多功能船載智能終端研究與應(yīng)用

侯國佼 朱瑋瑋 安小剛

摘 要：多功能船載智能終端是在充分調(diào)研船載終端應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，采用模塊化設(shè)計、通用配件和標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議研發(fā)的新一代船載終端產(chǎn)品。利用國產(chǎn)定位導(dǎo)航技術(shù)，將電子江圖、船員遠程核驗、船舶機務(wù)管理、船舶過閘申報等新的業(yè)務(wù)功能集成在船載智能終端平臺上，實現(xiàn)了終端與船舶傳感設(shè)備、集控設(shè)備及相關(guān)門戶網(wǎng)站的有效對接，具備良好的擴展性、開放性和安全性，大大提升了船舶通航、船舶航行安全監(jiān)管效率，具有很好地推廣意義。

關(guān)鍵詞：國產(chǎn)定位技術(shù);船載智能終端;遠程過閘申報;船員遠程核驗

1 研究背景

長江三峽工程是目前世界最大的水利樞紐工程，三峽船閘和升船機作為三峽水利樞紐的重要設(shè)施，其安全已成為三峽水利樞紐安全的重中之重。近年來，通過三峽船閘和升船機的船舶、貨物，特別是危化品貨物快速增長。據(jù)統(tǒng)計，三峽樞紐2018年通過量達1.44億噸，創(chuàng)歷史新高。其中，三峽船閘通過量1.42億噸，超過設(shè)計通過能力42%，三峽升船機通過量為200萬噸;葛洲壩船閘通過量1.49億噸，同比增長6.65%。習(xí)近平總書記更是在深入推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展座談會上強調(diào)，“推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展是黨中央做出的重大決策，是關(guān)系國家發(fā)展全局的重大戰(zhàn)略?！?/p>

與此同時，隨著我國自主可控衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的逐步發(fā)展完善，交通運輸行業(yè)成為國產(chǎn)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的重要行業(yè)用戶。“十二五”至“十三五”期，國家相繼印發(fā)《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)交通運輸行業(yè)應(yīng)用專項規(guī)劃（公開版）》（以下簡稱：專項規(guī)劃）、《推進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在長江航運應(yīng)用全覆蓋實施方案》等重要文件，大力推動國產(chǎn)定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用。其中，在2020年專項規(guī)劃目標(biāo)中特別明確提出：“滿足行業(yè)需求的地基增強系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)覆蓋長江干線和沿海港口等區(qū)域，初步實現(xiàn)對國產(chǎn)定位導(dǎo)航系統(tǒng)和地基增強系統(tǒng)行業(yè)服務(wù)性能的監(jiān)測”，“按照全國‘一張網(wǎng)總體部署，結(jié)合行業(yè)需求，補充建設(shè)長江干線和沿海國產(chǎn)定位導(dǎo)航系統(tǒng)地基增強系統(tǒng)”。

因此，大力推動水運行業(yè)國產(chǎn)定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用，推進系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化和國際化，是落實黨中央、國務(wù)院相關(guān)文件精神的具體舉措，也是服務(wù)國家重要戰(zhàn)略實施的有力措施。

2 終端應(yīng)用需求和必要性

2.1 精準(zhǔn)定位和過閘遠程申報

近年來，隨著長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略深入推進，三峽、葛洲壩船閘過閘需求逐年攀升，2018年三峽船閘通過量的1.42億噸，是通航之初2004年的3431萬噸的4倍。2018年上半年統(tǒng)計平均待閘船舶是1080多艘，待閘時間已經(jīng)突破200個小時。一些船舶為了盡快過閘，采取不正當(dāng)手段制造虛假船位信息進行過閘申報及到錨確認，擾亂了船舶正常過閘組織秩序。利用船舶精準(zhǔn)定位手段，建立良好的過閘秩序，提高船舶過閘效率，是推進長江經(jīng)濟帶穩(wěn)定發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一。因此，實現(xiàn)基于國產(chǎn)定位導(dǎo)航應(yīng)用的船舶精準(zhǔn)定位與過閘遠程申報，是增加船舶過閘技術(shù)支撐能力，保障良好的船舶過閘秩序的需要。

2.2 船員遠程核驗

黨中央、國務(wù)院高度重視長江三峽水利樞紐安全，長江三峽通航管理局（以下簡稱：三峽局）貫徹落實習(xí)總書記推動長江經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略思想任務(wù)，實行過閘船100%安檢，從而保障三峽水利樞紐安全。依據(jù)交通運輸部1號令《長江三峽水利樞紐過閘船舶安全檢查暫行辦法》，自2018年6月1日起，將對所有過閘的船舶實施100%安檢，也就是說所有經(jīng)過船閘和升船機的船舶都必須接受過閘安檢。三峽局的安檢工作量在現(xiàn)有基礎(chǔ)上大量增加，從之前的“5%”隨機抽查提升到現(xiàn)在的“100%”過閘安檢，作為管理部門工作量和工作難度都大幅增加。因此，實現(xiàn)船端配員的遠程核查，是擴充過閘安檢覆蓋面，提高安檢工作效率的需要。

