基于大数据的船舶AIS设备智能监测技术研究.pdf

设备管理与维修2023 翼10（下）3结论基于 SolidWorks 软件，结合有限元分析软件 ANSYS Work原bench，提出了钢管式跨越架建模的两种方法，一种是实体模型，另一种是线体模型。通过对比，两种建模方式的繁简程度相当，均可高效、高质量地完成钢管式跨越架的建模工作，为建模工作提供新的思路，为后续钢管式跨越架的有限元分析研究奠定了坚实基础，有利于有限元分析方法在电力架线领域中推广应用。目前，对于两种不同的建模方法对钢管式跨越架的有限元分析结果的是否存在影响，本研究尚未进行验证，将在后续的研究工作中通过实验和两种不同建模方法的仿真结果进行对比分析，进一步验证不同建模方法的适用性。参考文献1常敏，胡延军，王建平.输电线路工程无跨越架跨越架线技术 M.北京：中国电力出版社，2009.2李庆林.架空送电线路施工手册 M.北京：中国电力出版社，2002.3彭小武.搭扣式建筑钢管在跨越架线施工中的应用 C.广西电机工程学会第八届青年学术年会论文集，2004：55.4朱爱民.BIM 技术在扣件式钢管脚手架设计中的应用 D.长沙：湖南大学，2017.5孙文静.基于 Revit 软件的盘扣式脚手架快速建模插件研究 J.工程技术研究，2020，5（11）：16-17.6李洋洋，徐伟，申青峰.钢管脚手架连墙件的结构建模分析研究 J.建筑施工，2012，34（11）：1095-1097.7刘云平，罗贵仁.BIM 软件之 Revit2018 基础操作教程 M.北京：化学工业出版社，2018.8JGJ 130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 S.9GB 15831-2006，钢管脚手架扣件 S.10 建筑施工手册（第 5版）编委会.建筑施工手册（第 5 版）M.北京：中国建筑工业出版社，2013.11辛文彤，李志尊.SolidWorks2012 中文版从入门到精通 M.北京：人民邮电出版社，2012.12陈超祥，叶修梓.SolidWorks 高级教程简编 M.北京：机械工业出版社，2010.编辑张韵0引言AIS（Automatic Identification System，船载自动识别系统）的作用主要有两个，一是确保船舶靠岸时能够与岸边的基站进行信息的沟通与交换，二是保证船舶航行过程中能够及时与其他船舶展开信息交流。总而言之，AIS 系统设备对于船舶的航行、信息的交互、加强船舶之间的联系均有重要的作用，是保证船舶航行安全、工作顺利开展的根本。基于此，研究设计一套行之有效的船舶 AIS 设备智能监测系统，对我国 AIS 系统的运行安全、提高相关工作效率具有重要的作用。1大数据平台设计船舶安装 AIS 设备主要有两个目的，一是方便船舶彼此能够识别，通过获取相关的航行动态及操作意图等信息，避免发生碰撞；二是便于 VTS（Vessel Traffic Services，船舶交管中心）对辖区内船舶进行监管，对水上交通局面作出准确评估，进而保障船舶的航行安全和秩序。因此，在船舶 AIS 设备的智能检测功能中，其主要检测识别的范围为人为虚拟发送的虚假船舶，具体情况有以下两种：（1）航速航向及船舶位置信息不匹配情况。通常情况下，AIS 设备辨识服务借助对同一船只上安装的多个 AIS 设备历史数据分析作出识别，进而对设备信息不同的问题进行具体的分析。在此情况下，AIS 系统及时发送定位信息，并根据上一个时间段在航行速度、航行方向等信息将此次航行位置信息与电文中信息进行比对，当二者信息不符的时候，即可判定传播位置信息无效。（2）接收基站位置与船舶位置不匹配的问题。