内容介绍
本书从船联网是物联网的特殊应用，是对互联网的扩展，物联网与互联网是新时期下计算新模式入手，从船联网概念、标准与体系结构开始，分别就感知层、传输层和应用层中涉及的关键技术展开讨论，详细叙述船联网中的传感器、传输技术、计算平台等内容，同时本书对内河航运及海洋航运智能化、数字化进行相关介绍。

目录
目录
前言
**篇 总述
第1章 概论 3
1.1船联网的概念：从物联网到船联网 3
1.1.1物联网的定义 3
1.1.2与物联网相近的技术 4
1.1.3物联网是互联网的扩展与延伸 5
1.1.4船联网的定义 6
1.2船联网的特点 7
1.3船联网的功能与分类 8
1.3.1船联网的功能 8
1.3.2船联网的分类 9
1.4船联网体系结构与标准 10
1.4.1物联网和船联网的体系结构 10
1.4.2面向船联网标准体系的三维模型 14
1.5船联网国内外发展现状 16
1.5.1国内发展现状 16
1.5.2国外发展现状 17
1.6船联网发展面临的问题与挑战 18
1.6.1存在的问题 18
1.6.2面临的挑战 20
1.7同类技术：车联网与ITS 20
1.7.1车联网的概念 20
1.7.2船联网与车联网实例对比 21
1.7.3美国智能交通系统 22
1.7.4对比与分析 24
第二篇 感知层
第2章 航行数据采集技术 29
2.1罗经 29
2.1.1磁罗经 29
2.1.2电罗经 31
2.1.3光纤陀螺罗经 34
2.2船用回声测深仪 37
2.2.1概述 37
2.2.2原理 37
2.2.3组成及工作过程 38
2.2.4外部影响因素 39
2.3船用计程仪 40
2.3.1概述 40
2.3.2电磁计程仪 41
2.3.3多普勒计程仪 41
2.3.4声相关计程仪 43
2.4自动雷达标绘仪 43
2.4.1基本组成 43
2.4.2T作过程 44
2.4.3外部影响因素及措施 46
2.5船舶机舱监测 47
2.5.1概述 47
2.5.2现代机舱监测技术发展 47
2.5.3系列化与标准化 49
2.5.4船舶机舱监测构建实例 50
第3章 标识技术 54
3.1早期的标识技术 54
3.2AIS 55
3.2.1AIS组成及T作过程 60
3.2.2AIS粪别 61
3.2.3AIS报文解析与编程 62
3.3AIS的扩展应用 74
3.3.1船舶远程识别与跟踪系统 74
3.3.2卫星AIS 77
3.3.3白动识别搜救发射器与海上搜救定位 78
3.4其他标识技术 80
3.4.1条码 80
3.4.2射频识别 83
第4章 定位与导航技术 84
4.1定位技术 84
4.1.1GPS 85
4.1.2北斗卫星导航系统 86
4.2导航技术 87
4.2.1系统导航 87
4.2.2雷达导航 90
4.2.3惯性导航 90
4.2.4组合导航 91
4.3导航中船舶避碰策略研究 91
4.3.1船舶领域模型 91
4.3.2船舶避碰系统 95
4.4应用构建实例：北斗与GPS组合导航定位 98
4.4.1北斗/GPS双星座导航系统组成 99
4.4.2北斗/GPS双星座导航系统功能 99
第5章 船联网视频监控 101
5.1主要作用 101
5.2主要技术组成 102
5.2.1图像摄取 102
5.2.2图像传输 105
5.2.3图像模式讽别 106
5.2.4图像存储 117
5.3应用实例 119
5.3.1系统概述 119
5.3.2系统功能 120
5.4接口示例代码 121
第三篇 传输层
第6章 卫星通信及其应用 129
6.1卫星系统的发展 129
6.1.1概述 129
6.1.2卫星通信发展历程 130
6.1.3卫星通信中的主要技术 132
6.2国际海事卫星通信系统 133
6.2.1概述 133
6.2.2发展与应用 134
6.2.3INMARSAT系统的组成 137
6.3北斗卫星导航系统 146
6.3.1概述 146
6.3.2北斗卫星导航系统的组成 147
6.3.3北斗应用构建实例 149
6.3.4北斗编程实例 153
6.4GMDSS-．．-161
6.4.1GMDSS的构成及T作原理 162
6.4.2GMDSS的功能 163
6.4.3GMDSS在中国的发展与应用 164
第7章 近海与船上通信 167
7.1短波单边带通信 167
7.1.1短波通信概述 167
7.1.2单边带 168
7.1.3单边带通信的特点 169
7.2VHF(甚高频)通信 170
7.2.1VHF通信的特点 170
7.2.2船用VHF对讲机 170
7.2.3AISVHF遁信 173
7.3局域网与WiFi通信 174
7.3.1局域网与船舶信息化 174
7.3.2无线局域网概念 175
7.3.3无线局域网的组成 175
7.3.4IEEE802.11协议 176
7.3.5无线局域网的组网方式 178
7.3.6WiFi通信 180
7.4船上射频通信 182
7.4.1无线传感器网络 183
7.4.2WSN的特点 184
7.4.3WSN的结构 185
