一种船舶AIS违规关停监测的装置和方法

一种船舶ais违规关停监测的装置和方法
技术领域
1.本发明涉及水上交通管理技术领域，具体涉及一种船舶ais违规关停监测的装置和方法。


背景技术：

2.随着全球经济的快速发展，国家之间的商业贸易变得越来越频繁。海上运输因为运量大、成本低等特点相比于其他运输方式来讲具有较大优势，因此海上运输成为国际间运输的主要方式。由于经济的发展，船舶数量在不断的增长，与此同时也带来了海上船舶安全问题，船舶自动识别系统ais(automaticidentificationsystem)设备成为国际海事组织imo要求安装的助航设备，并根据solas公约要求强制安装。
3.船舶ais能够实现船舶间或船岸间船舶信息和航行状态信息的自动交换、监测和显示，有助于船舶驾驶员实时了解船舶周围的交通情况，从而可以极大地降低船舶之间碰撞的风险。然而一些船舶为了逃避监管而违规关闭ais设备，从而给其他船舶的正常航行造成极大的安全隐患，也给海事监管带来管理上的困难。
4.现有检测ais设备的手段通常是通过电子设卡等方式核查cctv监控画面中的船舶是否与智慧监管平台显示的船舶ais信息相符。受限于ais信号的延时等问题，值班人员需要持续盯防，才能判断船舶是否关闭ais，这种方法需要耗费大量的人力物力，不能适应现有海事监管的需求。


