【摘要】通过设计一种采用计算机网络技术、信息处理技术、地理信息技术等多种先进系统组成的综合管理系统，实现特定海上作业区域内的气象信息实时监控、生产信息集成、作业监控和安全应急辅助等功能。
【关键词】AIS基站 电子海图 船舶动态显示 数据采集
一、系统建设
1.方案背景
海洋石油行业属于高风险行业，大量船舶为海油生产服务，事故风险率高、损失大，随着中海油业务量急剧增多，船舶管理工作难度也随之加大，在管理过程中出现了一系列的管理困难。（1）无法掌控船舶航行的动态位置信息；(2)无法掌握事故点周围船舶分布状况； （3）无法对船舶拖航作业进行实时跟踪；（4）无法了解船舶所处位置的海洋环境，如气象信息、台风预报信息。
地理信息系统，它以地理空间数据库为基础，在软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、分析和显示。其基石是各类海量信息，既包括空间地理信息，又包括大量与空间密不可分的气象属性信息。该系统的优势在于可以海量管理和查询气象信息，可以对这些数据进行分析，并与数值模型计算相结合，直观编写分析结果。
2.建设目标
采用先进的计算机网络技术、信息处理技术、地理信息技术等，实现湛江分公司所辖作业区域内的气象信息实时监控、生产信息集成、作业监控和安全应急辅助等功能。
以地理信息技术和AIS（船舶自动识别系统）结合为核心，对海域周围船舶进行全面的船舶监控管理，防碰撞；（2）电子海图中显示海管及海缆路径，设置保护预警;
(3)电子海图上显示台风警戒线，用户可编辑；(4)海上气象信息变化的实时监控；(5)系统信息可通过网络实现远程共享；(6)软件预留数据接口，接收视频监控系统、MAXIMO系统等其他已有系统数据；(7)通过大屏幕显示器显示各信息数据。
二、方案内容
1.系统架构
油田群GIS系统建设包括AIS基站建设和地理信息应用软件开发两部分，现假设建立GIS系统的W油田群共有5个平台和1个油轮。在实际建设工作中，可根据作业情况调整。
AIS基站的建设：在W油田群5个平台和1个油轮各安装1个AIS基站（共计6个AIS基站），接收周围船舶实时定位信息，并通过特力公司已有的网络传输链路，将AIS信息传送至湛江基地。
地理信息应用系统应用系统软件开发：地理信息应用系统应用系统软件采用CS结构设计，主要软件组成如下：信息动态监控软件;船舶信息维护管理软件；应用支撑平台软件。
地理信息应用系统软件主要实现AIS基站所辖范围内船舶的动态监控以及与其他应用系统的集成（南海西部海域气象信息数据的地理信息应用展示和各平台生产数据的地理信息应用展示）。
（1）系统总体构架
根据本系统建设的要求，系统建设为五个平台和1个油轮的AIS基站覆盖区域范围内的船舶动态信息接收、处理，结果展示在电子海图上，总体构架共分为5个层面。
网络层：网络层是本系统所依托的、最基本的信息系统的物理支撑平台，包括移动运行商无线网络、卫星传输链路、局域网和互联网。
数据资源层：数据资源层包括经过本系统信息资源规划后统一支撑各类应用服务的数据库群。
应用支撑层:应用支撑层包括支撑AIS监控系统的地理信息应用平台与通信服务平台。
应用层:应用层主要包括AIS监控系统。
系统用户:系统用户主要包括W油田群操作人员及W油田群管理人员。
（2）系统数据流程
主要数据流程如下：
气象数据—>数据服务中心（解析、过滤、格式化）—>入库存储;
视频数据—>数据服务中心（解析、过滤、格式化）—>入库存储;
各平台生产数据—>数据服务中心（解析、过滤、格式化）—>入库存储;
AIS数据—>数据服务中心（解析、过滤、格式化）—>入库存储;
数据服务中心<—>客户端（系统认证中心服务实现客户端用户的权限分配和鉴权，静态数据查询服务和动态数据分发服务将存储在数据库中的各类数据发送至客户端，由客户端实现人机交互各项功能的显示）。
