摘要：針對目前存在的AIS信息共享范圍有限、共享模式比較單一、適應不同類(lèi)型用戶(hù)需求存在困難的問(wèn)題，提出了基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)、模式的比較及選擇做了深入的闡述。實(shí)踐表明，基于INTERNET的AIS信息多樣化的共享模式為避免系統重復建設、縮短研究和應用周期、節省費用、促進(jìn)AIS研究和應用的協(xié)同合作起到了切實(shí)可行的良好效果。

關(guān)鍵詞：水路運輸；互聯(lián)網(wǎng)；船舶自動(dòng)識別系統；信息；共享模式

AIS（Automatic Identification System）信息在海上數字交通建設中起到了非常重要的作用。當前，AIS信息在船舶避碰、港口領(lǐng)航、交通調查、海事信息監測及數據分析等方面的研究和應用都取得了重要進(jìn)展[1-4]，分析其原理和流程，共同的基礎均為AIS信息全面可靠的獲取，都離不開(kāi)一個(gè)可靠穩定的AIS信息采集系統，這無(wú)形之中給系統的建設和普及推廣增加了一定的費用和難度。因此提出能否利用飛速發(fā)展的INTERNET技術(shù)平臺，充分共享已采集的AIS信息的問(wèn)題。AIS信息共享的基礎包括政策機制、商業(yè)規范和技術(shù)模式等方面內容。關(guān)于AIS信息普及共享的政策機制，目前國內基本上還是空白；在商業(yè)規范方面，一些專(zhuān)業(yè)公司已經(jīng)開(kāi)始逐步探討和推廣基于互惠合作的有嘗的AIS信息服務(wù)；而在AIS信息發(fā)布和共享的平臺技術(shù)方面，國內外專(zhuān)業(yè)的研究機構、科研院所、大型航運公司及航運主管部門(mén)的研究和應用已逐步普及[5-7]。主要存在的問(wèn)題是共享范圍有限、共享模式比較單一、適應不同用戶(hù)的各類(lèi)需求還有困難。為此，本文將從技術(shù)角度總結、探討基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)及選擇策略做深入的論述。

1 多樣化的共享模式

AIS信息的多樣化共享模式取決于用戶(hù)的多樣化需求，并為最終用戶(hù)的特定需求服務(wù)。共享模式可依據共享的信息層次或共享的技術(shù)協(xié)議劃分。依信息層次劃分，可分為應用層信息共享和原始數據共享；依共享的技術(shù)協(xié)議可以分為基于TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協(xié)議和基于HTTPC Hypertext Transfer Protocol）協(xié)議的共享模式。本文將以技術(shù)協(xié)議為主要分類(lèi)依據并結合共享的信息層次對多樣化的共享模式進(jìn)行闡述。