技术实现要素：

5.为了能及时监测到船舶是否违规关闭ais，本发明提出了一种船舶ais违规关停监测的方法和系统。
6.实现本发明目的之一的一种船舶ais违规关停监测的装置，包括电池管理模块和主控mcu；
7.所述电池管理模块用于采集可蓄电电源的电量数据，并通过物理通讯接口传输给主控mcu；
8.所述主控mcu用于接收并解析电池管理模块发送的电量数据和船舶发送的ais数据并发送给岸端服务器，其与船舶的ais设备通过物理通讯接口连接。
9.进一步地，还包括存储卡模块，用于当主控mcu与岸端服务器断联时缓存待发送的数据。
10.实现本发明目的之二的一种船舶ais违规关停监测的方法，包括：获取并解析船舶发送的ais数据，根据解析的ais数据获取船舶的ais设备的工作状态；当所述ais设备的工作状态异常时，则认为船舶ais违规关停。
11.进一步地，判断ais设备的工作状态是否正常的方法包括：当接收到的ais数据包括本船和附近其他船只的ais数据时，则代表ais设备的工作状态正常；当接收到的ais数据不包括附近其他船只的ais数据或者接收不到ais数据时，则代表ais设备异常，其中当附近
其他船只的ais数据则代表ais设备中的天线异常。
12.进一步地，船舶ais违规关停监测装置通过物理通讯接口获取船舶发送的ais数据并解析，如果发现ais设备的工作状态异常，则将ais设备工作状态异常的提示信息通过无线通信发送给岸端服务器，否则将解析后的ais数据通过无线通信发送给岸端服务器。
13.进一步地，所述方法还包括：获取主控mcu与所述船舶ais设备的通信状态，当所述通信状态异常时，则主控mcu生成通信状态异常提醒并上报至岸端服务器。
14.进一步地，由于用于给船舶ais违规关停监测装置供电的可蓄电电源的电源和ais设备的供电电源是一致的，当ais关停后，蓄电池也无法蓄电，由此所述方法还包括：获取用于给船舶ais违规关停监测装置供电的可蓄电电源的电量数据，当所述可蓄电电源的电量低于设定电量时则认为违规关停，生成船舶ais违规关停监测装置的电源断开警示提醒指令并上报至岸端服务器。
15.进一步地，船舶ais违规关停监测装置通过物理通讯接口获取所述可蓄电电源的电量，当所述可蓄电电源的电量低于设定电量时生成电量警示提醒指令，并将所述可蓄电电源的电量数据和电量警示提醒指令通过无线通信发送给岸端服务器，否则将可蓄电电源的电量数据通过无线通信发送给岸端服务器。
16.进一步地，所述方法还包括：当主控mcu检测到船舶ais违规关停监测装置的通信模块和岸端服务器断开连接时，将接收到的ais数据和电量数据保存在船舶ais违规关停监测装置的存储卡中并打上时间戳，等待通信恢复后重新发送给岸端服务器。
17.进一步地，所述方法还包括：当检测到船舶ais违规关停监测装置的通信模块和岸端服务器断开连接时，如果岸端服务器接收到的最后一条可蓄电电源的电量数据没有在设定电量以下，此时岸端服务器提示船舶ais违规关停监测装置断开连接。
18.有益效果：
19.1、利用本发明所述的装置和方法可以发现船舶为了逃避监管而关闭ais设备的违规情况，可以监测船舶ais是否正常开启，并能预警自身工作状态，发现船舶违规关闭ais时可发送警示给海事监管部门，极大的降低了船舶之间相互碰撞的安全隐患，减少了海事监管管理上的困难；对于打击违规违章行为、保障航行安全有着重要意义2、本发明所述的装置和方法对软硬件要求不高，成本较低。
附图说明
20.图1是本发明所述的船舶ais违规关停监测装置的结构示意图；
21.图2为本发明所述主控mcu与岸端服务器通信流程示意图；
22.图3为本发明拟定的周期上传的数据信息协议格式；
23.图4为主控mcu与岸端服务器网关切换示意图；
24.图5为网络断开时的数据缓存过程。
具体实施方式
25.下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保
护范围。
26.本实施例提出一种船舶ais违规关停监测装置，其组成如图1所示：
27.包括电池管理模块和主控mcu；
28.电池管理模块通过ad端口采集可蓄电电源的电量数据，并通过串口传输给主控mcu；所述串口用于连接主控mcu与船舶ais设备，并将从船舶ais设备接收到的ais数据传输给主控mcu；所述可蓄电电源用于给船舶ais违规关停监测装置供电，同时也可蓄电；
29.主控mcu用于接收并解析电池管理模块发送的电量数据和船舶发送的ais数据并发送给岸端服务器，其与船舶的ais设备通过串口连接；其还可以根据解析后的数据生成指令，所述指令包括：可蓄电电源电量警示提醒和ais工作异常提示指令；所述岸端服务器用于接收主控mcu的数据；如图2所示为主控mcu与岸端服务器之间的通信过程，具体实现方式包括：
