宋扬
大连港口设计研究院有限公司 辽宁省大连市 116001
摘要：随着通信技术的发展,航行安全信息的通信方式日益多样化，包括甚高频数据交换系统、海上数字广播系统(NAVDAT)和移动互联网等地面通信系统以及相关卫星通信系统等。船舶航行安全信息系指通过媒体传播的、与船舶航行及各种水上活动安全有关的,用以描述水域通航环境状况的各种消息、情况和情报的综合。
关键词:航行安全信息；可视化技术；
随着移动通信、计算机、网络技术和数据库技术的迅速发展，各种自动化传感器技术的普及，数据信息规模都在以空前的速度产生和被收集，而且随着大容量、高速度、低价格的存储设备的相继问世，人们获取数据、存储数据变得越来越容易，数据量急剧增大，人类社会正式进入大数据（ＢｉｇＤａｔａ）时代。另一方面，人工智能、机器学习等新技术的兴起，使得大量数据的分析处理能力又上了一个台阶，为智能航运的发展提供了良好的环境。智能航运的发展得到了社会各界的普遍重视，且随着船舶交通管理系统（ＶｅｓｓｅｌＴｒａｆｆｉｃＳｅｒｖｉｃｅｓ，ＶＴＳ）和船舶自动识别系统（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，ＡＩＳ）在港口和内河航道的广泛使用，航海业相关的政府部门和企业已经积累了大量的航海信息资源，这其中就包括了船舶航行数据。借助于先进的技术手段及分析方法，对这些航行数据进行深入挖掘，就可以从中获取到反映航道交通状态及船舶航行行为的有效信息，为航道的交通诱导及控制提供有效参考。
1可视化概述
可视化技术是对事物建立模型或者图像，以图的形式呈现。利用交互功能，直接在界面上操作图表对数据进行分析、推理和决策的交叉学科。可视化技术融合了数据处理、数据挖掘、图像处理、计算机图形学、人机交互等技术等多个学科的信息处理技术，以表格、图形、图像等形象化的方式呈现出分析事物以及其内在的联系。利用可视分析的相关工具和交互式技术，从大量的、不规则、不确定的数据中提取出关联性的信息并整合，得到更深层的理解。可视化技术包括图形可视化、地图可视化、动画可视化和颜色编码可视化等技术。
2船舶通信系统
2.1保证系统的合理性
为了满足我国船舶通讯系统的发展，就要坚持从我国现阶段的相关规范出发，以此来做好研究与创新工作。结合船舶与平台的实际情况，掌握好船舶与平台所处的自然环境以及所面临的风险等级，为了提高系统上的防护性，增强抗损性，就需要在进行系统建设的过程中，确保所采取的设备与元件等可以满足我国现行的法规与标准。在施工过程中也要按照相关的技术规范来进行，以此来满足通讯系统建设的要求。
2.2保证系统的先进性
随着社会经济的不断发展，计算机技术也得到了快速的发展。通信技术与网络结合在一起，可以满足系统的发展需求。在进行系统设计阶段，就要从现有技术的作用与功能上出发，并且还要在设计中从未来的发展空间上入手。也就是说要加强系统与新兴通信技术上的结合，以此来保证系统可以满足时代发展的需求，提高系统的先进性。在进行系统设计的阶段中，在选择设备与相关软件的过程中，就要坚持从国际领先的通信系统上出发，真正解决好船舶在传动过程中所出现的通信问题，避免由于船舶结构大而出现的无法安全通信等问题，真正实现船舶与互联网上的有效接入。
2.3保证系统的实用性
对于通讯系统的建设工作来说，就要坚持从实用性的角度上出发，以此来实现系统快速配置的功能。对于硬件与软件的采取工作来说，就要从简单的操作方法入手，保证学习上及操作上的便捷性。一般来说，就可以借助标准的通信协议与系统运行的流程等来实现互联互控上的要求，从而有效提高系统的运行效果。对于IP传输通讯系统来说，在完成安装与调试工作后，就要求技术人员要做好操作与指导工作，从而实现日常的使用。在互联网的影响下，在计算机终端中输入用户名以及密码等，可以有效地操作界面，从而对信息设备进行调配，保证监控操作上的便捷性。
3船舶航行可视化的关键技术
3.1信息动态表达
