內河航標維護船監控系統設計研究

摘 要：文章主要講述了內河航行標志船只數字化監管掌控體系的性能需要，建議由數據收集、傳遞以及運用這三個方面的體系共同構成的整體框架，策劃了船只以及岸邊數據通信系統，建造了內河航行標準船只船艙內監管掌控體系以及船只運行情況監管掌控體系，并且研制了航行標志維護船只資料管制程序。

關鍵詞：內河航道；航標工作船；數字化監控系統

1 數字化監控系統總體架構

1.1 功能需求分析

為了能夠提升船只在內河安全航行的重要助航設施的自動化、科學化管制水準，內河航行標志維護船只的數字化管制體系要擁有船只運行監管掌控、工作管制、船端機務管制、不正常運行情況的報警以及預警等五個關鍵性能，見圖1

圖1 數字機務管理功能圖

船首或者船尾運行中監督掌控就是完成對航行標志船只自動識別系統的監管掌控，使航行標志維護船能夠及時的清楚自身在運行時的速度、方向、位置等情況，也能夠清楚自身運行的環境狀況，使航行標志船只監管掌控完成現場化以及信息化。工作管制體系就是將航行標志船只在運行工作時收集資料同時把資料經過特別的通道傳遞到航道局的體系中，這項體系完成了遠程監督掌控性能，并且在很大的程度上提升了航行標志維護船只的工作水準。船舶機務管理是指對船上機器的操縱、維修、保養等方面的事務的管理，船舶機務管理系統的本質是輔助或者實現船舶機務管理的計算機軟件。機務管制體系能夠讓駕駛工作者及時掌握各種運行信息，進而把它們放在最佳的環境下運用，減少了設施發生事故的次數，機務管制體系推動了航行標志維護船只設施的管制朝著自動化、現場化、數字化的方向發展。異常報警功能是通過監測航標船舶運行的各種信息，包括航標維護船自身信息和周圍信息，自身信息主要是指主機、輔機、舵機等信息； 周圍信息主要是指 TCPA 和 DC-PA、橋梁、沉船、水深等信息。反常報警體系能夠讓航行標志船只工作者提早清楚本船存在的危險，讓工作者獲取對付危險的措施獲取時間。預警處置性能就是監督管理工作者按照以往的工作經驗，完成應對現在所面臨的危險情況自主形成的輔助措施的性能。

1.2 整體架構

按照上面所講述的航行標志維護船只所具有的機務管制性能情況解析能夠清楚，內河航行標志維護船只進行數字化的管制體系是建立在各種傳感設施的收集信息為根本，是由數據收集子體系、數據傳遞子體系以及數據使用子體系這三個部分構成，這三者之間相得益彰，缺少任何一個部分都不完整，見圖2。

圖2 數字化管理系統整體架構圖

數據采集系統是獲取航標維護船上安裝的傳感器采集所得數據，包括位置數據、AIS 數據和機務數據 （主機、齒輪、油壓、溫度、轉速、電壓等數據），是數字化管理系統中其他應用的基礎。數據傳輸系統是獲取采集的各種傳感器信息，進行分析和處理后，與其他系統的信息 （如 AIS，雷達信息） 等助航信息進行融合，通過無線傳輸上傳到管理中心。數據運用體系是使用傳感設施收集資料以及結合數據，為航行標志船只以及航道局自身的監督管制供應了船只、機務、運行的監管掌控、信息預先警報、專家判斷等運用，為在航道內運行船只的監視看管供應了更加整體、及時的監管掌控資料。

2 數據采集與傳輸子系統設計

2.1 監測數據分析

因為內河航行標注維護船只是歸于公共船只的范疇內，關鍵的工作是管制以及保衛航行標志，所以其檢測位置主要是機槍資料以及工作資料。這里機槍資料主要是左右主機、舵機、輔機、電站、探測工作、其他設施等資料。數據檢測位置見圖3。

圖3 數據測點分析示意圖

左主機檢測點以及右主機檢測點都是監督檢測主機運行的數據，例如運轉速度、主機水溫度、主機油壓數據、齒輪箱溫度、齒輪油壓強、主機水溫度、主機超速情況等。電站檢測點主要是電站電壓以及電流、發電設施過載這三種數據。輔助機檢測點主要包含輔助機水溫以及油壓這兩種資料。舵機檢測點主要是舵角、油泵電源以及運行情況這三種資料。其他檢測點大多是另外一些設施的檢測資料，例如艉軸轉動速度、主配電板失電以及絕緣低、船艙水位等情況。探測也是航行標志維護船只的一項重要工作，檢測水深度以及定位等資料。

