一种基于船舶报文的多源AIS数据完善性处理方法与流程

本发明涉及多源ais数据融合完善处理，尤其涉及一种基于船舶报文的多源ais数据完善性处理方法。

背景技术：

1、随着海上航运业的飞速发展，ais（automatic identification system，船舶自动识别系统）已成为保障船舶航行安全、保护海洋环境、提高交通效率的重要手段。目前我国已建成ais岸基网络系统，对沿海和内河船舶实现全程、全天候监控。

2、ais岸基网络系统受限ais信号辐射范围，其只能接收沿海附近的船舶信息，而不能对远洋船舶进行监控和管理。卫星ais技术的出现突破了岸基系统的地理限制，其利用低轨近地卫星搭载ais接收机实现对船舶的动、静态信息接收，通过卫星下行链路传输至地面接收站，与岸基数据融合完善处理后经过ais数据专网传输至国家数据中心和用户终端，多源ais数据融合完善处理流程如图1所示。

3、在上述流程中，ais数据完善性技术处理对ais数据输出的准确性、合理性和完整性有重要意义。

4、目前，海事用户、科研院所在利用ais数据进行交通管制、海事事故调查以及其他海事科研工作时，数据上的时间信息、报文内容及静态数据的完整性对ais数据发挥巨大价值起着关键性作用。例如在海事事故调查中，碰撞前船舶的轨迹信息及碰撞时船舶的动态信息是事故责任判定的重要依据；在vts（vessel traffic service，船舶交通服务）中心对船舶进行实时监控时，动态信息输出的时间顺序是船舶运行轨迹合理的关键所在；在船舶历史轨迹回溯中，动静态报文信息的实时匹配是轨迹回溯正常的前提条件。但ais数据在传输过程中由于数据特性、传输路径等因素的不同，可能会造成ais数据字段错误、时序错误、轨迹跳变等问题。

5、因此，继续提供一种基于船舶报文的多源ais数据完善性处理方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于船舶报文的多源ais数据完善性处理方法。

2、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种基于船舶报文的多源ais数据完善性处理方法，所述方法包括：

4、步骤s1、接收经ais数据前置融合处理后的当前ais数据；

5、步骤s2、根据所述当前ais数据中的报文id判断所述当前ais数据为动态船舶报文还是静态船舶报文，执行步骤s3或步骤s4；

6、步骤s3、当确定为动态船舶报文时，对所述当前ais数据依次进行报文时序调整处理、动态报文字段验证处理、位置验证处理得到输出ais动态数据；所述位置验证处理包括前后位置的合理性验证和船舶运动轨迹的合理性验证；

7、步骤s4、当确定为静态船舶报文时，对所述当前ais数据依次进行静态报文字段验证处理和信息差值补偿处理得到输出ais静态数据。

8、作为发明的一种实施方式，所述步骤s2包括：

9、步骤s201、提取所述当前ais数据中的报文id；

10、步骤s202、当判断所述报文id为1、2、3、18或27时，确定所述当前ais数据为动态船舶报文；当判断所述报文id为5或24时，确定所述ais数据为静态船舶报文。

11、作为发明的一种实施方式，步骤s3包括：

12、步骤s301、当确定为动态船舶报文时，基于所述当前ais数据上的时间戳确定动态报文接收时间，基于所述动态报文接收时间和所述当前ais数据的类别对所述当前ais数据实现报文时序调整处理；所述当前ais数据的类别为实时数据或历史数据；

13、步骤s302、对所述当前ais数据进行报文解析，通过判断解析后每个字段的解析值是否超过所述字段对应的取值范围实现动态报文字段验证处理；其中，所述字段包括：用户id、经度、纬度和对地航向；

14、步骤s303、基于所述动态报文接收时间和所述当前ais数据对应的当前解析位置坐标，以及上一时刻接收相同船舶发射ais数据时的第一时间和所述ais数据对应的解析位置坐标实现对前后位置的合理性验证；基于所述当前解析位置坐标与解析位置坐标之间的距离差值实现对船舶运动轨迹的合理性验证。

15、作为发明的一种实施方式，步骤s301中，基于所述动态报文接收时间和所述当前ais数据的类别对所述当前ais数据进行时序调整处理，包括：

16、步骤s3011、判断所述当前ais数据为实时数据还是历史数据，执行步骤s3012或步骤s3013；

17、步骤s3012、当确定为实时数据时，采用下述方式将所述当前ais数据添加至数据窗口中；其中，所述数据窗口的窗口长度固定，窗口右端为输入端，窗口左端为输出端：

18、（1）获取位于所述数据窗口内最左侧数据所对应的最早报文时间tstart，以及最右侧数据所对应的最晚报文时间tf；

19、（2）将所述动态报文接收时间t与最晚报文时间tf比，若t>tf，则根据所述动态报文接收时间t将所述当前ais数据从所述数据窗口的右端插入，将位于所述数据窗口内最左侧数据从所述数据窗口的左侧顶出；若t<tf，首先将动态报文接收时间t与tstart比较，如果t<tstart直接丢弃；如果t>tstart，则根据所述动态报文接收时间t将所述当前ais数据插入窗口适当位置，将位于所述数据窗口内最左侧数据从所述数据窗口的左侧顶出；

