AIS通信系统性能分析

根据AIS作为一个通信系统所采用的若干通信技术分析，AIS的通信性能．得出AIS的相关通信参数：如系统冲突率、发射成功率、信道利用率．并建立了三者的数学模型，推导出其最佳通信性能，并根据推论提出建议。     

基于船舶A IS数据的桥区水域通航饱和度研究

为分析内河通航情况,评价桥区水域航道饱和程度,研究不同船舶领域模型对航道饱和度评价造成的影响,构建了基于船舶A IS数据的通航饱和度模型.通过大量历史船舶A IS数据分析,计算了船舶交通流量、通航密度、通过能力等参数,基于停船视距船舶领域构建了通航饱和度模型,提高了饱和度计算精度;分析了饱和度随时间的变化特征,并提出了最大饱和度等评价指标.以长江中游武汉河段桥区水域为例,研究近三年桥区水域通航饱和度用以验证.结果表明,长江中游桥区水域通航饱和度平均约为20% ~30%;武汉长江大桥附近饱和度最大可达53%,与实际较为相符;基于藤井船舶领域模型相比停船视距船舶领域模型计算所得的通过能力值高76%,饱和度低43%.采用停船视距船舶领域计算所得饱和度随区域交通流特征而变化,相比于传统方法更加精准.      

AIS航标在东海海区的设置及其应用分析

AIS航标是集通信技术、网络技术和信息技术于一体的新型助航系统。基于AIS的技术优势和功能,我国东海海区已经设置了60余座AIS航标,主要对其应用领域和前景进行了一定的分析和探讨,为船舶航行安全和海洋环境保护发挥突出作用。     

北极东北航道船舶行为特征分析

北极东北航道开发和利用,对北极水域船舶通航安全管理提出了更高的要求.采用数据挖掘技术对2015—2017年北极东北航道船舶自动识别系统(AIS)的数据进行了处理与分析;采用Douglas-Peuker算法,对海量船舶AIS轨迹数据进行抽稀与验证;然后利用KD-Tree、DBSCAN和族心确认算法,对海量船舶AIS轨迹点进行了时空聚类分析;成功提取了船舶类型、船旗国、船舶轨迹、船舶密度及船舶速度等船舶行为特征,探索研究了船舶行为特征对于北极东北航道能源、环保及海上交通服务的作用与意义.研究表明,北极东北航道航行船舶以渔船和货船为主,船旗国以靠挪威和俄罗斯籍为主,船舶活动区域集中在巴伦支海与挪威海,主航道主要以8~15 kn速度航行.      

基于位置可达域的船舶轨迹噪声去除方法

船舶的AIS轨迹数据对研究船舶交通流和交通行为具有重要意义.然而通信链路及卫星定位信号等方面的干扰,导致AIS轨迹含有较多的噪声数据,严重影响了数据分析和数据挖掘的质量.根据船舶运动规律,研究得出一种基于位置可达域的船舶轨迹噪声数据去除方法.通过计算某时刻船舶运动的所有可能状态,估计船舶下一时刻位置可达的范围作为可达域判别条件,并利用滑动窗口对船舶AIS轨迹点进行滚动处理,将不满足可达域判别条件的点作为噪声点进行滤除,形成轨迹去噪算法流程.选取含有噪声的真实AIS轨迹数据进行方法验证,并与当前常用的轨迹去噪方法进行对比分析.相比于速度阈值法和基于密度的聚类算法,所提出的方法在召回率上分别提升了27.22%和23.14%,在F1指标上分别提升了14.31%和24.03%,说明算法对噪声点的识别较为准确,并能有效针对不同类型噪声进行处理.同时,通过多次重复试验和时间复杂度分析,验证该算法不仅满足海量AIS数据的离线去噪需求,还可用于轨迹在线去噪,满足实时应用的需要.      

强涌潮急流水域桥梁船撞风险控制

嘉兴至绍兴跨江公路通道项目嘉绍大桥横跨钱塘江尖山河段,潮强流急,航运条件复杂,桥梁船撞风险巨大。为控制强涌潮急流水域船舶撞击桥梁的风险,通过研究,主航道桥及北副航道桥采用固定式防撞套箱进行被动防撞,单桩独柱引桥通过保留钢护筒的措施提高桥墩的防撞安全性能。此外全桥还建立了防船撞主动预警系统,包括AIS监管系统、VHF通信系统、桥区主动预警视频监控及报警系统、电子海图显示与信息综合系统。     

