本文關(guān)鍵詞：智能運輸，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

1 引言

水上運輸作為人類歷史上最古老的運輸方式，一直發(fā)揮著重要作用，在相當長的時間里是最重要的運輸方式。長江素有黃金水道之稱，水域遼闊、港口眾多，且與內(nèi)陸其它河川相互連通，是我國內(nèi)河的重要航道，其運輸量大、成本低，具有其它運輸方式無法比擬的優(yōu)勢，十分適合航運業(yè)發(fā)展。目前，長江干線共有貨物運輸碼頭458座，吞吐能力上億噸，碼頭大型化、機械化和智能化將是長江港口發(fā)展的趨勢。長江航道建設(shè)也進入整體加速推進階段，截止2010年，重慶至宜賓河段可提高到三級航道的標準，千噸級船舶可全年從重慶直達宜賓。三峽庫區(qū)炸礁工程完工以后，2010年10月26日上午9時三峽大壩成功蓄水175米，萬噸級船隊將從三峽大壩直達重慶，中游地區(qū)實現(xiàn)江海直達運輸，下游地區(qū)可常年通行3萬噸海船，航運發(fā)展?jié)摿薮骩1]。

雖然我國在船舶運輸安全監(jiān)管方面出臺了一系列法規(guī)和條例，開展了大量工作，但由于多方面的原因，近年來，有關(guān)我國長江流域重大災害事故發(fā)生多起。另外，從信息的質(zhì)量、有效性、實時性、可靠性以及提供信息服務的代價上來看，都說明現(xiàn)階段我國的船舶交通管理系統(tǒng)的技術(shù)手段和功能還沒有隨著航運事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。這種發(fā)展應主要體現(xiàn)在交通形勢分析、交通預警、交通管理和應急預案制定等智能化方面，強調(diào)的是快速、準確、規(guī)范，且不增加VTS管理人員的工作強度。這暴露出船舶運輸安全仍存在許多薄弱環(huán)節(jié)，應引起有關(guān)管理機構(gòu)及船公司高度重視[2]-[3]。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 由于自然環(huán)境的影響，單傳感器信號很難對目標實施精確定位監(jiān)控。

(2) 各個船舶之間彼此孤立，相互之間缺乏信息交流。

(3) 機務管理依舊采用比較原始的手段，不夠科學化。

(4) 管理人員的工作經(jīng)驗、精神狀態(tài)等人為因素，導致系統(tǒng)功能不能充分發(fā)揮。

因此，必須特別關(guān)注和高度重視水上運輸運輸存在的問題，預防事故的發(fā)生，開發(fā)基于局域網(wǎng)基礎(chǔ)上，并將船舶機務及其他管理人員聯(lián)成一體的機務管理信息系統(tǒng)，是實現(xiàn)機務管理科學化、現(xiàn)代化的有效手段[4]。針對這一特點，本文主要是實現(xiàn)對船舶機務的科學化管理，搭建船舶智能運輸管理系統(tǒng)平臺框架，并編制了基于信息融合與數(shù)據(jù)挖掘的船舶智能運輸管理系統(tǒng)軟件。以便準確地了解船舶的運行狀況、船舶設(shè)備的安全狀況、港口情況，對保證船舶安全高效地航行，對提高航運管理部門管理效率，降低船舶運輸公司的運營安全和成本有著重要的現(xiàn)實意義。這樣才能有效解決現(xiàn)有問題，實現(xiàn)長江船舶運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展和高效管理，順利推進暢通重慶相關(guān)政策和技術(shù)的有效實施。