20、步骤s3013、当确定为历史数据时，根据所述动态报文接收时间t将所述当前ais数据插入存储器适当位置。

21、作为发明的一种实施方式，步骤s302包括：

22、步骤s3021、对所述当前ais数据进行报文解析，判断用户id的解析数值是否超过第一取值范围、经度的解析数值是否超过第二取值范围、纬度的解析数值是否超过第三取值范围、对地航向的解析数值是否超过第四取值范围；

23、步骤s3022、当确定任一字段的解析数值超过其对应的取值范围时，判定所述字段错误，舍弃所述当前ais数据。

24、作为发明的一种实施方式，步骤s303中，所述当前解析位置坐标通过步骤s302进行报文解析后得到；

25、所述第一时间和所述ais数据对应的解析位置坐标通过从缓存器中得到。

26、作为发明的一种实施方式，步骤s303中，当确定所述动态报文接收时间晚于所述第一时间，所述当前解析位置坐标位于所述解析位置坐标之后时，确定前后位置合理。

27、作为发明的一种实施方式，步骤s303中，所述基于所述当前解析位置坐标与解析位置坐标之间的距离差值实现对船舶运动轨迹的合理性验证，包括：

28、（1）判断所述当前ais数据为实时数据还是历史数据；

29、（2）当确定所述当前ais数据为实时数据时，结合船舶静态信息计算得到距离差阈值，根据所述距离差阈值判断所述距离差值是否与船舶速度匹配，如果匹配，则说明轨迹正常；如果不匹配，则说明轨迹异常，并将所述当前ais数据丢弃；

30、（3）当确定所述当前ais数据为历史数据时判断其与前后数据间的距离差值是否合理，如果合理就存储所述当前ais数据；如果不合理将所述当前ais数据丢弃。

31、作为发明的一种实施方式，步骤s4中，对所述当前ais数据依次进行静态报文字段验证处理的方式包括：

32、对所述当前ais数据进行报文解析，通过判断解析后每个字段的解析值是否超过所述字段对应的取值范围实现静态报文字段验证处理；其中，所述字段包括：用户id和imo号码。

33、作为发明的一种实施方式，步骤s4中，对所述静态船舶报文进行信息差值补偿处理的方式包括：

34、根据所述当前ais数据中的报文id确定所述报文id为5时，基于所述当前ais数据上的时间戳确定静态报文接收时间，获取所述静态报文接收时间与上一时刻接收相同船舶发射ais数据时的第二时间的时间差，若所述时间差为6min，则认为所述当前ais数据有效，输出所述当前ais数据；

35、根据所述当前ais数据中的报文id确定所述报文id为24时，判断所述当前ais数据是否完整（是否缺少报文b部分），如果不完整，获取上一时刻的接收相同船舶发射的ais数据，截取所述ais数据的缺失部分，采用报文拼接处理方式将所述当前ais数据和截取的部分进行拼接得到一条完整报文，并以此拼接报文为基准，以6min标称间隔重复输出所述拼接报文。

36、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

37、本发明提供的基于船舶报文的多源ais数据完善性处理方法，接收经前置融合处理后的当前ais数据，根据所述当前ais数据中的报文id判断所述当前ais数据为动态船舶报文还是静态船舶报文，执行不同的步骤：当确定为动态船舶报文时，对所述当前ais数据依次进行报文时序调整处理、动态报文字段验证处理、位置验证处理得到输出ais动态数据；所述位置验证处理包括前后位置的合理性验证和船舶运动轨迹的合理性验证；当确定为静态船舶报文时，对所述当前ais数据依次进行静态报文字段验证处理和信息差值补偿处理得到输出ais静态数据。本发明根据船舶报文的类型不同，采用了不同的完善性处理步骤，能够确保ais数据输出的准确性、合理性和完整性。

38、本发明中，报文时序调整处理，保证了ais数据时序上的合理性，确保输出数据不存在时间上的来回跳变；报文字段验证处理（包括动态报文字段验证处理和静态报文字段验证处理），过滤掉了传输错误的报文信息，保证了ais数据输出的准确性；位置验证处理，删除了不合理的船舶运动轨迹，为后续数据调用提供了更精准合理的船舶运行状态；静态信息差值补偿处理，保障了ais静态数据输出的完整性与合规性，为后续终端软件的更好应用与匹配提供了必要条件。

39、另外，通常的ais应用系统需要及时和持续的ais静态信息输入以支持船舶信息的显示，对vts系统等cs的应用终端软件更是如此，本发明采用的信息插值补偿处理能够保障船舶静态信息以标称值输出。