船舶航行安全信息动态表达方式包括语音和动画。语音系统通过音量和声音向船员传达重要性等级较高的安全信息。根据当前ECDIS语音报警功能设计航行安全信息的语音表达模式。ECDIS规范（IEC61173仅在术语部分提出以蜂鸣器作为语音报警设备，并未对语音报警功能的具体要求进行规定。各厂商通常采用蜂鸣器发出警报声音,声音模式一般为长鸣,并可通过静音模式或设置来关闭报警声音。采用蜂鸣器作为语音表达的工具，同时区分于ECDIS报警声设计了船舶航行安全信息专用的语音系统。该系统能够为船员提供可辨识的安全信息提醒功能。
3.2信息表达增强
航行安全信息可视化主要是指符号系统和动画系统两种表达方式。ECDIS接收到重要等级较高的安全信息后，电子海图界面上可以直接使用符号系统和动画系统对信息结果予以展
示。但这种方法对于信息的判断会产生一定视觉障碍和计算困难。例如，符号的叠加显示影响辨识度，安全信息与船舶的距离难以计算等。针对这些问题,根据安全信息的位置和范围，为其划定作用区域边界，利用面状符号进行表达，当船员点击该区域时,再利用符号系统和动画系统对信息予以展示，安全信息区域边界的划定方法如下:点状几何
作用距离以点为起点向东南西北4个方面各延伸0.5nmile,形成矩形框;多点与点类型，以最外侧点为起点向4个方向延伸0.5nmile,形成矩形框;线状几何作用距离以线为对角线绘制矩形框；圆形以4点正切与圆形的正方形为安全信息区域矩形框;多边形以东、南、西、北4个方向上最外侧的点连线形成的矩形框为安全信息区范围;多区域与多边
形类似，采用最外侧4点连线作为矩形框。
3.3多屏幕拼接融合技术
多屏幕显示由多台计算机屏幕通过拼接形成大规模显示，但是在显示的过程中由于受到屏幕同步的影响会出现画面的失真和畸变的情况，因此必须对多屏幕的显示内容进行融合校正，因此本文的主要研究内容是对多屏幕投影内容进行拼接融合校正，纠正多投影仪之间的几何错位和颜色差异，使得投影画面在视觉上协调一致，消除由于屏幕分辨率等因素造成的画面扭曲，以及拼接处亮度的不一致，实现高精度无缝拼接校正。研究过程的难点如下:
1)不同屏幕间的亮度差异，以及现场环境光线的亮度不一，会给校正融合的结果带来误差。
2)通过调研发现，没有一种算法能很好地适应各种环境的变化，将不同的算法改进、综合起来应用的效果会比单一算法的效果要好，但算法的复杂度会随之升高，稳定性也会降低。
3)校正过程复杂，需要花费很长时间对多屏幕的的变形进行调整。
3.4交通环境仿真模块
交通环境仿真模块包含的对象有岸形、水工建筑、气象信息、水文信息、助航标志、水下地形、交通规则、特定水域等。该模块的目的是通过对岸线、水工建筑物、临岸场景、助航标志等高精度仿真及再现，将这些视景呈现在船舶驾驶人员面前，使他们根据视景中的标志性建筑物和导助航设施，确定本船的位置方向信息，从而弥补驾驶人员在能见度不良条件下相对位置感的缺失；根据实时的水位、流量、潮汐等数据，对船舶所处水域进行水文数值模拟，以矢量形式呈现流向和流速以及水深，弥补能见度不良条件下驾驶人员对陌生水域或变动水域水文信息的感知；通过对水面下方的地形、交通规则和特定水域的可视化描述，呈现出航道、锚地、定线制、报告线、上下行航路、等深线、可航水域（基于船舶吃水和水深）、碍航物、礁石浅滩等，可为驾驶人员选择正确航路提供辅助。交通环境仿真模块的实现方法是利用高精度的航道数据、陆域地形数据和涉水建筑物数据，运用OpenGL和IDL，开发出与真实地形特征相匹配的三维航道和沿岸地貌模型。
结语：随着信息科学与技术的发展,船舶各方面的设备也在不断优化。大量信息来源提供了海量的多维甚至高维信息,对人类的信息认知能力提出了空前的挑战。可视化技术将人脑和计算机有机地联系在一起,使我们能够有效地观察、操纵、研究、浏览、探索、过滤、发现、理解大规模多维信息及其结构,并与之方便交互,从而可以极其有效地发现隐藏在信息内部的特征和规律。相信不久的将来，会有更多更先进的系统出现，确保船舶安全航行。
参考文献：
[1]潘海鑫.基于无线自组网的船舶通讯系统应用分析[J].硅谷,2014,(23):104-104
[2]丁连奎.叶元.陈德军.基于无线自组网的船舶状态监测系统设计[J].船电技术,2016,(05):72-76