2 船舶智能運輸數(shù)據(jù)處理及信息發(fā)布

整個系統(tǒng)的實質(zhì)就是利用高新技術(shù)對傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)進行改造而形成的一種信息化、智能化、社會化的新型交通管理系統(tǒng)，將ITS的理論和方法應用在船舶交通管理系統(tǒng)中，就形成了智能化船舶交通管理系統(tǒng)MITS。該系統(tǒng)結(jié)合了VTS系統(tǒng)和AIS系統(tǒng)的雙重功能優(yōu)點，能MITS真正發(fā)揮監(jiān)控水域交通的功能，保障船舶航行安全和保護水域環(huán)境安全的作用，使管理人員能及時、準確、全面的掌握船舶的航行動態(tài)，預測水域中潛在的交通隱患，及時做出交通組織方案或應急方案，有效防止災難的發(fā)生，最大限度地減少災難損失。

通過基于船舶智能運輸管理系統(tǒng)軟件在航運管理系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)航運各子系統(tǒng)之間信息共享，提高航道通行能力和交通效率，并且還可以做到航運信息管理的系統(tǒng)化、規(guī)范化和自動化。智能航運管理系統(tǒng)綜合信息平臺工作原理框架如圖1所示。

在本系統(tǒng)中，為了方便的對數(shù)據(jù)進行實時處理，我們建立了一個專用數(shù)據(jù)庫用來存放數(shù)據(jù)，使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是SQL SERVER 2005。該系統(tǒng)分為六大模塊，分別是多傳感器數(shù)據(jù)采集模塊;通信網(wǎng)絡模塊;數(shù)據(jù)存儲與管理模塊;交通信息處理模塊;交通信息顯示與發(fā)布模塊;結(jié)果統(tǒng)計及信息查詢模塊組成。

多傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，主要包括靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、與航向有關(guān)的信息和與安全有關(guān)的信息，靜態(tài)交通數(shù)據(jù)包括船舶識別碼、船名和呼號、船長和船寬、船舶總噸、船舶類型和定位天線位置;動態(tài)交通數(shù)據(jù)包括船位及精度指示、UTC時間、船舶航向和航速、船舶航行狀態(tài)和轉(zhuǎn)向角度等;與航行有關(guān)的信息：船舶吃水深度、危險品、目的地、ETA和航行計劃;與安全有關(guān)的短信息：航行警告等。多傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的主要采集設(shè)備是GPS、雷達、AIS、聲納、視頻監(jiān)控器、水位測定儀、風速測定儀等[5]。

通信網(wǎng)絡模塊，起著信息傳遞與信息交換的作用。通過通信網(wǎng)絡將采集到的交通數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇煌ㄐ畔⑻幚碇行倪M行存儲與管理;同時，它可作為交通控制中心發(fā)布交通信息的手段，將實時交通信息發(fā)布到相關(guān)部門進行決策。

數(shù)據(jù)存儲與管理模塊，對航線的基礎(chǔ)地理信息，靜態(tài)交通信息和動態(tài)交通信息進行綜合管理，實現(xiàn)各個模塊之間的數(shù)據(jù)交換，合理調(diào)運交通數(shù)據(jù)，對動態(tài)交通信息進行實時的更新。

交通信息處理模塊，通過利用有效的數(shù)據(jù)處理模型和方法對采集到數(shù)據(jù)庫的交通數(shù)據(jù)進行分析、計算和處理，實現(xiàn)雜波抑制、增益抑制、幅頻運算、恒虛警、反異步干擾和動態(tài)雜波地圖分析等。該模塊還可完成對各種交通信息的處理，并進行交通狀態(tài)判斷與預測，交通運行狀態(tài)的綜合分析等。

交通信息顯示與發(fā)布模塊，主要是通過運行軌跡圖和數(shù)據(jù)表格的形式顯示出來，簡捷直觀，很容易理解。同時，配合相關(guān)監(jiān)控軟件將雷達系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)及情報信息圖形化顯示，進一步實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、廣播等不同手段準確實時的發(fā)布給用戶，提供決策信息，實現(xiàn)交通安全。

結(jié)果統(tǒng)計及信息查詢模塊，主要是保存以上每一步的處理結(jié)果，用戶需要的時候可以方便查詢。同時在每一步的處理過程中對處理的特征量進行統(tǒng)計，并實時顯示出來。

