基于Ｆｌｅｅｔ７７的船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)的設(shè)計

【摘要】 基于Inmarsat-Fleet77的船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能進(jìn)行了分析設(shè)計，根據(jù)監(jiān)控和指揮需求，對系統(tǒng)的主要應(yīng)用部分作了詳細(xì)的介紹，著重論述了各個部分的連接、實現(xiàn)功能及工作原理，GPS、Fleet77、GIS實現(xiàn)的功能等。

【關(guān)鍵詞】 監(jiān)控指揮系統(tǒng);Inmarsat-Fleet77;船載終端

近年來，隨著航運在交通運輸中的不斷發(fā)展，船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)越來越成為人們關(guān)注的焦點。目前出現(xiàn)的船舶導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)多是基于AIS，而AIS在VHF的單工信道CH87和CH88上傳輸，覆蓋范圍有限，比較適合港口監(jiān)控。結(jié)合全球移動通信提供的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，出現(xiàn)了基于AIS和GPRS或CDMA的船舶監(jiān)控系統(tǒng)，但是這類系統(tǒng)在大洋中仍無法滿足需要。對于船公司來說，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的船舶遠(yuǎn)程監(jiān)控顯得十分必要。

2002年4月，Inmarsat-Fleet77系統(tǒng)的推出突破了原來一直限制船舶監(jiān)控系統(tǒng)向陸地航運企業(yè)延伸的通信瓶頸。Inmarsat-Fleet77在船岸通信中為許多新的應(yīng)用系統(tǒng)開啟了大門，可實現(xiàn)岸上公司對船舶航行狀況、設(shè)備運行狀態(tài)等進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用該系統(tǒng)新推出的MPDS(mobilepacketdataservice)功能，F(xiàn)leet77船站與船舶網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可保持實時在線連接，可實現(xiàn)岸上有關(guān)部門對船舶航行狀況的實時監(jiān)控。

GPS具有定位精度高、實時性強(qiáng)、全天候工作且成本低廉等優(yōu)點。GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)使得對船舶的實時跟蹤成為可能，同時結(jié)合現(xiàn)代無線通信技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)，可為交通和航運公司等部門建立高效、現(xiàn)代化的監(jiān)控指揮系統(tǒng)，使航運公司指揮調(diào)度與安全管理進(jìn)入實時、準(zhǔn)確、直觀、、大范圍的集中式監(jiān)控管理。本文以解決船岸系統(tǒng)之間的相互隔離，實現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)共享為出發(fā)點，以GPS和船岸衛(wèi)星通信系統(tǒng)為載體，在對GIS地理信息系統(tǒng)、GPS船舶定位技術(shù)和INMARSAT通信衛(wèi)星技術(shù)充分研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于Inmarsat-Fleet77的船舶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)設(shè)計要求

1.定位功能。這是整個系統(tǒng)最基本的功能，能實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)所有船舶的實時定位顯示，同時提供包括位置、方向、時間、速度等船舶定位信息。

2.報警功能。當(dāng)船舶發(fā)生異常情況時，系統(tǒng)能自動報告，同時控制中心能自動顯示。

3.指揮功能。可通過船舶定位終端的無線通信模塊實現(xiàn)通話，并通過船載液晶顯示調(diào)度指令和其它短信。

4.歷史資料查詢功能。可通過控制中心的記錄查船舶的歷史情況，如查詢船舶在過去某個時間的位置、速度、狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

5.擴(kuò)展功能。良好的設(shè)計應(yīng)為系統(tǒng)的升級和功能擴(kuò)展提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)，要求系統(tǒng)具有良好的安全性和保密措施，可以脫離開發(fā)環(huán)境運行，同時系統(tǒng)還應(yīng)具備可擴(kuò)充性。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.系統(tǒng)概述。通過Fleet77船站和衛(wèi)星地面站實現(xiàn)的船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)，是將GPS技術(shù)、全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)和計算機(jī)串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，將裝有GPS船舶的位置數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星地面站傳輸?shù)奖O(jiān)控指揮中心服務(wù)器。客戶機(jī)連接到指揮中心的服務(wù)器可實現(xiàn)GIS的圖形化監(jiān)控查詢功能，從而對船舶進(jìn)行監(jiān)控、指揮和管理。