当地方 AIS 基站接收船舶发送的电文之后，地方基站会将电文在全国 AIS 中心进行集中与整合。在这样的一个过程中就要求船只所发出的AIS 电文在基站特定范围内，如果超出范围就会被认定成位置信息无效。此外，对于在船舶上安装多台 AIS 设备的状况，一般情况下会出现以下两个问题：一是当两台设备处于间隔开启状态下，历史数据会显示出在一条轨迹中断后另一轨迹紧接出现；二是当两台以上的 AIS 系统同时开启时，两条历史轨迹会出现摘要：目前海事管理机构对船舶状态跟踪主要采取 AIS 设备，而该设备是从船舶进出港签证取消之后才采用的、起步较晚。我国AIS 设备还存在着安装规则不清楚、不完善的状况，这些给 AIS 的高效检测带来了较大挑战。以船舶 AIS 监管系统为出发点，以大数据为参考，通过对 AIS 数据分析，以期实现船舶 AIS 设备的高效科学监管。关键词：大数据；船舶 AIS 设备；智能监测中图分类号：TP274+.5；U697文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.30基于大数据的船舶 AIS 设备智能监测技术研究吴孝慧（德州职业技术学院，山东德州253000）輫輱设备管理与维修2023 翼10（下）重合的状况。因此可采取数据挖掘算法对 AIS 数据进行研究分析，对以上关联船舶轨迹进行挖掘与呈现。本文基于船舶 AIS 设备实际情况，对监测系统进行详细研究设计。系统以大数据平台为依托，从系统总体需求出发，对系统总体框架及功能实现进行研究设计，进而实现船舶位置有效性辨识、数据预处理及船舶多 AIS 辨识等系统服务。结合对实际情况的综合考虑，本系统采用的大数据处理框架，须满足高可用性、高数据吞吐量以及高数据存储量的要求，因此该大数据平台宜采用分布式文件系统 HDFS，便于存储海量的 AIS 历史数据且能够实现动态扩展。采取 Spark 处理框架的方式，方便针对设备中存储的历史数据作实时处理，有利于对船只运行状态作出及时分析。2AIS 设备智能监测系统功能及总体设计AIS 设备智能监测系统的功能主要有 AIS 数据获取、动静态信息监测、有效性辨识功能以及系统人机交互等。由于 AIS 设备在船舶及岸台获取附近船舶动静态信息中具有重要作用，因此 AIS 数据的获取尤为重要。该功能指的是，接收系统当中的原始电文数据，同时作出预处理，并在解析后将其存储至 Kafka 的各个主题队列中，详细内容包含原始数据接收、原始数据存储、数据校验解析以及数据分类输出等。另外，为了保证辨识系统准确性和有效性，需要在船舶上安装多个 AIS 设备，以有效识别传播位置相关信息。此外，系统人机交互功能主要用于用户界面展示，方便实时获取有问题船舶信息。系统的总体逻辑架构如图 1 所示，船舶 AIS 设备智能监测系统利用 Kafka 消息中间件获取全国数据，同时对系统中缓存的数据进行预处理，随后借助挂载于系统当中的 Kafka，通过开展位置信息有效性辨识服务，随后将数据输入到结果数据库中，经过筛选后再进入对外数据库，最终借助人机交互界面进行对外展示。智能系统依托大数据平台对 AIS 数据进行缓存及预处理，经过预处理过后，进行其他船舶监测服务及船舶位置信息有效性辨识服务系统，该过程借助获取大数据平台数据的方式，对所需船舶 AIS 数据做进一步的处理。随后结果存储至结果数据库当中，并将相关数据信息备份至对外数据库当中，以方便用户通过人机交互界面查询使用。与此同时，读写分离方式也缓解了数据库的压力。3系统模块功能的实现从现实出发，AIS 作为通信导航系统，系统性能会与链路负载等多个因素直接相关。