【摘要】隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，湖區(qū)航道在內(nèi)河運(yùn)輸（貨運(yùn)、客運(yùn)）中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。但是水上復(fù)雜多變的天氣情況和難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的臺(tái)風(fēng)，給湖區(qū)航道的安全出行帶來(lái)極大的威脅。建設(shè)一套湖區(qū)風(fēng)速監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)航道網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)湖區(qū)的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳到上位機(jī)，經(jīng)信息處理系統(tǒng)分析，提前預(yù)測(cè)風(fēng)速變化情況，及時(shí)發(fā)出湖區(qū)航行預(yù)警信息。

【關(guān)鍵詞】湖區(qū)；風(fēng)速；ZigBee；預(yù)警系統(tǒng)

引言

由于臺(tái)風(fēng)等惡劣氣象條件造成的重大人身傷亡事故和重大財(cái)產(chǎn)損失的報(bào)道屢見(jiàn)報(bào)端，給湖區(qū)運(yùn)輸造成嚴(yán)重的影響。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)湖區(qū)范圍內(nèi)大風(fēng)等惡劣天氣，減輕事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，研制一套湖區(qū)風(fēng)速監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，服務(wù)海事監(jiān)管部門，一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)境危害可能會(huì)引發(fā)船舶交通事故，立刻對(duì)航道內(nèi)的通行船舶發(fā)出預(yù)警，使船舶能夠及時(shí)采取措施，避免危機(jī)的發(fā)生。

1、預(yù)警系統(tǒng)功能目標(biāo)

湖區(qū)風(fēng)速監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的功能依據(jù)湖區(qū)海事預(yù)警安全管理的功能并結(jié)合預(yù)警系統(tǒng)本身特點(diǎn)可以確定以下4個(gè)基本功能：

（1）監(jiān)測(cè)功能：通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)湖區(qū)航線環(huán)境狀況，收集、處理后將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，確保監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確。

（2）預(yù)警功能：采用安全預(yù)警模型對(duì)當(dāng)前的警源因素分析，判斷出湖區(qū)航運(yùn)安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)情況，確定是否需要進(jìn)行預(yù)警。

（3）預(yù)警信息發(fā)布功能：以GIS地理信息技術(shù)為基礎(chǔ)，按照真實(shí)的預(yù)警級(jí)別，結(jié)合評(píng)判出的主要致災(zāi)因素和建議采取的應(yīng)急管理措施，展現(xiàn)給決策者，及時(shí)通過(guò)各種信息發(fā)布設(shè)施向相關(guān)船舶，盡快地降低或消除安全風(fēng)險(xiǎn)，以達(dá)到預(yù)警的目的。

（4）數(shù)據(jù)輸入與查詢功能：預(yù)警信息系統(tǒng)不僅要為相關(guān)海事監(jiān)管部門提供信息輸入和查詢功能，更要為相關(guān)用戶如船員船舶公司等提供預(yù)警信息查詢等功能，有助于海事監(jiān)管部門直觀把握湖區(qū)航線安全狀態(tài)。

2、系統(tǒng)總體架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)湖區(qū)預(yù)警的目標(biāo)，預(yù)警系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息處理、信息預(yù)警、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能。從總體結(jié)構(gòu)上，將風(fēng)速監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)分成數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集模塊、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、上位機(jī)數(shù)據(jù)處理與控制模塊、預(yù)警信息發(fā)布模塊共4個(gè)模塊，組成了湖區(qū)風(fēng)速監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。圖1所示為系統(tǒng)總體模塊結(jié)構(gòu)。

3、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集模塊

湖區(qū)風(fēng)速監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)是對(duì)影響船舶安全航行的因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中環(huán)境因素對(duì)船舶航行影響最大，需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

