王 力

船舶管理信息系統(tǒng)設(shè)計

王 力

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

為了加快管理信息化建設(shè)，提高船舶管理過程的效率，本文設(shè)計了一種船舶管理信息系統(tǒng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括n個本地監(jiān)控中心，1個遠程監(jiān)控中心，按照統(tǒng)一后臺管理模式進行設(shè)計和實施，通過VSAT衛(wèi)星通信，實時上傳船舶各系統(tǒng)的運行參數(shù)，供相關(guān)人員監(jiān)測平臺各系統(tǒng)的實時運行狀況，匯總比較不同平臺運行性能，制作統(tǒng)計報表，優(yōu)化運行方式，實現(xiàn)平臺各系統(tǒng)的故障診斷、能效管理等。

船舶管理 信息共享 能效管理

0 引言

船舶管理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是信息共享，這一技術(shù)集中體現(xiàn)了該系統(tǒng)的功能和效益。利用有用的信息集成，船舶管理信息系統(tǒng)可以做到信息共享，最終實現(xiàn)船岸一體化的信息交換，可以對船舶運營和管理產(chǎn)生巨大的改善。研究和開發(fā)船舶管理信息系統(tǒng)對于國防建設(shè)也具有重要意義，可以大大提高海軍艦船的協(xié)調(diào)作戰(zhàn)能力。

1 組成

本方案采用VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)。VSAT是 Very Small Aperture Terminal 的縮字，直譯為甚小口徑衛(wèi)星終端站。所以也稱為衛(wèi)星小數(shù)據(jù)站（小站）或個人地球站（PES），這里的“小”字指的是VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中小站設(shè)備的天線口徑小，通常為0.3~1.4 M。VSAT系統(tǒng)具有靈活性強，可靠性高，成本低，使用方便以及小站可直接裝在用戶端等特點。VSAT系統(tǒng)由一個主站及眾多分散設(shè)置在各個用戶所在地的遠端VSAT組成，可不借助任何地面線路，不受地形、距離和地面通信條件限制，主站和VSAT間可直接進行高達2 Mbps的數(shù)據(jù)通信。特別適用于有較大信息量和所轄邊遠分支機構(gòu)較多的部門使用。VSAT系統(tǒng)可提供電話、傳真、計算機信息等多種通信業(yè)務(wù)。

1.1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)

遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用先進的B/S（瀏覽器/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的集中管理，易于存儲管理和升級維護。

系統(tǒng)分設(shè)本地監(jiān)控中心（船端）和遠程監(jiān)控中心（岸基）兩大部分。本地監(jiān)控中心面向所在平臺（n），既作為本地的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理中心，同時又作為與遠程監(jiān)控中心通訊聯(lián)絡(luò)的中介。遠程監(jiān)控中心面向所有入網(wǎng)平臺（1），用以管理所有的船舶。兩者具有n：1的關(guān)系，通過船岸通訊協(xié)議實現(xiàn)雙向通訊，具有相同的功能和用戶界面，區(qū)別在于數(shù)據(jù)密度（時間分辨率）不同，本地數(shù)據(jù)密度高，特別是CCTV視頻數(shù)據(jù)。

遠程監(jiān)控中心部署于云服務(wù)器，工況和通導(dǎo)數(shù)據(jù)存儲于時間序列數(shù)據(jù)庫，報警及管理信息存儲于關(guān)系數(shù)據(jù)庫，擬采用MySQL。通過WEB服務(wù)器提供對外服務(wù)，遠程用戶可通過IE、Firefox等網(wǎng)絡(luò)瀏覽器使用相關(guān)功能，功能受到用戶名/密碼保護和控制。

遠程用戶除了訪問遠程監(jiān)控中心的定時上傳數(shù)據(jù)，也可臨時訪問存儲于遠程平臺上的高密數(shù)據(jù)，如其它未上傳的CCTV實時視頻，提高系統(tǒng)的靈活性和便利性。

圖1 系統(tǒng)組成

圖2 船端網(wǎng)絡(luò)圖

1.2 船岸通訊

所有監(jiān)控參數(shù)均可定時上傳到遠程監(jiān)控中心的遠端服務(wù)器。根據(jù)帶寬需求和業(yè)務(wù)特點，監(jiān)控參數(shù)實行分類管理，各自制定數(shù)據(jù)上傳策略。監(jiān)控參數(shù)主要包括設(shè)備運行工況、通導(dǎo)參數(shù)、多路CCTV視頻數(shù)據(jù)、音頻通話等4大類，船岸通訊可虛擬成4條傳輸鏈路。

本地數(shù)據(jù)存儲的策略側(cè)重于保留細節(jié)、去除冗余；遠程上傳的策略側(cè)重于減少帶寬占用，傳遞盡可能多的有效信息至遠程監(jiān)控中心。遠程存儲策略在于平衡存儲空間和有效信息，精選測點?？偨y(tǒng)而言，運行工況和通導(dǎo)參數(shù)可優(yōu)選參數(shù)，長期保存；CCTV視頻由于空間占用巨大，可設(shè)定存儲配額，循環(huán)存儲；音頻通話為臨時數(shù)據(jù)，無需保存。

