北斗/RFID技術在遠洋漁業中的應用

李加林,虞麗娟,2,陳成明,2,曹守啟

(1.上海海洋大學工程學院,上海 201306;2.同濟大學 機械與能源工程學院,上海 200092)

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北斗/RFID技術在遠洋漁業中的應用

李加林1,虞麗娟1,2,陳成明1,2,曹守啟1

(1.上海海洋大學工程學院,上海 201306;2.同濟大學 機械與能源工程學院,上海 200092)

國際遠洋漁業的競爭日趨激烈,為提升我國遠洋漁業的國際競爭力,國家大力提倡建設大規模的遠洋漁船船隊,而船隊的擴建將會增加調度的復雜性。本文首先介紹了北斗衛星導航系統和射頻識別(RFID)技術的概念,然后分析了北斗導航系統和射頻識別技術在遠洋漁業中的關鍵技術及其應用狀況,運用兩者相結合的技術來分析遠洋漁船船隊的調度,闡明了其科學性和合理性。

北斗衛星導航系統;RFID;遠洋漁船船隊;調度

0　引　言

我國是漁業大國,捕撈業是重要的漁業基礎產業。但近幾年來,近海漁業資源嚴重衰退,海產品捕撈量難以滿足國內市場的需求,許多漁業部門開始鼓勵漁民建造大船,去遠洋區域進行捕撈作業。如今,國內許多沿海城市組建了遠洋漁船捕撈船隊,遠洋漁業已經成為我國水產業重要組成部分。大力發展于洋漁業有利于改善漁業產業結構,擴展漁業發展空間,促進漁業增效和漁民增收。

隨著對遠洋漁業競爭的日益激烈,各國非常重視對遠洋漁業資源和市場的競爭。我國遠洋漁業起步較晚,與發達國家相比仍然比較落后,所以提高我國遠洋漁業的國際競爭力是當前首要任務。構建大規模的遠洋漁船船隊,實現遠洋捕撈的系統化管理,可以極大的提升我國遠洋漁業的國際競爭力。目前,我國許多沿海城市已擁有或正在建設較大規模的遠洋漁船船隊。船隊規模的擴大,會帶來一些新的問題,比如調度起來會比較復雜。以往船隊的調度主要是依靠調度員的經驗進行調度,這種調度方式在調度大規模漁船船隊時不僅效率低且調度方案缺乏科學性。在當今信息時代飛速發展的背景下,北斗衛星導航系統和RFID技術開始廣泛應用于遠洋漁業,在此基礎上運用北斗定位系統和RFID技術相結合來分析漁船的調度方案,可增加調度方案的科學性和提高調度工作的效率。

1　北斗衛星導航系統和RFID技術概述

1.1北斗衛星導航系統

北斗衛星導航系統(BDS)是中國自主研發的全球衛星導航定位系統,歷經30多年的發展,現在已經可以覆蓋亞太地區,預計2020年左右建設成為覆蓋全球的北斗衛星導航系統。北斗衛星導航系統成為全球定位系統的四大供應商之一[1]。2014年11月23日,國際海事組織海上安全委員會審議通過了對北斗衛星導航系統認可的航行安全通函,北斗衛星導航系統正式獲得了面向海事應用的國際合法地位。

北斗衛星導航系統的導航衛星計劃包括5顆在赤道上空的靜止高軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星,其中30顆非靜止軌道衛星又劃分為27顆中軌道(MEO)衛星和3顆傾斜同步(GEO)衛星。截止目前,中國已發射了22顆北斗衛星,當前北斗二代組網建設進展情況如圖1所示。

北斗衛星導航系統主要的服務方式包括開放服務和授權服務兩種。開放服務是對全世界開放,為全球用戶提供免費服務,定位精度可達到10 m左右,測速精度在0.2 m/s左右,授時精度為10 ns.授權服務是為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶,提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。

