李加林,虞麗娟,2,陳成明,2,曹守啟

(1.上海海洋大學(xué)工程學(xué)院,上海 201306;2.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院,上海 200092)

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北斗/RFID技術(shù)在遠(yuǎn)洋漁業(yè)中的應(yīng)用

李加林1,虞麗娟1,2,陳成明1,2,曹守啟1

(1.上海海洋大學(xué)工程學(xué)院,上海 201306;2.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院,上海 200092)

國際遠(yuǎn)洋漁業(yè)的競爭日趨激烈,為提升我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)的國際競爭力,國家大力提倡建設(shè)大規(guī)模的遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì),而船隊(duì)的擴(kuò)建將會(huì)增加調(diào)度的復(fù)雜性。本文首先介紹了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)的概念,然后分析了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和射頻識(shí)別技術(shù)在遠(yuǎn)洋漁業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用狀況,運(yùn)用兩者相結(jié)合的技術(shù)來分析遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì)的調(diào)度,闡明了其科學(xué)性和合理性。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);RFID;遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì);調(diào)度

0　引　言

我國是漁業(yè)大國,捕撈業(yè)是重要的漁業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。但近幾年來,近海漁業(yè)資源嚴(yán)重衰退,海產(chǎn)品捕撈量難以滿足國內(nèi)市場的需求,許多漁業(yè)部門開始鼓勵(lì)漁民建造大船,去遠(yuǎn)洋區(qū)域進(jìn)行捕撈作業(yè)。如今,國內(nèi)許多沿海城市組建了遠(yuǎn)洋漁船捕撈船隊(duì),遠(yuǎn)洋漁業(yè)已經(jīng)成為我國水產(chǎn)業(yè)重要組成部分。大力發(fā)展于洋漁業(yè)有利于改善漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),擴(kuò)展?jié)O業(yè)發(fā)展空間,促進(jìn)漁業(yè)增效和漁民增收。

隨著對(duì)遠(yuǎn)洋漁業(yè)競爭的日益激烈,各國非常重視對(duì)遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源和市場的競爭。我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)起步較晚,與發(fā)達(dá)國家相比仍然比較落后,所以提高我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)的國際競爭力是當(dāng)前首要任務(wù)。構(gòu)建大規(guī)模的遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋捕撈的系統(tǒng)化管理,可以極大的提升我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)的國際競爭力。目前,我國許多沿海城市已擁有或正在建設(shè)較大規(guī)模的遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì)。船隊(duì)規(guī)模的擴(kuò)大,會(huì)帶來一些新的問題,比如調(diào)度起來會(huì)比較復(fù)雜。以往船隊(duì)的調(diào)度主要是依靠調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)度,這種調(diào)度方式在調(diào)度大規(guī)模漁船船隊(duì)時(shí)不僅效率低且調(diào)度方案缺乏科學(xué)性。在當(dāng)今信息時(shí)代飛速發(fā)展的背景下,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)洋漁業(yè),在此基礎(chǔ)上運(yùn)用北斗定位系統(tǒng)和RFID技術(shù)相結(jié)合來分析漁船的調(diào)度方案,可增加調(diào)度方案的科學(xué)性和提高調(diào)度工作的效率。

1　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID技術(shù)概述

1.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是中國自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),歷經(jīng)30多年的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)可以覆蓋亞太地區(qū),預(yù)計(jì)2020年左右建設(shè)成為覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成為全球定位系統(tǒng)的四大供應(yīng)商之一[1]。2014年11月23日,國際海事組織海上安全委員會(huì)審議通過了對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)可的航行安全通函,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式獲得了面向海事應(yīng)用的國際合法地位。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航衛(wèi)星計(jì)劃包括5顆在赤道上空的靜止高軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星,其中30顆非靜止軌道衛(wèi)星又劃分為27顆中軌道(MEO)衛(wèi)星和3顆傾斜同步(GEO)衛(wèi)星。截止目前,中國已發(fā)射了22顆北斗衛(wèi)星,當(dāng)前北斗二代組網(wǎng)建設(shè)進(jìn)展情況如圖1所示。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要的服務(wù)方式包括開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種。開放服務(wù)是對(duì)全世界開放,為全球用戶提供免費(fèi)服務(wù),定位精度可達(dá)到10 m左右,測速精度在0.2 m/s左右,授時(shí)精度為10 ns.授權(quán)服務(wù)是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶,提供定位、測速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。

圖1　北斗二代組網(wǎng)建設(shè)過程

1.2RFID技術(shù)

