趙和龍 胡克蒙 李華光 宋子龍 文思碩

摘要：在惡劣的天氣海況下，對(duì)于船舶航行的安全從始至今為都是船長(zhǎng)和同業(yè)人員高度重視的話題，大風(fēng)大浪中船舶的航行是惡劣氣象和海況的主要表現(xiàn)形式之一。大風(fēng)大浪中船舶的航行是船長(zhǎng)怎么做到謹(jǐn)慎操作與駕駛，怎么有效的規(guī)避和防范風(fēng)險(xiǎn)和確保船舶在惡劣的氣象和海況中船舶的航行安全，怎么來(lái)保證船舶的安全操作性，直接的關(guān)系到了船舶以及人命財(cái)產(chǎn)安全和海洋環(huán)境保護(hù)安全，針對(duì)目前階段的關(guān)于船舶氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的單一且有諸多問(wèn)題，于是提出了一種基于STM32單片機(jī)處理針對(duì)惡劣天氣的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確的船舶專用氣象監(jiān)測(cè)導(dǎo)航系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：惡劣天氣和海況、航海安全、氣象監(jiān)測(cè)、 STM32單片

0引言

現(xiàn)有的船舶專用氣象監(jiān)測(cè)導(dǎo)航裝置大多數(shù)都只是單一的工作模式，在開(kāi)放的環(huán)境中，受到外部客觀因素的干擾，尤其是在遠(yuǎn)洋海域、無(wú)人小島，信號(hào)傳輸不發(fā)達(dá)、不方便的地方，收到氣象預(yù)報(bào)的幾率非常小，信息的傳輸損耗大，不僅費(fèi)時(shí)還費(fèi)力，并且還存在一定的危險(xiǎn)。針對(duì)現(xiàn)階段惡劣天氣海況預(yù)防單一且需要很多設(shè)備的問(wèn)題，提出了一種基于STM32單片機(jī)的簡(jiǎn)易氣象臺(tái)。此氣象臺(tái)有單獨(dú)的信號(hào)傳輸裝置檢測(cè)手段多、受外部因素小，受困時(shí)還能依靠氣象臺(tái)預(yù)防海洋惡劣天氣同時(shí)還能依靠氣象臺(tái)向外界傳輸信息。

1設(shè)計(jì)方案

船舶專用氣象監(jiān)測(cè)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器裝置、大氣溫度智能化傳感器裝置、大氣壓智能傳感器裝置、蒸發(fā)、輻射、日照傳感器裝置、測(cè)云傳感器裝置、天氣現(xiàn)象傳感器裝置、雷電傳感器裝置、數(shù)據(jù)采集儀、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、風(fēng)力供電系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、百葉箱、STM32單片機(jī)、雨量傳感器裝置構(gòu)成，主要功能可監(jiān)測(cè)風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、大氣壓、北斗衛(wèi)星精準(zhǔn)定位、雨量檢測(cè)、可見(jiàn)度、惡劣天氣報(bào)警等等。主要采用工業(yè)專用10.4英寸TFT彩色液晶屏。分辨率為640×480。即使在黑暗的情況下，也能清晰地顯示測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)，具備了262K色彩支持，可以在-30～80環(huán)境溫度下安全使用。具有全天連續(xù)工作、自動(dòng)更新顯示氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、真風(fēng)速、真風(fēng)向等各項(xiàng)功能，船舶專用氣象監(jiān)測(cè)導(dǎo)航系統(tǒng)能夠很好地完成準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)船舶氣象儀的故障測(cè)試任務(wù)，極大的縮短了船舶氣象儀的測(cè)試和診斷時(shí)間，滿足了船舶氣象儀的快速維修的要求和操作簡(jiǎn)便的需求，測(cè)試效率高，大大的降低了氣象儀的損壞和維修費(fèi)用。

