摘要：針對(duì)目前存在的AIS信息共享范圍有限、共享模式比較單一、適應(yīng)不同類型用戶需求存在困難的問(wèn)題，提出了基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對(duì)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(tǒng)重復(fù)建設(shè)、縮短研究和應(yīng)用周期、節(jié)省費(fèi)用、促進(jìn)AIS研究和應(yīng)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(yùn)輸；互聯(lián)網(wǎng)；船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)；信息；共享模式
AIS（Automatic Identification System）信息在海上數(shù)字交通建設(shè)中起到了非常重要的作用。當(dāng)前，AIS信息在船舶避碰、港口領(lǐng)航、交通調(diào)查、海事信息監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析等方面的研究和應(yīng)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(chǔ)均為AIS信息全面可靠的獲取，都離不開(kāi)一個(gè)可靠穩(wěn)定的AIS信息采集系統(tǒng)，這無(wú)形之中給系統(tǒng)的建設(shè)和普及推廣增加了一定的費(fèi)用和難度。因此提出能否利用飛速發(fā)展的INTERNET技術(shù)平臺(tái)，充分共享已采集的AIS信息的問(wèn)題。AIS信息共享的基礎(chǔ)包括政策機(jī)制、商業(yè)規(guī)范和技術(shù)模式等方面內(nèi)容。關(guān)于AIS信息普及共享的政策機(jī)制，目前國(guó)內(nèi)基本上還是空白；在商業(yè)規(guī)范方面，一些專業(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(tái)技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)、科研院所、大型航運(yùn)公司及航運(yùn)主管部門的研究和應(yīng)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(yīng)不同用戶的各類需求還有困難。為此，本文將從技術(shù)角度總結(jié)、探討基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對(duì)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的多樣化需求，并為最終用戶的特定需求服務(wù)。共享模式可依據(jù)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(yīng)用層信息共享和原始數(shù)據(jù)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)議為主要分類依據(jù)并結(jié)合共享的信息層次對(duì)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(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和AIS共享服務(wù)器構(gòu)成（在服務(wù)器速度、可靠性、穩(wěn)定性均滿足條件的情況下，三者也可駐留在同一臺(tái)機(jī)器上）。在此共享模式下，共享的內(nèi)容主要為原始的AIS數(shù)據(jù)或解碼之后的AIS數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程客戶端主要為ECDIS（Electronic hart Display and Information System）應(yīng)用或數(shù)據(jù)分析等應(yīng)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(chǔ)為遠(yuǎn)程客戶端與各個(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(shù)據(jù)傳輸。AIS采集服務(wù)器負(fù)責(zé)采集來(lái)自遠(yuǎn)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(shù)據(jù)庫(kù)；同時(shí)也實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shù)據(jù)庫(kù)。AIS采集服務(wù)器接受遠(yuǎn)程客戶端基于TCP/IP的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，主要工作流程包括針對(duì)遠(yuǎn)程用戶的認(rèn)證、授權(quán)、AIS信息檢索、AIS信息發(fā)送等環(huán)節(jié)。其中，AIS信息檢索處理負(fù)責(zé)定時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)據(jù)服務(wù)隊(duì)列等待發(fā)送。認(rèn)證處理根據(jù)配置的認(rèn)證信息實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程用戶的名稱和密碼進(jìn)行認(rèn)證，而AIS信息發(fā)送處理則根據(jù)認(rèn)證結(jié)果、用戶被授權(quán)信息以及用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)類型（請(qǐng)求原始AIS信息或者請(qǐng)求解碼之后的數(shù)據(jù)）進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾，并把符合條件的AIS信息基于TCP/IP通信機(jī)制發(fā)送給請(qǐng)求數(shù)據(jù)服務(wù)的遠(yuǎn)程客戶端。該模式要求AIS共享服務(wù)器具有靜態(tài)的公網(wǎng)IP，在費(fèi)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(xiàn)基于動(dòng)態(tài)IP接受數(shù)據(jù)訪問(wèn)的請(qǐng)求。
在遠(yuǎn)程客戶端擁有靜態(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(shù)據(jù)的模式?；玖鞒贪ǎ?/SPAN>