運行工況包括機器設(shè)備的運行參數(shù)，如溫度、壓力，以及報警測點。通導(dǎo)參數(shù)包括GPS、測深儀、VDR等儀表數(shù)據(jù)。運行工況和通導(dǎo)參數(shù)的船岸通訊為自定義協(xié)議，大量采用了IoT（物聯(lián)網(wǎng)）等協(xié)議規(guī)范，高性能、高可靠。CCTV視頻和音頻采用流式協(xié)議，如RTMP、RTSP、FLV/HLS等，實現(xiàn)編碼、解碼、轉(zhuǎn)碼、壓縮等功能。

1.3 船端網(wǎng)絡(luò)

為確保整個系統(tǒng)安全可靠運行，船端各子系統(tǒng)間通過光纖連接，通訊協(xié)議為TCP/IP，光纖交換機選用西門子SCALANCE X200系列交換機。

光纖環(huán)網(wǎng)可以防止網(wǎng)絡(luò)中任何一條連接線斷掉，影響連接中的一個區(qū)域所帶來的網(wǎng)絡(luò)安全隱患。是目前最先進的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，它的自愈功能好，具有生存力強，網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定和可靠性高等優(yōu)點。

表1 參數(shù)存儲和上傳策略

2 能效管理

能效管理系統(tǒng)能夠基于船舶航行設(shè)備的實時運行參數(shù)數(shù)據(jù)及船舶能效指標，分析能效影響因素，滿足船舶的能效管理需求。面向船舶營運過程中的船舶能效智能化，通過對航行行為及耗能設(shè)備數(shù)據(jù)的智能感知、自動采集、在線監(jiān)測等方式使用大數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析及優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了船舶能耗、排放數(shù)據(jù)的在線智能監(jiān)測，具有船舶能效實時評估與預(yù)警、船舶運營效率與效益評估等功能；同時，該系統(tǒng)可與公司機務(wù)海務(wù)、燃油管理、健康保養(yǎng)等管理系統(tǒng)建立標準的數(shù)據(jù)接口，形成船舶大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高船舶大數(shù)據(jù)的使用效率，提高航運管理精度，降低運營成本。幫助船東實現(xiàn)高效節(jié)能、經(jīng)濟航行、減少排放的最優(yōu)航行目的。

數(shù)據(jù)采集功能是能效管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所有其他功能使用的數(shù)據(jù)，均來自于數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集是通過分布在全船的導(dǎo)航雷達、陀螺羅經(jīng)、各類傳感器、攝像頭、水平儀、測深儀、主要耗能設(shè)備、軸功率監(jiān)測設(shè)備、主要耗能設(shè)備的燃料計量裝置、風(fēng)速風(fēng)向儀、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、計程儀、電子傾斜儀、船舶吃水測量設(shè)備等設(shè)備將能效系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)采集并集中，通過以太網(wǎng)通訊發(fā)送到船上數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，岸基數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和分布在船上各處的監(jiān)測臺。數(shù)據(jù)采集功能采集的主要參數(shù)如表2所示。

表2 能效管理數(shù)據(jù)采集主要信息

智能能效管理可以實現(xiàn)以下基本功能：

1）船舶航行狀態(tài)、能效及耗能狀況在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)的自動采集，以及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)的獲得；

2）對船舶能效及能耗狀況進行評估、報告和報警；

3）根據(jù)分析評估結(jié)果，為船舶能效管理提供輔助決策建議；

4）可結(jié)合航線特點、燃料消耗、經(jīng)濟效益等評估結(jié)果，提供基于不同目標的航速優(yōu)化方案；

5）可根據(jù)初始裝載及船舶最佳航態(tài)分析，提供基于縱傾優(yōu)化的最佳配載方案。

3 結(jié)論

船舶管理信息系統(tǒng)按照統(tǒng)一后臺管理模式進行設(shè)計和實施，實時上傳船舶各系統(tǒng)的運行參數(shù)，包括平臺運行工況、事件報警等航行參數(shù)到管理中心站，供相關(guān)人員監(jiān)測平臺各系統(tǒng)的實時運行狀況，匯總比較不同平臺運行性能，制作統(tǒng)計報表，優(yōu)化運行方式，實現(xiàn)平臺各系統(tǒng)的故障診斷、能效管理等，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，挖掘驗證平臺運行規(guī)律，進一步推進各系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)字化和精細化。

[1] 趙耀. 船舶信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 天津: 南開大學(xué), 2014.

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[3] 劉微, 尚家發(fā), 智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀及我國發(fā)展策略研究[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2017.

Design of Ship Management Information System

Wang Li

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

U691.1

A

1003-4862（2019）10-0058-03

2019-01-21

王力（1985-），男。研究方向：船舶電氣。E-mail: hbdyw11985@163.com