2技術(shù)解決方案

船舶專用氣象監(jiān)測(cè)導(dǎo)航裝置外部主要布置超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感裝置、大氣溫度智能化傳感器裝置、大氣壓智能傳感器裝置、蒸發(fā)、輻射、日照傳感器裝置、測(cè)云傳感器裝置、天氣現(xiàn)象傳感器裝置、雷電傳感器裝置、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、風(fēng)力供電系統(tǒng)、雨量傳感器裝置，來(lái)收集我們需要的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，根據(jù)收集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)短時(shí)間內(nèi)特殊天氣狀況的預(yù)報(bào)。把收集起來(lái)各項(xiàng)參數(shù)集中發(fā)給STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理，把各項(xiàng)數(shù)據(jù)投放在顯示器上。運(yùn)用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的定位我們船舶的準(zhǔn)確位置，觀察衛(wèi)星云圖。采用風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電裝置互補(bǔ)的方式來(lái)給系統(tǒng)供電，可以使系統(tǒng)無(wú)時(shí)無(wú)刻都在運(yùn)行中。假如遇到惡劣天氣，我們的系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器得到數(shù)據(jù)后STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理后，進(jìn)行緊急預(yù)警通知，通過(guò)衛(wèi)星云圖自動(dòng)制定最好的航行路線并導(dǎo)航我們的船舶，以最快速度、最短時(shí)間駛離惡劣天氣所在位置，避讓惡劣天氣，從而保護(hù)船上人員的生命安全，減少因惡劣天氣受影響海上事故的發(fā)生。船舶專用氣象監(jiān)測(cè)導(dǎo)航裝置可靈活組配，船載設(shè)備，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)，便于安裝，可以滿足各種航海船型的需求，氣象站與船載終端可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊的完美結(jié)合，可在靜止和移動(dòng)中工作，減少維護(hù)、耐腐蝕、可以全天候觀測(cè)。工作環(huán)境溫度：-50～+50℃，工作相對(duì)濕度：0～100%RH，通訊方式：RS485/RS232/以太網(wǎng)/光纖/北斗衛(wèi)星，供電方式：直流供電+蓄電池，功能損耗：3-5W，可使用于各種船舶。

3前景分析

隨著航海時(shí)代的發(fā)展與海洋經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，航海安全逐步成為人們重視的重點(diǎn)。尤其是中長(zhǎng)期的天氣海上情況預(yù)測(cè)報(bào)告準(zhǔn)確的為船舶提供了可靠的數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確的提醒了船舶應(yīng)盡快采取應(yīng)變措施躲避惡劣海上天氣的影響獲取了充分的準(zhǔn)備時(shí)間和準(zhǔn)備工作。復(fù)雜的多變的海上惡劣天氣的變化對(duì)船舶在上海航行安全構(gòu)成了非常大的威脅。惡劣航海天氣海況造成的人員傷亡、貨物丟失的情況。一旦預(yù)防不及時(shí)，會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，如果海況嚴(yán)重，可能會(huì)導(dǎo)致重大事故和重大的人員傷亡。據(jù)此，需要一款檢測(cè)手段豐富，受外部客觀因素影響低監(jiān)控覆蓋區(qū)域大，設(shè)備投入成本低，反應(yīng)迅速，自動(dòng)化程度高，安全性能好的檢查設(shè)備同時(shí)要具備續(xù)航能力強(qiáng)、信號(hào)傳輸功能可靠、監(jiān)測(cè)及其檢測(cè)效果準(zhǔn)確的能力。此簡(jiǎn)易氣象臺(tái)具有以上的功能和特點(diǎn)，且市場(chǎng)應(yīng)用范圍廣泛、潛力巨大、需求量大，極具商業(yè)推廣價(jià)值。

4總結(jié)

此氣象臺(tái)檢測(cè)手段豐富、不單一，受外部客觀因素較低，信號(hào)傳輸功能可靠、監(jiān)測(cè)及其檢測(cè)效果準(zhǔn)確，設(shè)備投入的成本較低，反應(yīng)迅速，機(jī)械自動(dòng)化程度高，安全性能好。能夠準(zhǔn)確確定船只當(dāng)前位置及其預(yù)防惡劣的海況天氣，安全性能高，市場(chǎng)應(yīng)用范圍廣泛、潛力巨大、需求量大，極具商業(yè)推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]岳立成.利用RS-485總線實(shí)現(xiàn)氣象要素分布時(shí)自動(dòng)采集，氣象水文海洋儀器， 3/32005

[2]岳立成.總線制分布式氣象要素采集系統(tǒng)初探[J].吉林氣象，2006（2）

[3]李黃.自動(dòng)氣象站使用手冊(cè)[M].氣象出版社，2007.10

[4] 冷教恒.惡劣天氣海況與船舶航行安全會(huì). 2010