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、適應不同類型用戶需求存在困難的問題，提出了基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對其中的關鍵技術、模式的比較及選擇做了深入的闡述。實踐表明，基于INTERNET的AIS信息多樣化的共享模式為避免系統(tǒng)重復建設、縮短研究和應用周期、節(jié)省費用、促進AIS研究和應用的協(xié)同合作起到了切實可行的良好效果。

關鍵詞：水路運輸；互聯(lián)網(wǎng)；船舶自動識別系統(tǒng)；信息；共享模式

AIS（Automatic Identification System）信息在海上數(shù)字交通建設中起到了非常重要的作用。當前，AIS信息在船舶避碰、港口領航、交通調查、海事信息監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析等方面的研究和應用都取得了重要進展[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，都離不開一個可靠穩(wěn)定的AIS信息采集系統(tǒng)，這無形之中給系統(tǒng)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技術平臺，充分共享已采集的AIS信息的問題。AIS信息共享的基礎包括政策機制、商業(yè)規(guī)范和技術模式等方面內容。關于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(guī)范方面，一些專業(yè)公司已經(jīng)開始逐步探討和推廣基于互惠合作的有嘗的AIS信息服務；而在AIS信息發(fā)布和共享的平臺技術方面，國內外專業(yè)的研究機構、科研院所、大型航運公司及航運主管部門的研究和應用已逐步普及[5-7]。主要存在的問題是共享范圍有限、共享模式比較單一、適應不同用戶的各類需求還有困難。為此，本文將從技術角度總結、探討基于INTERNET的AIS信息的多樣化共享模式，并對其中的關鍵技術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。共享模式可依據(jù)共享的信息層次或共享的技術協(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(shù)據(jù)共享；依共享的技術協(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。本文將以技術協(xié)議為主要分類依據(jù)并結合共享的信息層次對多樣化的共享模式進行闡述。

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，由采集服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和AIS共享服務器構成（在服務器速度、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機器上）。在此共享模式下，共享的內容主要為原始的AIS數(shù)據(jù)或解碼之后的AIS數(shù)據(jù)，遠程客戶端主要為ECDIS（Electronic hart Display and Information System）應用或數(shù)據(jù)分析等應用（也可能是WebGIS（Web Geographic Information System）服務器）[8-9]。此模式的技術基礎為遠程客戶端與各個服務器之間、各服務器之間基于TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。AIS采集服務器負責采集來自遠程AIS信息采集點的信息，經(jīng)過記錄分解后，把AIS記錄直接存到數(shù)據(jù)庫；同時也實現(xiàn)對AIS信息進行解碼，并把解碼之后的動態(tài)信息、靜態(tài)信息（包括航次信息）存入數(shù)據(jù)庫。AIS采集服務器接受遠程客戶端基于TCP/IP的數(shù)據(jù)訪問請求，主要工作流程包括針對遠程用戶的認證、授權、AIS信息檢索、AIS信息發(fā)送等環(huán)節(jié)。其中，AIS信息檢索處理負責定時從數(shù)據(jù)庫中的靜態(tài)和動態(tài)AIS信息表或原始AIS信息表中讀取信息并寫入AIS數(shù)據(jù)服務隊列等待發(fā)送。認證處理根據(jù)配置的認證信息實現(xiàn)對遠程用戶的名稱和密碼進行認證，而AIS信息發(fā)送處理則根據(jù)認證結果、用戶被授權信息以及用戶請求的數(shù)據(jù)類型（請求原始AIS信息或者請求解碼之后的數(shù)據(jù)）進行數(shù)據(jù)過濾，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(shù)據(jù)服務的遠程客戶端。該模式要求AIS共享服務器具有靜態(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器的IP交換技術實現(xiàn)基于動態(tài)IP接受數(shù)據(jù)訪問的請求。

在遠程客戶端擁有靜態(tài)公網(wǎng)IP的情況下，AIS共享服務器也可以采用主動推送數(shù)據(jù)的模式?；玖鞒贪ǎ?/SPAN>

1）從本機配置文件（或數(shù)據(jù)庫中的用戶信息表）獲取遠程客戶端的IP、端口號及授權信息。

2）向遠程客戶端主動發(fā)起TCP/IP連接請求。

3）讀取AIS信息數(shù)據(jù)。

4）過濾數(shù)據(jù)并基于TCP/IP發(fā)送數(shù)據(jù)給遠程客戶端。

還有一種方案是遠程客戶端基于TCP/IP協(xié)議直接訪問數(shù)據(jù)庫服務器、直接讀取數(shù)據(jù)庫中的有關信息表，認證和授權信息配置在數(shù)據(jù)庫服務器上面，并由數(shù)據(jù)庫管理系統(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），它定義了服務端和客戶端的數(shù)據(jù)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(qū)別在于AIS共享服務器不是安裝著TCP/IP通信的服務端軟件，而安裝著運行WebGIS的WebServer。最終用戶在遠程客戶端以IEC Internet Explorer）或FIREFORX等客戶端的瀏覽器通過HTTP協(xié)議訪問WebServer及其上面的WebGIS服務，因此在此模式下，最終用戶可以直接接收到應用層信息的共享服務（如圖2所示）。WebGIS服務器可以從AIS采集服務器獲取實時的AIS信息，也可以從數(shù)據(jù)庫服務器獲取歷史數(shù)據(jù)。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應用程序提供原始AIS信息的共享服務。主要包括4個步驟：