（3）系统功能
①地理信息展示
可以在地图上进行移动、放大、缩小、测距等操作。地图要素检索与自动定位，作业场所信息显示，地图标签标注，监控目标选择与自动定位，联动报警。
②信息服务
生产、气象信息服务:油田各装置、海管、海缆等设备的实时监控；海域周围船舶实时监控；海上实时气象信息、姿态信息采集；对提供接口的系统数据实时显示；
台风预警:直观的展现台风运行轨迹，自动更新台风路径，对定点的位置动态设置警戒线。防碰撞预警:避免周围船舶与平台之间的碰撞，在每个海上平台安全距离以内，对进入该区域的船舶当航速大于X节且正航向靠近平台时，发生预警，避免海上平台碰撞安全事故；避免外来船舶与海管之间的碰撞，在外来船舶试图穿越海管前自动在用户电脑中弹出报警；避免船舶与海管的碰撞安全事故。系统信息通过网络实现远程共享。
③船舶动态信息显示
在W六个点安装AIS基站，获取AIS基站周边与海油相关的船舶信息。通过分析，在系统界面上显示这些船舶的动态实时信息，包括地理位置，航行轨迹，航速等。
④实现面向服务的架构
要求系统采用分布式跨平台的多层多级体系结构，采用面向服务的设计思想，实现从各种异构环境和应用系统中获取数据，并进行组合得到有效的地理信息显示数据，解决地理信息系统的数据来源和对外提供服务的问题，解决网络环境中，数据传输缓慢的难题。
2.地理信息应用软件系统
W油田GIS系统建设将采用C/S架构，并在每台机器上安装独立的客户端进行AIS信息和其他生产应用信息进行集中展示。
信息动态监控软件：
（1）电子海图管理
海图操作：（1）软件兼容IHO S57、S52国际标准海图数据格式，并支持海图更新数据，并可使用其它符合国际标准的海图进行替换，并能在新海图上正确显示地理信息；（2）提供海图的缩放及漫游功能，海图能分层缩放和任意方向移动，能以任意角度旋转；（3）海图位置显示：随鼠标在海图上任意点移动能显示该点的经纬度及当前海图比例尺；（4）提供海图打印、保存、数据导入功能。（5）多幅海图无缝拼接、平滑漫游；
海图显示控制：（1）海图显示：海图各要素的显示符合S52显示标准；（2）海图背景显示控制：能以白昼、晨昏、夜晚三种背景模式显示；（3）潮汐信息显示：以列表及折线形式显示潮汐信息。
信息标绘：（1）报警区域设置：能设置台风警戒线区域，报警条件，并以自定义颜色显示；（2）海图测距：鼠标在海图上任意选择多点，将这些点累加计算长度或者输入多点经纬度，将这些点累加计算长度。
（2）船舶定位
兼容GPS、C站和AIS数据输入；和海图同比例显示本船和他船动态船型；实时显示本船航向、航线、航速、航名等航行信息；电子方位线、固定距标圈、海图测距等功能；具备真北向上、船首向上、航线向上显示模式；可光标点击船舶以查询船舶资料和航行信息。
（3）AIS信息显示
动态信息：当前船位（经纬度），船位时间，航迹向，航速，船艏向，航行状态。
静态信息： AIS船名，MMSI号，呼号，IMO号，船舶类型，船长，船宽，吃水，目的港，ETA时间。
3.船舶信息维护软件
负责所属辖区内船舶基本信息的编辑、录入、修改和存储管理；提供完整的用户权限管理。W油田群主管部门可根据不同应用服务管理软件上分配的不同级别权限，修改本区域的船舶基本档案信息和浏览船舶的基本档案信息。
应用支撑平台软件：应用支撑平台主要由信息服务软件和其它系统接口软件组成。
（1）信息服务软件：船舶动态报文读写处理：将船舶的速度、航向、航线、航名等动态数据写入数据库。船舶监管数据、报警数据读写处理：将被监管船舶的相关动态数据按照监管的设置写入船舶监管库表，将接收到的报警数据写入船舶报警数据库表，并发送到船舶报警模块。数据库访问读写处理：船舶监控系统数据量较大，所有数据的访问都将以数据池的形式完成。
（2）系统接口软件：其它系统接口软件主要实现多个系统（如南海西部海域气象信息系统、MAXIMO系统及视频监控系统）之间进行数据交换。