同时，部分国产 AIS 船台时隙分配时，存在布设伪基站、违反规范、滥用网位仪占用时隙等问题，使得AIS 信号出现异常，也有一小部分船舶故意使用或输入错误的AIS 静态信息，以达到逃避海事监管的非法目的。这些行为严重阻碍安全通航环境，因此需要通过系统逻辑算法对船舶进行辨识，对 AIS 电文准确性及真实性进行保障，进而为海事管理机构监管提供有力支撑。本文提出如下 4 点设计建议，以保障系统模块功能实现。3.1数据获取服务设计与实现在数据获取服务实现过程中，由于系统中的各个监测服务会对多次调用 AIS 服务，因此为保证系统的效率性，避免重复性操作的发生，会将存储于 Kafka 中的原始数据作如下处理：对于未经处理原始电文存储至 HDFS 中，为船舶有效性辨识提供数据支持；对原始数据副本进行语句校验、组包及过滤等，对原始报文作出解析，并将其组装成字符串，对 AIS 设备分析监测服务形成数据支撑。另外数据获取服务大多采用多数情况下线程开展，并就多条数据作并行处理和分布式部署。3.2多 AIS 设备识别服务设计与实现针对同一艘船舶上装有多台不同 AIS 设备，主要采取以下两种方式：淤船舶装有两台 AIS 设备，一般先开启一台设备、在关闭该设备后再开启另一台设备，这样先前设备产生的历史数据会在一条船舶轨迹中断过后，另一台设备产生的数据历史规矩会安全按照上一个历史数据航行，并且接续的轨迹在之前不会存在轨迹；于同一船舶装有两台或以上 AIS 设备，并设备处于同时开启状态，历史数据为一条船舶轨迹与附近多条船舶轨迹相同。3.3船舶定位信息有效性辨识服务设计与实现为保障功能实现，首先需要搭建相应的服务框架，随后对船舶航迹与推算位置、船舶位置与发送基站位置两种情况下不匹配的情况进行分析，进而实现上述功能。具体来看，包含的模块有主控模块、内存数据维护模块、集群任务管理模块、动态数据获取模块、黑白名单校验模块、基于实时数据的船舶位置有效性辨识模块以及基于历史数据的船舶位置有效性辨识模块等。3.4数据库设计MySQL 作为一种关系型数据库管理系统，具有体积小、速度快等优点，同时随着 MySQL 的不断成熟，其也被用于大规模网站和应用当中。另外，MySQL 作为一款开放源码软件，总体的拥有成本更低且便于对数据查询，因此使用 MySQL 搭建数据库。MMSI 码、船名等静态信息，则是在设备安装完毕后、以船舶国籍证书的资料等作为依据输入 AIS 设备中。4船舶 AIS 设备智能监测系统实验测试在具体的测试中，将特定的场景、基站和船舶的位置之间的间距作为判定的标准，并以此标准对船舶的分布状况进行具体的判定。在测试过程中，撑场轨迹的范围为 0耀50 nmile（1 nmile=图 1船舶 AIS 设备智能监测系统逻辑架构輫輲设备管理与维修2023 翼10（下）1快切装置原理快切装置是一种快速切换装置，可以在事故以及正常工况下完成两路供电电源间快速切换，保障供电负荷的不停电运行。厂用电源切换的方式一般按照启动原因、开关动作顺序等进行分类。按快切装置启动方式分类：正常切换、事故切换及不正常切换（母线失压或开关偷跳），其中正常切换为双向的（有别于备自投装置，为单向切换），可以由工作电源切换到备用电源，也可由备用电源切换到工作电源。按开关动作顺序分类（以工作电源切向备用电源为例）：淤并联切换。此种方式多用于正常切换，如启、停机时切换厂用操作，为不停电切换方式；于串联切换。此种方式多用于事故切换。母线断电时间约为备用电源开关合闸时间；盂同时切换。此种方式介于并联切换和串联切换之间，既可用于正常切换，也可用于事故切换。断电时间也介于并联切换和串联切换之间：大于零而小于备用电源开关合闸时间。常规高压厂用电系统中，工作电源由发电机机端经高厂变引接，备用电源由来自系统的启备变引接，且所接带的大多数负荷为异步电机。