1）從本機(jī)配置文件（或數(shù)據(jù)庫(kù)中的用戶信息表）獲取遠(yuǎn)程客戶端的IP、端口號(hào)及授權(quán)信息。
2）向遠(yuǎn)程客戶端主動(dòng)發(fā)起TCP/IP連接請(qǐng)求。
3）讀取AIS信息數(shù)據(jù)。
4）過(guò)濾數(shù)據(jù)并基于TCP/IP發(fā)送數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程客戶端。
還有一種方案是遠(yuǎn)程客戶端基于TCP/IP協(xié)議直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、直接讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的有關(guān)信息表，認(rèn)證和授權(quán)信息配置在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上面，并由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為HTTPC Hypertext Transfer Protocol）協(xié)議（全稱為超文本傳輸協(xié)議），它定義了服務(wù)端和客戶端的數(shù)據(jù)傳輸方式，是基于TCP/IP之上的應(yīng)用層協(xié)議，也是目前瀏覽器和網(wǎng)站之間通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議?；?/SPAN>HTTP協(xié)議的共享模式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(qū)別在于AIS共享服務(wù)器不是安裝著TCP/IP通信的服務(wù)端軟件，而安裝著運(yùn)行WebGIS的WebServer。最終用戶在遠(yuǎn)程客戶端以IEC Internet Explorer）或FIREFORX等客戶端的瀏覽器通過(guò)HTTP協(xié)議訪問(wèn)WebServer及其上面的WebGIS服務(wù)，因此在此模式下，最終用戶可以直接接收到應(yīng)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(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲取歷史數(shù)據(jù)。此外，Web GIS上面也可以疊加航標(biāo)助航等信息。
基于HTTP協(xié)議共享模式也可以為各類應(yīng)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）客戶端應(yīng)用程序（非瀏覽器）通過(guò)HTTP的GET或POST方式向WebServer上的數(shù)據(jù)服務(wù)程序發(fā)起數(shù)據(jù)請(qǐng)求[10]。
2）數(shù)據(jù)服務(wù)程序接受請(qǐng)求，分解其中的請(qǐng)求參數(shù)。
3）進(jìn)行認(rèn)證和授權(quán)信息的驗(yàn)證，并形成數(shù)據(jù)檢索條件。
4）從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索數(shù)據(jù)并返回給客戶端應(yīng)用程序。
2關(guān)鍵技術(shù)
通過(guò)INTERNET實(shí)現(xiàn)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(nèi)容，本節(jié)將重點(diǎn)探討其中的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，在網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)搭建完成之后，基于Socket的網(wǎng)絡(luò)編程是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的首要問(wèn)題。Socket是應(yīng)用程序與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)所傳輸數(shù)據(jù)的組織及協(xié)議的選擇，是一組面向用戶的編程接口，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，通過(guò)調(diào)用接口就可以實(shí)現(xiàn)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(xì)節(jié)問(wèn)題。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要建立Socket通信的服務(wù)端和客戶端，服務(wù)端首先創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)Socket，接著客戶端向服務(wù)端發(fā)起連接請(qǐng)求，通過(guò)三次“握手”并成功之后，服務(wù)端和客戶端可通過(guò)通信Socket實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)通信（也可以看出，Socket服務(wù)端不一定是提供AIS信息的數(shù)據(jù)服務(wù)器端）。
數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)文件的集合，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件的作用下，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和純粹的數(shù)據(jù)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(shì)。在AIS信息共享體系中，數(shù)據(jù)庫(kù)可以存放當(dāng)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(shù)據(jù)、其它空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)，也可以存放用戶的相關(guān)信息，因此AIS數(shù)據(jù)庫(kù)是AIS信息共享、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)和形成決策的前提。在一定意義上，AIS信息數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容決定了整個(gè)共享體系功能的實(shí)現(xiàn)程度。建設(shè)一個(gè)合理的AIS信息數(shù)據(jù)庫(kù)需要在需求分析的基礎(chǔ)上經(jīng)歷概念模型、邏輯模型和物理模型設(shè)計(jì)等步驟，而數(shù)據(jù)庫(kù)的具體應(yīng)用則涉及系統(tǒng)管理、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)備份和恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shù)據(jù)庫(kù)有Oracle、SqlServer、DB2等，在跨平臺(tái)的情況下，Oracle是比較理想的選擇。
