内河船舶操纵模拟器中AIS的仿真

丛 琳，任鸿翔，张新宇

（大连海事大学 航海动态仿真与控制交通运输部重点实验室，辽宁 大连 116026）

电气与自动化

内河船舶操纵模拟器中AIS的仿真

丛 琳，任鸿翔，张新宇

（大连海事大学 航海动态仿真与控制交通运输部重点实验室，辽宁 大连 116026）

在内河航运中，船舶自动识别系统（AIS）能实时提供本船及他船的航行信息，为船舶安全航行提供有力的保障。当前内河船舶操纵模拟器已广泛应用于船员培训中，其中AIS仿真设备的地位尤为突出。基于此，对内河船舶使用的B类AIS的功能需求进行分析，采用VC-MFC软件搭建AIS仿真软件平台，采用动态链接库设计AIS仿真软件的架构，采用半透明方法实现亮度和对比度调整、内存共享、多输入法切换及船舶间的距离计算等关键技术，完成内河船舶操纵模拟器中AIS的仿真。

内河船舶；自动识别系统；仿真；船舶操纵模拟器

0 引 言

船舶自动识别系统[1-3]（Automatic Identification System，AIS）能实现船与船之间及船与岸之间的信息交互，对船舶之间避碰及岸上相关部门监控船舶具有重要作用，是我国目前水上交通安全管理的有效技术手段之一。

国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）已充分肯定AIS的作用，并在SOLAS公约[4]中强制要求：自2002年7月起至2008年7月1日，所有300总吨及以上的国际航行船舶和500总吨及以上的非国际航行船舶，以及所有客船，都必须安装AIS设备。2009年10月10日，国家海事局[5]在“关于颁布《中华人民共和国海船船员适任评估大纲和规范》的通知（海船员［2009］558号）”中明确要求，自2010年1月1日起，将AIS设备的使用纳入到海船船员适任评估的内容中。

当前，用船舶操纵模拟器代替实船进行船员培训已成为适应e-Navigation时代新形势的必然趋势，但内河船员培训所使用的内河船舶操纵模拟器不同于远洋船舶操纵模拟器。由于内河航道狭窄，因此内河船舶航行安全问题尤为突出。AIS设备能提供本船及目标船的实时信息，为内河船舶提前采取避碰措施提供数据支持，是内河航运不可或缺的设备。对此，主要根据海事局印发的《中华人民共和国内河船舶船员适任实际操作考试办法》[6]和《中华人民共和国内河船舶船员适任实际操作考试大纲》[7]对AIS设备的要求，对AIS设备的功能进行仿真，并将其加入到内河船舶操纵模拟器中，通过与模拟器进行数据交互实现AIS仿真设备的数据通信。AIS仿真设备的加入可使内河船舶操纵模拟器的功能更加完善。

1 模拟器中AIS仿真设备的功能需求

模拟器中AIS仿真设备采用的是HM-5912/HM-5917 AIS B类船载设备（见图1），需实现的功能包括：

1 ) AIS的基本操作，包括开机、关机、亮度调整和对比度调整；

2 ) AIS静态信息和动态信息的查询与修改；

3 ) 目标船相关信息的查询及目标船与本船之间的方位和距离等航行安全数据的查询。

2 模拟器中AIS仿真设备的需求分析及架构设计

分析AIS的功能需求，根据AIS的性能及功能扩展的需要，在Visual Studio 2010编辑环境下设计AIS仿真软件的架构。

1 ) 以动态链接库（Dynamic Link Library，DLL）的形式实现AIS的仿真。

2 ) 创建一个管理文件，并为其分配一个管理模块；在该模块内部调用AIS的DLL，实现AIS设备的显示。这样设计是为了便于日后扩展该管理文件的功能，通过控制各个模块调用DLL（1个DLL代表1台设备），达到多设备同时工作的仿真效果。

3 ) 通过旋钮打开AIS设备，设备开启后，屏幕上显示AIS的电子海图（标准S57电子海图）界面及船舶，通过操纵遥控器实现对AIS功能的控制。

4 ) 由于使用的电子海图为DLL，AIS亦为DLL，因此需实现在DLL中调用DLL。

5 ) AIS需实时获取数据（包括本船信息及目标船信息），只有如此才能实现数据的显示与修改功能。因此，采用TCP-IP通信方式，将AIS的数据通信部分加入到内河船舶模拟器中，而在 AIS内部也需进行数据交互。整个AIS的数据通信流程见图2。

图2中，教练员站用于发送数据，而本船海图机会针对各个设备的数据需求分发数据。当数据进入到 AIS设备之后，需将数据分别读入到手柄端和显示屏中。

3 模拟器中AIS仿真设备的关键技术

3.1 对话框类中加入视图类

由于AIS为基于对话框类的微软基础类库（Microsoft Foundation Classes，MFC）扩展DLL，而电子海图为基于视图类的DLL，因此需实现在对话框类中显示视图类，方法为：

1 ) 创建电子海图文档类及视图类；

2 ) 在对话框类的初始化函数中创建窗口pContext并获取对话框句柄；

3 ) 将 pContext中创建视图的文档和待创建的视图设置为电子海图对应的文档类及视图类，并设置其位置和范围。

图3为加入电子海图后AIS屏幕的效果。

3.2 调整亮度和对比度

亮度和对比度调整是AIS培训与考试的内容之一。由于屏幕背景本身是电子海图而不是单色屏幕，不能通过更换屏幕背景色实现亮度和对比度调整，因此采用“半透明”的方式来实现。

