重慶郵電大學(xué)移動通信技術(shù)重慶市重點實驗室 代海鵬 余 斌

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船舶進出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計＊

重慶郵電大學(xué)移動通信技術(shù)重慶市重點實驗室 代海鵬 余 斌

摘要：船舶在進出港口和航行過程中，陸地監(jiān)控服務(wù)中心需要對船舶位置進行監(jiān)控，對船舶航行路線進行指揮調(diào)度，監(jiān)控中心和船舶之間需要保持無線通信的長連接狀態(tài)。為解決這些問題，提出基于北斗系統(tǒng)的船舶進出港管理系統(tǒng)的方案和設(shè)計方法，實現(xiàn)系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計。該系統(tǒng)在真實環(huán)境下進行測試，系統(tǒng)硬件能夠?qū)崟r采集、發(fā)送船舶的位置信息，系統(tǒng)軟件能夠?qū)崟r接收、顯示船舶位置信息，并將調(diào)度指令發(fā)送到監(jiān)控船舶。測試結(jié)果驗證了系統(tǒng)設(shè)計的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：船舶進出港；監(jiān)控服務(wù)中心；北斗系統(tǒng)；位置監(jiān)控

近幾年來，隨著航運業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，進出港口的船舶數(shù)量和類型正在快速增長，我們港口的航道、碼頭也在加緊建設(shè)，以適應(yīng)現(xiàn)代航運的需求。［1］船舶進出港管理系統(tǒng)主要完成船舶的位置管理、船員管理和進出港申請等工作。傳統(tǒng)的進出港管理主要通過“船管民警、船管員登記備案”“人工短信告知”或“人工錄入”的方式進行，［2］漏發(fā)、延發(fā)等情況時有發(fā)生，無法全面、及時掌握進出港船舶的動向。這種方式不僅效率低下，而且給海事部門的監(jiān)管工作帶來了很大的挑戰(zhàn)。隨著信息化和智 能化的發(fā)展，基于計算機系統(tǒng)的船舶進出港管理 信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)運而生，它提供了更好的人機交互界面，更加智能化地為船舶和港口提供便捷的服務(wù)。［3，4］

北斗定位系統(tǒng)作為我國自主研發(fā)的全球定位系統(tǒng)，［5］可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。移動通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)是目前世界范圍內(nèi)覆蓋最廣的無線網(wǎng)絡(luò)，而基于蜂窩網(wǎng)定位的應(yīng)用越來越成為研究的熱點。［6］船舶進出港口及作業(yè)和運行過程中，需要實現(xiàn)對船舶的定位和指揮調(diào)度。本文基于北斗和蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)設(shè)計了一種船舶進出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)，目標是完成船舶進出港電子報關(guān)及港區(qū)內(nèi)船舶安全管理、船舶及船員信息化管理和信息統(tǒng)計等功能。它的特點和優(yōu)勢如下：

（1）有移動網(wǎng)絡(luò)時船載終端實時傳回信息（包括位置和身份信息），無移動網(wǎng)絡(luò)時存儲于船載終端上，待時間累積1 h，利用北斗通信系統(tǒng)傳回信息；

（2）有移動網(wǎng)絡(luò)時船載終端每隔10 min記錄一次航點，無移動網(wǎng)絡(luò)時每隔30 min記錄一次；

（3）船載終端可存儲長達3個月的采集信息；

（4）船載終端實現(xiàn)太陽能和電池雙供電，純電池供電可達10天；

（5）船載終端設(shè)備唯一性，實現(xiàn)一機一船身份識別。

一、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

船舶進出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其對應(yīng)功能模塊主要包括：監(jiān)控服務(wù)中心、船載終端、無線網(wǎng)絡(luò)。

監(jiān)控服務(wù)中心，完成對終端信息的接收和指令發(fā)送，實現(xiàn)對用戶信息的導(dǎo)航、安全管理、信息存儲等功能；客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問監(jiān)控服務(wù)中心，同時監(jiān)控服務(wù)中心可以將信息發(fā)送到指定用戶的計算機或者移動終端上。

船載終端，包括定位導(dǎo)航單元、刷卡器，其具有定位、導(dǎo)航、身份信息采集功能，通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與監(jiān)控服務(wù)中心的互聯(lián)互通。

無線網(wǎng)絡(luò)，包括GPRS等移動通信網(wǎng)絡(luò)、北斗通信網(wǎng)絡(luò)，其完成向船載終端的指令發(fā)送及船載終端向監(jiān)控服務(wù)中心的信息傳輸。

圖1 船舶進出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

二、船載終端硬件設(shè)計

船載終端硬件主要由控制模塊、Zigbee模塊、北斗導(dǎo)航通信模塊、GPRS通信模塊、電源模塊等五大模塊組成。其中，控制模塊選用STM32芯片作為硬件系統(tǒng)的微控器，北斗導(dǎo)航通信模塊選用UM220芯片實現(xiàn)船舶的定位信息采集與短報文通信功能，GPRS模塊選用SIM900A芯片完成船載終端硬件采集信息的實時傳輸。船載終端硬件系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 船載終端硬件架構(gòu)

