基于無(wú)線(xiàn)通信和雙模定位的小型漁場(chǎng)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)研究

葉行遠(yuǎn)

摘 要：監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主要用于對(duì)工作范圍內(nèi)各種設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和必要警報(bào)，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，因此研究監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)具有重要的意義。本文以休閑漁場(chǎng)內(nèi)的船隊(duì)監(jiān)管問(wèn)題為例，提出了一種面向小型漁場(chǎng)，采用無(wú)線(xiàn)通信和雙模定位的船隊(duì)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)和構(gòu)建該系統(tǒng)的組成，給出其工作原理，實(shí)現(xiàn)了小型漁場(chǎng)內(nèi)所有作業(yè)船只的有效監(jiān)控，以及告警和輔助救援功能，對(duì)提高船只安全性、促進(jìn)休閑漁業(yè)的發(fā)展具有重要作用。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)；小型漁場(chǎng)；無(wú)線(xiàn)通信；雙模定位

中圖分類(lèi)號(hào)：TN949.28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0019-02

1 概述

隨著科學(xué)的發(fā)展和信息技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)一直不斷朝向智能化、模塊化、信息化升級(jí)。越來(lái)越多的領(lǐng)域迫切需要引入監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，如船舶機(jī)艙等系統(tǒng)的監(jiān)控[1，2]。近年來(lái)，大量的休閑漁場(chǎng)快速興起。這類(lèi)漁場(chǎng)一般近岸，面積不大，缺少有效的監(jiān)控手段，安全隱患巨大。傳統(tǒng)的網(wǎng)位儀只能與特定的船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）顯示設(shè)備互聯(lián)，不能針對(duì)漁場(chǎng)作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)控；而船用衛(wèi)星應(yīng)急無(wú)線(xiàn)電示位標(biāo)只能在緊急情況下起作用，不能進(jìn)行常規(guī)位置監(jiān)測(cè)。

基于此，本文設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線(xiàn)通信和雙模定位的小型漁場(chǎng)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，全文主要結(jié)構(gòu)如下：首先，基于多點(diǎn)監(jiān)控的特點(diǎn)，我們建立了含一監(jiān)控設(shè)備、多定位報(bào)警儀的主要系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)中的每一個(gè)單元的功能設(shè)計(jì)和組裝進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。同時(shí)，我們分別對(duì)各個(gè)單元內(nèi)部的軟件工作流進(jìn)行了自動(dòng)化分析。最后，結(jié)合所設(shè)計(jì)的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，我們給出了整體的評(píng)價(jià)，分析了該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和其局限性。

2 監(jiān)控警報(bào)系統(tǒng)的組成

整個(gè)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)由若干定位報(bào)警儀和一個(gè)監(jiān)控設(shè)備組成，如圖1所示。我們將分別介紹定位報(bào)警儀和監(jiān)控設(shè)備的功能及設(shè)計(jì)。

其中，定位報(bào)警儀安裝在作業(yè)船只上，通過(guò)特高頻（UHF）無(wú)線(xiàn)信道將定位和航行信息定時(shí)上報(bào)監(jiān)測(cè)中心，如遇緊急情況可自動(dòng)或手動(dòng)報(bào)警。它的組成如圖1中放大圖所示。其中，控制單元采用低功耗單片機(jī)，通過(guò)串口與無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、定位模塊和顯示單元連接，實(shí)時(shí)采集定位數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)信息，按設(shè)定的時(shí)間間隔將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控設(shè)備；落水檢測(cè)單元可快速檢測(cè)出設(shè)備落水情況，并通知控制單元發(fā)出報(bào)警信息；供電單元使用大容量鋰電池，確保24小時(shí)不間斷供電；浮體設(shè)計(jì)為不倒翁型，確保設(shè)備落水后天線(xiàn)部分出水；殼體設(shè)計(jì)為非金屬全密閉防水型[3，4]；無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊可采用EBYTE的E32-TTL-100型傳輸模塊，載波頻率433MHz，該頻段具有較好的繞射和抗衰減特性，較適合海面附近使用，頻點(diǎn)可調(diào)，發(fā)射功率1W，采用先進(jìn)的LoRa擴(kuò)頻技術(shù)，傳輸距離和穿透能力更強(qiáng)，可達(dá)約8公里；定位模塊采用北天的BN-280雙模定位模塊（GPS/北斗雙模定位），1Hz輸出，水平定位精度2米（CEP 2D RMS），可滿(mǎn)足海上作業(yè)定位精度要求[5]。

