ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THEO DÕI MỤC TIÊU TRÊN BIỂN SỬ DỤNG HẢI ĐỒ SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THEO DÕI MỤC TIÊU TRÊN BIỂN SỬ DỤNG HẢI ĐỒ SỐ Chủ nhiệm đề tài: Thành viên tham gia: ThS LÊ TRÍ THÀNH ThS PHẠM TRUNG MINH KS LÊ QUYẾT TIẾN Hải Phòng, tháng /2015 Thuyết minh đề tài NCKH MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương I MƠ HÌNH HỆ THỐNG 1.1 Tổng quan hệ thống 1.2 Mơ hình hệ thống Chương II TÍN HIỆU AIS, RADAR 2.1 Tín hiệu AIS 2.2 Tín hiệu Radar 16 Chương III THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18 3.1 Phân tích hệ thống 18 3.2 Thu, giải mã tín hiệu 18 3.3 Theo dõi mục tiêu, đồng liệu 19 Chương IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 28 4.1 Quy trình nghiệm thu phần mềm xử lý mục tiêu Radar, AIS 28 4.2 Quy trình nghiệm thu phần mềm truyền liệu qua mạng LAN 32 4.3 Kết luận 33 Thuyết minh đề tài NCKH MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Tự động thu nhận theo dõi mục tiêu biển tốn mang tính chất thực tế cao, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực Đặc biệt vấn đề trang thiết bị phần cứng, phần mềm ứng dụng khó khăn, giải pháp giới có giá thành cao, nên việc nghiên cứu đưa hệ thống phần mềm dựa thiết bị có để hỗ trợ người dùng cần thiết Căn vào nhóm tác giả kết hợp với Viện Kỹ thuật Hải quân- Hải Phòng để thực nghiên cứu thể mục tiêu hải đồ Việt Nam Mục đích đề tài nghiên cứu đưa hệ thống đón nhận, giải mã tín hiệu Radar, AIS để lưu trữ, hiển thị đồ số, hỗ trợ người sử dụng trình theo dõi mục tiêu biển truyển nhận thông thi trung tâm điều khiển Nội dung báo cáo thuyết minh bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận Chương I trình bày tổng quan hệ thống, chương II mơ tả q trình đón nhận xử lý liệu AIS- Radar để lưu trữ vào sở liệu, chương III mơ tả q trình phân tích thiết kế hệ thống giao diện hệ thống, chương IV trình bày quy trình, kết thử nghiệm thực tế Thuyết minh đề tài NCKH Chương I MƠ HÌNH HỆ THỐNG Chương I MƠ HÌNH HỆ THỐNG Trong chương này, nhóm tác giả trình bày tình hình chung việc nghiên cứu trong, ngồi nước, mục tiêu, phương pháp mơ hình tổng quan hệ thống 1.1 Tổng quan hệ thống Tình hình nghiên cứu nước: Hiện nay, vấn đề nghiên cứu rộng rãi nước Tuy nhiên với hệ thống mua toàn chi phí cao, đơi có tính chưa phù hợp với yêu cầu, mục đích người dùng Do đó, việc nghiên cứu đưa hệ thống theo dõi mục tiêu biển hiển thị hải đồ số vấn đề mang tính thực tế cao, giảm chi phí cho người sử dùng, tùy biến theo mục đích sử dụng Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế hệ thống thu nhận, giải mã mục tiêu biển phục vụ cho việc truy vết, theo dõi dựa hệ thống phần cứng có Nội dung, tiến độ nghiên cứu: - Tự động thu nhận giải mã tín hiệu AIS mục tiêu có - Tự động thu nhận giải mã tín hiệu radar để xác định ví trí mục tiêu - Kết hợp tín hiệu AIS Radar để có thơng tin đầy đủ mục tiêu - Lưu thông tin mục tiêu theo thời gian để phục vụ việc truy vết liệu - Truyền nhận, đồng liệu trạm trung tâm điều khiển Phương pháp nghiên cứu, thực hiện: - Nghiên cứu kỹ thuật giải mã cho tín hiệu AIS, Radar - Áp dụng phương pháp phân tích thiết kế hệ thống thơng tin truyền thống việc thiết kế, xây dựng hệ thống - Nghiên cứu xây dựng phương pháp truyền nhận đồng hóa liệu Kết nghiên cứu, đối tượng phục vụ nơi ứng dụng: - Hệ thống theo dõi mục tiêu biển - Hệ thống quản lý hải đồ Thuyết minh đề tài NCKH Chương I MƠ HÌNH