自航挖泥船運(yùn)營管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 夏，周 瀅，童榮彬

(中港疏浚有限公司，上海 200136）

引言

中港疏浚有限公司是一家專業(yè)港航施工企業(yè)，擁有十幾艘大型自航挖泥船。由于公司海上工程船舶分布廣泛，且經(jīng)常長途調(diào)遣，在傳統(tǒng)管理模式下，公司和項(xiàng)目部與船舶聯(lián)系、溝通只是依靠船舶無線電設(shè)備、移動(dòng)基站和F 站通信，存在信號覆蓋范圍少、通信帶寬小和費(fèi)用較高的問題，使得公司及項(xiàng)目部對國內(nèi)外工程船舶缺乏真正有效、實(shí)時(shí)的日常管理手段。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，并且不斷克服衛(wèi)星信道傳輸?shù)妮^大延時(shí)和較高丟包率的通信障礙問題，部署應(yīng)用專業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公司船舶遠(yuǎn)程管控的目標(biāo)，給公司船舶管理帶來了數(shù)字技術(shù)革新。

1 挖泥船運(yùn)營管控系統(tǒng)概況

挖泥運(yùn)營管控系統(tǒng)共包括“挖泥船生產(chǎn)信息監(jiān)測系統(tǒng)”、“挖泥船視頻監(jiān)控系統(tǒng)”和“挖泥船運(yùn)營分析系統(tǒng)”三個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)基于VSAT 站衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)，通過IPSec 方式構(gòu)建了船岸通信虛擬專網(wǎng)，即船舶VPN 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)上下行通信速率100 Kbps 以上且成本較低，海域覆蓋范圍廣。為確保船岸信息數(shù)據(jù)交互便捷性和安全性。項(xiàng)目成果實(shí)現(xiàn)了對自航挖泥船施工狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測、施工過程歷史回放和數(shù)據(jù)分析。

2 挖泥船生產(chǎn)信息監(jiān)測系統(tǒng)

挖泥船生產(chǎn)信息監(jiān)測系統(tǒng)采用的是B/S 架構(gòu)，具備便于推廣應(yīng)用的優(yōu)勢，但也增加了服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理量。系統(tǒng)開發(fā)克服了B/S 架構(gòu)下的ActiveX控件和OpenScales 技術(shù)開發(fā)瓶頸，去除了網(wǎng)頁插件運(yùn)行，提升地圖無極縮放功能。系統(tǒng)在提升服務(wù)器云計(jì)算效率的同時(shí)，也提升了前端用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了基于WEB 界面監(jiān)測的信息實(shí)時(shí)監(jiān)測、回放和分析，滿足了公司產(chǎn)量工程師和質(zhì)量安全管控人員的日常數(shù)據(jù)采集分析需求。

2.1 挖泥船狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)可以將船舶GPS 定位位置和周圍船舶AIS信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新顯示，在系統(tǒng)的WEB 電子地圖上可實(shí)現(xiàn)度圖層的疊加應(yīng)用，全方面監(jiān)測挖泥船的狀態(tài)信息，系統(tǒng)用戶可以根據(jù)需要自定義船舶監(jiān)測信息顯示。系統(tǒng)分別以圖、表的方式提供了船舶實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，監(jiān)測船舶的所有實(shí)時(shí)信號可選擇性排列，系統(tǒng)船舶狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)WEB 監(jiān)測顯示界面圖

2.2 施工數(shù)據(jù)曲線

系統(tǒng)用戶可以查看挖泥船裝艙、溢流、拋泥全過程實(shí)時(shí)施工曲線信息，比如船舶吃水信息、船載土方量、泥泵效率曲線信息等。基于系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)信息，港航施工工藝技術(shù)人員可以根據(jù)需求自定義曲線的生成，實(shí)時(shí)分析比較挖泥船施工工藝執(zhí)行水平，優(yōu)化工藝，提高挖泥效率，相關(guān)施工曲線如圖2 所示。

圖2 某船自定義施工曲線

2.3 全景回放分析

系統(tǒng)可以查看船舶的實(shí)時(shí)施工信息，也可以進(jìn)行全景回放分析，系統(tǒng)通過船舶歷史定位信息自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析出船舶的歷史軌跡信息，同時(shí)挖泥船的歷史施工過程可以進(jìn)行全景式回放分析，如圖3 所示。

圖3 某船界面全景回放圖

用戶可以檢索船舶施工歷史數(shù)據(jù)，并對檢索到的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析，實(shí)現(xiàn)施工過程的全景分析。分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能與船端“疏浚監(jiān)測平臺”一致，但該回放與分析功能系在B/S 架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的，用戶使用更便捷、更安全，有效保障了企業(yè)數(shù)據(jù)信息安全。系統(tǒng)有效加強(qiáng)了挖泥船施工現(xiàn)場控制。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速獲取、集中存儲(chǔ)和多方應(yīng)用，為數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析、深度價(jià)值挖掘等更智能的數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[1]。

3 挖泥船視頻監(jiān)控系統(tǒng)

“挖泥船生產(chǎn)信息監(jiān)測系統(tǒng)”雖然可以獲取工程船舶的生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息，但是無法通過圖像監(jiān)控內(nèi)船舶外環(huán)境實(shí)況信息?！巴谀啻曨l監(jiān)控系統(tǒng)”可以在船舶發(fā)生故障或者意外情況時(shí)，將現(xiàn)場的畫面?zhèn)魉椭凉究偛可a(chǎn)指揮監(jiān)控中心，相關(guān)技術(shù)督導(dǎo)人員可以及時(shí)與現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)視音頻的通信，滿足挖泥船施工作業(yè)遠(yuǎn)程管控需求。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于船載衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史回放、預(yù)警提示、遠(yuǎn)程指導(dǎo)等功能。挖泥船視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能的架構(gòu)圖如圖4 所示。

