朱峰

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航道疏浚工程不斷增多，為了對疏浚船舶實(shí)施有效的監(jiān)管，研發(fā)了一套GPS監(jiān)管系統(tǒng)。本文首先對GPS技術(shù)進(jìn)行了概述，接著重點(diǎn)研究了該監(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。通過GPS與GIS的有機(jī)結(jié)合，改進(jìn)了疏浚船舶的管理水平，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：疏浚船舶；GPS監(jiān)管系統(tǒng)；開發(fā)

中圖分類號：P228 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著科技的飛速發(fā)展，GPS定位系統(tǒng)逐漸成為各行業(yè)廣泛應(yīng)用的定位技術(shù)，具有全天候、可靠性高等特點(diǎn)。當(dāng)前來說，隨著我國港口建設(shè)的加快，疏浚工程不斷增多，對于疏浚船舶的管理引起人們的關(guān)注。由于船舶數(shù)量眾多，施工環(huán)境復(fù)雜，單靠工作人員的現(xiàn)場監(jiān)督，難度太大?；诖耍疚奶岢隽嘶谑杩４昂虶PS監(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

1 GPS概述

1.1 GPS的基本概念

GPS（Global Positioning System）是一種通過接收GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行導(dǎo)航、定位的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全天候、全方位的準(zhǔn)確定位，可以說，GPS的應(yīng)用有效地解決了人們工作、生活中的導(dǎo)航與定位問題，在相關(guān)工程領(lǐng)域起到了非常重要的作用，并創(chuàng)造了極高的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

以往的定位技術(shù)存在各種不足，比如準(zhǔn)確度低，可用距離短，受環(huán)境影響大，在能見度較低的惡劣天氣狀況下難以保證船舶的航行安全。GPS的出現(xiàn)完美地解決了上述問題，總的來說，GPS定位技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

一是準(zhǔn)確度高。實(shí)踐表明，在300m～1500m的精密定位中，一小時以上探測的定位誤差低于lmm。二是全天候作業(yè)。當(dāng)前的GPS技術(shù)能夠在全天24小時內(nèi)使用，且不會受到大風(fēng)、雨雪等天氣的影響。并且極短時間內(nèi)就能完成一次定位，實(shí)用性強(qiáng)。三是操作方便。隨著GPS技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，自動化水平越來越高，逐漸實(shí)現(xiàn)了“傻瓜式”操作，且探測裝置的體積非常小，攜帶方便，便于工作人員的使用。

1.2 GPS定位原理

GPS技術(shù)的定位原理是通過探測已知位置的衛(wèi)星到信號接收機(jī)的間距，接著結(jié)合多個衛(wèi)星的探測數(shù)據(jù)即可得到信號接收機(jī)的具體方位。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一是得到衛(wèi)星的位置，其可以依據(jù)星載時鐘所提供的時間在星歷中查找到；二是得到接收機(jī)到衛(wèi)星的距離，其可以通過將信號傳送到接收機(jī)所用的時間與光速相乘得到，因?yàn)殡婋x層造成的影響，計算得到的數(shù)值并不是兩者之間實(shí)際的距離，而是偽距。當(dāng)導(dǎo)航衛(wèi)星正常運(yùn)行時，會持續(xù)發(fā)送1和0二進(jìn)制碼元構(gòu)成的偽隨機(jī)碼（可稱之為偽碼）。GPS采用的偽碼有兩種，包括民用的C/A碼、軍用的P（Y）碼。前者的頻率為1.023MHz，重復(fù)時間1ms，碼間距1μs，即300m；P碼的頻率為10.23MHz，重復(fù)時間266.4天，碼間距0.1μs，即30m，Y碼是基于P碼而得到的，安全性更高。導(dǎo)航電文，涉及衛(wèi)星星歷、運(yùn)行狀況、時鐘校正、時延修正等等信息。它是從接收到的衛(wèi)星信號中解調(diào)得到的，以50b/s調(diào)制予以發(fā)射。其每個主幀中包括5個子幀，每幀長6s。前三幀各有10個字碼；每30s時間重復(fù)一次，60min更新一次。后兩幀共15000b。當(dāng)使用者收到導(dǎo)航電文后，取得衛(wèi)星時間并將其與對應(yīng)的時鐘進(jìn)行比較，便可得到衛(wèi)星與使用者的距離，再應(yīng)用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷推測出衛(wèi)星的具體位置，使用者的位置速度等信息也可得知。

2 需求分析

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航道疏浚工程不斷增多，且工程量非常大，工期緊張，進(jìn)行航道疏浚的船舶數(shù)量眾多，對于船舶是否到了預(yù)期的拋泥區(qū)，在哪個位置開始拋泥，相應(yīng)時間內(nèi)各艘船的工作量（也就是拋泥次數(shù)以及不到位次數(shù)的統(tǒng)計）等都是施工單位必須加以控制的。單單依靠數(shù)量有限的工作人員進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督，難度可想而知。所以，盡可能地精簡管理程序，對船舶開展遠(yuǎn)程監(jiān)管及控制，是施工單位在疏浚船舶管理中非常重視的問題。以往的監(jiān)管系統(tǒng)，易于通過斷電等方式作假，監(jiān)管效果不佳。后來又采用租賃漁船觀察作業(yè)船舶，防止違規(guī)拋泥；使用望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)距離檢查；在拋泥點(diǎn)蹲守，確認(rèn)實(shí)際拋泥情況等方式，這些都需要依靠現(xiàn)場監(jiān)管，成本較高，效果也不理想。