HỆ THỐNG - Chương trình thử nghiệm mạng LAN - Áp dụng thử nghiệm viện Kỹ thuật hải qn đảo 1.2 Mơ hình hệ thống Hình 1.1 Mơ hình thu nhận tín hiệu Hình hệ thống phần cứng trạm theo dõi mục tiêu, ta cần ý đến thành phần sau: - PC: máy tính cài đặt phần mềm thu nhận giải mã tín hiệu - AIS: thu tín hiêu AIS từ mục tiêu, thơng thường tàu dân dụng, tàu thương mại ln phát tín hiệu AIS chứa thông tin tên tàu, công suất, chuyến, hướng di chuyển, tốc độ di chuyển - Radar: thu tín hiệu vị trí mục tiêu Thuyết minh đề tài NCKH Chương I MƠ HÌNH HỆ THỐNG Hệ thống bao gồm trung tâm điều kiển nhiều trạm Mỗi trạm đặt đảo tàu kiếm sốt vùng biển, trạm bao gồm phịng Radar phịng thơng tin Trung tâm điều khiển nơi nhận liệu trạm hiển thị lên hải đồ tổng thể Hình 1.2 Mơ hình hệ thống tổng thể Như cần có hệ thống phần mềm sau: - Hệ thống thu tín hiệu, giải mã theo dõi trực tiếp mục tiêu cài đặt máy tính phịng Radar Hệ thống địi hỏi phát mục tiêu nhanh, loại bỏ mục tiêu ảo, truy vết lại mục tiêu tín hiệu khoảng thời gian cho phép - Hệ thống nén truyền liệu cài đặt phịng thơng tin - Hệ thống thu, đồng tín hiệu từ nhiều trạm hiển thị lên đồ tổng Thuyết minh đề tài NCKH Chương II TÍN HIỆU AIS, RADAR Chương II TÍN HIỆU AIS, RADAR Việc thu giải mã tín hiệu AIS, Radar cần tiến hành cách đồng thời kết hợp để có thơng tin xác mục tiêu 2.1 Tín hiệu AIS Hệ thống tự động nhận dạng AIS (Automatically Identification System) hệ thống an toàn hàng hải nhằm nâng cao hiệu điều động tránh va lực quản lý tàu biển Việc trao đổi thông tin cách liên tục vậy, giúp cho việc tránh va, phân luồng cảnh giới hiệu quả, thuận tiện Đặc biệt số lượng tàu trang bị hệ thống AIS ngày tăng lên lực quản lý tàu an tồn hàng hải địi hỏi ngày tăng Đến nay, thiết bị AIS tàu trang bị 100% tàu chạy tuyến quốc tế; Hệ thống AIS nhận tin dạng luồng mã ASCII thông qua cổng COM USB Cấu trúc tin theo định dạng AIVDM/AIVDO Dưới gói liệu AIVDM điển hình: !AIVDM,1,1,,B,177KQJ5000G?tO`K>RA1wUbN0TKH,0*5C Gói liệu bao gồm trường, với mô tả chi tiết theo bảng : TT Tên trường Field Nội dung !AIVDM Ghi Xác định loại gói tin AIVDM Số lượng đoạn gói 2 Field tin (có thể có nhiều đoạn, thơng thường tối đa đoạn) 3 Field Field 4 N/A Chỉ số đoạn thứ Thuyết minh đề tài NCKH Chương II TÍN HIỆU AIS, RADAR Mã kênh truyền (VHF) :Channel A - Field B 161.975Mhz (87B); Channel B 162.025Mhz (88B) Field 177KQJ5000G?tO`K>RA1wUbN0 Field 0*5C TKH Phần liệu Check sum Trong trường mô tả bảng trên, việc xử lý thông tin trường công việc quan trọng, phức tạp Khi tiến hành xử lý, cần phải chuyển đổi phần liệu (dạng chuỗi mà ASCII) thành dạng chuỗi bit nhị phân Việc chuyển sang chuỗi nhị phân phải thực theo quy cách dạng mã bit quy chuẩn bit chuỗi nhi phân thể loại mã AIVDM, có 27 loại mã khác nhau, khuôn khổ đề tài này, quan tâm cần xử lý loại mã 1,2,3,4 Chuỗi nhị phân mã AIVDM loại – - bao gồm 168 bit, cấu trúc thể theo bảng đây: Độ dài TT Vị trí 0-5 Message Type 6-7 Repeat Indicator 8-37 30 MMSI Số nhận dạng tàu 38-41 Navigation Status Thể trạng thái hành hải 42-49 Rate of Turn (ROT) Khả quay trở ( độ/phút) 50-59 10 Speed Over Ground Tốc độ (vận tốc so với đáy (bit) Nội dung Tên trường (SOG) Loại gói tin biển) Thuyết minh đề tài NCKH Chương II TÍN HIỆU AIS, RADAR 60-60 Position Accuracy Vị trí tương đối 61-88 28 Longitude Kinh độ Latitude Vĩ độ 899 115 116- 10 13 14 15 16 Maneuver Indicator Spare 148 149- Hướng mũi tàu 147 148- True Heading (HDG) Time Stamp 