關于科考船信息系統的配置方案

余勇林 陸小科 張遠飛

摘 ? ?要：本文根據科考船的作業及航行特點，并結合科考船實船建造過程中的信息系統安裝經驗，分析介紹了：科考船的信息系統的功能模塊，包括業務管理系統、安全管理系統、信息采集系統、綜合顯示系統、遠程交互系統;信息系統的設備配置，包括外部交互設備、內部數據交互設備、終端設備;信息系統裝船配置。為類似船舶的信息系統設計提供參考。

關鍵詞：科考船;信息系統;系統配置

中圖分類號：U674.8?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： According to the operation and navigation characteristics of the research ship and the installation experience of the information system during the construction of the research vessel， this paper analyzes and introduces the functional modules of the information system of the research vessel， including business management system， safety management system， information acquisition system， integrated display system and remote interactive system; equipment configuration of information system， including external interactive equipment， internal data interactive equipment and terminal equipment; and shipping configuration of information system， to provide reference for information system design of similar ship projects

Key words： Research ship; Information system; System configuration

1 ? ? 前言

科考船主要用于調查研究海洋地質、水文、生物、氣象、資源等。作為海上移動數據采集、分析的試驗室，科考設備之間有大量的數據交互，另外，船與岸基、船與船之間也需要進行數據交互;隨著信息技術的進步，為豐富出航時科考船上的船員、科學家等人員的業余生活，科考船上常配置休閑娛樂系統。所有這些都可由船舶信息系統來實現，信息系統可增強船舶功能，方便船舶管理，提高船上工作舒適度。

2 ? ?信息系統的功能模塊

根據科考船的工作特點與人員配置，信息系統主要包括：業務管理系統、安全管理系統、信息采集系統、綜合顯示系統、遠程交互系統等。所有這些系統均可通過公共信息子網或科考作業子網進行數據交互，各個系統在終端可以通過統一門戶網站進入。信息系統模塊圖，見圖1所示。

統一門戶網站主要由新聞動態、通知公告、船舶概況、船舶實時狀態、生活娛樂、統一登陸等模塊組成，作為整個信息系統的交互窗口。

2.1 ? 業務管理系統

包括時間統一系統、船務管理系統、作業管理系統、綜合導航信息顯示系統組成。

（1）時間統一系統

可以對局域網內用戶提供網絡時碼信息和SNTP授時服務;

（2）船務管理系統

主要有設備管理、備件管理、物資管理、資料管理、登船管理、外事管理、人員管理等功能;

（3）作業管理系統

主要有航程管理、科考數據管理、科考設備管理、系統管理等功能;

（4）綜合航行信息顯示系統

主要有導航信息集中顯示、報警信息集中顯示和處理、傳感器信息集中顯示和處理等功能。

2.2 ? 安全管理系統

包括數據加密系統、門禁系統、視頻監控系統、權限管理系統。

（1）數據加密系統

能夠為科學調查子網內的數據提供一套加密算法，所有通過數據實時采集和人工上傳的數據會自動通過數據加密服務器提供的加密算法，對自身數據進行加密封裝，提高數據安全性;

（2）門禁管理系統

主要用于船上重要部位，防止非授權人員任意出入。門禁系統在斷電情況下會失去作用，除使用UPS不間斷電源為門禁系統供電外，各重要艙室門上設立機械門鎖，避免在斷電情況下無關人員自由出入重要房間;

2.3 ? 數據管理系統

包括數據處理系統和數據存儲系統。主要功能是按照調查任務需求實現科考船數據的現場快速初步處理、質量控制、分析、初步成果輸出與展示;以及現場資料的安全存儲與科學管理[1]，并為科考船現場作業提供輔助決策功能。

2.4 ? 信息采集系統

包括導航信息采集系統、船舶設備信息采集系統、科考設備信息采集系統。

（1）導航信息采集系統

主要是采集GPS、AIS、電羅經、測深儀、計程儀、氣象儀等，以上數據都會保存在服務器，網絡用戶可以通過船舶網絡訪問數據，對數據進行查詢、下載服務;采集的導航信息數據作為整個科考業務的參考信息，通過船舶網絡平臺進行存儲、處理、轉發，為船舶航行、科考業務服務;

（2）船舶設備信息采集系統

主要接入機艙監測系統數據，可實時顯示電站、推進設備、輔機等設備信息;

（3）科考設備信息采集系統

可以實時獲取存儲放纜長度、收放纜速度、纜繩張力等絞車信息及多波束、淺剖、ADCP等聲學數據。以上數據都會保存在服務器，網絡用戶可以通過船舶網絡訪問數據，對數據進行查詢、下載服務。

2.5 ? 綜合顯示系統

包括多媒體播放系統、視頻會議系統、綜合調度系統、移動應用系統：

（1）綜合調度系統

將采集到的重要音視頻信息統一調度，全船各種重要的視頻、數據信息，通過信息指揮調度臺在大屏上進行多畫面組合顯示，實現音視頻信號的快速、便捷調度和切換控制，是工作人員作業決策的支撐平臺;

（2）移動應用系統

可在手機等移動終端上查看船舶新聞公告、在線觀看監控視頻圖像、查看設備狀態、接收設備報警信息、在線查看科考作業錄像、查看船舶所在位置和基本的導航信息、即時通訊等。

2.6 ? 遠程交互系統

包括基礎平臺接入管理系統、遠程數據交互管理系統、遠程支持系統：

（1）基礎平臺接入管理系統

科考船與外界通信的重要管理手段，該系統可有效防止接入終端過多或者接入終端占用帶寬過大，有效分配有限的帶寬資源;還可以控制接入終端訪問不信任數據源，有效防止錯誤訪問導致病毒入侵，對網絡行為進行控制和審計;

