基于Ｆｌｅｅｔ７７的船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)的設(shè)計

趙長宏

【摘要】 基于Inmarsat-Fleet77的船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能進行了分析設(shè)計,根據(jù)監(jiān)控和指揮需求,對系統(tǒng)的主要應(yīng)用部分作了詳細的介紹,著重論述了各個部分的連接、實現(xiàn)功能及工作原理,GPS、Fleet77、GIS實現(xiàn)的功能等。

【關(guān)鍵詞】 監(jiān)控指揮系統(tǒng);Inmarsat-Fleet77;船載終端

近年來,隨著航運在交通運輸中的不斷發(fā)展,船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)越來越成為人們關(guān)注的焦點。目前出現(xiàn)的船舶導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)多是基于AIS,而AIS在VHF的單工信道CH87和CH88上傳輸,覆蓋范圍有限,比較適合港口監(jiān)控。結(jié)合全球移動通信提供的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),出現(xiàn)了基于AIS和GPRS或CDMA的船舶監(jiān)控系統(tǒng),但是這類系統(tǒng)在大洋中仍無法滿足需要。對于船公司來說,實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的船舶遠程監(jiān)控顯得十分必要。

2002年4月,Inmarsat-Fleet77系統(tǒng)的推出突破了原來一直限制船舶監(jiān)控系統(tǒng)向陸地航運企業(yè)延伸的通信瓶頸。Inmarsat-Fleet77在船岸通信中為許多新的應(yīng)用系統(tǒng)開啟了大門,可實現(xiàn)岸上公司對船舶航行狀況、設(shè)備運行狀態(tài)等進行遠程監(jiān)控。利用該系統(tǒng)新推出的MPDS(mobilepacketdataservice)功能,Fleet77船站與船舶網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可保持實時在線連接,可實現(xiàn)岸上有關(guān)部門對船舶航行狀況的實時監(jiān)控。

GPS具有定位精度高、實時性強、全天候工作且成本低廉等優(yōu)點。GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)使得對船舶的實時跟蹤成為可能,同時結(jié)合現(xiàn)代無線通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和地理信息系統(tǒng),可為交通和航運公司等部門建立高效、現(xiàn)代化的監(jiān)控指揮系統(tǒng),使航運公司指揮調(diào)度與安全管理進入實時、準確、直觀、、大范圍的集中式監(jiān)控管理。本文以解決船岸系統(tǒng)之間的相互隔離,實現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)共享為出發(fā)點,以GPS和船岸衛(wèi)星通信系統(tǒng)為載體,在對GIS地理信息系統(tǒng)、GPS船舶定位技術(shù)和INMARSAT通信衛(wèi)星技術(shù)充分研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于Inmarsat-Fleet77的船舶遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)設(shè)計要求

1.定位功能。這是整個系統(tǒng)最基本的功能,能實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)所有船舶的實時定位顯示,同時提供包括位置、方向、時間、速度等船舶定位信息。

2.報警功能。當船舶發(fā)生異常情況時,系統(tǒng)能自動報告,同時控制中心能自動顯示。

3.指揮功能?？赏ㄟ^船舶定位終端的無線通信模塊實現(xiàn)通話,并通過船載液晶顯示調(diào)度指令和其它短信。

4.歷史資料查詢功能?？赏ㄟ^控制中心的記錄查船舶的歷史情況,如查詢船舶在過去某個時間的位置、速度、狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

5.擴展功能。良好的設(shè)計應(yīng)為系統(tǒng)的升級和功能擴展提供穩(wěn)定的基礎(chǔ),要求系統(tǒng)具有良好的安全性和保密措施,可以脫離開發(fā)環(huán)境運行,同時系統(tǒng)還應(yīng)具備可擴充性。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.系統(tǒng)概述。通過Fleet77船站和衛(wèi)星地面站實現(xiàn)的船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng),是將GPS技術(shù)、全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)和計算機串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合,將裝有GPS船舶的位置數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星地面站傳輸?shù)奖O(jiān)控指揮中心服務(wù)器?？蛻魴C連接到指揮中心的服務(wù)器可實現(xiàn)GIS的圖形化監(jiān)控查詢功能,從而對船舶進行監(jiān)控、指揮和管理。

2.系統(tǒng)組成及工作過程。該系統(tǒng)由船載GPS、Inmarsat-F leet77、地面站、監(jiān)控指揮中心及客戶端工作站五大部分組成(圖1為船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖)。GPS船位等數(shù)據(jù)與本系統(tǒng)之間的無線傳輸方式為:

船載GPS接收機→Fleet77船站←→衛(wèi)星信道←→Fleet77船站←→服務(wù)器←→客戶端。

航行的船舶裝載船載終端,船載終端有接收器和發(fā)射器,完成船舶定位、與岸上調(diào)度中心通信功能,處理岸上調(diào)度中心調(diào)度指令。

陸上監(jiān)控中心系統(tǒng)通過Internet和衛(wèi)星接收站Fleet77連接,由衛(wèi)星接收站提供固定的IP地址和端口,陸上監(jiān)控中心由三大服務(wù)器和監(jiān)控終端組成,服務(wù)器分別為通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器和Web服務(wù)器,通信服務(wù)器與衛(wèi)星接收站連接,負責接收和發(fā)送衛(wèi)星數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的處理和存儲;GIS服務(wù)器將數(shù)據(jù)庫中的坐標數(shù)據(jù)加入到電子海圖中,形成可視化實時監(jiān)控圖標;Web服務(wù)器負責完成網(wǎng)上發(fā)布,使多個監(jiān)控終端可以同時實現(xiàn)對航行船舶的實時監(jiān)控。通信服務(wù)器與衛(wèi)星運營公司之間的連接采用C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu),Web服務(wù)器與監(jiān)控終端之間的連接采用B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)。