1.1 基于TCP/IP協(xié)議的共享模式

TCP/IP是INTERNET上的主要通信協(xié)議，基于TCP/IP協(xié)議的共享模式如圖1所示，由采集服務(wù)器、數據庫服務(wù)器和AIS共享服務(wù)器構成（在服務(wù)器速度、可靠性、穩定性均滿(mǎn)足條件的情況下，三者也可駐留在同一臺機器上）。在此共享模式下，共享的內容主要為原始的AIS數據或解碼之后的AIS數據，遠程客戶(hù)端主要為ECDIS（Electronic hart Display and Information System）應用或數據分析等應用（也可能是WebGIS（Web Geographic Information System）服務(wù)器）[8-9]。此模式的技術(shù)基礎為遠程客戶(hù)端與各個(gè)服務(wù)器之間、各服務(wù)器之間基于TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數據傳輸。AIS采集服務(wù)器負責采集來(lái)自遠程AIS信息采集點(diǎn)的信息，經(jīng)過(guò)記錄分解后，把AIS記錄直接存到數據庫；同時(shí)也實(shí)現對AIS信息進(jìn)行解碼，并把解碼之后的動(dòng)態(tài)信息、靜態(tài)信息（包括航次信息）存入數據庫。AIS采集服務(wù)器接受遠程客戶(hù)端基于TCP/IP的數據訪(fǎng)問(wèn)請求，主要工作流程包括針對遠程用戶(hù)的認證、授權、AIS信息檢索、AIS信息發(fā)送等環(huán)節。其中，AIS信息檢索處理負責定時(shí)從數據庫中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)AIS信息表或原始AIS信息表中讀取信息并寫(xiě)入AIS數據服務(wù)隊列等待發(fā)送。認證處理根據配置的認證信息實(shí)現對遠程用戶(hù)的名稱(chēng)和密碼進(jìn)行認證，而AIS信息發(fā)送處理則根據認證結果、用戶(hù)被授權信息以及用戶(hù)請求的數據類(lèi)型（請求原始AIS信息或者請求解碼之后的數據）進(jìn)行數據過(guò)濾，并把符合條件的AIS信息基于TCP/IP通信機制發(fā)送給請求數據服務(wù)的遠程客戶(hù)端。該模式要求AIS共享服務(wù)器具有靜態(tài)的公網(wǎng)IP，在費用有限的情況下，也可以采用利用第三方服務(wù)器的IP交換技術(shù)實(shí)現基于動(dòng)態(tài)IP接受數據訪(fǎng)問(wèn)的請求。

在遠程客戶(hù)端擁有靜態(tài)公網(wǎng)IP的情況下，AIS共享服務(wù)器也可以采用主動(dòng)推送數據的模式?；玖鞒贪ǎ?/SPAN>

1）從本機配置文件（或數據庫中的用戶(hù)信息表）獲取遠程客戶(hù)端的IP、端口號及授權信息。

2）向遠程客戶(hù)端主動(dòng)發(fā)起TCP/IP連接請求。

3）讀取AIS信息數據。

4）過(guò)濾數據并基于TCP/IP發(fā)送數據給遠程客戶(hù)端。

還有一種方案是遠程客戶(hù)端基于TCP/IP協(xié)議直接訪(fǎng)問(wèn)數據庫服務(wù)器、直接讀取數據庫中的有關(guān)信息表，認證和授權信息配置在數據庫服務(wù)器上面，并由數據庫管理系統完成。

1.2基于HTTP協(xié)議的共享模式

INTERNET上的另外一個(gè)主流數據傳輸協(xié)議為HTTPC Hypertext Transfer Protocol）協(xié)議（全稱(chēng)為超文本傳輸協(xié)議），它定義了服務(wù)端和客戶(hù)端的數據傳輸方式，是基于TCP/IP之上的應用層協(xié)議，也是目前瀏覽器和網(wǎng)站之間通信的標準協(xié)議?；?/SPAN>HTTP協(xié)議的共享模式的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構與基于TCP/IP協(xié)議的共享模式基本相同（如圖1所示），主要區別在于AIS共享服務(wù)器不是安裝著(zhù)TCP/IP通信的服務(wù)端軟件，而安裝著(zhù)運行WebGIS的WebServer。最終用戶(hù)在遠程客戶(hù)端以IEC Internet Explorer）或FIREFORX等客戶(hù)端的瀏覽器通過(guò)HTTP協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)WebServer及其上面的WebGIS服務(wù)，因此在此模式下，最終用戶(hù)可以直接接收到應用層信息的共享服務(wù)（如圖2所示）。WebGIS服務(wù)器可以從AIS采集服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)的AIS信息，也可以從數據庫服務(wù)器獲取歷史數據。此外，Web GIS上面也可以疊加航標助航等信息。

基于HTTP協(xié)議共享模式也可以為各類(lèi)應用程序提供原始AIS信息的共享服務(wù)。主要包括4個(gè)步驟：

1）客戶(hù)端應用程序（非瀏覽器）通過(guò)HTTP的GET或POST方式向WebServer上的數據服務(wù)程序發(fā)起數據請求[10]。

2）數據服務(wù)程序接受請求，分解其中的請求參數。

3）進(jìn)行認證和授權信息的驗證，并形成數據檢索條件。

4）從數據庫中檢索數據并返回給客戶(hù)端應用程序。

2關(guān)鍵技術(shù)