基于以上各個模塊之間相互作用可實現(xiàn)船和岸、船和船、岸和船之間的信息傳遞。他們能夠互相收發(fā)信息，避免碰撞，確保船舶的安全行駛。

3 基于Matlab圖形界面的船舶管理系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

航運智能管理系統(tǒng)軟件開發(fā)，服務器選用Windows 2000 Server;數(shù)據(jù)庫SQL Server 2005;以Matlab R2009a為平臺，采用圖形界面設(shè)計，核心算法采用MATLAB語言實現(xiàn)。采用模塊化開發(fā)思想，確定系統(tǒng)的總體設(shè)計的思路，在分析整個系統(tǒng)的輸入/輸出基礎(chǔ)上，以提高系統(tǒng)的開放性、可伸縮性和通用性，人機交互采用GUI對話框的方式進行。

3.2 系統(tǒng)功能描述

3.2.1串口數(shù)據(jù)預處理功能

現(xiàn)代雷達系統(tǒng)和AIS系統(tǒng)中，要求在對空間掃描的同時用計算機對多個目標進行航跡跟蹤。從多傳感器前端送來的目標信息，由于多目標數(shù)據(jù)融合時間不同步、數(shù)據(jù)率不一致以及多傳感器空間分布存在差異，首先必須把來自不同平臺的多傳感器的多目標數(shù)據(jù)進行時空對準。接下來，把屬于同一目標的點跡進行關(guān)聯(lián)。

3.2.2船舶實時監(jiān)控功能

航跡關(guān)聯(lián)以后，再將來自某一目標的多元信息，即多傳感器的數(shù)據(jù)，加以智能化合成，產(chǎn)生比單一信源更精確、更完整的關(guān)于目標的估計與判斷。進一步研究雷達信號與GIS-T、GPS、AIS等數(shù)據(jù)的融合，進行船舶實時動態(tài)監(jiān)測，即實現(xiàn)實時監(jiān)測航運企業(yè)的所有船舶，特別是在港口、航道等交通敏感區(qū)，設(shè)置預警區(qū)域，顯示報警點的位置及報警內(nèi)容;同時，能夠?qū)︻A案進行評價，為指揮人員處理突發(fā)事件的決策方案提供依據(jù)。

3.2.3交通信息分析及顯示功能

交通信息分析及顯示功能主要提供航運狀態(tài)分析，并以動態(tài)顯示的方式實時發(fā)布出來，有利于相關(guān)部門和執(zhí)法人員直觀交通運行的安全狀況。

3.2.4交通信息資料管理功能

通過對一定時間和空間范圍內(nèi)的交通特性以及一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析，反應出航運智能運輸?shù)囊恍┗疽?guī)律，同時，這也是對交通建設(shè)、管理、規(guī)劃、評價和預測不可或缺的依據(jù)。船舶智能運輸管理系統(tǒng)的功能模塊如圖2所示。

3.3 系統(tǒng)總體框架及結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)采用模塊化開發(fā)思想，確定系統(tǒng)的總體設(shè)計的思路，在分析整個系統(tǒng)的輸入/輸出基礎(chǔ)上，采用Windows XP 操作系統(tǒng)平臺的模塊化軟件設(shè)計，以提高系統(tǒng)的開放性、可伸縮性和通用性，人機交互采用GUI對話框的方式進行。

設(shè)計原則：軟件開發(fā)遵守軟件工程規(guī)范，實施版本控制，新業(yè)務功能的增加不影響原有的系統(tǒng)運行，同時使系統(tǒng)易于維護、升級、擴展及在此基礎(chǔ)上二次開發(fā)。

軟件體系結(jié)構(gòu)：三層模型設(shè)計，數(shù)據(jù)層、應用框架層、功能組件層。數(shù)據(jù)層為多源傳感器數(shù)據(jù)的輸入輸出等;應用框架層主要實現(xiàn)用戶與程序的交互界面;功能組件層由各種組件和控件組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能。