（2）遠程支持系統

利用船載無線AP覆蓋及衛星通信系統作為通訊鏈路，實現岸基專家對船載設備的遠程故障診斷及其相關技術支持。

3 ? ?信息系統的設備配置

科考船信息系統設備，主要由外部交互設備、內部數據交互設備、終端設備三部分組成。

3.1 ? 外部交互設備

可采用Ka波段覆蓋全球的高速數據通信網絡----海事衛星五代星+FBB作為傳輸通道，此配置基本可滿足科考船在全球各地科考作業聯網要求;另外需配置一套衛星電視設備，此設備帶IP輸出的衛星接收機，解調出電視節目，通過本地局域網傳送至信息系統，再由信息系統中的IPTV系統在各終端設備上播放。

3.2 ? 內部數據交互設備

主要包括服務器、交換機、科考數據存儲設備、科考數據備份存儲、公共數據存儲設備、視頻監控存儲設備、硬件防火墻、數據采集模塊、數據輸出模塊、UPS電源等;另外配置各系統需要的軟件、機柜等。其中，服務器按2個網絡進行物理分割布置提供系統安全性，其科考作業子網與公共信息子網主要要求如下。

（1）科考作業子網主要承擔科考作業相關的數據管理，包括科考設備數據、作業計劃數據、調查數據、樣品數據等。該子網作為科考船科考調查業務信息化的主要承載平臺，具有多樣化、集中性、低延時、高速存儲、可擴展性、安全性等要求：在硬件設計上，應充分考慮高負載網絡、大容量數據存儲的需求;在軟件設計上，結合通信設備、導航設備、專業調查設備、通用調查設備等設備的技術特點和接口形式，頂層規劃統一的數據傳輸標準，從而實現作業數據的集中管理、統籌調度;

（2）公共信息子網融合了衛星通信、無線通信、內部局域網等多種數據交換形式，主要用于運行航行相關以及船員生活相關的保障信息。該子網包括視頻監視、語音通信、船務管理、航行輔助、生活娛樂等多方面應用，有效提高船員的工作便利性和生活舒適性。由于涉及到多網融合且承載了視頻、語音、數據等多樣化信息，公共信息子網在設計上應充分網絡資源的優化分配，確保數據傳輸穩定、流暢;同時，公共信息子網可通過衛星通信接入互聯網，實現跨平臺數據傳輸，因此與調查作業子網之間采用物理隔離，從而確保調查作業數據的安全。

3.3 ? 終端設備

主要包括終端電腦、無線路由、攝像機、門禁設備、移動應用終端、機頂盒、電視、會議系統設備等，這些設備根據艙室的布置選取合適的型號規格;電腦里預裝信息系統專用軟件，根據設置的用戶權限，可查看、處理相關的數據信息。

科考船信息系統設備配置簡圖，如圖2所示。可根據系統功能要求，進行適當調整。

4 ? ?信息系統的裝船配置

（1）信息系統設備集中安裝在信息系統提供的機柜中，這些設備、機柜需滿足船舶搖晃、振動的特殊環境要求：機柜可增加減振裝置，如減振器或減振膠墊等;為減少晃動對設備的影響，機柜頂部應與附近的機構、艙壁連接;機柜前后需預留足夠的維護空間，左右兩邊需留有足夠的散熱空間;考慮到信息系統設備的安全性、可維護性，上建區域設置一間專用網絡機柜間，用于布置信息系統設備;網絡機柜間最好能靠近試驗室區域，并且配置專用機房監控系統，包含溫濕度監控、煙感監測、火焰監測、門禁監控、UPS監控、漏水監測等功能，并把報警信號延伸至值班負責人工作、居住艙室，或延伸至船舶報警系統;網絡機柜間需配置足夠的通風、制冷、除濕設備，常規配置是由船上集中空調送風，另配置空調柜機、風機盤管;網絡機柜間地板可鋪上絕緣橡膠皮，提高設備安全性;

（2）信息系統終端設備裝船，需船廠提供固定支架，其強度需滿足要求，安裝位置需方便設備維護;

（3）信息系統內、外部主要使用網線進行數據傳輸，部分線路使用光纖、對絞線等;網線根據船用要求選用低煙無鹵的護套，為提高系統抗干擾性能，網線最好能帶鎧裝;船廠在設計信息系統電纜路徑時盡量遠離強電電纜路徑，與強電電纜分開托架敷設，減少電磁干擾，提高系統穩定性;

（4）信息系統作為船上綜合性系統，船上設備需提供相關接口給信息系統，常規接口如下：導航設備主要有DGPS、電羅經、計程儀、測深儀、AIS、氣象儀、北斗、子母鐘，信號通常使用NMEA0183接口傳輸給信息系統;電子海圖、雷達等圖像信號通過網口傳送至 信息系統，全船監測報警系統通過RS485接口把船舶報警信號發送給信息系統;科考絞車、聲學設備、科考氣象設備都有網絡接口至信息系統;另外，各實驗室也預留網線至信息系統，方便后期臨時加裝的試驗設備連接信息系統，根據實際工作需要傳送相關數據。

5 ? ?結束語

信息系統在科考船上的主要功能是提高船舶管理、科考工作的效率，提高出航人員的舒適性。隨著通信技術的不斷進步，信息系統在科考船中占有越來越重要的地位。信息系統的接口可做成開放式的，可根據科考船的實際工作需要不斷增加新的功能模塊，提高系統的完整性。希望本文的信息系統設計方案，對以后科考船的設計建造具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]常金玲.信息系統分析與設計---應用與實踐[M]. 北京：航空工業? ? ? 出版社.