RFID技術(shù)又稱為無線射頻識(shí)別,它通過無線射頻的方式進(jìn)行非接觸、雙向數(shù)據(jù)通信對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別,它是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。RFID識(shí)別工作無需人工干預(yù),識(shí)別距離可以達(dá)到幾十米,適用于惡劣的工作環(huán)境。一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)主要有電子標(biāo)簽、讀寫器和后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三部分組成。RFID技術(shù)的基本工作原理是當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場以后,接收讀卡器發(fā)出的射頻信號(hào),依靠感應(yīng)電流獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在標(biāo)簽芯片中的信息,或者是標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送出一定頻率的信號(hào),讀卡器讀取信號(hào)并解碼后,發(fā)送到后臺(tái)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[2]。

RFID標(biāo)簽與傳統(tǒng)意義的條形碼有類似功能,但RFID標(biāo)簽有它自身的優(yōu)勢: 1) RFID標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)是全球唯一的,避免了標(biāo)識(shí)重復(fù)帶來的問題; 2) 讀寫器與標(biāo)簽之間通過無線射頻進(jìn)行通訊,不需要像條形碼一樣讀寫器正對(duì)著標(biāo)簽進(jìn)行讀寫,只需RFID標(biāo)簽在讀寫器的范圍之內(nèi)即可,減少了人工的干預(yù),提高了效率; 3) 讀寫器可以對(duì)批量的標(biāo)簽進(jìn)行讀取,極大的方便了物品的管理。

2　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在遠(yuǎn)洋漁船中的應(yīng)用

2.1北斗遠(yuǎn)洋漁業(yè)信息服務(wù)系統(tǒng)

近些年來,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)洋漁業(yè)。2015年,遼寧省大連市為2100艘漁船安裝了北斗終端設(shè)備,浙江省蒼南縣的714艘漁船完成了北斗終端設(shè)備的安裝與升級(jí),這些都標(biāo)志著漁業(yè)主管部門開始重視北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在漁船上的應(yīng)用推廣。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在漁船中的應(yīng)用,對(duì)保障漁民生命財(cái)產(chǎn)安全和促進(jìn)漁業(yè)現(xiàn)代化管理有深遠(yuǎn)的意義。目前,我國已在5萬多艘漁船上安裝了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),并且還處于快速增長的趨勢。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在遠(yuǎn)洋漁業(yè)的信息服務(wù)系統(tǒng)主要有北斗衛(wèi)星及北斗衛(wèi)星地面站、北斗遠(yuǎn)洋船舶船載終端、通信運(yùn)營服務(wù)中心和陸地監(jiān)控指揮中心等組成[3]，如圖2所示。

圖2　北斗遠(yuǎn)洋漁業(yè)信息服務(wù)系統(tǒng)

2.2船載北斗定位系統(tǒng)

船載北斗定位系統(tǒng)的主要功能是利用北斗定位系統(tǒng)對(duì)航行的船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,采用地理位信息系統(tǒng)(GIS)實(shí)時(shí)顯示,實(shí)現(xiàn)船隊(duì)和船只的全天候?qū)崟r(shí)可視化管理,并通過回放航行軌跡,進(jìn)行歷史復(fù)查和問題追查。

該系統(tǒng)可在地圖上顯示船舶位置及船舶當(dāng)前狀態(tài)、速度、航行軌跡、經(jīng)緯度地理位置等信息,軌跡回放主要為查詢相應(yīng)船舶的歷史航行軌跡等信息。如圖3所示。

圖3　船舶定位系統(tǒng)

3　RFID技術(shù)在遠(yuǎn)洋漁船中的應(yīng)用

3.1RFID技術(shù)在漁船識(shí)別中的應(yīng)用

由于我國近海漁業(yè)資源的嚴(yán)重衰退,水產(chǎn)品市場需求和資源不足之間的矛盾日益突出。一些不法漁船受利益的驅(qū)使,利用套牌、假牌等手段進(jìn)行違法作業(yè)逃避漁業(yè)管理部門的監(jiān)管,惡劣的天氣和違法船只的抵制檢查行為也會(huì)加大漁政船海上執(zhí)法難度[4],此外我國沿海城市漁船較多,缺乏相對(duì)有效的統(tǒng)一管理。上述原因促使我國漁業(yè)管理部門開始重視將RFID技術(shù)應(yīng)用于漁船的識(shí)別,多地根據(jù)自身漁船的情況開始安裝RFID識(shí)別標(biāo)簽。2015年3月,浙江象山縣為2100艘漁船配備了“RFID電子身份證”。2015年6月,山東省27 769艘漁船安裝了RFID身份標(biāo)識(shí)。

