远洋船舶监控关键技术研究

论文总字数：32181字

摘 要

远洋运输是使用船舶跨越大洋的运输。它是海洋运输的一种，也是整个运输业的组成部分。随着世界经济全球化的发展，世界各区域间的交往和贸易越发频繁，此时远洋运输成为全球物质生产和消费的重要连接纽带，是一个国家和地区经济正常运行和快速发展的重要基础。远洋船舶是远洋运输的必要基础，是外贸运输的坚强后盾，是远洋运输赖以生存的主要工具。由于远洋船舶航行距离长，航行时间久，环境相对封闭，不能及时获取最新的消息，地面岸基人员不能实时了解船舶动态，迫切需要研究开发远洋船舶监控关键技术。本课题将利用图像压缩和邮箱通信等多种技术实现对于远洋船舶的系统性的监控。论文的主要研究内容如下：

1. 研究了一种符合远洋船舶监控信息传输要求的自适应图像压缩算法。该算法利用离散余弦变换对图像信息进行处理，保留体现图像轮廓和灰度分布特性的低频分量，去除体现图像中细节信息的高频分量，实现在图片大小一定的前提下，保证图像的清晰度。实验证明，该算法能够完成设计要求。
2. 提出了基于电子邮件的自动上传监控图像的方法，结合该论文设计的要求选取邮箱通信传输方式。该方式基于SMTP协议和POP3协议，能够快捷、实惠地完成要求。通过C 完成了算法的程序编写，验证了邮箱通信的传输效果。
3. 整合上述两种算法，设计出一种远洋船舶关键技术监控的设计。使用MFC完成软件的开发，验证了软件的运行效果。

关键字：远洋船舶，图像压缩，离散余弦变换，邮箱通信

Research of Key Technology Monitoring

On Ocean Shipping

Abstract

The ocean transportation is transporting merchandise between continents via ships. It is also a component of the whole transportation industry. With the global economic development, communications and trades between the various regions of the world become more and more frequent. Meanwhile, the ocean transportation becomes an important link between global production and consumption, and becomes an important foundation for a normal operation and the rapid development between the nations and regions. Ocean shipping is the necessary foundation and the main tool of ocean transportation, which is the strong backbone of trade transportation. However, the ocean ships always come with the long distance navigation, a long sailing time, and a relatively closed environment. That causes the ship cannot get the latest news in time and the ground cannot get the information from the ships. Therefore it is necessary to conduct the research of key technology monitoring on ocean shipping. To solve this problem, we proposed an algorithm of the image compression and mailbox communication to achieve the demand. The main research works as follows:

1. On the basis of the existing image compression algorithms, a new algorithm to meet the requirements of monitoring information transmission on ocean shipping was studied. In this algorithm, the image compression was processed by the discrete cosine transform. The low frequency components were preserved, and the high frequency component was removed. Experiments showed that the algorithm can meet the design requirements.
2. On the basis of the introduction of many transmission methods, mailbox communication was selected. This communication method was based on SMTP protocol and POP3 protocol, which is quick and effective.
3. Based on the two algorithms above, a design of the key technology monitoring on ocean shipping was programmed. MFC was used to complete the software, and verify the running effect of the software.