在湖區(qū)風(fēng)速監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集模塊在整個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)很重要的位置，小到每條預(yù)警信息的發(fā)出，大到整個(gè)湖區(qū)航運(yùn)安全狀態(tài)的評(píng)估、應(yīng)急管理措施的制定都必須以精確的采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。因此，采集哪些信息，怎樣及時(shí)、準(zhǔn)確地將信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)是整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)建立和高效運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。

（2）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

湖區(qū)范圍環(huán)境限制比較高，有線通信鋪設(shè)光纜的成本太高，而且一旦出現(xiàn)故障不能夠及時(shí)查出原因。無(wú)線通信方式，能夠在短時(shí)間內(nèi)組成通信網(wǎng)絡(luò)，而且也很容易對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容。ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在靈活性和移動(dòng)性上比有線組網(wǎng)要有很大優(yōu)勢(shì)，可通過(guò)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)控制中心組成星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，布設(shè)成本比較低，并且監(jiān)測(cè)設(shè)備比較小，耗電量較低，可采用太陽(yáng)能充電的方式保證設(shè)備的正常工作。因此ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)非常適用湖區(qū)風(fēng)速預(yù)警信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊。

采用無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取風(fēng)速、風(fēng)向、天氣、溫度等因素的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸，再把數(shù)據(jù)發(fā)送給控制中心?？刂凭W(wǎng)絡(luò)中所有ZigBee傳感器模塊都將收到的數(shù)據(jù)傳輸給控制中心，控制中心通過(guò) 串行通訊與上位機(jī)相連，接收上位機(jī)發(fā)送的控制命令。

（3）上位機(jī)數(shù)據(jù)處理控制模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)是預(yù)警信息系統(tǒng)的重要組成部分。數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存儲(chǔ)的不只是風(fēng)速監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還包括各種氣象數(shù)據(jù)、風(fēng)速預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、用戶船舶信息等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較多，基本要求如下：能夠保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性，防止被破壞，存儲(chǔ)空間具有可擴(kuò)充性。

上位機(jī)數(shù)據(jù)處理和控制模塊主要是實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)信息的接收、顯示、數(shù)據(jù)處理和分析以及發(fā)送控制指令等功能。上位機(jī)程序包括信號(hào)傳輸模塊、以及數(shù)據(jù)接收、處理、顯示、保存等模塊。

（4）預(yù)警信息發(fā)布模塊

預(yù)警信息發(fā)布模塊是以GIS地理信息技術(shù)為基礎(chǔ)，在接收到上位機(jī)傳來(lái)處理過(guò)的數(shù)據(jù)后，預(yù)測(cè)分析未來(lái)不同時(shí)間段的風(fēng)速估計(jì)值。綜合所有自然、船舶、人員、管理等所有因素的出安全評(píng)價(jià)，給出當(dāng)前船舶在湖區(qū)航行的安全狀況。

預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到互聯(lián)網(wǎng)上，海事監(jiān)管部門或者用戶可以在任何地點(diǎn)通過(guò)Internet進(jìn)行訪問(wèn)，以及共享到用戶的PC終端或其他手持終端設(shè)備上，采取相應(yīng)措施盡快地降低或消除安全風(fēng)險(xiǎn)，從而保證湖區(qū)風(fēng)速預(yù)警能夠達(dá)到預(yù)防事故、減少惡劣天氣帶來(lái)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

結(jié)束語(yǔ)：

湖區(qū)風(fēng)速監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的目的是為了減少船舶在惡劣天氣情況下發(fā)生事故，保障航行船舶的財(cái)產(chǎn)和人員安全。針對(duì)湖區(qū)風(fēng)速預(yù)測(cè)和預(yù)警信息系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并介紹了相關(guān)各功能模塊的功能及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求，建議采用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)所涉及到的軟件硬件模塊進(jìn)行了框架設(shè)計(jì)，為以后進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際開(kāi)發(fā)給出了研究方向。

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作者簡(jiǎn)介：董海濤，男，漢，籍貫：河北省秦皇島市昌黎縣 研究方向：智慧交通