基于5G技術(shù)的船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

許明華，李婷云

基于5G技術(shù)的船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

許明華，李婷云

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州 350007）

為提高船舶安全性和報(bào)警系統(tǒng)智能化水平，分析5G技術(shù)在船舶的應(yīng)用和船舶報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)船舶報(bào)警系統(tǒng)的方案，以及船舶報(bào)警系統(tǒng)的通信分析、現(xiàn)狀、硬件組成和電路設(shè)計(jì)。該模塊化設(shè)計(jì)和應(yīng)用5G技術(shù)的船舶報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷等。

5G技術(shù) 船舶 報(bào)警系統(tǒng) 機(jī)艙監(jiān)控 設(shè)計(jì)

0 引言

船舶安全性要求日益提高。船舶發(fā)生故障原因、種類很多。船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是當(dāng)船舶設(shè)備故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)地自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，使船員及時(shí)采取正確措施，減少財(cái)產(chǎn)損失，避免船舶災(zāi)難的發(fā)生和保障生命安全。利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)，對(duì)確保船舶安全具有重要意義。應(yīng)用5G技術(shù)，船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更趨完善，其船舶報(bào)警系統(tǒng)的視頻監(jiān)控管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控，是船舶安全航行的保障。

本文根據(jù)5G技術(shù)在船舶應(yīng)用中的特點(diǎn)，介紹船舶報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能要求，設(shè)計(jì)了船舶報(bào)警系統(tǒng)方案，最后通過操作實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)維護(hù)和遠(yuǎn)程故障診斷。

1 船舶報(bào)警系統(tǒng)的通信分析

船舶報(bào)警系統(tǒng)是船舶重要系統(tǒng)，現(xiàn)代5G技術(shù)、CAN總線和ZigBee技術(shù)等應(yīng)用，對(duì)船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有更大的空間，5G技術(shù)是一項(xiàng)無線通信技術(shù)，通過無線電波傳遞交換數(shù)據(jù)速度快、系統(tǒng)性強(qiáng)、容量大、傳輸更安全以及成本低等特點(diǎn)，因此5G技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)船舶報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和視頻監(jiān)控，能實(shí)時(shí)發(fā)送船舶所有的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶智能化[1]。為了防止船舶電磁和各種無線電電波干擾，所以船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)架構(gòu)和終端模組等，做好電磁干擾和電磁兼容性，提升船舶報(bào)警系統(tǒng)故障處理效率，保證網(wǎng)絡(luò)通信安全、可靠，因此船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用5G技術(shù)是非常合適的。

2 船舶報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀

船舶報(bào)警系統(tǒng)是船舶安全航行的重要環(huán)節(jié)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，船舶報(bào)警系統(tǒng)也有了很大的突破。船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，5G技術(shù)在船舶先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用，也得到了快速的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的全方位監(jiān)控，進(jìn)一步推動(dòng)了船舶報(bào)警系統(tǒng)信息化、模塊化、自動(dòng)化。目前我國(guó)船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是采用中小型計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控和報(bào)警，CAN總線和ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等[2]，隨著5G網(wǎng)絡(luò)科技技術(shù)的發(fā)展，船舶報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步完善，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)化設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。

3 船舶報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能要求

1）船舶報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大、及時(shí)、準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)船舶報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通用和開放。船舶報(bào)警系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中不僅要充分考慮船舶實(shí)際工作環(huán)境條件，還能使系統(tǒng)能夠充分反映現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)處理的要求。

2）船舶報(bào)警系統(tǒng)的人性化操作界面，在監(jiān)控中心，能將所有的視頻信號(hào)，通過顯示設(shè)備自由地切換顯示，標(biāo)準(zhǔn)性和維護(hù)性，是提高系統(tǒng)安全的關(guān)鍵[3]。船舶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)就充分考慮，便于船員的維護(hù)，特別是船舶報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份，防止數(shù)據(jù)的丟失和破壞，并有利于船舶報(bào)警系統(tǒng)模塊控制。

3）船舶報(bào)警系統(tǒng)的具有良好的擴(kuò)展性、先進(jìn)性和實(shí)用性，船舶報(bào)警系統(tǒng)是采用5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢(shì)在于，通過網(wǎng)絡(luò)，能讓多人對(duì)分布在各地的船舶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，流量密度和連接數(shù)密度大幅度提高，系統(tǒng)協(xié)同化，智能化水平提升，表現(xiàn)為多用戶，多點(diǎn)等的協(xié)同組網(wǎng)，以及網(wǎng)絡(luò)間靈活地自動(dòng)調(diào)整。船舶報(bào)警系統(tǒng)在操作上容易簡(jiǎn)單，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，船舶報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)快速的發(fā)展[4]。

4）船舶報(bào)警系統(tǒng)的具備良好的兼容性可擴(kuò)性和開放性，有利于船舶報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)模塊控制。大大提高系統(tǒng)的通用性，使系統(tǒng)的維護(hù)、維修更加簡(jiǎn)單。對(duì)船舶報(bào)警系統(tǒng)更加可靠，使船員能及時(shí)監(jiān)控船舶的動(dòng)態(tài)。通過5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了船舶報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集以及海量檢測(cè)結(jié)果的分析和實(shí)時(shí)回傳等，在5G技術(shù)中，有效地分發(fā)大流量的業(yè)務(wù)內(nèi)容，深入與船舶調(diào)度業(yè)務(wù)整合，完善的業(yè)務(wù)管理、統(tǒng)計(jì)功能[5]。提供業(yè)務(wù)報(bào)表的導(dǎo)入、導(dǎo)出、打印等服務(wù)，能方便地增加監(jiān)控點(diǎn)及報(bào)警等功能。