監(jiān)控設(shè)備是連接有無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的工業(yè)一體機(jī)，安裝在漁場(chǎng)內(nèi)的監(jiān)管船上，與作業(yè)船只間保持在通信可達(dá)的范圍內(nèi)。它負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并圖形化顯示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)船舶越界或進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)發(fā)出告警信息。

3 監(jiān)控警報(bào)系統(tǒng)的工作原理

定位報(bào)警儀中的軟件工作流如圖2所示，無(wú)線(xiàn)收發(fā)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)線(xiàn)模塊的控制和數(shù)據(jù)收發(fā)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳輸協(xié)議控制模塊進(jìn)行打包或解析；定位數(shù)據(jù)接收模塊負(fù)責(zé)通過(guò)串口接收定位模塊的數(shù)據(jù)，通過(guò)報(bào)文解析模塊提取出所需要的位置信息、航行信息和時(shí)間信息；流程控制模塊負(fù)責(zé)整個(gè)軟件工作流控制，以中斷方式處理落水檢測(cè)和手動(dòng)報(bào)警輸入，及時(shí)發(fā)送告警信息；狀態(tài)顯示模塊將設(shè)備狀態(tài)通過(guò)LED指示燈顯示，包括通信、定位、電量等狀態(tài)信息[3，4]。

定位報(bào)警儀中的處理流程如圖3所示，設(shè)備開(kāi)機(jī)后進(jìn)行初始化，并將無(wú)線(xiàn)模塊設(shè)置為默認(rèn)信道，該信道用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始配置，配置信息包括信道號(hào)、地址、設(shè)備ID等，監(jiān)控設(shè)備應(yīng)在5秒內(nèi)進(jìn)行配置應(yīng)答，繼而進(jìn)行設(shè)備的初始配置，如果無(wú)應(yīng)答，設(shè)備將使用已有的配置信息，并將無(wú)線(xiàn)模塊設(shè)置為指定的信道，向監(jiān)控設(shè)備上報(bào)設(shè)備接入信息后進(jìn)入主處理流程。主處理流程主要包括設(shè)備狀態(tài)處理、位置數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)處理三個(gè)流程，采用分時(shí)并行模式，并實(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)和更新本地顯示；系統(tǒng)中還包含兩個(gè)任務(wù)中斷，落水檢測(cè)和手動(dòng)報(bào)警。

監(jiān)控設(shè)備的軟件工作流如圖4所示，無(wú)線(xiàn)收發(fā)控制模塊和協(xié)議解析模塊負(fù)責(zé)處理無(wú)線(xiàn)通信數(shù)據(jù)；船只分布圖顯示用來(lái)展示漁場(chǎng)內(nèi)各船只的位置和航速航向，并可通過(guò)點(diǎn)選進(jìn)一步查看船只信息；設(shè)備配置模塊用來(lái)遠(yuǎn)程查看和設(shè)置設(shè)備的配置信息；監(jiān)控報(bào)警模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船只航行狀態(tài)，對(duì)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況給予聲光報(bào)警提示；數(shù)據(jù)記錄模塊負(fù)責(zé)長(zhǎng)時(shí)間記錄所有船只的航行數(shù)據(jù)，可通過(guò)數(shù)據(jù)回放模塊還原過(guò)去的場(chǎng)景，可用于進(jìn)行事故調(diào)查取證。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文提出的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)可有效解決小型休閑漁場(chǎng)內(nèi)船隊(duì)的監(jiān)控管理難題，通過(guò)采用特高頻（UHF）無(wú)線(xiàn)通信，GPS/北斗雙模定位，并設(shè)立監(jiān)控設(shè)備掌控全局狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了直徑約8公里范圍的漁場(chǎng)內(nèi)作業(yè)船只的有效監(jiān)控。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，硬件采用了模塊化、低成本、低功耗設(shè)計(jì)，適合在小型船只中大量使用。因此，該系統(tǒng)具有安裝方便，成本低廉，系統(tǒng)容量大等優(yōu)點(diǎn)，可滿(mǎn)足小型漁場(chǎng)內(nèi)的船隊(duì)監(jiān)管問(wèn)題，提高了船只作業(yè)的安全性，對(duì)于促進(jìn)休閑漁業(yè)的發(fā)展具有重要作用。值的一提的是，由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作范圍有限，且除定位信息外其他信息的監(jiān)控不夠充分，故此系統(tǒng)不適用于大型漁場(chǎng)或遠(yuǎn)程航行的船只。

參考文獻(xiàn)

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