2.系統(tǒng)組成及工作過程。該系統(tǒng)由船載GPS、Inmarsat-F leet77、地面站、監(jiān)控指揮中心及客戶端工作站五大部分組成(圖1為船舶監(jiān)控指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖)。GPS船位等數(shù)據(jù)與本系統(tǒng)之間的無線傳輸方式為:

船載GPS接收機(jī)→Fleet77船站←→衛(wèi)星信道←→Fleet77船站←→服務(wù)器←→客戶端。

航行的船舶裝載船載終端，船載終端有接收器和發(fā)射器，完成船舶定位、與岸上調(diào)度中心通信功能，處理岸上調(diào)度中心調(diào)度指令。

陸上監(jiān)控中心系統(tǒng)通過Internet和衛(wèi)星接收站Fleet77連接，由衛(wèi)星接收站提供固定的IP地址和端口，陸上監(jiān)控中心由三大服務(wù)器和監(jiān)控終端組成，服務(wù)器分別為通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器和Web服務(wù)器，通信服務(wù)器與衛(wèi)星接收站連接，負(fù)責(zé)接收和發(fā)送衛(wèi)星數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的處理和存儲;GIS服務(wù)器將數(shù)據(jù)庫中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)加入到電子海圖中，形成可視化實時監(jiān)控圖標(biāo);Web服務(wù)器負(fù)責(zé)完成網(wǎng)上發(fā)布，使多個監(jiān)控終端可以同時實現(xiàn)對航行船舶的實時監(jiān)控。通信服務(wù)器與衛(wèi)星運營公司之間的連接采用C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)，Web服務(wù)器與監(jiān)控終端之間的連接采用B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)。

3.船載終端。船載終端置于航行船舶上，用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，如位置信息、文字信息等，內(nèi)部帶有存儲器，用于存儲最新的接收數(shù)據(jù);在進(jìn)行通信時，需要放在信號好的開闊地帶，無遮擋、少干擾。

船載終端為衛(wèi)星導(dǎo)航定位綜合信息服務(wù)平臺的關(guān)鍵組成部分，它將Inmarsat-Fleet77、GPS有機(jī)的結(jié)合在一起，其主要功能是定位、保密報文通信、數(shù)據(jù)采集、目標(biāo)監(jiān)控、門限報警、集群指揮、導(dǎo)航、視頻音頻廣播等功能。船載終端開機(jī)后，終端狀態(tài)信息需要發(fā)出詢問后才會有應(yīng)答，根據(jù)它的應(yīng)答信息，可以知道終端是否可以正常工作，終端狀態(tài)包括禁止收發(fā)、收發(fā)單向、收發(fā)雙向，只有在收發(fā)雙向的情況下才是正常工作的狀態(tài)。船載終端接收GPS定位數(shù)據(jù)，和INMARSAT-Fleet77衛(wèi)星之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在本系統(tǒng)中用到的功能主要有:

(1)定位功能。終端定位采用GPS，刷新頻度為1秒，終端接收到定位信息后，將通過串口實時傳輸經(jīng)度、緯度、高度、時間、速度、方向、精度、GPS可用衛(wèi)星數(shù)等信息。

(2)通信功能。終端能通過PC機(jī)進(jìn)行電文鍵入、編輯、發(fā)送、接收和顯示，并在接收通信信息后自動發(fā)送通信回執(zhí)。

(3)報警功能。可向主站、其他終端、監(jiān)控中心發(fā)送報警指令。報警指令包括:本機(jī)位置、救助方式和信息內(nèi)容，同時可接收其他終端發(fā)出的報警指令，并獲得遇險者位置和報警內(nèi)容;按先入先出原則動態(tài)存儲收到的報警信息，存儲能力與存儲器的大小有關(guān)。