圖1　北斗二代組網建設過程

1.2RFID技術

RFID技術又稱為無線射頻識別,它通過無線射頻的方式進行非接觸、雙向數據通信對目標進行識別,它是物聯網技術中的一個重要組成部分。RFID識別工作無需人工干預,識別距離可以達到幾十米,適用于惡劣的工作環境。一個典型的RFID系統主要有電子標簽、讀寫器和后臺計算機系統三部分組成。RFID技術的基本工作原理是當標簽進入磁場以后,接收讀卡器發出的射頻信號,依靠感應電流獲得的能量發送出存儲在標簽芯片中的信息,或者是標簽主動發送出一定頻率的信號,讀卡器讀取信號并解碼后,發送到后臺信息系統數據庫中進行數據處理[2]。

RFID標簽與傳統意義的條形碼有類似功能,但RFID標簽有它自身的優勢: 1) RFID標簽的標識是全球唯一的,避免了標識重復帶來的問題; 2) 讀寫器與標簽之間通過無線射頻進行通訊,不需要像條形碼一樣讀寫器正對著標簽進行讀寫,只需RFID標簽在讀寫器的范圍之內即可,減少了人工的干預,提高了效率; 3) 讀寫器可以對批量的標簽進行讀取,極大的方便了物品的管理。

2　北斗衛星導航系統在遠洋漁船中的應用

2.1北斗遠洋漁業信息服務系統

近些年來,北斗衛星導航系統已經開始廣泛應用于遠洋漁業。2015年,遼寧省大連市為2100艘漁船安裝了北斗終端設備,浙江省蒼南縣的714艘漁船完成了北斗終端設備的安裝與升級,這些都標志著漁業主管部門開始重視北斗衛星導航系統在漁船上的應用推廣。北斗衛星導航系統在漁船中的應用,對保障漁民生命財產安全和促進漁業現代化管理有深遠的意義。目前,我國已在5萬多艘漁船上安裝了北斗衛星導航系統,并且還處于快速增長的趨勢。

北斗衛星導航系統在遠洋漁業的信息服務系統主要有北斗衛星及北斗衛星地面站、北斗遠洋船舶船載終端、通信運營服務中心和陸地監控指揮中心等組成[3]，如圖2所示。

圖2　北斗遠洋漁業信息服務系統

2.2船載北斗定位系統

船載北斗定位系統的主要功能是利用北斗定位系統對航行的船舶進行實時定位,采用地理位信息系統(GIS)實時顯示,實現船隊和船只的全天候實時可視化管理,并通過回放航行軌跡,進行歷史復查和問題追查。

該系統可在地圖上顯示船舶位置及船舶當前狀態、速度、航行軌跡、經緯度地理位置等信息,軌跡回放主要為查詢相應船舶的歷史航行軌跡等信息。如圖3所示。

圖3　船舶定位系統

3　RFID技術在遠洋漁船中的應用

3.1RFID技術在漁船識別中的應用

由于我國近海漁業資源的嚴重衰退,水產品市場需求和資源不足之間的矛盾日益突出。一些不法漁船受利益的驅使,利用套牌、假牌等手段進行違法作業逃避漁業管理部門的監管,惡劣的天氣和違法船只的抵制檢查行為也會加大漁政船海上執法難度[4],此外我國沿海城市漁船較多,缺乏相對有效的統一管理。上述原因促使我國漁業管理部門開始重視將RFID技術應用于漁船的識別,多地根據自身漁船的情況開始安裝RFID識別標簽。2015年3月,浙江象山縣為2100艘漁船配備了“RFID電子身份證”。2015年6月,山東省27 769艘漁船安裝了RFID身份標識。

利用RFID技術,對漁船進行唯一身份標識,建立漁船身份識別系統統一管理,可以提高漁船的監管效率。在港口配備RFID閱讀設備,當安裝了RFID識別標簽的漁船進出港口時,漁船的信息通過閱讀器存儲到系統服務器中,需要時可隨時調出該漁船的信息和出入港情況。漁政船在對漁船進行執法時,利用手持RFID閱讀設備,可以迅速獲取漁船信息,以便進行快速處理。RFID技術在漁船識別中的應用,有效的推動了海洋物聯網的發展,使我國智慧海洋的建設邁進一大步。