30.主控mcu通过串口向通信模块发送指令完成4g网络的配置，具体过程包括：首先进行串口初始化，发送指令at+cpin检查sim状态，当接收到成功指令反馈后，发送指令at+cgreg进行注册网络，接入运营商服务，注网成功后发送包含岸端服务器的ip地址和端口指令at+qiopen＝《ip_address》，《port》连接到所使用的服务器，其中ip_address，port为岸端服务器的ip地址及端口号，成功与服务器建立连接后即可进行无线数据传输，数据传输指令为at+qisend＝《data_tmp》，其中data_tmp为待发送数据，数据形式可以为字符，随后开始传输数据给岸端服务器；如其中任一环节等待时长超过20s，则判断联网失败，进行重启。
31.如图3所示，在数据传输过程中，加入第一状态码“v”进行监测，数据包的前两个字节分别表示第一状态码和数据的长度，消息头中加两个字节表示命令的长度(”body_length”)，消息体中包括ais和报警等信息，最后两个字节代表第二状态码(“m”)，所述第一状态码和第二状态码用于数据校验及解析数据过程中分辨不同类型的ais的信息，如果数据在传输的过程中遭受数据截取或数据篡改，将导致岸端服务器制定的socket协议校验过程不通过，通信模块自动停止发送数据。
32.将船舶ais违规关停监测装置中的通信模块要传输的数据保存后，在应用层采用https协议封装并对格式进行了定义，通过套接字，端口号为8012，发送到传输层，传输层识别到数据报文后将数据发送给网络层，网络层对数据报文打包时定义了源ip和目标ip，形成数据包后发送到数据链路层，数据链路层定义了源mac和目的mac，形成数据帧后在物理层以二进制编码的形式发送出去。
33.如图4所示，当主控mcu与岸端服务器不处于同一网络时，目的mac并不是目标mac，两者之间需要网关进行过渡。此时目的mac则为当地网络的网关mac。当数据以广播的形式传输时，所有的岸端服务器都会查看目的mac地址是否与自己匹配。当本地路由器发现mac地址匹配时，在链路层查看目标ip与自己的ip是否相同，如不同则在路由表中查询是否存在到该ip的路由。如相同则重新定义源mac和目的mac后进行封装并发出；若没有匹配成功则发送到最近的同一网段的其它网关，继续传输，直到传输到目标岸端服务器ip地址。
34.在另一个实施例中，还包括sd卡模块，用于当船舶ais违规关停监测装置与岸端服务器断开连接时缓存待发送给岸端服务器的数据。
35.本实施例还提出了一种基于上述船舶ais违规关停监测装置的船舶ais违规关停
监测的方法，包括：获取并解析船舶发送的ais数据，根据解析的ais数据获取船舶的ais设备的工作状态；当所述设备的工作状态异常时，则认为船舶ais违规关停。具体步骤包括：
36.步骤1：船舶ais违规关停监测装置通过串口不断接收ais设备发送的数据并传输给主控mcu；
37.步骤2：主控mcu对串口传输过来的ais数据进行解析并判断ais设备的工作状态是否异常，其中从ais数据中解析的数据包括：船舶的动静态数据、航速、航向、经纬度；
38.步骤3：主控mcu通过通信模块将从解析后的船舶ais设备发送的ais数据和生成的指令传输给岸端服务器；所述指令用于指示ais设备的工作状态是否正常。
39.优选地，步骤2中判断ais设备的工作状态是否异常的方法包括：
40.当主控mcu通过串口接收并解析本船和附近其他船的ais数据，则认为ais设备的工作状态正常；
41.当主控mcu通过串口收到的ais数据仅为本船的ais数据，则认为ais设备中的天线的工作状态异常，此时主控mcu生成ais设备的工作异常提示指令；
42.当主控mcu通过串口接收不到ais数据归，则认为ais断电，此时主控mcu生成ais设备的工作异常提示指令。
43.在另一个实施例中，船舶ais违规关停监测的方法还包括：获取主控mcu与所述船舶ais设备的通信状态，当所述通信状态异常时，则主控mcu生成通信状态异常提醒告警并上报至岸端服务器。
44.在另一个实施例中，所述方法还包括：获取用于给船舶ais违规关停监测装置供电的可蓄电电源的电量数据，当所述可蓄电电源的电量低于设定电量时，则认为ais违规关停，主控mcu生成船舶ais违规关停监测装置的电源断开警示提醒指令；本实施例中的设定电量为50％的电量，即满电的二分之一；
45.具体地，船舶ais违规关停监测装置通过物理通讯接口获取所述可蓄电电源的电量，当所述可蓄电电源的电量低于设定电量时则生成电量警示提醒指令，并所述可蓄电电源的电量数据和电量警示提醒指令通过无线通信发送给岸端服务器，否则将可蓄电电源的电量数据通过无线通信发送给岸端服务器。
46.在另一个实施例中，当检测到船舶ais违规关停监测装置和岸端服务器断开连接时，如果岸端服务器接收到的最后一条可蓄电电源的电量数据没有在设定电量以下，此时岸端服务器提示船舶ais违规关停监测装置断开连接。
47.在另一个实施例中，所述方法还包括：当主控mcu检测到船舶ais违规关停监测装置和岸端服务器断开连接时，将接收到的ais数据和电量数据保存在船舶ais违规关停监测装置的存储卡中并打上时间戳，等待通信恢复后重新发送给岸端服务器。具体方法包括：