主要功能如下：与南海西部海域气象系统之间接口：接收气象信息，自动接收台风预测信息，自动更新台风路径，并在地理信息应用系统中展示。与生产系统之间接口：接收生产信息（如MAXIMO数据），并在系统中展示。与视频监控系统之间接口：提供视频接口模块，实现各平台视频信号的接入。
4.通信服务平台
（1）数据通信
利用现有的链路，以TCP/IP的通信方式直接从各个AIS基站的AIS数据输出接口获得符合IEC 61162标准语句的AIS动态信息：支持差分基准站等数据串口输入；支持监控平台和多客户端网络连接；支持客户端通过网络从通信服务平台查询获取船舶资料、船舶动态数据记录；支持客户端通过网络从通信服务平台自动下载海图及海图更新，便于海图的统一管理及维护；通信服务平台具有较高的安全性和稳定性，运行于Windows平台。
（2）数据管理
在向相关应用系统实时传输AIS动态信息的同时，能够将动态信息按照对应数据库记录入库，可为相关应用系统的功能调用。
5.数据工程
数据工程建设主要包括数据采集、数据部署、数据库设计等几个方面。
（1）数据采集：数据采集内容主要包括三部分，即海图数据采集、动态数据采集、以及静态数据采集。(2)数据部署方案：结合W油田群对地理信息应用系统的需求，选择合理的部署方式，包括集中/分散部署方案的制定。(3）数据库设计：根据应用需求，建设W油田群地理信息应用系统共享数据库(不含数据库软件的购买和部署 )。
（1）数据采集要求。本工程建设所需数据资源包括海图数据、AIS静态/动态数据，以及需从外部系统导入的各类数据，
（2）数据部署要求。本着集中存储集中管理的方式，本系统将所有数据资源集中部署在中心机房。
（3）数据库建设要求。本系统将采用先进主流的数据库软件：SQL Server数据库。通过对本系统数据资源的管理对象和数据共享需求分析，确定本工程将在内网建立以下4个数据库：动态信息数据库，船舶基本信息数据库、服务对象数据库、生产信息数据库等。
（4）数据标准规范。本工程数据标准化按照已有国际标准、国家标准、行业标准进行，若无相关标准，则应由特力公司信息技术人员研究制定内部遵循的数据标准，数据标准应有利于信息共享与扩展。本次工程数据库设计依据的主要标准为：电子海图相关数据标准：IHO S-57/S-52。
6.AIS基站
（1）AIS基站的布局。根据AIS基站布局的基本原则与W油田群的监控需求，本系统将建设6个AIS接收基站，用来接收所辖范围内船舶的实时定位信息。
（2）AIS基站设备。每个AIS基站由1个AIS基站接收机、1套天馈系统（包含1付VHF天线、1个VHF天线避雷器、1付GPS天线、1个GPS天线避雷器和馈线）和1套连接电缆组成。
（3）AIS基站的布设位置。AIS基站布局总体思路采用基站前出、天线挂高尽可能高，实现最大程度的扩大向外的覆盖区域，拓展AIS船舶监控的监控范围。
6个AIS基站（物理基站）将按照本系统AIS网络覆盖的要求合理布局。
（4）AIS基站硬件设备详述。本方案选取的AIS基站设备满足最新的AIS岸台设备标准（IEC 62320-1）标准的要求，能够完整解析ITU1371-3和IEC62287-1中所涉及的26类AIS消息。
（5）接收基站性能指标。该接收基站完全满足最新的AIS岸台设备标准（IEC 62320-1）标准的接收部分的要求，并集成了网络服务器的功能，能够完整解析ITU1371-3和IEC62287-1中所涉及的26类AIS消息。
三、结束语
油田群GIS系统，是一种先进的海上油田作业生产辅助管理系统，也是海上服务信息化和数字化平台发展的一个重要部分，对该系统设计方案的探讨和逐步论证实现，是我们作为海上信息服务企业的一个重要课题，在今后的工作中，我们还将对此课题进行进一步的深入研究论证。