基于轨迹的内河船舶行为模式挖掘

从内河海量的船舶AIS数据中提取出有用的交通知识,辅助水上安全监管,对于研究日益复杂的水上交通安全形势具有重要意义.基于内河船舶行为特征,构造由船舶位置、航速和航向4个维度组成的船舶航行状态空间来描述船舶行为.针对传统DBSCAN聚类算法提取状态空间中相似船舶轨迹存在计算复杂高的问题,提出增量式算法改进DBSCAN算法用以高效地计算不同船舶的行为模式;然后利用核密度估计等统计方法对不同模式的船舶行为特征进行数据挖掘,得到船舶航速、航向和位置的时空分布特征规律,进一步挖掘不同行为模式下的船舶微观特征.以武汉航段的汉江分叉航道水域作为研究案例,利用所提的方法对该水域分析研究,得到了6类不同行为模式,挖掘出不同模式下分叉航道内船舶静态属性信息(船舶类型、船舶尺寸)、空间分布特征(轨迹点分布、航速分布、航向分布)、船舶到达规律等信息.利用该模型所提取的知识有助于水上监管人员迅速获取水域交通态势,从而提高水上交通安全监管的水平和效率.      

基于虚拟线圈的内河船舶流量检测方法

实时检测内河船舶流量对水上交通管理具有重要意义.为实时检测船舶流量,研究了一种基于虚拟线圈的船舶流量检测系统.虚拟线圈即在视频图像上设置一个封闭区域,根据该区域内图像的变化检测是否有运动目标通过.利用RGB三通道背景差分法得到视频图像的二值化图像,二值化图像的三个分割阈值由大津法求出.设置2个平行的虚拟线圈,通过虚拟线圈的船舶会被检测并计数,同时检测船舶的船长与船宽,利用BP神经网络对船舶进行分类.通过在武汉长江大桥和武汉长江二桥上不同时间段采集的视频进行实验,结果表明,船舶计数正确率达到97.1%,计数漏检率2.9%,计数错检率0%,船舶分类正确率98.6%.处理一帧图片的平均时间为7 ms,具有较好的实时性.      

基于CANoe整车网络负载率仿真与实车网络周期一致性测试验证研究

近年来随着汽车网络化、智能化、电动化、共享化的发展,汽车的电控单元、电器数量不断增多,整车的CAN总线控制网络愈加复杂化。为了满足总线通信稳定性的要求,对整车的网络性能有一定的要求,而整车网络负载率作为评价总线通信品质优劣广受人们重视。因此,研究整车网络的负载率,对整车的网络开发设计具有重要意义。     

船舶新能源系统监管平台关键技术

为实现中国内河新能源船舶统一监管、远程运维,文中分析了现有船舶、车辆远程监管平台关键技术和内河新能源船舶监管要素及管理需求后,提出并搭建了内河船舶新能源系统监管平台.该平台采用自定义通信协议满足监管对象、数据项扩展需求;采用船载端与岸端信息数据加密方法保障信息安全;采用多种数据存储单元结合的混合分布式存储架构满足船舶新能源系统数据存储需求;提出布谷鸟搜索-概率神经网络算法,为开展新能源系统故障诊断研究提供技术支持.平台能够实时监管并记录船舶新能源系统运行状态,实现长江水域新能源船舶信息化管理,开创内河新能源船舶信息服务新模式,推进绿色长江建设.      

面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法

针对高峰期间常发拥堵点交通需求过大、周边关联交叉口交通负荷分布不均的问题, 研究了面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法。通过对常发拥堵点的车流进行追踪与溯源, 根据交通量关联度确定信号协调控制范围, 然后基于路径的流量分担率与路段平均饱和度识别信号协调控制范围内的关键路径。基于宏观基本图理论, 考虑关键路径对路网运行状态的影响, 构建边界交叉口主动限流控制模型。同时, 利用元胞传输模型描述交叉口与路段的运行状态, 以关键路径通行能力最大化和进口道饱和度均衡化为信号控制优化目标, 建立均衡路网交通负荷的信号控制优化模型。以武汉市发展大道青年路交叉口以及关联交叉口为对象开展仿真实验, 结果表明: 虽然本文方法下的边界交叉口车均延误增加了6.8 s, 但常发拥堵点的车均延误降低了15.7 s; 关键路径的车均延误减少72.6 s, 平均排队长度减少26.1 m。并且, 路网整体的车均延误降低14.7%, 驶出车辆数增加26.6%, 验证了提出方法缓解常发拥堵点交通拥堵的有效性。      

基于AIS的在航船舶油水分离器状态信息远程传输方案设计与实现

为更好地保护海洋和内河水域环境,加强对船舶排放舱底水行为的监督,在结合国际标准规范和船舶自身特点的基础上,探讨了基于A IS (船载自动识别系统)远程传输在航船舶油水分离器状态信息的必要性与可行性。选择A IS消息12和14作为油水分离器状态信息传输载体,设计了1套完整的油水分离器状态信息传输交互协议,协议共定义了6类报文,即实时数据报文、请求发送报文、启闭情况报文、历史排油情况报文、自定义消息报文、确认收到报文,并详细介绍和分析了报文编码、生成、传输与解析等过程。在有房屋和树木干扰环境下对报文传输过程进行了仿真试验。结果表明,传输过程丢包率为30%左右,满足A IS报文传输要求。      