2.3 船舶污水尾氣監(jiān)測

生態(tài)環(huán)境部2018年7月1日發(fā)布實施的《GB 3552-2018船舶水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》，對船舶向環(huán)境水體排放含油污水、生活污水等行為作出明確要求;同年7月，交通運輸部官網(wǎng)發(fā)布《交通運輸部辦公廳關(guān)于征求〈船舶排放控制區(qū)調(diào)整方案（征求意見稿）〉意見的函》。隨著上述條例的頒行與實施，三峽局針對船舶的污水和尾氣監(jiān)管方式和技術(shù)手段不能滿足日常監(jiān)管需求，主要問題是轄區(qū)范圍廣、船舶數(shù)量多，而監(jiān)管執(zhí)法人員少，很難實現(xiàn)對三峽壩區(qū)內(nèi)船舶進行有效地監(jiān)管。因此，實現(xiàn)船舶污染數(shù)字化監(jiān)管，是提升監(jiān)管技術(shù)能力，適應(yīng)綠色長江發(fā)展的需要。

3 多功能船載智能終端結(jié)構(gòu)

根據(jù)《GB/T 26782.3衛(wèi)星導(dǎo)航船舶監(jiān)管信息系統(tǒng) 第3部分：船載終端技術(shù)要求》規(guī)定，結(jié)合三峽過閘申報、遠程安檢、船務(wù)管理、船舶排放監(jiān)控等實際功能需求，國產(chǎn)定位導(dǎo)航船載智能終端的主體模塊部分設(shè)計如下（見圖1）：

（1）主控模塊：完成船載終端各功能控制的中央處理模塊，該模塊包括中央處理器和應(yīng)用程序。

（2）國產(chǎn)定位導(dǎo)航定位模塊：具有國產(chǎn)定位導(dǎo)航定位功能的模塊給出定位信息，包括位置信息、速度信息和時間信息，該模塊包括衛(wèi)星定位接收機和內(nèi)部接口協(xié)議。

（3）無線通信模塊：實現(xiàn)船載終端與岸上系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的功能模塊，該模塊包括無線通信收發(fā)器、通信網(wǎng)接口和協(xié)議。

（4）報警模塊：為了將報警信息發(fā)送給岸上系統(tǒng)，設(shè)置人工報警開關(guān)或者自動報警傳感器。

（5）工作狀態(tài)指示模塊：具有電源接通指示、通信網(wǎng)絡(luò)連接指示和定位數(shù)據(jù)可用等的狀態(tài)指示。

（6）電源模塊：為各組成部分提供所要求的電源的模塊。

（7）人機接口模塊：可提供顯示模塊、鍵盤控制模塊等人機接口模塊，通過文本、圖形圖像及語音等向船舶操作人員提供信息，通過鍵盤、觸摸開關(guān)和語音等向船載終端發(fā)布指示。

（8）數(shù)據(jù)輸入輸出I/O接口模塊：可提供擴展功能的I/O接口，采集傳播信息和信息輸出，接入保證信息安全的加密解鎖等。

（9）語音通信模塊：船載終端可提供與岸上系統(tǒng)和其他船舶船載終端的語音通信功能。

（10）船載終端自定義模塊：根據(jù)用戶的要求，船載終端可以擴展用戶定義的功能模塊，宜包括電子江圖、船員遠程核驗、船舶機務(wù)管理、船舶過閘申報等功能。

4 多功能船載智能終端功能

目前，長江航運的船舶上安裝的終端數(shù)量大都在2-4個，主要包括：2005年長江三峽通航管理局上線的“三峽船閘、葛洲壩船閘”過閘申報和過閘計劃GPS終端;2008年重慶港航管理局上線的過閘申報和航運監(jiān)管GPS助航終端;2012年長江海事局上線的船舶自動識別、預(yù)警AIS終端;2013年長江航道局上線的ECS終端等，各終端功能單一，多終端運維費用高，增加了船方的負擔(dān)。

新設(shè)計的多功能船載智能終端，除具備上述終端基本功能外，還在終端平臺上嵌入多種新功能，具備良好的擴展性;能夠接入多種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如企業(yè)微信等，實現(xiàn)了終端的開放性;終端還通過多項認證技術(shù)，保障了使用的安全性。由交通運輸部水運科學(xué)研究院設(shè)計研發(fā)的終端，已在三峽航段進行了多次實驗，可以覆蓋三峽目前過閘核心業(yè)務(wù)需要;與此同時，通過模塊化設(shè)計、通用化配件、標(biāo)準(zhǔn)化接口協(xié)議的使用，該終端也可以通過功能擴展，滿足我國湘江、珠江、瀾滄江等多條內(nèi)河流域行駛船舶的使用需要。