3.船載終端。船載終端置于航行船舶上,用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù),如位置信息、文字信息等,內(nèi)部帶有存儲器,用于存儲最新的接收數(shù)據(jù);在進行通信時,需要放在信號好的開闊地帶,無遮擋、少干擾。

船載終端為衛(wèi)星導(dǎo)航定位綜合信息服務(wù)平臺的關(guān)鍵組成部分,它將Inmarsat-Fleet77、GPS有機的結(jié)合在一起,其主要功能是定位、保密報文通信、數(shù)據(jù)采集、目標監(jiān)控、門限報警、集群指揮、導(dǎo)航、視頻音頻廣播等功能。船載終端開機后,終端狀態(tài)信息需要發(fā)出詢問后才會有應(yīng)答,根據(jù)它的應(yīng)答信息,可以知道終端是否可以正常工作,終端狀態(tài)包括禁止收發(fā)、收發(fā)單向、收發(fā)雙向,只有在收發(fā)雙向的情況下才是正常工作的狀態(tài)。船載終端接收GPS定位數(shù)據(jù),和INMARSAT-Fleet77衛(wèi)星之間進行數(shù)據(jù)通信,在本系統(tǒng)中用到的功能主要有:

(1)定位功能。終端定位采用GPS,刷新頻度為1秒,終端接收到定位信息后,將通過串口實時傳輸經(jīng)度、緯度、高度、時間、速度、方向、精度、GPS可用衛(wèi)星數(shù)等信息。

(2)通信功能。終端能通過PC機進行電文鍵入、編輯、發(fā)送、接收和顯示,并在接收通信信息后自動發(fā)送通信回執(zhí)。

(3)報警功能?？上蛑髡?、其他終端、監(jiān)控中心發(fā)送報警指令。報警指令包括:本機位置、救助方式和信息內(nèi)容,同時可接收其他終端發(fā)出的報警指令,并獲得遇險者位置和報警內(nèi)容;按先入先出原則動態(tài)存儲收到的報警信息,存儲能力與存儲器的大小有關(guān)。

船舶定位由GPS完成,并返回到船載終端,INMARSAT-F衛(wèi)星完成數(shù)據(jù)的傳輸工作。

4.陸上監(jiān)控中心系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息為通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器和Web服務(wù)器所用。通信服務(wù)器和GIS服務(wù)器所用數(shù)據(jù)表主要包括船舶信息表、實時數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)表、實時發(fā)送短信表、歷史發(fā)送短信表、實時接收短信表、歷史接收短信表;Web服務(wù)器所用數(shù)據(jù)表主要包括船員信息表、用戶信息表、航標信息表。

通信服務(wù)器連接衛(wèi)星運營公司提供的特定數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān),與衛(wèi)星運營中心形成C/S結(jié)構(gòu),最簡單的C/S體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用由兩部分組成,即客戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器程序。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中,數(shù)據(jù)的儲存管理功能是由服務(wù)器程序和客戶應(yīng)用程序分別獨立進行的,前臺應(yīng)用可以違反的規(guī)則,并且通常把那些不同的運行數(shù)據(jù)在服務(wù)器程序中不集中實現(xiàn),如訪問者的權(quán)限,編號可以重復(fù)、必須有客戶才能建立定單的規(guī)則。船舶信息及航道數(shù)據(jù)信息被通信服務(wù)器接收后,存入Oracle數(shù)據(jù)庫,供其它數(shù)據(jù)庫調(diào)用。

(1)Web服務(wù)器。Web服務(wù)器將船舶信息以網(wǎng)頁的形式顯示,并負責網(wǎng)絡(luò)發(fā)布,Web服務(wù)器采用B/S結(jié)構(gòu),B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下,用戶工作界面是通過Web瀏覽器來實現(xiàn),極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實現(xiàn),但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實現(xiàn),這樣就大大簡化了客戶端的負載,減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量,降低了用戶的總體成本。

(2)陸上監(jiān)控中心。只要擁有用戶的賬號和密碼,登錄上衛(wèi)星運營中心,可以在任何一臺PC機上進行航行船舶的監(jiān)控,一般是擁有一個陸上監(jiān)控中心主站,服務(wù)器都設(shè)立在主站,在其它各級航運公司、各個港口建立遠程監(jiān)控終端。監(jiān)控中心主站擁有操作權(quán),可以和航行船舶進行直接的通信,分站僅擁有監(jiān)督權(quán),只能通過網(wǎng)頁掌握船舶的航行信息,不可直接和航行船舶進行通信,不可直接控制航行船舶。

5.船載監(jiān)控分中心。陸上監(jiān)控主站可以設(shè)置船載監(jiān)控分中心,船載分中心上安裝特定的船載終端,可接收到陸上監(jiān)控中心轉(zhuǎn)發(fā)過來的所有船舶航行信息。船載分中心對于各條船舶擁有監(jiān)督權(quán)和指揮權(quán),可以和其他船舶進行直接通信,并可以對其他船舶的船位報告頻率進行設(shè)置。

參考文獻

[1]李興林.船舶監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用[J].中國航海.2007(4):58～61

[2]莫餒,李勇建,許華勝.基于GPS/GPRS的船載導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].壓電與聲光.2009(1):24～26

[3]陳放,李建民,張英俊.海事衛(wèi)星船站數(shù)據(jù)傳輸信道選擇的優(yōu)化控制[J].中國航海.2008(4):319～322

[4]李順亮,李滿啟,張均東.基于Inmarsat-Fleet77的船岸綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].船海工程.2006(1):67～69

[5]褚建新,鄭士君,寇長超.網(wǎng)絡(luò)化岸船遠程機艙動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)[J].船舶工程.2008(6):50～54