基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。     

Bayesian game-theoretic approach based on 802.11p MAC protocol to alleviate beacon collision under urban VANETs

Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs) facilitate the broadcasting of status information among vehicles. In the IEEE 802.11p/WAVE vehicle network environment, the strict periodic beacon broadcasting of safety messages requires status advertisement to assist drivers in maintaining safety. The beacon broadcasting is required for real-time communication, and for avoiding the degradation of communication channels in high vehicular density situations. However, a periodic safety beacon in the IEEE 802.11p/WAVE standard can only transmit packets on a single channel using the MAC protocol. In high vehicular density situations, the channel becomes overloaded, thereby increasing the probability of beacon collision, and hence reducing the influx of successfully received beacons, which increases the delay. Many studies have indicated that appropriate congestion control algorithms are essential to provide efficient operation of a network. In this paper, to avoid beacon congestion, we have considered game theoretic models of wireless medium access control (MAC) where each transmitter makes individual decisions regarding their power level or transmission probability. We have evaluated the equilibrium transmission strategies of both the selfish and the cooperative user. In such a game-theoretic study, the central question is whether Bayesian Nash equilibrium (BNE) exists, and if so, whether the network operates efficiently at the equilibrium point. We proved that there exists only one BNE point in our game and validated our result using simulation. The performance of the proposed scheme is illustrated with the help of simulation results.     

Improving multi-channel wave-based V2X communication to support advanced driver assistance system (ADAS)

The advent of vehicle-to-everything (V2X) communication has opened the opportunity to design advanced driver assistance systems (ADAS) that collect information from sensors in neighboring vehicles and roadside infrastructure. IEEE and ETSI have designed network protocol standards for V2X communications. Despite the differences between the vehicular wireless communication architecture defined by ETSI and the IEEE protocol stack, the two standards have multichannel operations as a main commonality, with some channels dedicated to safety-critical applications and others to nonsafety services. Some recent studies have demonstrated that these standards might not provide sufficient channel utilization for reliable exchange of information in mid- and heavily congested scenarios. In this paper, we propose and evaluate the performance of a driver-assistance system to reduce the connectivity gaps between vehicles and roadside units (RSUs). This cooperative system of multi-service channel allocation will improve radio channel utilization. We also show that the required latency for this inter-vehicle communication can be obtained using the IEEE-WAVE standards and dedicated short-range communication (DSRC) proposed for vehicular environments. Simulation results show that the proposed scheme can improve the average throughput by up to 15 % in various traffic density conditions compared with the dynamic channel allocation method.     

面向常发拥堵点的主动交通诱导方法

基于动态用户均衡、系统最优分配的诱导方法,侧重路网需求的宏观预测和调节,难以准确辨识道路拥堵点的关联车流,制约了诱导效果。为精准调控致堵车流,有效缓解常发性拥堵,研究基于需求溯源的主动交通诱导方法。遵循靶向诱导的思路,分析车辆行驶轨迹和常发拥堵点的交通流关联性,运用卡尔曼滤波对关联车流进行短时预测,在此基础上,结合流量占比、路径饱和度等指标,对诱导目标车流进行优选。同时,从负荷均衡的角度出发,基于路段与路径交通流的时空关联更新路网交通状态,建立以饱和度均衡为目标的主动诱导优化模型。仿真结果表明:相比反应型诱导与基于路径偏好的主动型诱导,所提方法使常发拥堵点的车均延误、停车次数等下降30%~60%,路网车均延误、停车次数等下降10%~15%,模型收敛速度提高,交通效益提升,验证了该方法的有效性。      

武汉城市快速环路智能交通业务通信主干传输网建设探析

武汉城市快速路网呈＂环＋放射＂的结构,为提高交通通信业务主干传输网络的可靠性和稳定性,提出了基于武汉市快速环路的智能交通业务通信主干环网的建设方案。该方案根据武汉市路网形态,围绕快速路网环线构建通信主干环网,结合基于SDH的多业务传输平台和自动交换光网络2种平台,共同为智能交通系统提供安全可靠的通信平台。     

弯曲河段宽度与航道通航能力关系研究

船舶通过弯曲航道所需航宽的计算对于安全航行具有十分重要的意义。根据叠加原理,分别计算出在无风流情况下过弯道所需航宽、流致漂移量、风致漂移量、偏航量,相互叠加得到有风流情况下船舶通过弯道所需航宽。编制应用软件,对航道通航能力进行预报。