48.本实施例中采用sdio模式来操作sd卡，在该模式下驱动sd卡，其中对sd卡的初始化如图5所示。sd卡存储流程具体如下：
49.1)建立数据缓冲区和一个用于记录下一次存储地址的全局变量；
50.2)自定义地址信息表，并进行crc校验，将满足crc校验的船岸数据通讯单元汇总的数据按单字节存入缓冲区中，写满缓冲区则停止接收数据；
51.3)将缓冲区内容写入sd卡中，若写入成功，则更新下一次存储地址；若不成功，则重新写入。
52.当与岸端服务器恢复连接时，将sd卡中存储的数据传输给岸端服务器。
53.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
54.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种船舶ais违规关停监测装置，其特征在于，包括电池管理模块和主控mcu；所述电池管理模块用于采集可蓄电电源的电量数据，并通过物理通讯接口传输给主控mcu；所述主控mcu用于接收并解析电池管理模块发送的电量数据和船舶发送的ais数据并发送给岸端服务器。2.如权利要求1所述的船舶ais违规关停监测的装置，其特征在于，还包括存储卡模块，用于当主控mcu与岸端服务器断联时缓存待发送的数据。3.一种如权利要求1所述装置的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，获取并解析船舶发送的ais数据，根据解析的ais数据获取船舶的ais设备的工作状态；当所述ais设备的工作状态异常时，则认为船舶ais违规关停。4.如权利要求3所述的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，判断ais设备的工作状态是否正常的方法包括：当接收到的ais数据包括本船和附近其他船只的ais数据时，则代表ais设备的工作状态正常；当接收到的ais数据不包括附近其他船只的ais数据或者接收不到ais数据时，则代表ais设备的工作状态异常。5.如权利要求3或4所述的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，船舶ais违规关停监测装置通过物理通讯接口获取船舶发送的ais数据并解析，如果发现ais设备的工作状态异常，则将ais设备工作状态异常的提示信息通过无线通信发送给岸端服务器，否则将解析后的ais数据通过无线通信发送给岸端服务器。6.如权利要求4所述的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取主控mcu与所述船舶ais设备的通信状态，当所述通信状态异常时，则主控mcu生成通信状态异常提醒并上报至岸端服务器。7.如权利要求3所述的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取用于给船舶ais违规关停监测装置供电的可蓄电电源的电量数据，当所述可蓄电电源的电量低于设定电量时则认为ais违规关停。8.如权利要求7所述的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，当所述可蓄电电源的电量低于设定电量时生成电量警示提醒指令，并将所述可蓄电电源的电量数据和电量警示提醒指令通过无线通信发送给岸端服务器。9.如权利要求7所述的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，所述方法还包括：当主控mcu检测到船舶ais违规关停监测装置和岸端服务器断开连接时，将接收到的ais数据和电量数据保存在船舶ais违规关停监测装置的存储卡中并打上时间戳，等待通信恢复后重新发送给岸端服务器。10.如权利要求7～9任一项所述的船舶ais违规关停监测的方法，其特征在于，所述方法还包括：当检测到船舶ais违规关停监测装置和岸端服务器断开连接时，如果岸端服务器接收到的最后一条可蓄电电源的电量数据没有在设定电量以下，此时岸端服务器提示船舶ais违规关停监测装置断开连接。

技术总结
本发明公开了一种船舶AIS违规关停监测的装置和方法，包括电池管理模块和主控MCU；本发明所述的装置和方法对软硬件要求不高，成本较低，利用本发明所述的装置和方法可以发现船舶为了逃避监管而关闭AIS设备的违规情况，可以监测船舶AIS是否正常开启，并能预警自身工作状态，发现船舶违规关闭AIS时可发送警示给海事监管部门，极大的降低了船舶之间相互碰撞的安全隐患，减少了海事监管管理上的困难；对于打击违规违章行为、保障航行安全有着重要意义。义。义。


技术研发人员：罗红英 徐蓝青 张伟 罗彬
受保护的技术使用者：武汉船舶职业技术学院
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/4