1 ) 实现“半透明”的函数为AlphaBlend：

2 ) 实现“半透明”的方法为：在原有图像的基础上叠加一层“模糊”效果，使图像的亮度和对比度产生变化，“模糊”的程度可通过调整函数AlphaBlend的参数blendFunction来控制。AIS的亮度和对比度效果见图4。

3.3 实现输入法功能

船舶的静态信息和动态信息可通过通信架构来获取，但若要修改上述信息，需使用输入法功能来实现。由于所仿真的设备支持数字、小写字母、大写字母、拼音及符号的输入，因此设计输入法功能时需支持上述5种输入法。

在上述5种输入法中，拼音输入法需重点关注。受仿真设备型号的限制，拼音输入法只能通过遥控器完成，即必须通过模拟T9拼音输入法来完成汉字的输入。在采用T9拼音输入法时，首先需加载T9数字字母索引表及拼音输入法汉字排列表，然后将遥控器传递来的数字转换成字母，并通过遍历字母索引表查询字母对应的拼音组合（可能有多个），最后将这些拼音组合显示在屏幕上方。同时，选择某个拼音组合（默认选择第一个，但可通过遥控器对选择的拼音组合进行切换），查询其在拼音输入法汉字排列表中对应的汉字，将这些汉字显示在屏幕下方。T9拼音输入法效果见图5。

3.4 获取数据

创建共享内存，并将其中的内容分配到不同的菜单中，通过操纵遥控器实现数据的显示与操作，完成船舶数据查询功能仿真。图6为AIS本船静态参数的查询与修改界面，图7为AIS本船航行参数的查询与修改界面。

3.5 计算目标船与本船的距离和方位角及距离

AIS需实现目标船相关信息的查询及目标船与本船之间的方位和距离等航行安全数据的查询。这其中，目标船与本船的距离信息、方位信息及目标船GPS位置信息需通过计算获得。图8为AIS目标船信息查询界面。

设本船船位坐标为 (x0,y0)，目标船船位坐标为(x1,y1)，经纬仪以分(′)为单位，则目标船与本船之间的航行安全数据的计算方法如下。

1 ) 目标船与本船的距离D（单位为n mile）的计算式为

3 ) 距离A，B，C和D：设船长为L，船宽为W，船载GPS的位置为P，则距离A为dA=P，距离B为dB=L-P，距离C为dC=W/2，距离D为dD=W/2。

4 AIS的最终仿真效果

AIS最终的仿真效果见图9。

5 结 语

目前，该AIS仿真软件仍存在一些不足，只能满足B类AIS设备的功能要求。因此，日后需完善该设备的功能，使其达到A类标准。另外，可基于该设备设计AIS桌面培训系统。

[1] 刘世长.浅谈AIS系统在海事监管中的作用[J].中国水运，2010, 10 (3): 29-30.

[2] 冯燕尔，沈晓群.基于AIS的船舶避碰系统研究[J].现代电子技术，2009 (17): 160-161.

[3] 刘畅.船舶自动识别系统(AIS)关键技术研究[D].大连：大连海事大学，2013.

[4] 陆悦铭.关于制定“AIS设备安装、设置和使用规则”的建议[C].中国航海科技优秀论文集，2009: 107-114.

[5] 中华人民共和国海事局.中华人民共和国海员适任评估规范[M].大连：大连海事大学出版社，2012.

[6] 中华人民共和国海事局.中华人民共和国内河船舶船员适任实际操作考试办法[EB/OL].[2012-02-14].http://www.ntmsa.gov.cn/art/2012/2/14/art_3612_294072.html.

[7] 中华人民共和国海事局.中华人民共和国内河船舶船员适任考试大纲[M].大连：大连海事大学出版社，2010.

Simulation of AIS in Inland Waterway Ship Handling Simulator

CONG Lin，REN Hong-xiang，ZHANG Xin-yu

（Key Laboratory of Maritime Dynamic Simulation and Control of Ministry of Transportation, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China）

Automatic Identification System (AIS) offers real-time navigation information of a ship and its surrounding ships in inland waterway transportation so it provides strong support for safe navigation.As inland waterway ship handling simulator is commonly used in crew training nowadays AIS simulation equipment becomes even more important.This paper analyzes the functional requirements of Type B AIS for inland waterway applications, in which VC-MFC software is used to establish the AIS simulation software platform, Dynamic Link Library (DLL) is used to design the AIS simulation software framework and some key technologies such as memory share, multiple input switch, distance calculation between two ships and brightness and contrast adjustment achieved by translucent method are used to realize the AIS simulation in the inland waterway ship handling simulator.

inland waterway ship; AIS; simulation; ship handling simulator

U666.158

A

2095-4069 (2017) 04-0052-04

10.14056/j.cnki.naoe.2017.04.011

2016-06-07

国家高技术研究发展计划（“八六三”计划）课题(2015AA016404；2015AA010504)；海洋公益性行业科研专项(201505017-4)；交通运输部应用基础研究项目(2015329225240)；中央高校基本科研业务费(3132016310)；辽宁省教育厅重点实验室项目(LZ2015009)

丛琳，女，硕士，1984年生。 2010年毕业于大连海事大学交通信息工程及控制专业，现主要从事航海模拟器中的GMDSS模拟器研发。