基于北斗的智慧船舶服務系統研究

石慧頻

【摘 要】文章以西江流域為背景，針對西江流域船閘信息化建設程度不高的現狀，提出基于北斗的智慧船舶服務系統的研究方案，通過系統與高精度北斗船載終端、手機APP的配套應用，打破傳統船舶過閘繳費管理模式，提高船舶過閘繳費智能化管理水平和航運運輸管理效率。

【關鍵詞】北斗;智慧船舶服務系統;船舶調度;監控管理

【中圖分類號】TN967.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）03-0054-03

0 引言

西江流域位于國家“一帶一路”、珠江—西江經濟帶建設的腹地，是西南經濟欠發達地區豐富礦產資源東運和出海唯一的水上通道，也是與泛珠江三角洲地區、東盟國家開放和合作的重要物流通道[1]。發展西江流域航運，對改善沿江地區投資環境和交通運輸條件、推動沿江地區產業帶的形成、支撐海上絲綢之路和珠江—西江經濟帶的建設具有重要戰略意義。然而，隨著水運物流經濟的快速發展，日益增加的過閘需求與船閘實際通行能力之間的矛盾越來越突出，因此必須通過信息化手段加強船舶監控與管理，優化過閘業務流程，提升船舶過閘效率與服務質量。

基于此，本文以西江流域為背景，針對西江流域船閘信息化建設程度不高的現狀，提出基于北斗的智慧船舶服務系統研究方案，并對該研究方案進行相關描述與說明。

1 現狀分析

近年來，西江流域各級航道管理部門及單位高度重視船閘信息化建設，積極采用現代化信息技術和北斗衛星定位技術，結合“互聯網+”展開應用，探索基于北斗的智慧船舶服務模式，進行相關項目建設并取得顯著的效果。但是，由于缺乏頂層設計和統一規劃[2]，各部門之間的信息資源還不能很好地實現共享，這在很大程度上制約了西江流域航運船閘信息化建設水平的進一步提升。主要表現在以下幾個方面。

（1）過閘方式落后。目前，西江流域還有相當多的船閘仍采用傳統的船舶報閘、過閘方式，這種方式極易導致船閘中心工作安排不合理、船舶過閘執行混亂、過閘擁堵、過閘繳費手續繁雜、耗費時間過長等問題，不利于航運事業及航運物流的發展。

（2）信息共享性弱。西江航運各船閘業主間處于獨立運行管理狀態，不同業主之間管理單位/模式不同、調度系統不統一，信息資源不共享，極易造成航道水位不穩定、梯級水位不銜接等問題，導致無法提前合理安排船舶過閘計劃和調整船閘運行狀態，嚴重影響通航效率。

2 基于北斗的智慧船舶服務系統研究

2.1 系統架構

針對西江流域船閘信息化建設現狀，本文提出了基于北斗的智慧船舶服務系統研究方案。該系統的建設主要通過北斗/GPS衛星導航、大數據、GIS（Geographic Information System，地理信息系統）、物聯網、多傳感器融合等多技術的集成應用，結合高精度北斗船載終端和手機APP與軟件系統融合，實現全流域船舶調度與監控管理、智能過閘不停船收費、信息采集及身份識別和報表管理服務等功能。具體系統架構如圖1所示。

2.2 功能實現

2.2.1 全流域船舶調度與監控管理

全流域船舶調度與監控管理功能采用北斗/GPS衛星定位技術、GIS技術、智能衛星通信技術等，由高精度北斗船載終端、通信傳輸網絡、調度中心、視頻監控中心、數據采集系統等部分組成，視頻監控中心可以通過調度中心以電子海圖的動態顯示與船舶進行實時通信，實現全流域的船舶調度、動態監控等功能。具體實現如圖2所示。

（1）全流域船舶調度。①基于北斗定位系統，對船閘上下游船舶進行定位，通過地理信息系統進行集中展現。調度中心可根據船閘上下游水位發布閘口信息，對港口、水文、過閘排隊情況進行綜合分析決策。②通過互聯網整合相關信息，實現水文、氣象、船閘排隊情況等數據的實時匯總，結合電子地圖，實現對全流域船閘運行狀況的總體聯合調度。

（2）監控管理。①在航行船舶上安裝高精度北斗船載終端，并接入姿態傳感器、攝像頭等終端硬件設備，獲取船舶航行姿態及影響船舶航行的因素（風速、水流）信息，上傳至數據中心進行數據分析。配套GIS電子地圖，實時顯示船舶航行狀態，實現對全流域航行船舶的監控管理。②通過視頻監控，實時觀察船舶航行信息，以及時提醒船主修正航速、航向，避免航行事故。

2.2.2 智能過閘不停船收費

智能過閘不停船收費使用通信和網絡、傳感、圖像識別、現代射頻識別、船舶信息自動識別（Automatic Vehicle Identification，AVI）等技術，結合相關硬件設備及軟件，通過設備控制系統的信號發射與接收裝置接收高精度北斗船載終端傳來的信號，自動識別高精度北斗船載終端內置的內部編碼信息（編碼包含船號、船型、船舶賬戶等信息），根據船舶的貨物種類和實載噸數，計算并記錄船舶過閘費用，自動從船舶專用賬戶或與船主信息綁定的銀行卡中扣除通行費，完成船舶高速通行條件下的自動交費業務，實現船舶智能過閘不停船收費功能，大大提高船舶過閘通行效率。船舶智能過閘不停船收費子系統架構如圖3所示。

