解析船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)

唐磊

摘 要：當(dāng)今世界隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，船舶交通安全在其中發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用。本文提出一種船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)，該系統(tǒng)是由報(bào)警裝置組成的，在分析裝置的功能、結(jié)構(gòu)、工作原理等方面的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)水上船舶碰撞航標(biāo)危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警。

關(guān)鍵詞：船舶碰撞 航標(biāo)遠(yuǎn)程檢測(cè) 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

在船舶行駛過(guò)程中，由于受氣候、通航環(huán)境（流向、流態(tài)、流速）等客觀因素及駕駛?cè)藛T自身業(yè)務(wù)技術(shù)主觀因素的影響，經(jīng)常發(fā)生船舶碰撞航標(biāo)的情形，給相關(guān)設(shè)備、設(shè)施帶來(lái)一定程度的經(jīng)濟(jì)損失，更為嚴(yán)重的是，一旦航標(biāo)被損壞受影響最大的是其他正常通行的船舶，造成更多水上交通事故的發(fā)生。鑒于此，研究水上船舶碰撞航標(biāo)危險(xiǎn)遠(yuǎn)程檢測(cè)報(bào)警技術(shù)，在安全監(jiān)督管理船舶、確保水上交通的可持續(xù)發(fā)展、減少事故發(fā)生、保障船舶交通安全等方面具有深遠(yuǎn)而重要的意義。

1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為了給運(yùn)輸事業(yè)提供高效的服務(wù)，在上世紀(jì)90年代初航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用現(xiàn)代通訊技術(shù)和電子技術(shù)就已建立起來(lái)，特別是世界上水上運(yùn)輸業(yè)較發(fā)達(dá)的水域。其主要應(yīng)用于航標(biāo)工作狀態(tài)報(bào)警，自動(dòng)控制供電設(shè)備監(jiān)控航標(biāo)燈器等多個(gè)方面。

最具有代表性的是在汽車的碰撞報(bào)警領(lǐng)域中，聚集了很多關(guān)于監(jiān)測(cè)與報(bào)警碰撞的相關(guān)工業(yè)化應(yīng)用。其原理在于當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的震動(dòng)等開關(guān)量超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，蜂鳴器由震動(dòng)傳感器帶動(dòng)工作，此時(shí)攝像頭錄像功能啟動(dòng)，圖像采集卡等設(shè)備將錄像的視頻存下來(lái)，并告知車主碰撞的發(fā)生。然而對(duì)于江、海面這種露天環(huán)境下，可實(shí)現(xiàn)碰撞遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及報(bào)警、且具有圖像傳輸功能的系統(tǒng)技術(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展。由于船舶工作環(huán)境的特殊性，尤其是專用于船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程檢測(cè)及報(bào)警的系統(tǒng)技術(shù)，幾乎沒有人重視研究。為了解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程檢測(cè)報(bào)警的裝置。

2.系統(tǒng)工作原理

當(dāng)船舶撞擊航標(biāo)后，航標(biāo)上面的感應(yīng)裝置會(huì)接收到來(lái)自碰撞信號(hào)的激勵(lì)，會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)情形的記錄，同時(shí)將報(bào)警信息發(fā)送出去。以下是工作流程：

（1）當(dāng)碰撞沒有發(fā)生時(shí)，航標(biāo)燈等其他相關(guān)數(shù)據(jù)被系統(tǒng)所接受處理，由DTU傳輸?shù)街笓]中心。

（2）當(dāng)航標(biāo)感受到船舶的撞擊時(shí)，會(huì)觸發(fā)上面的加速度傳感器，接著向控制器發(fā)送碰撞的信號(hào)。

（3）碰撞信號(hào)被控制器接收后，切換到碰撞監(jiān)測(cè)及報(bào)警模式，停止其他相關(guān)監(jiān)測(cè)功能。將攝像頭初始化，同時(shí)調(diào)用拍照函數(shù)，攝像頭接收到控制器的拍照命令后，控制器停止其他工作直到攝像頭結(jié)束拍攝。

（4）攝像頭在完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的拍照后，會(huì)向控制器發(fā)送拍照結(jié)束信號(hào)，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器。

（5）按照預(yù)設(shè)的文件名、格式、路徑，控制器將接收到的圖像數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在SD卡中。隨后初始化DTU，并調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的傳輸工作，同時(shí)等待結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)。

（6）控制器通過(guò)RS232將之前保存的碰撞圖片及設(shè)置好的短信內(nèi)容發(fā)送給DTU，DTU將這些內(nèi)容發(fā)送到指定的手機(jī)或者電腦上?？刂破髟跀?shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)會(huì)接收到相應(yīng)的信號(hào)。

