席小洋，陳新恩，李聚保

（廣州航海學院，廣東 廣州 510725）

隨著海上絲綢之路的發(fā)展，海上貿易迎來前所未有的盛世。作為海洋大國，航運業(yè)逐漸成為了推動經(jīng)濟發(fā)展和連接國際關系的重要行業(yè)之一。目前由于相關技術不成熟，船舶管理者無法實時獲取船舶動態(tài)，船舶設備相關參數(shù)，尤其是在遠洋船舶上，缺乏有效的通信手段，遇到危險很難及時得到援助，造成的損失和安全問題就略顯突出。為了更好地管理船舶設備，做到實時監(jiān)測監(jiān)控船舶設備動態(tài)，及時與遠洋船舶進行通信交流，需要一個能夠實時提供通信技術，對船舶設備能夠進行實時監(jiān)測監(jiān)控的船舶設備監(jiān)測監(jiān)控平臺。

1 北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)優(yōu)勢

北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)作為中國自主研發(fā)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可以24 h 全天候提供安全、穩(wěn)定、無盲區(qū)死角信息服務?？梢宰鳛橐粋€長久的信息交互平臺。在遠洋航行過程中，是必不可少的。北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)擁有定位導航功能、精密授時功能、獨特的短報文通信功能。換言之，北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)具備定位和雙向通信功能，這樣岸基就可容易快捷獲取船舶相關信息。

相較之國際其他通信方式，北斗導航衛(wèi)星覆蓋范圍廣泛，而且由中國自主控制，避免了信息泄露等安全問題。對于促進中國航運發(fā)展、海上絲綢之路建設，具有重要意義。

2 基于北斗的設備監(jiān)測監(jiān)控平臺總體設計

船舶大型設備多，參數(shù)繁雜，人工監(jiān)測收集數(shù)據(jù)難度大，而且船舶管控中心想要獲取船舶動態(tài)信息困難，危險系數(shù)很高，容易造成很大損失。所以基于此，設計一套能夠24 h全天候船舶設備監(jiān)測監(jiān)控平臺，船舶管控中心能夠隨時隨地實現(xiàn)對船舶動態(tài)了解，對大型設備運轉有一定的了解，增強了對船舶的管理。

基于北斗的設備監(jiān)測監(jiān)控平臺整體設計如圖1所示。

基本流程說明如下：岸基通過北斗衛(wèi)星向船舶發(fā)送信號；船舶北斗傳輸終端接收到北斗衛(wèi)星的信號后傳輸信號給中央處理中心，發(fā)出查閱船舶設備信息；船舶中央處理中心從數(shù)據(jù)收集處理中心那里獲得數(shù)據(jù)后以短報文的形式打包傳輸給北斗衛(wèi)星；北斗衛(wèi)星再將短報文壓縮包轉發(fā)給岸基上；岸基將壓縮包打開分析數(shù)據(jù)，再通過北斗衛(wèi)星給出相關意見反饋給船舶。

圖1 整體設計圖

3 硬件設計

本文研究的基于北斗的設備監(jiān)測監(jiān)控平臺硬件設計如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件模塊結構

根據(jù)功能需要進行硬件設計。核心為中央處理單元，其他相應模塊和中央處理單元串口相連。

中央處理中心作為整個系統(tǒng)平臺控制中心協(xié)調各個硬件模塊工作并且處理數(shù)據(jù)。北斗傳輸模塊需要和北斗衛(wèi)星建立通信通道，接收岸上申請指令，并傳遞信息給中央處理單元；傳遞中央處理單元發(fā)送的符合格式要求的短報文信息給岸基。面部識別裝置對操作使用船舶設備人員進行驗證，識別身份。數(shù)據(jù)收集處理中心收集安裝在設備上的傳感器采集的數(shù)據(jù)，短暫存儲并發(fā)送給中央處理中心，接收中央處理單元申請指令。

作為中央處理中心，要求信息處理速度比較高、外圍設備要比較豐富并且功耗要比較低，單片機是最為理想的選擇。本項目將采用意法半導體集團公司推出的STM32F101單片機，該單片機具有非常高的性能，實時數(shù)字信號處理，低功耗和低電壓操作，有如下優(yōu)點：①低電壓。2.0～3.6 V供電，兼容5 V 的I/O 管腳。②一流的外設。1 μs 的雙12位ADC，4 兆位/秒的UART，18 兆位/秒的SPI，18 MHz的I/O 翻轉速度。③低功耗。在72 MHz 時消耗36 mA（所有外設處于工作狀態(tài)），待機時下降到2 μA；④工作溫度范圍。-40 ℃～+85 ℃或105 ℃。

4 軟件設計

本文研究的基于北斗的設備監(jiān)測監(jiān)控平臺軟件設計如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件模塊結構

基于北斗的設備監(jiān)測監(jiān)控軟件平臺一共分為三大部分：①船舶設備數(shù)據(jù)管理。負責船舶需要監(jiān)測監(jiān)控設備信息存儲，管理人員基本信息和人臉數(shù)據(jù)。②船舶網(wǎng)絡通信管理。確保船舶與監(jiān)控中心之間的通信，傳輸內容包括實時位置數(shù)據(jù)以及傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)和機艙各地環(huán)境信息。③系統(tǒng)管理。登陸用戶可以注冊修改登錄信息，后臺運營人員可以管理系統(tǒng)平臺所有注冊用戶相關信息，并能設置臉部數(shù)據(jù)的存儲。

5 結束語

本論文研究的是基于北斗的設備監(jiān)測監(jiān)控平臺，通過使用北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程實時監(jiān)測監(jiān)控船舶設備的目的。同時，目前北斗衛(wèi)星尚未覆蓋全球，所以北斗導航系統(tǒng)距離全球化應用還有一些距離，需要更多的支持和努力。另外，在實際中，船舶監(jiān)測監(jiān)控設備很容易出現(xiàn)誤差，還需要考慮數(shù)據(jù)采集過程中的準確性。