軟件I/O接口：軟件以多傳感器數(shù)據(jù)作為輸入處理對象，用戶通過操作軟件的應用框架調(diào)用功能處理組件模塊，實現(xiàn)相應處理。

軟件設(shè)計流程：定義數(shù)據(jù)模型及輸出結(jié)果的類型;數(shù)據(jù)層與框架層的代碼實現(xiàn);功能組件層接口定義;功能組件層代碼實現(xiàn)及單元模塊測試;系統(tǒng)測試。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)實現(xiàn)的多傳感器分別是采用雷達(目標1、目標2、目標3)和AIS進行數(shù)據(jù)采集，雷達的采樣周期是5s，AIS的采樣周期是10 s。所有數(shù)據(jù)存儲在初始數(shù)據(jù)庫中(SQL SERVER 2005)，接下來對兩種傳感器采集的數(shù)據(jù)在本系統(tǒng)上進行處理，實現(xiàn)船舶智能運輸的實時管理。

4.1數(shù)據(jù)預處理模塊

數(shù)據(jù)預處理主要是凈化傳感器采集的原始數(shù)據(jù)，為后面的數(shù)據(jù)處理做好基礎(chǔ)準備。針對我國航運所處環(huán)境的特點，本系統(tǒng)采用基于邏輯的方法來實現(xiàn)航跡的起始跟蹤，該方法在虛警概率比較低的情況下，起始航跡的效果比很好。

4.2數(shù)據(jù)時空對準模塊

所謂數(shù)據(jù)時間對準就是對各傳感器采集的目標數(shù)據(jù)進行內(nèi)插、外推，將高精度觀測時間上的數(shù)據(jù)推算到低精度觀測時間點上。

本系統(tǒng)的空間對準的主要任務是把雷達的極坐標和AIS的WGS-84坐標都根據(jù)相應的公式轉(zhuǎn)化成地心直角坐標進行統(tǒng)一。

4.3航跡關(guān)聯(lián)模塊

航跡關(guān)聯(lián)問題是如何判斷來自不同傳感器的航跡估計值是否代表同一目標，實際上就是解決傳感器空間覆蓋區(qū)域中的重復跟蹤問題。

4.4航跡融合及融合評價模塊

多傳感器數(shù)據(jù)融合，就是組合或融合來自多個傳感器或其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，也可將數(shù)據(jù)融合看作是將不同來源、不同模式、不同媒質(zhì)、不同時間、不同表示的信息加以有機地結(jié)合，以獲得綜合的、更好的估計，最后得到對監(jiān)控目標更精確的描述[6]。針對以上數(shù)據(jù)融合的結(jié)果，并和實際的航跡做一比較，檢驗數(shù)據(jù)融合的精度是否達到用戶的要求。

系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)如圖3所示。通過設(shè)置下拉菜單，采用人機交互的方式，，可以實現(xiàn)船舶的實時監(jiān)控，進一步可以進行航跡預測，為決策部門提供理論支持。

圖3系統(tǒng)界面

5 結(jié)語

在本系統(tǒng)中，針對重慶長江流域航運的具體特點，進行航運智能運輸仿真系統(tǒng)(MITSS)基本架構(gòu)研究。通過建立多源數(shù)據(jù)動態(tài)更新方法來實現(xiàn)船舶的精確定位與監(jiān)控，達到提高航道的管理和安全水平、增加交通的機動性、減少船舶運輸對環(huán)境的影響、提高航道通行能力和交通效率的目的，確保重慶水路交通運輸?shù)臅惩�。其次，該系統(tǒng)也可以進行不同管理部門(消防系統(tǒng)，公安系統(tǒng))之間的數(shù)據(jù)共享，為進一步的決策提供理論支持，實現(xiàn)政府管理與部門服務的有效結(jié)合。最后，本系統(tǒng)還具有二次開發(fā)的接口，用戶可以根據(jù)自己的需要進行系統(tǒng)功能完善，進而可以應用到其他相關(guān)領(lǐng)域進行智能數(shù)據(jù)處理。

  本文關(guān)鍵詞：智能運輸，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。