利用RFID技術(shù),對(duì)漁船進(jìn)行唯一身份標(biāo)識(shí),建立漁船身份識(shí)別系統(tǒng)統(tǒng)一管理,可以提高漁船的監(jiān)管效率。在港口配備RFID閱讀設(shè)備,當(dāng)安裝了RFID識(shí)別標(biāo)簽的漁船進(jìn)出港口時(shí),漁船的信息通過閱讀器存儲(chǔ)到系統(tǒng)服務(wù)器中,需要時(shí)可隨時(shí)調(diào)出該漁船的信息和出入港情況。漁政船在對(duì)漁船進(jìn)行執(zhí)法時(shí),利用手持RFID閱讀設(shè)備,可以迅速獲取漁船信息,以便進(jìn)行快速處理。RFID技術(shù)在漁船識(shí)別中的應(yīng)用,有效的推動(dòng)了海洋物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,使我國智慧海洋的建設(shè)邁進(jìn)一大步。

3.2RFID在遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品質(zhì)量追溯中的應(yīng)用

近幾年,“瘦肉精”、“轉(zhuǎn)基因食品”等事件不斷在新聞上報(bào)道,使得人們?cè)絹碓疥P(guān)注食品安全問題,食品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的建設(shè)被提上日程,水產(chǎn)品的質(zhì)量安全也面臨著巨大挑戰(zhàn)。目前,很多遠(yuǎn)洋漁業(yè)企業(yè)開始注重遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品的質(zhì)量追溯,RFID技術(shù)憑借唯一標(biāo)識(shí)、自動(dòng)識(shí)別、無線傳輸和耐用性高等優(yōu)勢成為水產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的首選[5]。2014年3月,上海開創(chuàng)遠(yuǎn)洋漁業(yè)公司在其大型拖網(wǎng)漁船“開富號(hào)”上運(yùn)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了漁獲物的質(zhì)量安全溯源系統(tǒng),且有良好的效果。圖4示出了測試RFID標(biāo)簽。

圖4　漁船RFID標(biāo)簽

根據(jù)標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息可以知道是由什么船在什么時(shí)間捕撈了多少該種類型的漁獲物,且該RFID標(biāo)簽是世界上獨(dú)一無二的,標(biāo)簽信息一直伴隨到漁獲物被人們食用,漁獲物的信息可一直溯源到剛開始的捕撈階段。

遠(yuǎn)洋漁船出海捕撈的周期較長,漁獲物捕撈上來以后需要經(jīng)加工間簡單的處理后放入冷凍倉貯藏,然后經(jīng)補(bǔ)給船帶回或漁船回到港口進(jìn)行處理。系統(tǒng)具體流程如圖5所示。

圖5　RFID技術(shù)在質(zhì)量溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用

4　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和RFID射頻識(shí)別技術(shù)相結(jié)合調(diào)度遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì)

遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì)調(diào)度是根據(jù)漁船的位置、漁船的大小、漁船現(xiàn)有捕撈量、漁船捕撈任務(wù)、漁場的位置和大小等影響因素對(duì)漁船船舶進(jìn)行調(diào)度。北斗與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比,最大的特點(diǎn)就是把導(dǎo)航與通信緊密結(jié)合起來,這是其他導(dǎo)航系統(tǒng)所不具備的。RFID標(biāo)簽的優(yōu)勢:識(shí)別更準(zhǔn)確,識(shí)別距離更靈活且可以做到穿透性和無屏障閱讀;抗污染能力和耐久性較好,非常適合在遠(yuǎn)洋漁船高鹽霧高濕度的環(huán)境下使用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID技術(shù)的相結(jié)合運(yùn)用,可迅速獲得漁船的信息,為漁船調(diào)度工作提供技術(shù)支撐。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID相結(jié)合的技術(shù)目前研究的并不多,主要有北斗-RFID組合定位系統(tǒng)的研究[6],北斗衛(wèi)星與RFID在漁政中的應(yīng)用[7],對(duì)于遠(yuǎn)洋漁船上此兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還處于起步階段。本文研究的方向是北斗和RFID技術(shù)相結(jié)合,對(duì)遠(yuǎn)洋漁船的實(shí)時(shí)調(diào)度方案進(jìn)行分析研究。RFID技術(shù)設(shè)計(jì)的漁船電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)可對(duì)漁船進(jìn)行身份識(shí)別,RFID技術(shù)設(shè)計(jì)的質(zhì)量溯源系統(tǒng)可將目前漁船的捕撈信息通過漁船系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫發(fā)送到北斗船載終端。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首先對(duì)船隊(duì)各個(gè)船舶進(jìn)行定位,北斗船載終端設(shè)備將所有漁船的捕撈信息通過北斗衛(wèi)星傳遞到漁船調(diào)度中心,漁船調(diào)度中心通過分析漁船和漁場之間的距離、漁船的類型大小以及漁獲物總量,運(yùn)用算法處理所獲得的數(shù)據(jù)從而確定各漁船的調(diào)度方案,然后再通過北斗衛(wèi)星將調(diào)度指令反饋給漁船,如圖6所示。