1）客戶端應用程序（非瀏覽器）通過HTTP的GET或POST方式向WebServer上的數(shù)據(jù)服務程序發(fā)起數(shù)據(jù)請求[10]。

2）數(shù)據(jù)服務程序接受請求，分解其中的請求參數(shù)。

3）進行認證和授權信息的驗證，并形成數(shù)據(jù)檢索條件。

4）從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)并返回給客戶端應用程序。

2關鍵技術

通過INTERNET實現(xiàn)AIS信息的多樣化共享所涉及的技術非常之廣，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(jié)將重點探討其中的網(wǎng)絡編程技術、數(shù)據(jù)庫技術及Web發(fā)布技術。

網(wǎng)絡通訊技術是基于TCP/IP協(xié)議共享數(shù)據(jù)的基礎，在網(wǎng)絡硬件平臺搭建完成之后，基于Socket的網(wǎng)絡編程是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的首要問題。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，它把復雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，通過調用接口就可以實現(xiàn)網(wǎng)絡通信功能，而不必關心網(wǎng)絡通信各層協(xié)議之間的細節(jié)問題。在具體實現(xiàn)時，需要建立Socket通信的服務端和客戶端，服務端首先創(chuàng)建監(jiān)聽Socket，接著客戶端向服務端發(fā)起連接請求，通過三次“握手”并成功之后，服務端和客戶端可通過通信Socket實現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)通信（也可以看出，Socket服務端不一定是提供AIS信息的數(shù)據(jù)服務器端）。

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)文件的集合，在數(shù)據(jù)庫管理軟件的作用下，數(shù)據(jù)庫系統(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。在AIS信息共享體系中，數(shù)據(jù)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信息，因此AIS數(shù)據(jù)庫是AIS信息共享、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘的基礎和形成決策的前提。在一定意義上，AIS信息數(shù)據(jù)庫的結構和內容決定了整個共享體系功能的實現(xiàn)程度。建設一個合理的AIS信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫的具體應用則涉及系統(tǒng)管理、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)備份和恢復、網(wǎng)絡設置、SQL（Structured Query Language）編程等方面的技術問題。目前比較流行的大型數(shù)據(jù)庫有Oracle、SqlServer、DB2等，在跨平臺的情況下，Oracle是比較理想的選擇。

Web服務器是Web應用的發(fā)布平臺，常用的Web服務器有IIS（Internet Information Services）、Tomcat、apache等。而Web應用的開發(fā)可以選擇包括JSP（Java Server Pages）、ASP（Active Server Pages）和PHP C Hypertext Preprocessor）等流行的動態(tài)網(wǎng)頁技術語言。在系統(tǒng)設計時必須考慮開發(fā)語言、Web服務器和操作系統(tǒng)之間的匹配問題（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），同時也要考慮系統(tǒng)的容量、功能、性能以及開發(fā)人員的技術水平和技術傾向、開發(fā)周期等因素。關于WebGIS應用的發(fā)布，有許多現(xiàn)成的平臺供使用（包括ArcIMS、MapInfo、intergraph等）。基于現(xiàn)成的WebGIS平臺進行二次開發(fā)的優(yōu)勢在于開發(fā)人員可以直接調用WebGIS工具軟件提供的功能，并實現(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和適應性。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”服務的性質，適合較為重要的應用或用戶；共享的內容為原始的或經(jīng)解碼的AIS數(shù)據(jù)信息，用戶可以根據(jù)自己的研究或生產管理用途進行靈活地“二次加工”。不足之處在于原始數(shù)據(jù)的直接共享對數(shù)據(jù)提供方來說存在數(shù)據(jù)流失難以預計、數(shù)據(jù)最終用途難以控制、商業(yè)價值元法充分實現(xiàn)的問題。而對只需簡單應用的普通用戶來說，接收AIS數(shù)據(jù)信息并不是其目的，為了使用AIS信息還需要開發(fā)或購買客戶端應用軟件，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)量較大時資源占用較為明顯，因此不太適合提供面向廣大用戶的開放服務。

基于HTTP協(xié)議的共享模式需要在服務端安裝WebServer，最適合于共享WebGIS服務。由于HTTP協(xié)議特點為無連接，因此通信資源占用少，適合大量的并發(fā)用戶，同時用戶的客戶端只需要普通的瀏覽器，而無需靜態(tài)公網(wǎng)IP等要求，也沒有軟件升級維護困難，因此該模式對普通用戶來說，成本低廉、使用便利，對服務提供商來說，其經(jīng)濟效益和社會效益也都能充分實現(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。不足之處在于元法對數(shù)據(jù)進行“二次加工”，對高端用戶來說，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(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)頁服務的誤區(qū)，其關鍵技術在于構建運行在WebServer之上的應受數(shù)據(jù)請求的服務程序，另外客戶端也需要采用相應的Web訪問技術，有一定的編程復雜度。在數(shù)據(jù)傳輸可靠性和效率要求不是特別高的情況下，該模式較為實用。

4結語

隨著航運事業(yè)跨國、跨區(qū)域合作趨勢的增強，基于INTERNET進行AIS信息的充分共享，促進AIS研究和應用的合作共進，實現(xiàn)數(shù)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。實際應用表明，多樣化的共享模式為避免系統(tǒng)重復建設、縮短研究和應用周期、節(jié)省費用、促進AIS研究和應用的協(xié)同合作起到了切實可行的良好效果。未來隨著AIS信息采集技術的發(fā)展、采集點數(shù)量的增加和采集區(qū)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(shù)據(jù)共享技術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  來源：中國航海