三、監(jiān)控服務(wù)中心軟件設(shè)計

1.軟件系統(tǒng)架構(gòu)

在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航安全管理系統(tǒng)終端軟件中，定義各種外部事件如傳感器電平的跳變、傳感器參數(shù)超過某門限以及串口收發(fā)數(shù)據(jù)等由中斷或者查詢方式進行處理。當CPU收到傳感器的警告消息或者人為的報警信息后，就把當前的報警信息發(fā)送給特定目標。其中發(fā)送的報警信息主要是北斗的定位信息，以及包含用戶具體信息的ID號。對于要發(fā)送到哪些特定的目標，由用戶自主選擇，用戶可以通過產(chǎn)品上的按鍵進行設(shè)置，軟件架構(gòu)如圖3所示。

圖3 監(jiān)控服務(wù)中心軟件系統(tǒng)架構(gòu)

2.功能模塊設(shè)計

（1）生成統(tǒng)計報表功能內(nèi)的航程，以及累計航程直觀地顯示給管理人員。管理人員從統(tǒng)計報表中了解船舶的使用狀況，進而更好地對船舶進行維護和管理。功能原理是每艘船對應(yīng)一個ID號，船舶在航行過程中將自己的航程信息通過通信接口發(fā)送給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)船舶編號和發(fā)送日期將信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)根據(jù)用戶指令，從數(shù)據(jù)庫中取出待查詢船舶的航程信息，生成統(tǒng)計報表。

（2）用戶管理功能

用戶管理實現(xiàn)用戶權(quán)限與管理對象（船舶）的設(shè)置，以及用戶基本資料的修改。用戶管理設(shè)置是對監(jiān)控中心所有設(shè)定用戶的操作范圍以確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運行安全。

（3）船舶信息管理

船舶信息管理用來登記船舶的號碼、終端編號、SIM卡號、所屬分組、發(fā)動機號、底盤號、船舶圖標、保險情況、質(zhì)檢信息、船舶照片、船舶油耗、報警信息、GPS服務(wù)信息等，為船舶管理提供依據(jù)。

（4）船員信息管理

船員管理完成干部船員（船長、輪機長、駕駛員、輪機員等）基本資料登記、任職記錄登記、報批登記、交接班記錄、在船人員查詢、綜合查詢與輸出用戶所需的各種報表。也可按用戶要求增加船員換班管理功能。

（5）電子報關(guān)

電子報關(guān)用來監(jiān)控船舶的航行區(qū)域，一旦船舶進入或者超出劃定區(qū)域，監(jiān)控中心即觸發(fā)報警，并將報警信息存入數(shù)據(jù)庫，供用戶隨時查閱。另外，系統(tǒng)還可以將警戒區(qū)與船舶編號進行綁定，實現(xiàn)特定船舶的重點管理。

（6）在港船舶數(shù)量統(tǒng)計

在港船舶數(shù)量統(tǒng)計用來統(tǒng)計當前ID號與警戒區(qū)進行綁定的船舶數(shù)量，掌握船舶的航行動態(tài)。

（7）系統(tǒng)升級

系統(tǒng)升級用來對系統(tǒng)功能進行完善，更好地滿足用戶的需求。

（8）軌跡回放

軌跡回放可以對指定編號的船舶歷史軌跡在地圖中進行繪制，供用戶掌握船舶的航行軌跡。

3.接口設(shè)計

（1）外部接口設(shè)計

外部接口設(shè)計如圖4所示，監(jiān)控中心系統(tǒng)通過接收船舶發(fā)送的導(dǎo)航信息，將信息存入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)對接收到的信息進行分析比對，達到監(jiān)控船舶航行狀況的目的。

圖4 外部接口設(shè)計

（2）內(nèi)部接口設(shè)計

監(jiān)控中心系統(tǒng)包括內(nèi)部模塊的接口如圖5所示。

圖5 監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)的內(nèi)部接口

四、系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)果

本系統(tǒng)監(jiān)控中心軟件安裝在連接互聯(lián)網(wǎng)的普通PC機上，PC機位于陸地某公司監(jiān)控室內(nèi)；系統(tǒng)船載終端安裝在受監(jiān)控的漁船上，圖6是某些漁船在東海海域進入警戒區(qū)時監(jiān)控中心顯示結(jié)果，圖7是某漁船在某個時間段內(nèi)的航行軌跡回放。

圖6 船舶出入警戒區(qū)

圖7 船舶的歷史軌跡回放

五、結(jié)束語

本文通過對船舶進出港管理系統(tǒng)的研究，針對船舶進出港口及作業(yè)和運行過程中船舶定位和調(diào)度管理的需求，設(shè)計了一種船舶進出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能模塊給出詳細的定義和設(shè)計。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)可有效實現(xiàn)對船舶進出港的有效管理，具有良好的工程應(yīng)用價值和推廣性。

參考文獻：

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DOI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.04.004

作者簡介：代海鵬（1989—），男，碩士研究生，E-mail：daihaip@163.com

*項目支持：國家自然科學(xué)基金（項目編號：61301126）；重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計劃項目（項目編號：cstc2013jcyjA40041）；重慶郵電大學(xué)博士啟動基金（項目編號：A2012-33）