7.4.4WSN应用及其在船联网中的应用实例 186
7.4.5其他射频通信技术介绍 188
7.5船舶现场总线 189
7.5.1现场总线概述 189
7.5.2船舶现场总线应用构建实例 190
第四篇 应用层
第8章 船联网控制单元与计算平台 197
8.1传统控制——继电器控制系统 197
8.1.1原理与示例 197
8.1.2特点 198
8.2智能化现场控制与计算装置 199
8.2.1PLC控制单元 199
8.2.2单片机 201
8.2.3FPGA 205
8.3船载计算机系统 209
8.3.1x86嵌入式无风扇T控机 210
8.3.2ARM处理器+GPU 211
第9章 电子海图 216
9.1形成与发展 216
9.1.1基本概念 217
9.1.2发展阶段 222
9.1.3实现技术形态 223
9.1.4标准化 223
9.1.5标准电子海图与非标准电子海图 226
9.2船载电子海图系统 227
9.2.1主要功能 228
9.2.2基于硬件裸机的船载电子海图系统 230
9.2.3基于OS(操作系统)的电子海图系统 233
9.3Web电子海图系统 237
9.3.1基本概念 237
9.3.2Web海图监控应用构建实例 241
9.3.3船联网网站示例 244
9.3.4船联网WebAPI 245
9.4移动端电子海图系统 247
9.4.1概述 247
9.4.2移动GIS概念 248
9.4.3移动GIS组成 248
9.4.4基于移动端电子海图平台应用构建实例 250
9.4.5开放移动端电子海图平台应用案例 252
参考文献 253

在线试读
**篇 总述
第1章 概论
1.1 船联网的概念：从物联网到船联网
船联网(internet of vessels，IOV)是物联网的一个应用实例，了解物联网与船联网的关系是有必要的。参照美国的智能交通系统(intelligent transport system，ITS)，图1-1给出了船联网与交通信息化、ITS、物流运输及物联网之间的关系示意图。
如图1-1所示，船联网是交通信息化与物联网等多个领域的交叉。船联网与上述相关概念并不是单独的个体存在，它们之间相互联系、匹配、协调，*终形成一个多形式、多样化的聚合性复杂系统。下面将从与船联网关系紧密的物联网人手，阐释船联网的定义及相关概念。
1.1.1物联网的定义
关于物联网目前比较流行的定义是：通过射频识别(radio frequency identification，RFID)(RFID+互联网)、红外感应器、全球定位系统(global positioning system，GPS)、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
IBM公司于2008年首次提出“智慧地球”的概念，奥巴马就职美国总统后，“智慧的地球”概念得到重视。在中国，2009年8月，温家宝在无锡视察时提出了“感知中国”，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，***、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院。物联网被列为国家五大新兴战略性产业之一，并写入了第十一届全国人民代表大会第三次会议政府T作报告，物联网在中国受到了全社会极大的关注。
在物联网发展的早期，主要是基于RFID技术对物品的感知与管理，RFID也成为当前物联网*成熟的应用领域之一，不过现在物联的概念相对于RFID技术有了很大的延伸。
需要强调的是物联网是互联网的扩展与延伸，是“物物相连的互联网”，是在互联网的基础上将互联网接人端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。可以这样理解“物联网”这个概念：物联网是把人类感兴趣的物品通过信息传感技术与互联网连接起来，进行信息交换，以实现智能化识别和管理。
后面会就物联网是互联网的扩展与延伸这个话题更深入地展开论述。
1.1.2与物联网相近的技术
物联网是一个综合性的概念，它是在一定的历史阶段对信息技术发展的一伞概括。在信息技术的发展历程中有不少技术与物联网有相近之处，了解这些概念有助于人们更好地理解物联网。
1．M2M
*初的M2M是指Machine To Machine，即机器对机器的互联。以机器对机器为起点，人们逐渐将M2M延伸至人对机器(man to machine)、人对人(man to man)、机器对人(machine to man)等各种与“M”相关的组合。其实传统互联网主要是人通过互联网与机器及人的互联，M2M及物联网扩大了这个范畴。还有学者将M2M延伸至Mobile的概念。
2．普适计算
Ubiquitous Computing*早起源于1988年Xerox PARC实验室的一系列研究计划。1999年，IBM提出Pervasive Computing的概念，即无所不在的，随时随地可以进行计算的一种方式。