辅机电机及低压变压器正常由工作电源供电，当工作电源发生故障跳开后，厂用电母线将瞬时失电，电机由于机械惯性开始惰走。对于异步电机而言，工作电源断开后定子电流变为零，转子电流逐渐衰减，转子转速由于惯性将从额定值逐渐下降，转子电流产生的磁场将在定子绕组中产生反向电动势，形成反馈电压。同一母线有多台电机时，由于各电机容量、负载特性等情况不同，母线电压为所有电机的合成反馈电压，此时的母线电压为残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减（图 1）。假设工作与备用电源同相，其电压相量端点为 A，则母线失电后残压的端点将沿残压曲线由 A 向 B 方向螺旋状移动，B 点的情况不在此赘述。若能在 A耀B 段内合上备用电源，则既能保证电机安全，又不使电机转速下降太多，这就是所谓的“快速切换”。在实现快速切换时，厂用母线的电压降、电机转速下降都很小，由电机群起造成的备用电源自启动电流也不大。2事件经过2017年3月21日 11时30分，1号机组（机组容量 1000 MW）启动后并网，升负荷至 150 MW 运行，主要运行参数如下：发电机有功 150 MW，无功 12.1 MVar，主蒸汽压力 6.76 MPa，主蒸汽温度 420 益，给水流量 1096 t/h，6 大风机运行，总风量 1549 t/h，6摘要：厂用电快切装置在电厂中广泛使用，在厂用电母线故障或工作电源故障时，有可能造成供电负荷停电，此时需要快速切换至备用电源向负荷持续供电。快切装置常见故障容易判断排除，但有些故障比较隐蔽需要反复试验求证。通过分析一起快切失败事件处理及试验过程，提出对运行一定年限的厂用电母线两路进线断路器开展定期试验、更换合闸线圈及调整断路器机构等措施，以提高厂用电源可靠性。关键词：快切；合闸线圈；断路器机构；可靠性中图分类号：TM762文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.31厂用电切换失败原因分析与对策李正兴（神华国华爪哇运维公司，印度尼西亚万丹15134）1.852 km），疑似轨迹为 51耀200 nmile，大于 200 nmile（370.4 km）则为异常轨迹。在测试进行一段时间之后，如果船舶正常轨迹占比大于 60%，则被判定为正常行驶轨迹。当疑似轨迹和异常轨迹占比超过 60%时，则被判定为异常船舶轨迹，而当异常船舶数量超过疑似轨迹和异常轨迹之和 60%的时候，系统会自动判定异常船舶，相反则为疑似船舶。这样的测试结果，能够认定该AIS 系统能够有效满足船舶 AIS 设备监控识别的服务要求。5结束语通过对基于大数据平台的船舶 AIS 设备智能监测技术进行研究得出，依托大数据平台，船舶 AIS 监测系统数据量有百万级之多，这使得系统可扩展性及容错性得到大幅提升。测试还发现，船舶 AIS 智能监测系统还能够采取机器学习等多种先进方法，进一步分析船舶行为，从而更为准确高效地对异常船舶做好监测识别。参考文献1宗小猛.船舶首向信息未接入 AIS 设备和雷达的案例分析 J.世界海运，2019，42（10）：50-52.2曾志良.内河船舶船载 AIS 终端设备标准化应用综述 J.质量探索，2018，15（6）：61-64.3邱学刚，徐建设，蒋兆明.国内航行船舶船载 AIS 设备使用现状 J.中国船检，2018（5）：42-46.4胡勤友，张蓓，杨春，等.大量海上 AIS 移动基站对全球船舶监控效果的仿真及可视化 J.上海海事大学学报，2022，43（2）：14-18.5刘政训，张海博.AIS 在海事智能信息化监管中的应用及存在问题探讨 J.中国海事，2019（8）：45-48.编辑吴建卿輫輳