在具體應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，原先的操作系統(tǒng)存在多方面的問題，比如要想確認(rèn)疏浚船舶是否在預(yù)期位置拋泥，需要通過以下操作才能實(shí)現(xiàn)：單擊船舶，在分隔框里單擊“回放”按鍵，設(shè)置起止時間、單擊“查詢”就會彈出有關(guān)這艘船的觀測窗口。其中顯示了所選擇船舶在相應(yīng)時間段運(yùn)行的路徑及相關(guān)信息，檢查完成一艘船全天之內(nèi)的作業(yè)情況要花費(fèi)15 min的時間，如果當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)速度較慢，時間還會延長，最多需要1個多小時。此外，還發(fā)現(xiàn)疏浚船舶在相應(yīng)時間內(nèi)到拋泥區(qū)時的具體違規(guī)情況，需要將疏浚船舶依次通過上述步驟回放才可以發(fā)現(xiàn)，最多時會達(dá)到40艘，假如每一艘船舶都要進(jìn)行查詢就要花費(fèi)一整天的時間，這樣在人力、物力上的消耗巨大，統(tǒng)計數(shù)據(jù)還會存在偏差。對于上述問題，進(jìn)行技術(shù)上的革新，基于已有的監(jiān)管系統(tǒng)，通過實(shí)踐對其不完善之處進(jìn)行改進(jìn)，可以有效地解決上述問題。

3 基于疏浚船舶和GPS監(jiān)管系統(tǒng)的開發(fā)

結(jié)合工程實(shí)際需要，對系統(tǒng)的創(chuàng)新主要存在以下幾個方面，在軟件標(biāo)題欄里設(shè)置違規(guī)船舶顯示按鍵，右側(cè)工具欄設(shè)置告警標(biāo)識，為了杜絕疏浚船舶私自拋泥，在船舶的拋泥按鍵處裝設(shè)感應(yīng)設(shè)備，如果其未到指定區(qū)域拋泥，而是私自在途中拋泥，電腦監(jiān)控端就會予以顯示，使得監(jiān)管人員及時的予以發(fā)現(xiàn)，并能夠方便、快捷地查看違規(guī)船舶的統(tǒng)計情況。下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

其一，通過進(jìn)一步的開發(fā)，在標(biāo)題欄里設(shè)置一欄專門用來展示違規(guī)船舶，并在相應(yīng)的工具欄設(shè)置告警標(biāo)識，一旦出現(xiàn)違規(guī)就會及時告警。

其二，在工具欄新設(shè)“數(shù)據(jù)查詢”/“報警查詢”功能，點(diǎn)擊彈出相應(yīng)的窗口，在其中輸入所要查看的時間、船舶，就可以查詢到相應(yīng)船舶的報警次數(shù)，如此一來就能有效解決船舶違規(guī)拋泥的問題。

其三，還可以解決拋泥次數(shù)到位情況的統(tǒng)計問題，在標(biāo)題欄里設(shè)置“數(shù)據(jù)查詢”/“拋泥次數(shù)統(tǒng)計”功能，點(diǎn)擊彈出相應(yīng)窗口，在其中輸入所要查看的時間、船舶，就可以查詢到相應(yīng)船舶的“拋泥次數(shù)”以及“不到位”違規(guī)記錄以及違規(guī)的形式，簡潔明了。這樣一來，有效地節(jié)省了時間成本，操作也更加方便。

其四，安裝感應(yīng)設(shè)備?？紤]到疏浚船舶在工作途中，有的會打開艙門，邊走邊拋泥，為了應(yīng)對這一情況，在各艘疏浚船舶的拋泥按鍵處裝設(shè)感應(yīng)設(shè)備，假如該艘船在途中擅自拋泥，遠(yuǎn)端的監(jiān)控界面上就會顯示告警，通知監(jiān)管人員。

結(jié)語

疏浚船舶GPS監(jiān)管系統(tǒng)是GPS與GIS技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在使用過程中對其功能進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新，對違規(guī)船舶進(jìn)行及時的告警與統(tǒng)計，并通過安裝感應(yīng)設(shè)備，監(jiān)控船舶是否存在私自拋泥的情況，及時的通知監(jiān)管人員予以處理，取得了比較理想的效果。加強(qiáng)對疏浚船舶的監(jiān)管與控制，防止船舶違規(guī)拋泥情況的出現(xiàn)，改進(jìn)了疏浚船舶的管理水平，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時也有效地保護(hù)了海洋環(huán)境。

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