論“引航家”國產(chǎn)智慧船舶交通管理系統(tǒng)架構(gòu)

王偉　王君　楊超　唐琨

1.引言

為了響應(yīng)軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略、打破國外壟斷、打造民族自主品牌、保障國家信息安全、提高我國船舶交通管理的智慧化水平，中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所與中國交通通信信息中心聯(lián)合開展了“引航家”智慧船舶交通管理系統(tǒng)（以下簡稱國產(chǎn)VTS）的研制。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于30多年海上指揮信息系統(tǒng)的深厚技術(shù)基礎(chǔ)和豐富工程經(jīng)驗(yàn)，深入分析IALA、IMO等國際相關(guān)規(guī)范和我國海事系統(tǒng)用戶需求與實(shí)際，采用成熟的軍用指揮信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建具有開放性、可擴(kuò)展性強(qiáng)、綜合集成能力強(qiáng)的國產(chǎn)VTS系統(tǒng)架構(gòu)，提供多種信號數(shù)據(jù)接口，能夠與國內(nèi)外海事雷達(dá)、VHF 等通信設(shè)備、海事數(shù)據(jù)中心、港航系統(tǒng)、其他VTS中心系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，不僅能滿足目前船舶交管的需求，也能對未來“智慧海事”建設(shè)提供強(qiáng)有力的支撐。

2.系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)共分為四層，分別為：基礎(chǔ)設(shè)施層、基礎(chǔ)支撐層、功能服務(wù)層、應(yīng)用系統(tǒng)層。基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括計(jì)算/存儲/網(wǎng)絡(luò)資源、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；基礎(chǔ)支撐層分為虛擬化平臺、服務(wù)支撐和應(yīng)用支撐服務(wù)三個層次；功能服務(wù)層包括多元信息綜合處理、二三維交通態(tài)勢顯示、WEB交通態(tài)勢顯示、交通態(tài)勢評估與告警、CCTV接力跟蹤、流程化應(yīng)急事件處置等，應(yīng)用系統(tǒng)層則構(gòu)建了國產(chǎn)智慧船舶交通管理系統(tǒng)的系列化產(chǎn)品，包括港口型、航道型和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)船舶交通管理系統(tǒng)等，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如下圖所示：

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)的核心是基礎(chǔ)支撐層，虛擬化平臺將基礎(chǔ)設(shè)施中的計(jì)算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源予以抽象、轉(zhuǎn)換，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的障礙，更好的合理利用資源，且獲得更強(qiáng)大、更富活力、更具彈性的特點(diǎn)。服務(wù)支撐用來統(tǒng)一管理分布式虛擬資源，通過服務(wù)總線為應(yīng)用的分布式運(yùn)行部署提供可靠的運(yùn)行支撐環(huán)境，為服務(wù)調(diào)用者和服務(wù)提供者之間的交互提供服務(wù)尋址、負(fù)載均衡的能力，使得服務(wù)調(diào)用者透明調(diào)用不同服務(wù)。應(yīng)用支撐服務(wù)由地理信息、信息傳輸和記錄回訪等共性服務(wù)構(gòu)成，能為上層應(yīng)用功能提供基礎(chǔ)的、共性的服務(wù)能力[1]。

3.軟件技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用C/S、B/S混合架構(gòu)。C/S架構(gòu)主要用于實(shí)現(xiàn)水上目標(biāo)動態(tài)處理和二三維一體化顯示、交通態(tài)勢評估、交通態(tài)勢告警、攝像頭接力跟蹤等，該部分功能對于時效性要求較強(qiáng)；B/S架構(gòu)主要用于VTS系統(tǒng)的信息管理（MIS）等。

為了實(shí)現(xiàn)VTS和MIS之間的聯(lián)動，建立了適用于C/S與B/S兩種體系架構(gòu)的通信機(jī)制和消息注冊訂閱機(jī)制。軟件技術(shù)架構(gòu)如下圖：

4.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

國產(chǎn)VTS系統(tǒng)涉及的通信網(wǎng)絡(luò)主要包括海事和港口專網(wǎng)、萬維網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、視頻網(wǎng)絡(luò)等，通過安全隔離設(shè)備將各網(wǎng)系接入海事專網(wǎng)。

海事專網(wǎng)包括雷達(dá)錄取設(shè)備、分支海事局的操作終端、工作臺、VTS工作臺位、海事衛(wèi)星、北斗、VHF、AIS、海事數(shù)據(jù)中心、AIS中心、CCTV、水文氣象等終端；無線通信網(wǎng)絡(luò)包括北斗、VHF、AIS等無線通信設(shè)備；視頻網(wǎng)絡(luò)包括圖形拼接器、大屏顯示系統(tǒng)、視頻采集器等設(shè)備。

5. 系統(tǒng)信息處理架構(gòu)

為了對大容量水上目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時計(jì)算、存儲、訪問等相關(guān)處理，VTS系統(tǒng)運(yùn)用了并行計(jì)算、多維空間索引等技術(shù)，兩臺服務(wù)器能并行處理三萬批水上目標(biāo)，每分鐘處理60萬點(diǎn)，并且通過靈活擴(kuò)展構(gòu)建服務(wù)器集群，大大提升了水上目標(biāo)處理能力。該架構(gòu)特別適應(yīng)交通流量大、通航密度高的港口，如上海、香港、新加坡等地。

VTS系統(tǒng)可基于交通流量的階段性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，自動將VTS覆蓋水域劃分成多個處理區(qū)域，并在處理區(qū)域間設(shè)定交接區(qū)，來實(shí)現(xiàn)水上目標(biāo)穿越不同區(qū)域時的身份標(biāo)識、運(yùn)動要素等信息的一致性處理。其中Pi（i=1，2，…，n）負(fù)責(zé)對區(qū)域i的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；Pi（i+1）（i=1，2，…，n-1）負(fù)責(zé)對Pi和P（i+1）交接區(qū)目標(biāo)進(jìn)行仲裁，確保水上目標(biāo)穿越不同區(qū)域時的身份標(biāo)識、運(yùn)動要素等信息的一致；PA負(fù)責(zé)對Pi和Pi（i+1）處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時負(fù)責(zé)與另一個VTS節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行跨區(qū)自動交接。

6.總結(jié)

回眸過去、展望未來，國產(chǎn)智慧船舶交通管理系統(tǒng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)以實(shí)際行動踐行軍民融合國家戰(zhàn)略，緊密結(jié)合“智慧海事”發(fā)展需求，持續(xù)提升系統(tǒng)智慧化水平，更好的服務(wù)智慧交通發(fā)展和海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳黎明.高鋒.海軍作戰(zhàn)指揮軟件構(gòu)件化【J】.指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2018，第一期：1-7