3.2RFID在遠洋水產品質量追溯中的應用

近幾年,“瘦肉精”、“轉基因食品”等事件不斷在新聞上報道,使得人們越來越關注食品安全問題,食品質量追溯系統的建設被提上日程,水產品的質量安全也面臨著巨大挑戰。目前,很多遠洋漁業企業開始注重遠洋水產品的質量追溯,RFID技術憑借唯一標識、自動識別、無線傳輸和耐用性高等優勢成為水產品質量追溯系統的首選[5]。2014年3月,上海開創遠洋漁業公司在其大型拖網漁船“開富號”上運用RFID技術實現了漁獲物的質量安全溯源系統,且有良好的效果。圖4示出了測試RFID標簽。

圖4　漁船RFID標簽

根據標簽內存儲的信息可以知道是由什么船在什么時間捕撈了多少該種類型的漁獲物,且該RFID標簽是世界上獨一無二的,標簽信息一直伴隨到漁獲物被人們食用,漁獲物的信息可一直溯源到剛開始的捕撈階段。

遠洋漁船出海捕撈的周期較長,漁獲物捕撈上來以后需要經加工間簡單的處理后放入冷凍倉貯藏,然后經補給船帶回或漁船回到港口進行處理。系統具體流程如圖5所示。

圖5　RFID技術在質量溯源系統中的應用

4　北斗衛星導航技術和RFID射頻識別技術相結合調度遠洋漁船船隊

遠洋漁船船隊調度是根據漁船的位置、漁船的大小、漁船現有捕撈量、漁船捕撈任務、漁場的位置和大小等影響因素對漁船船舶進行調度。北斗與其他導航系統相比,最大的特點就是把導航與通信緊密結合起來,這是其他導航系統所不具備的。RFID標簽的優勢:識別更準確,識別距離更靈活且可以做到穿透性和無屏障閱讀;抗污染能力和耐久性較好,非常適合在遠洋漁船高鹽霧高濕度的環境下使用。北斗衛星導航系統和RFID技術的相結合運用,可迅速獲得漁船的信息,為漁船調度工作提供技術支撐。

北斗衛星導航系統和RFID相結合的技術目前研究的并不多,主要有北斗-RFID組合定位系統的研究[6],北斗衛星與RFID在漁政中的應用[7],對于遠洋漁船上此兩項技術的應用還處于起步階段。本文研究的方向是北斗和RFID技術相結合,對遠洋漁船的實時調度方案進行分析研究。RFID技術設計的漁船電子標識系統可對漁船進行身份識別,RFID技術設計的質量溯源系統可將目前漁船的捕撈信息通過漁船系統服務器數據庫發送到北斗船載終端。北斗衛星導航系統首先對船隊各個船舶進行定位,北斗船載終端設備將所有漁船的捕撈信息通過北斗衛星傳遞到漁船調度中心,漁船調度中心通過分析漁船和漁場之間的距離、漁船的類型大小以及漁獲物總量,運用算法處理所獲得的數據從而確定各漁船的調度方案,然后再通過北斗衛星將調度指令反饋給漁船,如圖6所示。

圖6　北斗和RFID綜合運用結構示意圖

上述系統得到的調度方案相比調度員依靠經驗分析的調度方案更具科學性,且可以快速將調度指令下達給各漁船,提高工作效率,可作為遠洋漁業企業調度漁船船隊時的參考。

目前,北斗衛星導航系統和RFID技術相結合的系統已在單艘遠洋漁船上實現,上海開創遠洋漁業公司在大型拖網漁船“開富號”上建立了基于物聯網技術的遠洋漁船及作業智慧服務系統[8]。該系統能自動化智能采集設備運行參數、遠程監控漁船作業、北斗衛星定位,提供海上捕撈作業支持、實現海產品的源頭溯源和船岸信息的一體化。其中漁獲倉儲與質量安全溯源子系統主要使用RFID技術對漁獲物出入庫情況進行記錄和管理,北斗星船舶定位子系統主要對船舶進行實時定位,然后結合漁船安裝的北斗船載終端通過北斗衛星進行船岸交互。接下來將會對船隊進行該智慧服務系統的設計,實現船與船、船與岸互聯,漁船調度中心可以分析所獲得的每艘漁船的數據信息對船隊進行整體調度。