通過(guò)INTERNET實(shí)現AIS信息的多樣化共享所涉及的技術(shù)非常之廣，涵蓋從硬件到軟件，從信息采集到信息發(fā)布、信息接收等方方面面的內容，本節將重點(diǎn)探討其中的網(wǎng)絡(luò )編程技術(shù)、數據庫技術(shù)及Web發(fā)布技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)是基于TCP/IP協(xié)議共享數據的基礎，在網(wǎng)絡(luò )硬件平臺搭建完成之后，基于Socket的網(wǎng)絡(luò )編程是實(shí)現數據通信的首要問(wèn)題。Socket是應用程序與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它負責實(shí)現所傳輸數據的組織及協(xié)議的選擇，是一組面向用戶(hù)的編程接口，它把復雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，通過(guò)調用接口就可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信功能，而不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò )通信各層協(xié)議之間的細節問(wèn)題。在具體實(shí)現時(shí)，需要建立Socket通信的服務(wù)端和客戶(hù)端，服務(wù)端首先創(chuàng )建監聽(tīng)Socket，接著(zhù)客戶(hù)端向服務(wù)端發(fā)起連接請求，通過(guò)三次“握手”并成功之后，服務(wù)端和客戶(hù)端可通過(guò)通信Socket實(shí)現雙向的數據通信（也可以看出，Socket服務(wù)端不一定是提供AIS信息的數據服務(wù)器端）。

數據庫是數據文件的集合，在數據庫管理軟件的作用下，數據庫系統和純粹的數據文件相比具有一致性好、方便管理、易于共享和分析等優(yōu)勢。在AIS信息共享體系中，數據庫可以存放當前或歷史的原始AIS信息記錄或解碼之后的靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息、電子海圖數據、其它空間數據及屬性數據，也可以存放用戶(hù)的相關(guān)信息，因此AIS數據庫是AIS信息共享、數據查詢(xún)、數據分析及數據挖掘的基礎和形成決策的前提。在一定意義上，AIS信息數據庫的結構和內容決定了整個(gè)共享體系功能的實(shí)現程度。建設一個(gè)合理的AIS信息數據庫需要在需求分析的基礎上經(jīng)歷概念模型、邏輯模型和物理模型設計等步驟，而數據庫的具體應用則涉及系統管理、系統安全、系統備份和恢復、網(wǎng)絡(luò )設置、SQL（Structured Query Language）編程等方面的技術(shù)問(wèn)題。目前比較流行的大型數據庫有Oracle、SqlServer、DB2等，在跨平臺的情況下，Oracle是比較理想的選擇。

Web服務(wù)器是Web應用的發(fā)布平臺，常用的Web服務(wù)器有IIS（Internet Information Services）、Tomcat、apache等。而Web應用的開(kāi)發(fā)可以選擇包括JSP（Java Server Pages）、ASP（Active Server Pages）和PHP C Hypertext Preprocessor）等流行的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)語(yǔ)言。在系統設計時(shí)必須考慮開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、Web服務(wù)器和操作系統之間的匹配問(wèn)題（比如，IIS只能運行于Windows平臺之上，而ASP基本上只運行于IIS之上），同時(shí)也要考慮系統的容量、功能、性能以及開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)水平和技術(shù)傾向、開(kāi)發(fā)周期等因素。關(guān)于WebGIS應用的發(fā)布，有許多現成的平臺供使用（包括ArcIMS、MapInfo、intergraph等）?；诂F成的WebGIS平臺進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢在于開(kāi)發(fā)人員可以直接調用WebGIS工具軟件提供的功能，并實(shí)現放大、縮小、漫游、空間分 析、空間查詢(xún)、鷹眼等電子海圖的各類(lèi)功能，開(kāi)發(fā)周期較短。