2.2.3 信息采集及身份識別

船舶過閘信息智能采集基于物聯網基本框架，結合北斗衛星導航、GIS、GPRS、ZigBee等技術并融合了多種算法，對多傳感應用技術、ZigBee技術、自組網技術進行研究，實現船舶過閘自身狀態、船閘、船閘內的水文等信息的智能化采集。

（1）信息智能采集。①高精度北斗船載終端采集傳感器、衛星定位和攝像頭的視頻或照片并上傳至終端服務器，由終端服務器解釋出各種信息，再將其中的視頻和圖片數據傳輸至視頻管理中心進行存儲與管理。管理人員、船長通過調度中心或者監控客戶端可實時了解船舶狀態信息，以便進行船舶過閘調度與操作。②在閘室內安裝監控器和多種傳感器，通過Zigbee技術實現聯網。當安裝有Zigbee模塊的船舶進入閘室后，可自動與閘室內已有的Zigbee模塊實現自動組網，并通過Zigbee網絡將船舶狀態信息進行回傳，為調度中心的過閘排檔提供數據信息。

（2）身份識別。當船舶駛入射頻識別區時，系統將自動讀取終端信息并上傳，然后對采集到的信息進行認證，若識別的身份信息與一卡通賬戶信息一致，收費系統將進行扣費操作。

2.2.4 報表管理服務

報表管理服務提供全面數據統計分析功能，包括貨物查詢、船閘過閘貨物比例、年度船舶噸位分布、船閘運行情況班報表、各班運行情況年報表等的統計與分析功能，為管理人員的分析決策提供數據支撐。

3 關鍵技術

3.1 北斗定位技術與GIS融合應用

在進行系統研究時，將北斗衛星導航定位系統與地理信息系統融合應用，利用高精度北斗船載終端和北斗地基增強網聯合實現船舶精準定位;通過應用地理信息系統龐大的電子地圖功能，將船舶、航道、水文、氣象、船閘排隊等數據信息實時顯示在GIS地圖上，并在此基礎上研究與優化北斗高精度和GIS的集成應用，最終實現船舶調度與監控管理、信息采集及身份識別等功能。

3.2 流域船舶監控與調度服務模型構建

構建多控點流域船舶監控與調度服務模型，以最少船舶在港時間和等待時間為目標，應用高精度北斗船載終端對西江流域船舶的航行數據、位置等信息進行采集，以GIS電子地圖的方式集中展示流域船舶監控情況。結合船舶監控與調度服務模型，對采集到的數據進行精準分析，輔助指揮中心進行綜合決策分析，進而實現對流域船舶的實時動態監控與調度。

4 應用預期效果

基于北斗的智慧船舶服務系統與高精度北斗船載終端的實施使用，將有效提高西江流域水運物流智能化水平。

（1）提升管理效率。智能化的船舶信息采集與身份識別、實時監控、過閘自動繳費等功能的實現，為船舶過閘提供科學、精準的數據信息服務，以服務手段的創新促進管理方式的轉變，在提升水運物流智能化管理服務水平的同時，也提高了行業監管能力。

（2）降低成本投入。通過高精度北斗船載終端與軟件系統的融合應用，為船舶航運過程提供智能化服務，實現對船舶位置的精準定位、過閘流程優化管理，有效減少船舶航程與待閘時間，幫助物流企業降低船舶航行（時間、燃油、人力）成本投入。

5 結語

文章研究西江流域船舶過閘信息化建設現狀，針對其存在的過閘方式落后、信息共享性弱等產生的聯合調度難、過閘流程繁瑣等問題，提出基于北斗的智慧船舶服務系統的建設研究方案，并對該系統各功能架構進行相關描述。目前，該系統已在西江流域部分船閘進行應用。經過一年多的試運行，實現了智能化過閘繳費管理和全流域船舶監控調度管理，在提高船舶智能通航效率、降低航運物流企業運輸成本方面取得較好的應用效果。

參 考 文 獻

[1]楊邦杰，嚴以新，安雪暉.西江流域航運問題淺析及對策建議[J].中國發展，2015，15（4）：1-6.

[2]趙陽，王國偉.智能化集中控制在智慧船閘建設中的應用探索[J].中國水運，2016，16（2）：124-126.

[3]李向前，董海英，韓瑜，等.水上ETC服務智能航運系統總體架構的研究與應用[J].2018，21（15）：177-179.

[4]王瑞，劉轟，郭亞中，等.基于AIS的內河船舶過閘管理系統研究[J].中國水運，2016（9）：93-94，122.

[5]金鵬飛，何斌，王春樹，等.船閘計算機收費系統應用研究[J].水利規劃與設計，2007（5）：61-62，65.

[責任編輯：鐘聲賢]