144 145- biển 142 143- (COG) 136 137- 12 Course Over Ground Hướng tàu chạy so với đáy 12 127 128- 11 27 RAIM flag 19 167 Radio status Dựa vào bảng cấu trúc trên, cần phân tích để lấy nội dung thơng tin quan trọng : MMSI, Navigation Status, ROT, SOG, Longitude, Latitude, COG, True Heading HDG Đối với mã AIVDM loại 5, cấu trúc chuỗi nhị phân sau: TT Vị trí Độ dài (bit) Tên trường 0-5 Message Type 6-7 Repeat Indicator 8-37 30 MMSI 38-39 AIS Version Nội dung Loại gói tin Số nhận dạng tàu Thuyết minh đề tài NCKH Chương II TÍN HIỆU AIS, RADAR 40-69 30 IMO Number Số đăng ký tàu 70-111 42 Call Sign Hô hiệu (ký hiệu gọi tên tàu) 112-231 120 Vessel Name Tên tàu 232-239 Ship Type Loại tàu 240-248 Dimension to Bow Kích thước tới mũi tàu 10 249-257 Dimension to Stern Kích thước tới sau lái 11 258-263 Dimension to Port Kích thước tới mạn trái 264-269 Dimension to 12 Starboard Kích thước tới mạn phải 13 270-273 Position Fix Type 14 274-277 ETA month (UTC) 15 278-282 ETA day (UTC) 16 283-287 ETA hour (UTC) Giờ 17 288-293 ETA minute (UTC) Phút 18 294-301 Draught Mớn nước 19 302-421 120 Destination Đích đến 20 422-422 DTE 21 423-423 Spare Tháng Trong trường thơng tin bảng trên, có số thơng tin cần phải tham chiếu đến bảng thôn tin riêng loại tàu, trạng thái hàng hải Bảng trạng thái hàng hải T T Ý nghĩa Tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt Tầu chạy sử dụng Under way using engine máy At anchor Tàu neo Not under command Mất khả điều động Restricted manoeuverability Hạn chế khả điều 10 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III THIẾT KẾ HỆ THỐNG Dữ liệu máy trạm Giải mã gói tin Radar Giải mã gói tin AIS Kết hợp thơng tin để xác định mục tiêu Hiển thị lên hải đồ số Hình 3.2 Q trình thu, giải mã tín hiệu 3.3 Theo dõi mục tiêu, đồng liệu Sau chức phân hệ 2, bao gồm: - Kết nối, đồng sở liệu - Quản lý danh mục chung: loại tàu, đối tượng đạc biệt cần theo dõi,thiết lấp thông số chung cho hệ thống (khoảng cách ghép mục tiêu, thời gian truyền liệu,…) - Quản lý hải đồ: quản lý hải đồ biển, cho phép người dùng thiết lập đồ theo dõi - Quản lý trạm thu, phát tín hiệu (Radar, AIS) - Theo dõi trực tiếp mục tiêu - Truyền, nhận thông tin mục tiêu 3.2.1 Cấu hình kết nối hệ thống Lần đầu chạy chương trình hiển thị cửa sổ cấu hình hệ thống để người dùng nhập thơng tin kết nối hệ thống 19 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hình 3.3 Cấu hình hệ thống Trong đó: - Máy chủ: máy chủ chứa CSDL - Tên CSDL: tên sở liệu - Tên đăng nhập, mật khẩu: thong tin đăng nhập vào SQL Server Sau nhập đủ thống tin nhấn nút "Chấp nhận" để kết nối, kết nối hệ thống thông báo thành công hiển thị cửa sổ chạy để người dùng lựa chọn: Hình 3.4 Lựa chọn phân hệ Trong đó: - Nhận liệu: nhận liệu trực tiếp từ đảo gửi hiển thị lên hình theo dõi - Quản lý: quản lý đồ tra cứu liệu nhận 20 ... truyền thống việc thiết kế, xây dựng hệ thống - Nghiên cứu xây dựng phương pháp truyền nhận đồng hóa liệu Kết nghiên cứu, đối tượng phục vụ nơi ứng dụng: - Hệ thống theo dõi mục tiêu biển - Hệ thống. .. cầu, mục đích người dùng Do đó, việc nghiên cứu đưa hệ thống theo dõi mục tiêu biển hiển thị hải đồ số vấn đề mang tính thực tế cao, giảm chi phí cho người sử dùng, tùy biến theo mục đích sử dụng. .. Hải quân- Hải Phòng để thực nghiên cứu thể mục tiêu hải đồ Việt Nam Mục đích đề tài nghiên cứu đưa hệ thống đón nhận, giải mã tín hiệu Radar, AIS để lưu trữ, hiển thị đồ số, hỗ trợ người sử dụng