圖6　北斗和RFID綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)示意圖

上述系統(tǒng)得到的調(diào)度方案相比調(diào)度員依靠經(jīng)驗(yàn)分析的調(diào)度方案更具科學(xué)性,且可以快速將調(diào)度指令下達(dá)給各漁船,提高工作效率,可作為遠(yuǎn)洋漁業(yè)企業(yè)調(diào)度漁船船隊(duì)時(shí)的參考。

目前,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)已在單艘遠(yuǎn)洋漁船上實(shí)現(xiàn),上海開創(chuàng)遠(yuǎn)洋漁業(yè)公司在大型拖網(wǎng)漁船“開富號(hào)”上建立了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)洋漁船及作業(yè)智慧服務(wù)系統(tǒng)[8]。該系統(tǒng)能自動(dòng)化智能采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控漁船作業(yè)、北斗衛(wèi)星定位,提供海上捕撈作業(yè)支持、實(shí)現(xiàn)海產(chǎn)品的源頭溯源和船岸信息的一體化。其中漁獲倉儲(chǔ)與質(zhì)量安全溯源子系統(tǒng)主要使用RFID技術(shù)對(duì)漁獲物出入庫情況進(jìn)行記錄和管理,北斗星船舶定位子系統(tǒng)主要對(duì)船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,然后結(jié)合漁船安裝的北斗船載終端通過北斗衛(wèi)星進(jìn)行船岸交互。接下來將會(huì)對(duì)船隊(duì)進(jìn)行該智慧服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)船與船、船與岸互聯(lián),漁船調(diào)度中心可以分析所獲得的每艘漁船的數(shù)據(jù)信息對(duì)船隊(duì)進(jìn)行整體調(diào)度。

5　結(jié)束語

本文對(duì)目前遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì)的發(fā)展趨勢和現(xiàn)有的船隊(duì)調(diào)度方式進(jìn)行分析,提出運(yùn)用北斗定位系統(tǒng)和RFID技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行漁船的調(diào)度工作。首先概述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID技術(shù),分析了它們優(yōu)勢所在,然后了解了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID技術(shù)在遠(yuǎn)洋漁船中的應(yīng)用現(xiàn)狀,最后詳細(xì)闡述了如何將這兩項(xiàng)技術(shù)綜合運(yùn)用到遠(yuǎn)洋漁船船隊(duì)的調(diào)度工作中,以及該種方式進(jìn)行下的科學(xué)性和效率性。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和RFID技術(shù)在遠(yuǎn)洋漁業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,將海上信息和陸地信息聯(lián)動(dòng)共享,實(shí)現(xiàn)了船案一體化,提高遠(yuǎn)洋漁業(yè)安全生產(chǎn)和信息化水平,這將是遠(yuǎn)洋漁業(yè)發(fā)展的重要里程碑。從遠(yuǎn)洋漁業(yè)目前的發(fā)展趨勢來看,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和以RFID技術(shù)為重要組成部分的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠(yuǎn)洋漁業(yè)中的應(yīng)用前景非常的廣闊。

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Application of Beidou/RFID Technology in the Ocean Fishing Fleet Scheduling

LI Jialin1,YU Lijuan1,2,CHEN Chengming1,2,CAO Shouqi1

(1.CollegeofEngineering,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China;2.CollegeofMechanicalandEnergyEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The international fishing competition is more and more intense. In order to improve the international competitiveness of China's ocean fishing, national vigorously promotes construction of large-scale ocean fishing fleet. Fleet expansion has increased the complexity of scheduling. This paper firstly introduces the concept of compass satellite navigation system and RFID technology, and then analyzes the key technology of the compass satellite and RFID technology and its application status in fishing; finally explore the use of the combination of the two techniques to analysis of ocean fishing fleet scheduling, and clarify its scientific and rationality.

BDS; RFID; ocean fishing fleet; scheduling

2016-01-19

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：15DZ1202202)； 國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心開放基金項(xiàng)目(編號(hào)：02091305051)

S977

A

1008-9268(2016)03-0117-05

李加林(1987-),男,碩士生,主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)工程、智能算法。

虞麗娟(1963-),女,教授,主要從事物聯(lián)網(wǎng)工程、海洋工程、體育工程、高等教育管理等方面研究。

陳成明(1978-),男,博士、講師,主要從事人因工程、工效學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)工程等方面的科研工作。

曹守啟(1973-),男,副教授,主要從事海洋工程裝備設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)工程等方面的研究工作。

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.03.025

聯(lián)系人： 李加林 E-mail:289586608@qq.com