重慶郵電大學(xué)移動(dòng)通信技術(shù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 代海鵬 余 斌

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船舶進(jìn)出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

重慶郵電大學(xué)移動(dòng)通信技術(shù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 代海鵬 余 斌

摘要：船舶在進(jìn)出港口和航行過程中，陸地監(jiān)控服務(wù)中心需要對(duì)船舶位置進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)船舶航行路線進(jìn)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(jìn)出港管理系統(tǒng)的方案和設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)硬件能夠?qū)崟r(shí)采集、發(fā)送船舶的位置信息，系統(tǒng)軟件能夠?qū)崟r(shí)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(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：船舶進(jìn)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(yùn)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，進(jìn)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(yùn)的需求。［1］船舶進(jìn)出港管理系統(tǒng)主要完成船舶的位置管理、船員管理和進(jìn)出港申請(qǐng)等工作。傳統(tǒng)的進(jìn)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(jìn)行，［2］漏發(fā)、延發(fā)等情況時(shí)有發(fā)生，無法全面、及時(shí)掌握進(jìn)出港船舶的動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的船舶進(jìn)出港管理 信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它提供了更好的人機(jī)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(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。移動(dòng)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(diǎn)。［6］船舶進(jìn)出港口及作業(yè)和運(yùn)行過程中，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)了一種船舶進(jìn)出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)，目標(biāo)是完成船舶進(jìn)出港電子報(bào)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(jì)等功能。它的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下：

（1）有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)船載終端實(shí)時(shí)傳回信息（包括位置和身份信息），無移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)存儲(chǔ)于船載終端上，待時(shí)間累積1 h，利用北斗通信系統(tǒng)傳回信息；

（2）有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)船載終端每隔10 min記錄一次航點(diǎn)，無移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)每隔30 min記錄一次；

（3）船載終端可存儲(chǔ)長達(dá)3個(gè)月的采集信息；

（4）船載終端實(shí)現(xiàn)太陽能和電池雙供電，純電池供電可達(dá)10天；

（5）船載終端設(shè)備唯一性，實(shí)現(xiàn)一機(jī)一船身份識(shí)別。

一、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

船舶進(jìn)出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其對(duì)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(duì)終端信息的接收和指令發(fā)送，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶信息的導(dǎo)航、安全管理、信息存儲(chǔ)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(shí)監(jiān)控服務(wù)中心可以將信息發(fā)送到指定用戶的計(jì)算機(jī)或者移動(dòng)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(shí)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(dòng)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(jìn)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(jì)

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(shí)現(xiàn)船舶的定位信息采集與短報(bào)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(shí)時(shí)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(jì)

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(jìn)行處理。當(dāng)CPU收到傳感器的警告消息或者人為的報(bào)警信息后，就把當(dāng)前的報(bào)警信息發(fā)送給特定目標(biāo)。其中發(fā)送的報(bào)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(hào)。對(duì)于要發(fā)送到哪些特定的目標(biāo)，由用戶自主選擇，用戶可以通過產(chǎn)品上的按鍵進(jìn)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(jì)

（1）生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能內(nèi)的航程，以及累計(jì)航程直觀地顯示給管理人員。管理人員從統(tǒng)計(jì)報(bào)表中了解船舶的使用狀況，進(jìn)而更好地對(duì)船舶進(jìn)行維護(hù)和管理。功能原理是每艘船對(duì)應(yīng)一個(gè)ID號(hào)，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(hào)和發(fā)送日期將信息存儲(chǔ)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(jì)報(bào)表。

（2）用戶管理功能

用戶管理實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限與管理對(duì)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(duì)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(yùn)行安全。

（3）船舶信息管理

船舶信息管理用來登記船舶的號(hào)碼、終端編號(hào)、SIM卡號(hào)、所屬分組、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、底盤號(hào)、船舶圖標(biāo)、保險(xiǎn)情況、質(zhì)檢信息、船舶照片、船舶油耗、報(bào)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(jī)長、駕駛員、輪機(jī)員等）基本資料登記、任職記錄登記、報(bào)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(bào)表。也可按用戶要求增加船員換班管理功能。

（5）電子報(bào)關(guān)

電子報(bào)關(guān)用來監(jiān)控船舶的航行區(qū)域，一旦船舶進(jìn)入或者超出劃定區(qū)域，監(jiān)控中心即觸發(fā)報(bào)警，并將報(bào)警信息存入數(shù)據(jù)庫，供用戶隨時(shí)查閱。另外，系統(tǒng)還可以將警戒區(qū)與船舶編號(hào)進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)特定船舶的重點(diǎn)管理。

（6）在港船舶數(shù)量統(tǒng)計(jì)

在港船舶數(shù)量統(tǒng)計(jì)用來統(tǒng)計(jì)當(dāng)前ID號(hào)與警戒區(qū)進(jìn)行綁定的船舶數(shù)量，掌握船舶的航行動(dòng)態(tài)。

（7）系統(tǒng)升級(jí)

系統(tǒng)升級(jí)用來對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)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(duì)指定編號(hào)的船舶歷史軌跡在地圖中進(jìn)行繪制，供用戶掌握船舶的航行軌跡。

3.接口設(shè)計(jì)

（1）外部接口設(shè)計(jì)

外部接口設(shè)計(jì)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(duì)接收到的信息進(jìn)行分析比對(duì)，達(dá)到監(jiān)控船舶航行狀況的目的。

圖4 外部接口設(shè)計(jì)

（2）內(nèi)部接口設(shè)計(jì)

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(shí)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(jī)上，PC機(jī)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(jìn)入警戒區(qū)時(shí)監(jiān)控中心顯示結(jié)果，圖7是某漁船在某個(gè)時(shí)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(duì)船舶進(jìn)出港管理系統(tǒng)的研究，針對(duì)船舶進(jìn)出港口及作業(yè)和運(yùn)行過程中船舶定位和調(diào)度管理的需求，設(shè)計(jì)了一種船舶進(jìn)出港管理信息服務(wù)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能模塊給出詳細(xì)的定義和設(shè)計(jì)。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶進(jìn)出港的有效管理，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值和推廣性。

參考文獻(xiàn)：

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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(xiàng)目支持：國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：61301126）；重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：cstc2013jcyjA40041）；重慶郵電大學(xué)博士啟動(dòng)基金（項(xiàng)目編號(hào)：A2012-33）