4 船舶報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

船舶報(bào)警系統(tǒng)主要是由傳感器、網(wǎng)絡(luò)（包括5G網(wǎng)絡(luò)）和計(jì)算機(jī)組成，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，傳感器的信息數(shù)據(jù)采集，在計(jì)算機(jī)集中調(diào)度管理平臺(tái)功能包括系統(tǒng)配置、實(shí)時(shí)監(jiān)視、信息發(fā)布、視頻查詢、視頻回放、顯示文字、實(shí)時(shí)控制、報(bào)警管理等，使船員很清楚地了解船舶各種設(shè)備運(yùn)行的情況，使船員能進(jìn)行準(zhǔn)確排除故障和操作，確保船舶安全[6]。

4.1 船舶報(bào)警系統(tǒng)的核心功能

1）數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。最重要的船舶報(bào)警系統(tǒng)主要有主機(jī)冷卻水溫高、主機(jī)和副機(jī)的滑油壓力、主機(jī)和副機(jī)排氣溫度、火災(zāi)報(bào)警以及發(fā)電機(jī)各種參數(shù)等信息，為了能夠?qū)崟r(shí)的系統(tǒng)監(jiān)控和管理，可以通過有源中繼器可以增加網(wǎng)絡(luò)支持節(jié)點(diǎn)，這樣既增強(qiáng)了信號(hào)，兼顧了信號(hào)的傳輸延時(shí)，大大地加速了5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸速度。

2）船舶報(bào)警系統(tǒng)信息顯示及處理。把船舶報(bào)警系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合顯示，部分的數(shù)據(jù)要進(jìn)行處理和分析，還有一些數(shù)據(jù)通過機(jī)艙報(bào)警顯示和處理。

3）船舶報(bào)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄。數(shù)據(jù)采集的船舶主機(jī)、副機(jī)、舵機(jī)和發(fā)電機(jī)信息可保存或打印記錄，數(shù)據(jù)記錄的設(shè)備及周期由操作人員可隨意選定[7]。

4.2 船舶報(bào)警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成電路設(shè)計(jì)

船舶報(bào)警系統(tǒng)由傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和顯示器等組成。圖1為船舶報(bào)警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成電路設(shè)計(jì)圖。

圖1 船舶報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成電路設(shè)計(jì)圖

船舶報(bào)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，便于船舶管理人員查看報(bào)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)，將網(wǎng)絡(luò)收集到的信息進(jìn)行分析、打印和顯示。船舶報(bào)警系統(tǒng)就是利用各種傳感器采集參數(shù)，把船舶所有設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)出聲光報(bào)警。建立數(shù)據(jù)庫，并將報(bào)警數(shù)據(jù)保存打印，以便查詢和分析等[9]。當(dāng)船舶報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出故障排除以后，船舶管理人員可以通過報(bào)警系統(tǒng)復(fù)位等操作。

4.3 船舶報(bào)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

船舶報(bào)警系統(tǒng)為了簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過5G網(wǎng)絡(luò)，模塊化控制，提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性。船舶報(bào)警系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠，顯示故障發(fā)出聲光報(bào)警等。船舶報(bào)警系統(tǒng)部分接線如圖2所示。

圖2 船舶報(bào)警系統(tǒng)原理部分接線圖

4.4 船舶報(bào)警系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)

船舶報(bào)警系統(tǒng)觸摸屏可顯示模擬量信號(hào)（如主機(jī)轉(zhuǎn)速、排溫等），也可顯示開關(guān)量信號(hào)（報(bào)警或運(yùn)行信號(hào)）；界面環(huán)境可根據(jù)處于不同系統(tǒng)設(shè)置不同界面，可手動(dòng)切換界面也可循環(huán)依次顯示各個(gè)界面；當(dāng)報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到報(bào)警界面，報(bào)警項(xiàng)會(huì)紅色閃爍顯示，并且有報(bào)警聲響，聲響也可擴(kuò)展到外部機(jī)艙燈柱；報(bào)警產(chǎn)生后，除非按下界面上的‘確認(rèn)’鍵，否則不能切換界面（手動(dòng)切換時(shí)會(huì)自動(dòng)回到報(bào)警界面），按下‘確認(rèn)’鍵后，報(bào)警項(xiàng)不再閃爍，報(bào)警聲消除，但報(bào)警項(xiàng)會(huì)保持紅色平光，直到報(bào)警消除，系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)如圖3所示[10]。

5 結(jié)語

船舶報(bào)警系統(tǒng)的隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑岣叽皥?bào)警系統(tǒng)的智能化水平，可以靈活改變報(bào)警系統(tǒng)。船舶報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)迅速發(fā)展，是保證船舶安全進(jìn)行全程監(jiān)控和監(jiān)督。船舶報(bào)警系統(tǒng)將更加完善，實(shí)現(xiàn)船舶現(xiàn)代化、智能化，使船舶報(bào)警系統(tǒng)操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)船舶報(bào)警系統(tǒng)的維護(hù)和故障的可診斷等實(shí)際問題。

圖3 船舶報(bào)警系統(tǒng)觸摸屏界面設(shè)計(jì)

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Design of Ship Alarm System Based on 5G Technology

Xu Minghua, Li Tingyun

(Fujian Chuanzheng Communications college, Fuzhou 350007, Fujian, China)

U664.8

A

1003-4862（2021）06-0109-03

2020-11-27

許明華（1963-），男，教授。研究方向：船舶電氣及自動(dòng)化。Email：71834643@qq.com