5　結束語

本文對目前遠洋漁船船隊的發展趨勢和現有的船隊調度方式進行分析,提出運用北斗定位系統和RFID技術相結合進行漁船的調度工作。首先概述北斗衛星導航系統和RFID技術,分析了它們優勢所在,然后了解了北斗衛星導航系統和RFID技術在遠洋漁船中的應用現狀,最后詳細闡述了如何將這兩項技術綜合運用到遠洋漁船船隊的調度工作中,以及該種方式進行下的科學性和效率性。

北斗衛星導航系統和RFID技術在遠洋漁業領域的應用,將海上信息和陸地信息聯動共享,實現了船案一體化,提高遠洋漁業安全生產和信息化水平,這將是遠洋漁業發展的重要里程碑。從遠洋漁業目前的發展趨勢來看,北斗衛星導航系統和以RFID技術為重要組成部分的物聯網技術在遠洋漁業中的應用前景非常的廣闊。

[1] 姜連舉,楊寶峰.“北斗”成全球衛星導航系統四大核心供應商之一[N].解放軍報，2012：11-23.

[2] 張波,李幃笳. 21世紀自動識別技術RFID的原理、應用及其發展[J].信息與電腦，2012(1):38-40.

[3] 局禮.北斗衛星導航系統在海洋漁業中的應用[J].衛星與網絡，2013(3):16-22.

[4] 趙樹平,王化群,李建華.基于RFID 技術的漁船身份識別系統設計[J].射頻世界，2010(26):150-151.

[5] 袁曉萍.基于RFID的水產品追溯系統的研究與實現[D].青島:中國海洋大學，2011.

[6] 龔凌翔.北斗/RFID組合定位系統設計與研究[D].南京:南京大學，2014.

[7] 張冰. 北斗衛星與RFID在漁政中的應用[J].射頻世界,2010(4):42-45.

[8] 虞麗娟,凌培亮,楊勁松,等. 物聯網智慧服務系統構架及在遠洋漁船中的應用[J].上海海洋大學學報，2013, 22(1):147-151.

Application of Beidou/RFID Technology in the Ocean Fishing Fleet Scheduling

LI Jialin1,YU Lijuan1,2,CHEN Chengming1,2,CAO Shouqi1

(1.CollegeofEngineering,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China;2.CollegeofMechanicalandEnergyEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The international fishing competition is more and more intense. In order to improve the international competitiveness of China's ocean fishing, national vigorously promotes construction of large-scale ocean fishing fleet. Fleet expansion has increased the complexity of scheduling. This paper firstly introduces the concept of compass satellite navigation system and RFID technology, and then analyzes the key technology of the compass satellite and RFID technology and its application status in fishing; finally explore the use of the combination of the two techniques to analysis of ocean fishing fleet scheduling, and clarify its scientific and rationality.

BDS; RFID; ocean fishing fleet; scheduling

2016-01-19

上海市科學技術委員會創新行動計劃項目(編號：15DZ1202202)； 國家遠洋漁業工程技術研究中心開放基金項目(編號：02091305051)

S977

A

1008-9268(2016)03-0117-05

李加林(1987-),男,碩士生,主要研究方向為物聯網工程、智能算法。

虞麗娟(1963-),女,教授,主要從事物聯網工程、海洋工程、體育工程、高等教育管理等方面研究。

陳成明(1978-),男,博士、講師,主要從事人因工程、工效學、物聯網工程等方面的科研工作。

曹守啟(1973-),男,副教授,主要從事海洋工程裝備設計、物聯網工程等方面的研究工作。

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.03.025

聯系人： 李加林 E-mail:289586608@qq.com