KEY WORDS: ocean shipping, image compression, DCT, mailbox communication

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 2

1.2.1 图像压缩 2

1.2.2 通信传输 3

1.3 论文研究的主要工作 3

1.4 本章小结 4

第二章 远洋船舶监控关键技术总体设计 5

2.1 系统工作场景 5

2.2 系统架构 5

2.2.1 系统流程图 5

2.2.2 岸基客户端 5

2.2.3 船舶客户端 6

2.3 系统交互 6

2.4 本章小结 6

第三章 一种自适应图像压缩算法研究 7

3.1 引言 7

3.2 两种主要的图像压缩分类 7

3.2.1 有损数据压缩 7

3.2.2 无损数据压缩 7

3.3 基于变换编码的图像压缩算法 7

3.4 分析及方法选取 8

3.5 Libjpeg 函数库的介绍 8

3.6 离散余弦变换（DCT） 8

3.6.1 一维离散余弦变换（DCT） 8

3.6.2 二维离散余弦变换（DCT） 9

3.6.3 二维离散余弦变换（DCT）的反变换 9

3.7 算法具体流程 10

3.7.1 颜色模式的转换 10

3.7.2 采样 10

3.7.3 分块 11

3.7.4 离散余弦变换（DCT）处理 11

3.7.5 扫描 12

3.7.6 量化 12

3.8 算法程序实现 13

3.9 实验结果 14

3.10 本章小结 15

第四章 基于电子邮件通道的船舶图像自动传输设计 16

4.1 引言 16

4.2 邮箱通信 16

4.2.1 几种通信中的相关协议 16

4.2.2 本设计邮箱通信的实现步骤 18

4.3 算法具体步骤 18

4.3.1 发送步骤 18

4.3.2 接收步骤 20

4.3.3 自动发送的实现 22

4.4 实验结果 22

4.5 本章小结 24

第五章 远洋船舶关键技术软件的开发 25

5.1 引言 25

5.2 软件的设计步骤和结果 25

5.2.1 软件设计步骤 25

5.2.2 软件设计结果 25

5.3 本章小结 28

第六章 总结 29

6.1 工作总结 29

6.2 尚存在的问题及对未来工作的展望 29

致 谢 30

参考文献（References） 31

1. 绪 论
   1. 研究背景

远洋运输，从地理概念来说，是指以船舶为工具，使用船舶进行跨越大洋的货物和旅客的运输，从运输业务的关系理解，是指以船舶为工具，从事本国港口与外国港口之间或者完全从事外国港口之间的货物和旅客的运输，即海洋运输的一种，是整个运输业的组成部分^[1]。海洋面积大约占据地球表面总面积的70%，远洋运输充分地利用了这个优势，逐渐成为当前最受欢迎的运输方式之一。早在20世纪20年代，欧洲就出现了伦敦——巴黎，伦敦——布鲁塞尔、布达佩斯——亚历山大等多条运输航线，形成现代远洋运输的雏形。前苏联从30年代开始沟通水系，组建航道网，到60年代已经实现五海通航。随着世界经济全球化的发展，科技加速进步，机械电子等产业逐渐成熟，货物的交易不再仅仅发生在一个地区，跨国跨海的贸易往来成为了主要的需求，世界各区域间的交往和贸易越发频繁，此时远洋运输成为全球贸易生产、运输和消费的重要连接纽带，成为一个国家的国民经济的重要组成部分，成为国家外汇储备的重要来源，是一个国家和地区经济正常运行和快速发展的重要基础^[2]。当前我国已然是世界第一贸易大国，而海洋运输承载了90%的贸易运输，海洋已成为我国对外贸易经济活动的重要场所和战略重地，其中远洋运输是对外贸易中具有直接影响的因素之一。远洋船舶是经我国批准参与国际航线运营，从事远洋运输的船舶，是远洋运输的必要基础，是外贸运输的坚强后盾，是远洋运输赖以生存的主要工具。

近年来，远洋运输受到各国的重视，各国开始关注远洋船舶的安全问题。2008年以来，索马里海盗在亚丁湾及相关海域，袭击船舶，劫持船员的事件增加，引起了国际社会对于远洋运输安全的关注。虽然已经有来自美国、中国等国家的护航队实施护航任务，但是海盗仍顶风作案，造成大量的人员伤亡和财产损失。除去外界因素和气候影响，在实际运输过程中，还存在着人为和机械因素对于安全的影响，远洋运输具有航行距离长、航行时间久的特点。根据国际公约规定，出航时间最长为18个月，当前出航时间一般都在9个月左右^[3]。这段时间里船员需要长时间工作，还需要适应各地的气候天气，容易引起身体问题。航行环境相对封闭，无法及时获取外界信息，容易引起船员的心理疲乏。这些都会影响船舶的安全行驶。一旦船舶在运输中发生安全问题，比如船体遇险或船员失事等问题，船上人员急需与岸上人员联系来寻求帮助，岸基也需要及时地获取船舶上的视频监控录像。在事后，进行安全调查时，需要对当时的情景还原，需要能够保存相关录像。在安全行驶过程中，地面岸基人员可以不断地将最新的一些消息传递给船上人员，并实时获取各个船上的监控录像，及时了解船上的货物和船员的情况，以此来规划和更新更为合理、更为高效的航行方式和航行路线。

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