船舶定位由GPS完成，并返回到船載終端，INMARSAT-F衛(wèi)星完成數(shù)據(jù)的傳輸工作。

4.陸上監(jiān)控中心系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息為通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器和Web服務(wù)器所用。通信服務(wù)器和GIS服務(wù)器所用數(shù)據(jù)表主要包括船舶信息表、實時數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)表、實時發(fā)送短信表、歷史發(fā)送短信表、實時接收短信表、歷史接收短信表;Web服務(wù)器所用數(shù)據(jù)表主要包括船員信息表、用戶信息表、航標(biāo)信息表。

通信服務(wù)器連接衛(wèi)星運營公司提供的特定數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，與衛(wèi)星運營中心形成C/S結(jié)構(gòu)，最簡單的C/S體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用由兩部分組成，即客戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器程序。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中，數(shù)據(jù)的儲存管理功能是由服務(wù)器程序和客戶應(yīng)用程序分別獨立進(jìn)行的，前臺應(yīng)用可以違反的規(guī)則，并且通常把那些不同的運行數(shù)據(jù)在服務(wù)器程序中不集中實現(xiàn)，如訪問者的權(quán)限，編號可以重復(fù)、必須有客戶才能建立定單的規(guī)則。船舶信息及航道數(shù)據(jù)信息被通信服務(wù)器接收后，存入Oracle數(shù)據(jù)庫，供其它數(shù)據(jù)庫調(diào)用。

(1)Web服務(wù)器。Web服務(wù)器將船舶信息以網(wǎng)頁的形式顯示，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，Web服務(wù)器采用B/S結(jié)構(gòu)，B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過Web瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實現(xiàn)，這樣就大大簡化了客戶端的負(fù)載，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

(2)陸上監(jiān)控中心。只要擁有用戶的賬號和密碼，登錄上衛(wèi)星運營中心，可以在任何一臺PC機(jī)上進(jìn)行航行船舶的監(jiān)控，一般是擁有一個陸上監(jiān)控中心主站，服務(wù)器都設(shè)立在主站，在其它各級航運公司、各個港口建立遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。監(jiān)控中心主站擁有操作權(quán)，可以和航行船舶進(jìn)行直接的通信，分站僅擁有監(jiān)督權(quán)，只能通過網(wǎng)頁掌握船舶的航行信息，不可直接和航行船舶進(jìn)行通信，不可直接控制航行船舶。

5.船載監(jiān)控分中心。陸上監(jiān)控主站可以設(shè)置船載監(jiān)控分中心，船載分中心上安裝特定的船載終端，可接收到陸上監(jiān)控中心轉(zhuǎn)發(fā)過來的所有船舶航行信息。船載分中心對于各條船舶擁有監(jiān)督權(quán)和指揮權(quán)，可以和其他船舶進(jìn)行直接通信，并可以對其他船舶的船位報告頻率進(jìn)行設(shè)置。

參考文獻(xiàn)

[1]李興林.船舶監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用[J].中國航海.2007(4):58～61

[2]莫餒，李勇建，許華勝.基于GPS/GPRS的船載導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].壓電與聲光.2009(1):24～26

[3]陳放，李建民，張英俊.海事衛(wèi)星船站數(shù)據(jù)傳輸信道選擇的優(yōu)化控制[J].中國航海.2008(4):319～322

[4]李順亮，李滿啟，張均東.基于Inmarsat-Fleet77的船岸綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].船海工程.2006(1):67～69

[5]褚建新，鄭士君，寇長超.網(wǎng)絡(luò)化岸船遠(yuǎn)程機(jī)艙動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)[J].船舶工程.2008(6):50～54