3模式的比較及選擇

基于INTERNET的不同數據共享模式具有不同的特點(diǎn)和適應性。首先，直接基于TCP/IP協(xié)議的數據共享模式具有較好的可靠性和較高的效率，具有提供“專(zhuān)門(mén)”服務(wù)的性質(zhì)，適合較為重要的應用或用戶(hù)；共享的內容為原始的或經(jīng)解碼的AIS數據信息，用戶(hù)可以根據自己的研究或生產(chǎn)管理用途進(jìn)行靈活地“二次加工”。不足之處在于原始數據的直接共享對數據提供方來(lái)說(shuō)存在數據流失難以預計、數據最終用途難以控制、商業(yè)價(jià)值元法充分實(shí)現的問(wèn)題。而對只需簡(jiǎn)單應用的普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)，接收AIS數據信息并不是其目的，為了使用AIS信息還需要開(kāi)發(fā)或購買(mǎi)客戶(hù)端應用軟件，存在使用或升級維護困難、便利性明顯不足的問(wèn)題。另外，由于TCPI IP為面向連接的通信方式，直接基于TCP/IP協(xié)議的數據共享模式在用戶(hù)數量較大時(shí)資源占用較為明顯，因此不太適合提供面向廣大用戶(hù)的開(kāi)放服務(wù)。

基于HTTP協(xié)議的共享模式需要在服務(wù)端安裝WebServer，最適合于共享WebGIS服務(wù)。由于HTTP協(xié)議特點(diǎn)為無(wú)連接，因此通信資源占用少，適合大量的并發(fā)用戶(hù)，同時(shí)用戶(hù)的客戶(hù)端只需要普通的瀏覽器，而無(wú)需靜態(tài)公網(wǎng)IP等要求，也沒(méi)有軟件升級維護困難，因此該模式對普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)，成本低廉、使用便利，對服務(wù)提供商來(lái)說(shuō)，其經(jīng)濟效益和社會(huì )效益也都能充分實(shí)現。因此該模式適合為廣大用戶(hù)提供現成的基于AIS的各類(lèi)信息服務(wù)。不足之處在于元法對數據進(jìn)行“二次加工”，對高端用戶(hù)來(lái)說(shuō)，其自主性受到限制。

綜合前述共享模式的優(yōu)勢和不足，基于HTTP協(xié)議提供原始數據的共享模式也逐步受到重視，該模式消除了基于HTTP協(xié)議只能提供網(wǎng)頁(yè)服務(wù)的誤區，其關(guān)鍵技術(shù)在于構建運行在WebServer之上的應受數據請求的服務(wù)程序，另外客戶(hù)端也需要采用相應的Web訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)，有一定的編程復雜度。在數據傳輸可靠性和效率要求不是特別高的情況下，該模式較為實(shí)用。

4結語(yǔ)

隨著(zhù)航運事業(yè)跨國、跨區域合作趨勢的增強，基于INTERNET進(jìn)行AIS信息的充分共享，促進(jìn)AIS研究和應用的合作共進(jìn)，實(shí)現數字海洋建設，也理應成為國內及國際的潮流。而基于INTERNET的多樣化AIS信息共享模式則為AIS信息的共享提供了不同的解決方案。實(shí)際應用表明，多樣化的共享模式為避免系統重復建設、縮短研究和應用周期、節省費用、促進(jìn)AIS研究和應用的協(xié)同合作起到了切實(shí)可行的良好效果。未來(lái)隨著(zhù)AIS信息采集技術(shù)的發(fā)展、采集點(diǎn)數量的增加和采集區域的不斷擴大，AIS信息量必然不斷增加，因此積極探索基于分布式架構的數據共享技術(shù)將是今后研究工作的新課題。

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作者：紀賢標，邵哲平，潘家財，唐存寶  來(lái)源：中國航海