圖4 挖泥船視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)使用船舶衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)作為信息傳輸載體，因其鏈路帶寬較小且穩(wěn)定性較差，需要系統(tǒng)具備更高效的視頻編解碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)視頻圖像的遠(yuǎn)程傳輸。通過不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，“挖泥船視頻監(jiān)控系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了在速率50 Kbps 左右的通信鏈路上傳輸4CIF 分辨率的視頻信息。系統(tǒng)視頻信號采集終端使用高低雙碼流攝像頭，因此船端可以存儲(chǔ)高碼流視頻圖像，而低碼流視頻圖像經(jīng)過壓縮處理再遠(yuǎn)程傳輸?shù)桨抖吮O(jiān)控中心供岸端實(shí)時(shí)觀看和指揮，并且能查看船端存儲(chǔ)的歷史監(jiān)控視頻信息[2]。

3.2 系統(tǒng)主要優(yōu)勢

相比通用的視頻傳輸技術(shù)，中交上海航道局的船舶遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

1）低傳輸速率要求，系統(tǒng)針對衛(wèi)星通信鏈路的速率較低、不穩(wěn)定、高時(shí)延等特點(diǎn)，優(yōu)化通信鏈路，提升傳輸效率，保障視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。

2）系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)元化，整套系統(tǒng)的設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)IP 連接，各網(wǎng)元配置方便，操作簡單。

3）圖像高效編解碼，系統(tǒng)針對衛(wèi)星鏈路通信特點(diǎn)優(yōu)化視頻編碼效率，采用h.265 超高壓縮編碼技術(shù)，保障小碼流、高時(shí)延下的視頻質(zhì)量[3]。

4）用戶并發(fā)數(shù)大，系統(tǒng)容量大，滿足大量用戶使用需求。

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控效果

系統(tǒng)提供了WEB 端和手機(jī)APP 端兩種視頻監(jiān)控服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了公司管理人員全天候、全方位的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)安全管控目標(biāo)，用戶可以遠(yuǎn)程操控?cái)z像頭監(jiān)控范圍，完成遠(yuǎn)程可視化巡檢。另外系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程音視頻會(huì)話講功能，可以支持公司對施工作業(yè)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

4 挖泥船生產(chǎn)經(jīng)營分析系統(tǒng)

“挖泥船生產(chǎn)運(yùn)營分析系統(tǒng)”專注于港航施工企業(yè)項(xiàng)目生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)采集分析，具有多端口數(shù)據(jù)采集、多模塊數(shù)據(jù)分析及自定義輸入輸出報(bào)表功能，且能與其他業(yè)務(wù)部門已應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用始終以提升船舶運(yùn)營效益，倒逼公司基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理上等級，實(shí)現(xiàn)輔助決策功能為目標(biāo)，在開發(fā)過程中應(yīng)盡可能提高系統(tǒng)的兼容性，確保數(shù)據(jù)的保密性和安全性。

4.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)化建設(shè)

“挖泥船生產(chǎn)運(yùn)營分析系統(tǒng)”搭建基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，中交上海航道局圍繞疏浚船舶生產(chǎn)運(yùn)營分析需求進(jìn)行了“數(shù)據(jù)字典”的編制。在秉持“一數(shù)一源”的基本原則下，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)工作主要做了以下幾點(diǎn)：

1）系統(tǒng)共定義了600 多個(gè)數(shù)據(jù)信息及相關(guān)計(jì)算規(guī)則；

2）梳理規(guī)范了120 多個(gè)船舶運(yùn)行時(shí)間、約300個(gè)工程信息、100 多個(gè)設(shè)備信息以及100 多的費(fèi)用收入科目；

3）采集信息涉及施工數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、設(shè)備信息、工程合同信息、項(xiàng)目成本等。

4.2 數(shù)據(jù)采集及分析

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集采用“人機(jī)結(jié)合”、“信息協(xié)同”等方式，避免重復(fù)采集、減少人工采集，讓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和工程管理數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，動(dòng)態(tài)分析船舶運(yùn)營狀態(tài)。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析圍繞船舶每日運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行，船舶為基礎(chǔ)單位，進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)分析，滿足技術(shù)管理及運(yùn)營管理需求。

5 結(jié)語

中港疏浚有限公司設(shè)計(jì)和應(yīng)用的“自航挖泥船運(yùn)營監(jiān)控管理系統(tǒng)”基本實(shí)現(xiàn)了公司對船舶的遠(yuǎn)程管控，在復(fù)雜的外部環(huán)境和施工工況下，公司能夠遠(yuǎn)程管控施工現(xiàn)場，能夠在現(xiàn)場發(fā)生意外事故前后做出準(zhǔn)確的預(yù)判、警示并采取適當(dāng)緊急措施，能夠遠(yuǎn)程分析和診斷設(shè)備疑難故障，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測船舶生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行效能分析來提升生產(chǎn)運(yùn)營效益，這種以信息技術(shù)帶動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營效益提升的發(fā)展戰(zhàn)略，對整個(gè)港航施工行業(yè)生產(chǎn)管理水平提升有著深遠(yuǎn)的意義。