大數據背景下航道交通流量采集系統的設計研究

朱志超

南京中設航空科技發展有限公司，江蘇 南京 210000

1 大數據背景下航道交通流量采集系統設計的分析

1.1 大數據背景下航道交通流量采集系統軟件的設計分析

在對航道交通流量采集軟件進行設計時，應以四通道環形地感線圈為主要的設計方案，fi（t），i = 1，2，3，4 是采樣系統震蕩頻率的表達方式。在系統震蕩頻率的基礎上，通過事先設計好的環形地感線圈，對航道交通流量采集的數據和信息以及采樣頻率進行計算，并且還要儲存每個環形地感線圈的檢測的頻率。假如當前時刻為t，那么fi（t）， fi（t-1），…， fi（t-15）就是船舶緩沖區域內的頻率表示，則16就是航道交通流量數據處理的時間長度。這樣就可以將其視為一組流量數據或是信息，然后再采取相應的方式對其進行處理。

f i（t）=middle（fi（t-2），fi（t），fi（t1），fi（t+2））是航道交通流量采樣頻率的值濾波表達的方式，fi（t） = （fi（t）?fi（t-15））則是系統震蕩頻率的計算方式，而fi（t）-fi（0）>則是震蕩頻率的時間計算方式。在對其進行計算時，如果出現超過 10次并連續出現fi（t）-fi（t-15）<﹣60的表達方式，則就表示頻率出現下降沿。當出現下降沿后，如果|fi（t）-fi（t-15）|< 10的表達方式累計出現375次，則就可以準確判斷出頻率值，并以fi（0）來進行表示。如果結果出現3～4次，那么Ti（1）就是此時此刻的記錄；如果結果能夠滿足基礎要求和條件，并且連續出現3次，那么就可以記錄為Ti（2）。

1.2 大數據背景下航道交通流量采集系統硬件的設計分析

對于海上船舶來說，其具有航道情況復雜、種類頗多等相關問題，所以，相關人員必須建立一個有效、完善、比較實用的航道交通流量采集系統。例如，可以選用TLC5510高速AD和TI轉換芯片來進行模數轉換電路，并同時采用半閃速的結構。當5 V系統電路在進行正常運作時，該芯片的功能耗只有100 MW，保持電路和流量信號采樣是該芯片內部所包含的主要內容，不僅具有內部的基礎電阻，而且還有高阻抗方式同時接口的功能。航道交通流量信號的模數轉換只要順利完成兩個步驟就可以得以實現，同時還能減少比較器的數量。2.5個時鐘周期是航道交通流量轉換數據基礎時間[1]。圖1為FPGA接口電路與流量TLC5510信號的設計圖。

圖1 FPGA接口電路的設計圖

對于大數據背景下航道交通流量數據、信息的采集來說，需要有很多個子系統的配合才能有效、順利地完成流量信息采集的工作。流量信息記錄子系統、環境子系統以及自動識別子系統等都屬于流量采集系統中的子系統[2]。同時，流量采集的中心系統VTS還需要與流量采集系統中其他相鄰的中心系統進行信息共享，這樣才能確保航道交通流量采集的效率和質量。

1.3 大數據背景下航道交通流量采集系統的關鍵技術開發

1.3.1 采集系統的AIS發射功能智能化

從圖1的設計圖中可以看出，AIS系統主要是工作于87B，而88B階段的海上交通VHF要高于通信系統。1.5 W和2 W是最基礎的發射功率。在AIS的系統中，必須要設立岸基裝置和船臺裝置，這樣才能實現比較穩定的通信，同時還能實現岸基與船舶在開闊水面 35 nmile[3]。筆者認為AIS系統還具有以下兩個優點：第一，該系統具有功率自動調控的功能，如果航道的船舶密度比較復雜、比較大，那么該系統據就可以根據實際情況自動對功率進行調整，直到調整到合適的功率為止[4]；第二，功率上升時間和接收的速度也能得到提升，在整個過程中，將功率的上升時間和接收速度進行調整，能夠促進采集系統載波偵聽發射流程順利的進行[5]。

1.3.2 流量采集系統中的RFID子系統

RFID子系統也是比較常用的信息獲取技術，能夠識別航道交通流量。該系統也具有非常多的優點，主要包括經濟成本低、無需射頻供電、射頻功率高、識別距離遠等[6]，各個方面都比較符合采集系統的基礎要求。

2 實驗結果分析

不同采集系統的信息傳輸對于相同長度的航道交通流量信息傳輸的開銷總量來說也是不相同的[7]。如圖2所示。假設120B是每個交通流量信息包的基礎長度，那么其最大的傳輸信息包就為60個。如果信息包的數量不斷增加，那么傳輸的開銷總量也會一同增長，進而圖像呈現上走趨勢。由此可見，本文提供的對大數據背景下航道交通流量采集設計進行實驗比較和分析的方法具備更多的優勢[8]。

衡量流量采集系統性能一項最關鍵的標準就是凈吞吐量性能，所以，為了證明本文所提供的方法具有實用性和有效性，分別對這些方法進行了比較，比較的結果可以從圖3中看出。

圖2 不同采集系統，相同長度航道的傳輸開銷總量的對比結果

圖3 不同條件下凈吞吐量的對比結果

3 結束語

綜上所述，對大數據背景下航道交通流量采集設計方法進行實驗比較和分析，可以看出，相關人員提出的方法能夠完成航道交通流量相同數據的處理，并且還能進行高效的傳輸。同時，還能在不同信噪比條件下進行系統凈吞吐量的分析，效率非常高，使采集到的交通流量符合使用的要求和條件。

[1] 劉歡，朱建鴻.基于FPGA的多功能數據采集系統設計[J].電子設計工程，2016，24（13）：167-171.

[2]嚴新平，馬楓，初秀民，等.長江船舶交通流實時采集關鍵技術研究[J].中國航海，2010，33（22）：1140-1145.

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[4]申慧超，胡勤友，楊春.基于 AIS數據的預抵船舶聯系信息查詢系統[J].上海海事大學學報，2010，31（4）：13-16.

[5]黃建設. 基于AIS信息融合的船載航行數據記錄再現[J].集美大學學報（自然科學版），2010（2）：10-12.

[6]賈丹楓.地面計量數據智能采集系統的研制與應用[J].油氣井測試，2010，19（2）：73-74.

[7]許貞平.海洋運輸船舶軌跡分析研究[J].中國水運（下半月），2017，17（2）：16-17.

[8]曹樹青，舒曉明，梁向棋，張寶瑞.智能航道中“大數據”研究[J].中國水運，2014（10）：54-55.