程行动工作都要有监测器对其进行监测，当出现意外事件时，监测系统要立刻反馈给控制中心，控制中心迅速给出调整措施，争取在最短的时间完成救援任务[4]。
3 实验研究
3.1 实验参数
实验参数如表1所示，根据表1设定的参数进行实验，选取传统预报系统和本文设计的救援船舶海上航行路线精准预报系统对同一段遇难船舶号进行救援，记录2个系统的救援时间和经济损失，分析实验结果。
3.2 结果与分析
得到的实验结果如图3和图4所示。
第 40 卷孙茂金，等：基于动态GIS的救援船舶海上航行路线精准预报系统
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表 1 实验参数
Tab. 1 Experimental parameters
项目数据连接网络以太网救援数据库内存/G
126救援指令CAMR工作电压/V220工作电流/A200～500电流形式直流电/交流电
数据更新时长/μs
5输入信号WM信号输出信号WE信号工作环境UEM监测性质全程监测动态系统
GIS系统
1）救援时间对比实验。分析图3可知，失事船舶与救援点距离越远，需要的救援时间越长，当船舶距离救援点的距离为300 km时，传统系统需要的预测时间为18 min，本文系统的预测时间只需要8 min；当船舶距离救援点的距离为900 km时，传统系统需要的预测时间为50 min，本文系统的预测时间只需要24 min；当船舶距离救援点的距离为1 200 km时，传统系统需要的预测时间为90 min，本文系统的预测时间只需要52 min。
2）经济损失对比实验。分析图4可知，救援消耗的时间越长，损耗的经济越多。当救援时间为20 min时，传统系统产生的经济损失为35万元，本文系统产生的经济损失为20万元；当救援时间为60 min时，传统系统产生的经济损失为110万元，本文系统产生的经济损失为55万元；当救援时间为90 min时，传统系统产生的经济损失为170万元，本文系统产生的经济损失为110万元。
4 结 语
船舶救援一直是科学界重点关注内容，由于海洋
图 3 救援时间对比实验结果
Fig. 3 Comparison experiment results of rescue time
图 4 经济损失对比实验结果
Fig. 4 Experimental results of economic loss comparison
环境的复杂性，船舶很有可能会发生事故，可是距离陆地的距离过远，使得救援工作变得困难起来。本文基于GIS技术研究了一种有效的救援路线预测系统，利用仿真实验验证了该系统的真实有效性，该研究对于海上救援有重要的指导意义。
参考文献：
[1]唐亦敏. 基于GIS的船舶电力系统配电网络的研究[J]. 舰船
科学技术, 2017, 11(14): 94–96.
[2]郑栩展, 李兴林. 基于GIS的船舶企业车辆管理系统的设计
与实现[J]. 计算机与数字工程, 2016, 44(12): 2437–2441.[3]姜元军, 来丽芳, 李亚丹, 等. 基于GIS的城市内涝预警预报
系统设计与实现[J]. 测绘与空间地理信息, 2016, 39(8):69–71.
[4]刘骁远, 王鹏, 王船海, 等. 基于GIS的南宁市邕江流域水环
境管理决策支持系统的开发和应用[J]. 水电能源科学, 2016,15(4): 170–173.
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