Web服務(wù)器是Web應(yīng)用的發(fā)布平臺(tái)，常用的Web服務(wù)器有IIS（Internet Information Services）、Tomcat、apache等。而Web應(yīng)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(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、Web服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的匹配問(wèn)題（比如，IIS只能運(yùn)行于Windows平臺(tái)之上，而ASP基本上只運(yùn)行于IIS之上），同時(shí)也要考慮系統(tǒng)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(yīng)用的發(fā)布，有許多現(xiàn)成的平臺(tái)供使用（包括ArcIMS、MapInfo、intergraph等）?；诂F(xiàn)成的WebGIS平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)在于開(kāi)發(fā)人員可以直接調(diào)用WebGIS工具軟件提供的功能，并實(shí)現(xiàn)放大、縮小、漫游、空間分 析、空間查詢、鷹眼等電子海圖的各類功能，開(kāi)發(fā)周期較短。
3模式的比較及選擇
基于INTERNET的不同數(shù)據(jù)共享模式具有不同的特點(diǎn)和適應(yīng)性。首先，直接基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)共享模式具有較好的可靠性和較高的效率，具有提供“專門”服務(wù)的性質(zhì)，適合較為重要的應(yīng)用或用戶；共享的內(nèi)容為原始的或經(jīng)解碼的AIS數(shù)據(jù)信息，用戶可以根據(jù)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(shù)據(jù)的直接共享對(duì)數(shù)據(jù)提供方來(lái)說(shuō)存在數(shù)據(jù)流失難以預(yù)計(jì)、數(shù)據(jù)最終用途難以控制、商業(yè)價(jià)值元法充分實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。而對(duì)只需簡(jiǎn)單應(yīng)用的普通用戶來(lái)說(shuō)，接收AIS數(shù)據(jù)信息并不是其目的，為了使用AIS信息還需要開(kāi)發(fā)或購(gòu)買客戶端應(yīng)用軟件，存在使用或升級(jí)維護(hù)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(shù)據(jù)共享模式在用戶數(shù)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，同時(shí)用戶的客戶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(jí)維護(hù)困難，因此該模式對(duì)普通用戶來(lái)說(shuō)，成本低廉、使用便利，對(duì)服務(wù)提供商來(lái)說(shuō)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也都能充分實(shí)現(xiàn)。因此該模式適合為廣大用戶提供現(xiàn)成的基于AIS的各類信息服務(wù)。不足之處在于元法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“二次加工”，對(duì)高端用戶來(lái)說(shuō)，其自主性受到限制。
綜合前述共享模式的優(yōu)勢(shì)和不足，基于HTTP協(xié)議提供原始數(shù)據(jù)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(qū)，其關(guān)鍵技術(shù)在于構(gòu)建運(yùn)行在WebServer之上的應(yīng)受數(shù)據(jù)請(qǐng)求的服務(wù)程序，另外客戶端也需要采用相應(yīng)的Web訪問(wèn)技術(shù)，有一定的編程復(fù)雜度。在數(shù)據(jù)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(jié)語(yǔ)
隨著航運(yùn)事業(yè)跨國(guó)、跨區(qū)域合作趨勢(shì)的增強(qiáng)，基于INTERNET進(jìn)行AIS信息的充分共享，促進(jìn)AIS研究和應(yīng)用的合作共進(jìn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字海洋建設(shè)，也理應(yīng)成為國(guó)內(nèi)及國(guó)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(yīng)用表明，多樣化的共享模式為避免系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、縮短研究和應(yīng)用周期、節(jié)省費(fèi)用、促進(jìn)AIS研究和應(yīng)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AIS信息采集技術(shù)的發(fā)展、采集點(diǎn)數(shù)量的增加和采集區(qū)域的不斷擴(kuò)大，AIS信息量必然不斷增加，因此積極探索基于分布式架構(gòu)的數(shù)據(jù)共享技術(shù)將是今后研究工作的新課題。
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作者：紀(jì)賢標(biāo)，邵哲平，潘家財(cái)，唐存寶 來(lái)源：中國(guó)航海