（7）控制器恢復(fù)接收碰撞信號(hào)，這時(shí)碰撞監(jiān)測(cè)的工作完成。

3.系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)

由于水上環(huán)境復(fù)雜，我們通過(guò)對(duì)比相關(guān)產(chǎn)品和調(diào)研相關(guān)市場(chǎng)，本系統(tǒng)主要包含以下元器件：外部連接包括DC-DC電源線，穩(wěn)壓器，電池，機(jī)箱。正點(diǎn)原子S1216GPS模塊、MPU60506軸加速度陀螺儀、七星蟲SIM800AGPRSDTU傳感器、ALIENTEKATK-OV2640攝像頭模塊、正點(diǎn)原stm32f407探索者開發(fā)板。

3.1機(jī)箱內(nèi)硬件布置

系統(tǒng)硬件連接部分包括各模塊之間的電氣連接關(guān)系以及硬件在機(jī)箱內(nèi)的布置。使用電機(jī)專用AB膠和機(jī)箱內(nèi)的預(yù)制螺孔來(lái)固定機(jī)箱內(nèi)的各元器件。其中使用電氣專用AB膠將DC-DC變壓器、DTU以及蓄電池粘接在機(jī)箱內(nèi)。用螺釘將金屬基座緊固在機(jī)箱上，主控板安裝在兩塊金屬基座上。為避免產(chǎn)生干擾，各連接線用扎帶理順。

3.2各元器件的電氣連接

在開始編寫程序前，首先弄清楚各個(gè)元器件的電氣連接關(guān)系。圖1是stm32f407與各元器件的通訊連接圖。

圖1可清晰地顯示控制器stm32f407的引腳編號(hào)與GPIO編號(hào)，以及控制器端與GPS模塊接口，SD卡，OV2640攝像頭模塊，232接口以及MPU6050加速度陀螺儀傳感器的連接。值得注意的是，不可同時(shí)使用ATKMOUDLE與COM3，需要跳線進(jìn)行選擇。此外，也必須進(jìn)行分時(shí)復(fù)用SDIO引腳接口與DCMI引腳接口，它們不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)工作，因?yàn)槠洳糠纸涌诠灿每刂破鞯囊恍┮_。

3.3軟件流程

本文中，參照相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)來(lái)編寫本系統(tǒng)的軟件，不是直接修改相應(yīng)地址中的某個(gè)值，是通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)硬件或者寄存器的操作，這樣有效避免頻繁的直接操作地址。開發(fā)系統(tǒng)軟件利用庫(kù)函數(shù)，使函數(shù)的調(diào)用顯得十分直觀與方便。

函數(shù)間的調(diào)用關(guān)系：

首先定義用來(lái)存放報(bào)警信息的單鏈表，然后編寫各個(gè)需要的基本操作函數(shù)，然后寫出主函數(shù)。主函數(shù)與其他模塊之間的調(diào)用關(guān)系是：主函數(shù)中先調(diào)用LinkList 和L InitList_L（L）函數(shù)創(chuàng)建存放報(bào)警信息的空鏈表。

接著調(diào)用ListCreate_L（L，n）函數(shù)在空鏈表的基礎(chǔ)上初始化報(bào)警信息，調(diào)用visit_L（L）函數(shù)顯示所有報(bào)警信息。然后調(diào)用ListDelete_ L（L，i，x） 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)出警并顯示出警信息和ListInsert_L（L，i，x）函數(shù)來(lái)對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行插入信息。

為實(shí)現(xiàn)該監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的要求，以下功能模塊是下位機(jī)的軟件系統(tǒng)所包括的：DTU初始化，各電子器件初始化，讀取DTU命令，在線檢測(cè)DTU，采集加速度信號(hào)，讀取串口1數(shù)據(jù)，獲取GPS信息，攝像頭拍照與發(fā)送圖像等。圖2是程序流程圖。

4.結(jié)論

綜上所述，本文主要解析了水上船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)裝置，相比其他船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)裝置，這種裝置不僅可以大大減小水面船只事故發(fā)生的頻率，同時(shí)也是一種保障船舶交通安全的技術(shù)。然而，本文所介紹的船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的功能還只是原理性的，要想取得實(shí)際的效果還需要在今后的調(diào)試中逐漸加以改進(jìn)，因此，接下來(lái)的任務(wù)是將其進(jìn)一步完善，并且逐漸應(yīng)用到實(shí)際的工作當(dāng)中。

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