普适计算又称普存计算、普及计算。这一概念强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线里消失(invisible)。在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。
3．信息物理系统
信息物理系统(cyber-physical systems，CPS)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C(computer、communication、control)技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。
CPS包含无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合及协调，主要用于一些智能系统上，如设备互联、物联传感、智能家居、机器人、智能导航等。
1.1.3物联网是互联网的扩展与延伸
在互联网的发展历程中，曾经出现过“*后一英里”(last mile)“*后一公里”(last kilometer)“last 100 feet”“last 10 feet”“last meter”等概念。它们用来指代从通信服务提供商的机房交换机到用户计算机等终端设备之间连接的发展历程。即互联网有一伞不断扩大自己外延的过程，而这个过程*终引起了质变，把自己从主要面向人与人的连接、人与机器的连接转换为更广泛的M2M。
进人物联网时代，网络不仅仅是PC或人与互联网的交互，它的外延扩展为环境与智能物件与互联网的互联。
另一个与互联网及物联网相关的概念是IPv6。IPv6是Internet Protocol Version6的缩写，它是用来替代现行版本IPv4的下一代IP，目前IPv4的地址是32位编码，IPv6的地址是128位编码，能产生2的128次方个IP地址，其资源几乎是无穷的。这个概念出现的一个基本动因是：要求加入互联网的主体数量与种类越来越多，原IPv4无法满足这种需求。IPv4地址已于2011年2月3日分配完毕，其中北美占3/4，约30亿个，人口*多的亚洲只有不到4亿个。有一种说法是，美国一个大学分配的IP地址比一个普通国家的IP地址都多。但使用了IPv6之后，人们戏称全世界连一粒沙子都可以有自己的IP地址。
而关于信息主体的发展还有下面这样一个有趣的事实：收音机从出现到发展为拥有5000万用户，花了大约38年时间；电视用了13年时间完成这个历程；PC从**台发展到拥有5000万用户共月了16年时间；而互联网只用了4年时间就完成了这个转变。当今互联互通成为信息技术应用的一个重要表现，并正在以更快的加速度迅猛发展。物联网是一种将地球上人类感兴趣的目标进行互联互通的技术，“智慧地球”的概念是物联网技术的很好体现。
1.1.4船联网的定义
本书主要围绕海洋渔业信息技术讨论船联网。目前在海洋渔业领域，渔船是主要作业T具。据统计，我国是世界上渔船数量*多的国家，渔船数量曾一度达到100多万艘，其中海洋渔船总数超过30余万艘，约占全球总量的25%。
渔船在海上的作业方式、位置、航速、航向、天气、海况、主机负荷、转速、副机负荷、油水存量、压载水分布等参数是渔船所有人、经营人、管理人和租船人*关心的问题，如何能够随时、准确地获取上述参数是智能交通与航运管理的一部分T作内容。另外，海上渔业作业环境复杂多变，决定了海上渔船碰撞事故多发，易造成严重的生命和财产损失，需引起航海人员和水上安全管理部门的高度重视。目前渔船的安全救助手段比较落后，尚缺乏综合的、能够在出现险情时快速获取遇险船的位置信息、状态信息、环境等信息的技术手段。当渔船在外海区遇险时，无法有效地指派事发附近海域的其他船只实施救助，严重影响了搜救效果。促进渔业信息化建设，提高海洋渔业的效益，设计功能完备的管理运营平台，实现对船舶的运行状态监控、安全监控，指导船舶的运营策略和安全救助是十分重要的。而物联网与船联网是渔业信息化的重要形式，充分了解船联网的概念财于理解渔业信息化建设有重要意义。
如同物联网，目前学术界对船联网还没有一个统一明确的定义。下面是几种相关文献对船联网概念的描述。
(1)船联网是智能交通行业应用的重要方向之一，旨在构建水上智能交通物联网。船联网融合物联网核心技术，以数据为中心，实现人船互联、船船互联、船货互联及船岸互联；它是一种以企业、船上作业人员、船舶、货物为对象，覆盖航道、航线、船闸、桥梁、港口和码头的智能航运信息综合服务网络。
如图1-2所示，船联网概念不仅涉及海洋范围，也包括内河航运，在信息化建设已有的技术基础上，采用射频识别、传感网等相关物联网技术，对航运中的船舶、货物、航道、桥梁、船闸、港口、码头等对象的相关属性进行感知，构建水上智能交通物联网。
(2)船联网以船舶、航道、陆岸设施为基本节点和信息源，结合具有卫星定位系统功能和无线通信技术的船载智能信息服务，利用船载电子传感装置，通过网络完成信息交换，在网络平台上实现各节点的属性和动静态信息的提取、监管与利用。船联网具有导航、通信、安全防护和信息服务等功能，可为船舶航行提供更加智能、安全的通航环境。