4.1 國產(chǎn)定位導(dǎo)航模塊功能

從2003年第三顆國產(chǎn)定位導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射成功開始，我國自主研發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)正式進入大規(guī)模應(yīng)用階段。該系統(tǒng)的推廣，不僅是對我國自主航天技術(shù)的應(yīng)用推廣，更多的是國家戰(zhàn)略層面的考量。因此我們在進行終端研究時，采用了國產(chǎn)定位導(dǎo)航的模式。

目前來看，其他衛(wèi)星模塊可以提供的如定位功能，測速功能，授時功能和故障報警、狀態(tài)檢測功能，國產(chǎn)定位導(dǎo)航模塊都可以實現(xiàn)。

4.2 電子江圖功能

電子江圖的需求也是船載終端應(yīng)具備的基本功能，因此，在國產(chǎn)定位導(dǎo)航模塊應(yīng)用的基礎(chǔ)上，也應(yīng)滿足電子江圖應(yīng)用需要。比如：具有江圖靜態(tài)圖層、船舶動態(tài)圖層，滿足對江圖的基本縮放操作需要，查詢船只信息等。

同時，終端使用的最新版長江航道局在線電子江圖，也是符合長江電子江圖CJ57標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的，包括：航道圖層、動態(tài)航標(biāo)圖層、動態(tài)水深圖層。

4.3 船員遠程核驗功能

從安全監(jiān)管角度來講，對于船員身份的精準(zhǔn)、快速核驗，也是很有必要的。因此，設(shè)計了船員遠程核驗功能。并且在核驗時，同時運用了：二代身份證、指紋采集和人臉識別三種新的技術(shù)手段，在提升準(zhǔn)確性的同時，也減少了人員工作量，提升了管理和服務(wù)效率。

4.4 船舶機務(wù)管理功能

船舶機務(wù)管理模塊是在傳統(tǒng)終端功能的基礎(chǔ)上新增的設(shè)計，一方面是減少船員大量填寫表單工作，實現(xiàn)“無紙化”辦公;另一方面，可以直接將表單數(shù)據(jù)上傳至管理方進行統(tǒng)計分析，大大提升了信息處理效率。同時，污水、尾氣監(jiān)測模塊的集成，可以對污水排放量和排放軌跡進行監(jiān)管，一改海事部門監(jiān)管目前無據(jù)可依的狀況。

4.5 船舶過閘申報功能

船舶過閘申報功能是融合了三峽局企業(yè)微信遠程申報功能，用來實現(xiàn)船舶船員設(shè)置、申報填寫、申報修改、申報取消等業(yè)務(wù)。終端應(yīng)用和已有的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能具有交互融合功能，實現(xiàn)更高效的船岸智能化互動。

5 結(jié)論

多功能船載智能終端的應(yīng)用，將船員需要定期填報的紙質(zhì)化文件轉(zhuǎn)化為無紙化信息報送，極大地降低了人力工作成本，提升了信息交互效率，減少了人工讀取設(shè)備信息造成的誤差。智能終端的智能預(yù)警功能，降低了由于船舶船員風(fēng)險防范意識較差帶來的安全隱患，從一定程度上減少了船舶事故發(fā)生所帶來的人命、財產(chǎn)、環(huán)境污染損失。

基于國產(chǎn)定位導(dǎo)航的定位功能，提供船舶尾氣、污水排放軌跡;通過人臉識別、指紋識別和二代身份證讀取技術(shù)，大大提升了人員核驗準(zhǔn)確性，降低了人員核驗時間和成本，通過通訊技術(shù)手段，整合了安全管理信息，極大地消除了船舶安全隱患，提升了執(zhí)法力度和精準(zhǔn)度，保障水運穩(wěn)定有序發(fā)展。

參考文獻：

[1] 交通運輸中北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].魏仲民.中國新通信，2017（22）

[2] 淺談北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在交通運輸行業(yè)的應(yīng)用及展望[J].楊秀鋒. 科技風(fēng)，2020（03）

[3] GB3552-2018，船舶水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)[S].2018.

[4] GB/T26782.3-2011，衛(wèi)星導(dǎo)航船舶監(jiān)管信息系統(tǒng)[S].2011.

[5] 基于北斗的三峽大壩船只通行調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計[J].劉青. 綠色科技，2017（14）

[6] 北斗在內(nèi)河船舶過閘申報系統(tǒng)中的應(yīng)用探究[J].王曉莉，竇路，陳凱. 數(shù)字通信世界，2016（07）

[7] “北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的概述與應(yīng)用[J].李陽. 國防科技，2018（03）