2.2 動態信息采集

根據以上測點的各自特點，本文通過以下 3 種模式采集船舶的傳感器動態信息。

1） 開啟量以及關閉量收集形式。開啟量以及關閉量收集形式大多是經過收集輸入信息的高電平以及低電平，之后通過電平轉換設施開展處置，把它們處置為體系能夠辨別的數據，最后把處置好的數據導入到體系的收集終端里。在這項檢測點中，發電設施超載、油泵電源事故、油泵運轉反常、主電板以及配電板失電、主電板以及配電板絕緣不高等資料收集都是開啟量以及關閉量收集形式。

2） 模擬量收集形式。在信息資料收集體系中主要使用模擬量收集形式，很多資料的收集都是使用模擬量收集來實現的。模擬量收集主要有電流以及電壓的收集。這里電流收集占領關鍵的位置，傳感設施輸出四到二十毫安電流通過電流收集板開展處置，把電流信息變更為數字信息，在通過標定以及修整處置之后，就能夠獲取傳感設施的收集資料；電壓收集大多是經過運輸把電壓信號在零到五伏之內進行放大或者縮小，先經過RC低通濾波增加其抗擾性能降低其受噪音影響，再把經過處置之后的信號經過模/數變更為數字信號，經過標定以及修整處置，就能夠獲取傳感設施收集資料，例如上面檢測點中的主機水溫度、電站電流電壓等。

3） 數據總線接口模式。當前部分航標維護船的廠家生產的數字傳感器具有標準的總線接口，如485 總線、422 總線、CAN 總線和以太網，其協議層大多采用profibus-DP和modbus協議。通過這些協議，只需要按照設備標準的通信協議就可直接獲取傳感器的運行狀態信息，如上述測點中的AIS、GPS、測深儀、計程儀等信息。

2.3 數據傳輸子系統架構

航行標志維護船只船載體系和安排的機務核心位置奮戰開展雙向信息交流，需要時也能夠直接和核心站開展雙向信息交流。信息交流體系框架見圖4。全部的船只和核心站的交流都要經過安全檢驗。在運送數據時要使用高強度加密形式對運送的數據開展加密，確保數據安全完整的運送。船首或者船尾的運動資料、工作資料、設施資料都要儲存在核心服務設施內，全部船只的歷史資料要儲存一年以上。船首或者船尾使用無線移動信息交流措施上傳資料，使用3G信息交流設施，并且包含2G網絡。

3 數字化管理系統軟件設計

3.1 機艙監控子系統

機艙監控子系統采用統一美觀的設計風格，提供豐富的機艙監控功能，運行高效、穩定。

3.2 船載監測子系統

船載監測子系統（OMS） 用于獲取待上傳到中心站的數據，包括工況、報警、船位和測深數據，并在此基礎上做一些匯總計算工作。船載監測子系統提供了面向不同機艙監控系統的接口，是一種內部接口，無論是舊船改造，還是新船建造，都經由 OMS 對外提供統一編碼的測點數據，供機務中心的實時監視和匯總統計，形成報警匯總表

3.3 機務中心子系統

機務中心采用 WEB 技術，在任意計算機上使用標準的網絡瀏覽器即可使用，通過用戶管理控制訪問權限。航標維護船工作位置監視顯示當前權限范圍內所有航標船的位置及工作狀態。航標維護船遠處報警界面可實現實時報警。

4 結束語

使用數字化進行管制是航道保衛設施的前進方向。內河最關鍵的輔助航海設施就是航行標志，航行標志維護船只是保衛航行標志最關鍵的設施。文章主要講述了內河航行標志維護船只的數字化管制措施。對船只監管掌控數據展開了解析，策劃了船只和陸地信息交流體系，完成了及時傳遞船只關鍵設施重要措施數據、事故報警資料、運行數據、探測資料、安全資料等到達機務核心站，完成對船只及時進行遠程監管掌控。并且策劃了航行標志保衛船只事故判斷服務子體系，按照柴油設施熱工報警資料初步判斷事故故障，同時建議出相應的政策。

參考文獻

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