基于疏浚船舶和GPS監管系統的開發與應用

朱峰

摘 要：隨著我國經濟的發展，航道疏浚工程不斷增多，為了對疏浚船舶實施有效的監管，研發了一套GPS監管系統。本文首先對GPS技術進行了概述，接著重點研究了該監管系統的開發與應用。通過GPS與GIS的有機結合，改進了疏浚船舶的管理水平，提高了企業的經濟效益。

關鍵詞：疏浚船舶；GPS監管系統；開發

中圖分類號：P228 文獻標志碼：A

隨著科技的飛速發展，GPS定位系統逐漸成為各行業廣泛應用的定位技術，具有全天候、可靠性高等特點。當前來說，隨著我國港口建設的加快，疏浚工程不斷增多，對于疏浚船舶的管理引起人們的關注。由于船舶數量眾多，施工環境復雜，單靠工作人員的現場監督，難度太大。基于此，本文提出了基于疏浚船舶和GPS監管系統的開發與應用。

1 GPS概述

1.1 GPS的基本概念

GPS（Global Positioning System）是一種通過接收GPS衛星信號進行導航、定位的技術，可以實現全天候、全方位的準確定位，可以說，GPS的應用有效地解決了人們工作、生活中的導航與定位問題，在相關工程領域起到了非常重要的作用，并創造了極高的經濟、社會效益。

以往的定位技術存在各種不足，比如準確度低，可用距離短，受環境影響大，在能見度較低的惡劣天氣狀況下難以保證船舶的航行安全。GPS的出現完美地解決了上述問題，總的來說，GPS定位技術具有以下特點：

一是準確度高。實踐表明，在300m～1500m的精密定位中，一小時以上探測的定位誤差低于lmm。二是全天候作業。當前的GPS技術能夠在全天24小時內使用，且不會受到大風、雨雪等天氣的影響。并且極短時間內就能完成一次定位，實用性強。三是操作方便。隨著GPS技術的創新發展，自動化水平越來越高，逐漸實現了“傻瓜式”操作，且探測裝置的體積非常小，攜帶方便，便于工作人員的使用。

1.2 GPS定位原理

GPS技術的定位原理是通過探測已知位置的衛星到信號接收機的間距，接著結合多個衛星的探測數據即可得到信號接收機的具體方位。要實現這一目標，一是得到衛星的位置，其可以依據星載時鐘所提供的時間在星歷中查找到；二是得到接收機到衛星的距離，其可以通過將信號傳送到接收機所用的時間與光速相乘得到，因為電離層造成的影響，計算得到的數值并不是兩者之間實際的距離，而是偽距。當導航衛星正常運行時，會持續發送1和0二進制碼元構成的偽隨機碼（可稱之為偽碼）。GPS采用的偽碼有兩種，包括民用的C/A碼、軍用的P（Y）碼。前者的頻率為1.023MHz，重復時間1ms，碼間距1μs，即300m；P碼的頻率為10.23MHz，重復時間266.4天，碼間距0.1μs，即30m，Y碼是基于P碼而得到的，安全性更高。導航電文，涉及衛星星歷、運行狀況、時鐘校正、時延修正等等信息。它是從接收到的衛星信號中解調得到的，以50b/s調制予以發射。其每個主幀中包括5個子幀，每幀長6s。前三幀各有10個字碼；每30s時間重復一次，60min更新一次。后兩幀共15000b。當使用者收到導航電文后，取得衛星時間并將其與對應的時鐘進行比較，便可得到衛星與使用者的距離，再應用導航電文中的衛星星歷推測出衛星的具體位置，使用者的位置速度等信息也可得知。

2 需求分析

隨著經濟的發展，航道疏浚工程不斷增多，且工程量非常大，工期緊張，進行航道疏浚的船舶數量眾多，對于船舶是否到了預期的拋泥區，在哪個位置開始拋泥，相應時間內各艘船的工作量（也就是拋泥次數以及不到位次數的統計）等都是施工單位必須加以控制的。單單依靠數量有限的工作人員進行現場監督，難度可想而知。所以，盡可能地精簡管理程序，對船舶開展遠程監管及控制，是施工單位在疏浚船舶管理中非常重視的問題。以往的監管系統，易于通過斷電等方式作假，監管效果不佳。后來又采用租賃漁船觀察作業船舶，防止違規拋泥；使用望遠鏡遠距離檢查；在拋泥點蹲守，確認實際拋泥情況等方式，這些都需要依靠現場監管，成本較高，效果也不理想。

在具體應用過程中發現，原先的操作系統存在多方面的問題，比如要想確認疏浚船舶是否在預期位置拋泥，需要通過以下操作才能實現：單擊船舶，在分隔框里單擊“回放”按鍵，設置起止時間、單擊“查詢”就會彈出有關這艘船的觀測窗口。其中顯示了所選擇船舶在相應時間段運行的路徑及相關信息，檢查完成一艘船全天之內的作業情況要花費15 min的時間，如果當時的網絡速度較慢，時間還會延長，最多需要1個多小時。此外，還發現疏浚船舶在相應時間內到拋泥區時的具體違規情況，需要將疏浚船舶依次通過上述步驟回放才可以發現，最多時會達到40艘，假如每一艘船舶都要進行查詢就要花費一整天的時間，這樣在人力、物力上的消耗巨大，統計數據還會存在偏差。對于上述問題，進行技術上的革新，基于已有的監管系統，通過實踐對其不完善之處進行改進，可以有效地解決上述問題。

3 基于疏浚船舶和GPS監管系統的開發

結合工程實際需要，對系統的創新主要存在以下幾個方面，在軟件標題欄里設置違規船舶顯示按鍵，右側工具欄設置告警標識，為了杜絕疏浚船舶私自拋泥，在船舶的拋泥按鍵處裝設感應設備，如果其未到指定區域拋泥，而是私自在途中拋泥，電腦監控端就會予以顯示，使得監管人員及時的予以發現，并能夠方便、快捷地查看違規船舶的統計情況。下面進行詳細闡述。

其一，通過進一步的開發，在標題欄里設置一欄專門用來展示違規船舶，并在相應的工具欄設置告警標識，一旦出現違規就會及時告警。

其二，在工具欄新設“數據查詢”/“報警查詢”功能，點擊彈出相應的窗口，在其中輸入所要查看的時間、船舶，就可以查詢到相應船舶的報警次數，如此一來就能有效解決船舶違規拋泥的問題。

其三，還可以解決拋泥次數到位情況的統計問題，在標題欄里設置“數據查詢”/“拋泥次數統計”功能，點擊彈出相應窗口，在其中輸入所要查看的時間、船舶，就可以查詢到相應船舶的“拋泥次數”以及“不到位”違規記錄以及違規的形式，簡潔明了。這樣一來，有效地節省了時間成本，操作也更加方便。

其四，安裝感應設備。考慮到疏浚船舶在工作途中，有的會打開艙門，邊走邊拋泥，為了應對這一情況，在各艘疏浚船舶的拋泥按鍵處裝設感應設備，假如該艘船在途中擅自拋泥，遠端的監控界面上就會顯示告警，通知監管人員。

結語

疏浚船舶GPS監管系統是GPS與GIS技術的有機結合，在使用過程中對其功能進行技術上的創新，對違規船舶進行及時的告警與統計，并通過安裝感應設備，監控船舶是否存在私自拋泥的情況，及時的通知監管人員予以處理，取得了比較理想的效果。加強對疏浚船舶的監管與控制，防止船舶違規拋泥情況的出現，改進了疏浚船舶的管理水平，提高了企業的經濟效益，同時也有效地保護了海洋環境。

參考文獻

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