內河航務船舶管理系統設計與實現

王家偉　沈潔

摘 要：本文針對內河航務船舶在修、造、養、維和運行階段缺乏智能化監管的問題，研究分析了內河航務船舶管理系統架構，規劃了系統功能及組成，完成了內河航務船舶管理系統設計開發。系統的使用將有利提高航務船舶管理和保障能力。

關鍵詞：航務船舶;智能化監管;管理系統

中圖分類號：U662.9? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0078-04

航務船舶是航務管理和航道維護部門實現管理職能和航道管理養護職能最重要的設備。針對航務船舶的修、造、養、維與船舶的狀態和船舶主要設備的運行情況缺乏智能化監管，進而造成工作效率難以提升，業務工作開展受限等問題，研究并建設航務船舶管理系統是十分必要和迫切的。通過該系統，可實現航務船舶的遠程動態監控、船岸通信、臺帳備案、使用狀態、修造養維情況、備件能源的集約化、信息化管理，還可動態跟蹤船舶從購置、使用、養護直至報廢的整個生命周期所產生的各類管理數據，并準確把握船舶燃潤油及主要配件、備件的消耗情況。航務船舶管理系統可為航務船舶安全、穩定、經濟、高效的運行提供技術保證，進而為管理部門履行其行業管理職責，促進管理水平的提升提供支撐。

1系統整體架構

系統整體結構如圖1所示。

航務船舶管理系統且具有應用地域范圍廣，涉及多級用戶。船載接入終端采用部署靈活、升級成本低、易于維護、可擴展性好、便于集成的兼容移動APP+ Server模式進行構建。船載監測計算機和管理人員所使用客戶端采用B/S（Browser/Server模式）。Server端（包括：WEB服務器、中間件、數據庫等）依托原有數據中心建設。系統網絡架構如圖2所示。

2系統功能及組成

系統包括四個子系統，即船舶機務管理子系統、船舶養護管理子系統、船舶動態監管子系統和診斷決策子系統。具體如下：

2.1 船舶機務管理子系統

實現船舶日常管理、造船管理、報廢管理、節能減排管理等基礎性管理功能。

（1）政策法規與交通行業標準管理。實現政策法規的維護與查詢，政策法規、國家標準、交通行業標準、地方標準、工作船舶操作規程的維護與查詢等功能。省級管理部門負責錄入和更新相關的政策法規和標準規范，基層管理部門和航務船舶可根據需要，查詢并下載打印相應的文檔。

（2）船舶技術資料檔案管理。實現船舶檔案維護與管理，船舶證書管理，船舶設備帳冊管理，操作規程管理，廠商目錄管理等功能。船舶技術資料檔案管理按照省航道局船舶性能手冊要求錄入。包括對船舶基本信息、船舶圖紙等技術資料、船舶證書、船舶設備賬冊等信息的錄入、添加、修改、刪除、查詢和下載打印。基層管理部門提供所管理各船舶的基本信息資料，并上報省級管理部門，省級管理部門按照不同船舶類型統計、存檔。本單位僅限查看和錄入本單位船舶信息。

（3）日常管理與機務考核。實現機務組織機構管理，船舶技術狀況統計報表填寫與審核。按照省級管理部門船舶“五好設備”活動考核標準，實現船舶維護考核表和船舶出塢確認表的填寫和審核管理。實現船舶值班管理，船舶值班情況的電子化記錄與動態上傳。

（4）造船管理。實現造船計劃管理，造船招投標管理，造船過程管理，后評估管理，船舶售后服務管理等造船階段的流程管理功能。

（5）船舶報廢管理。實現船舶報廢申請、處理方案、專家鑒定、形文上報、船舶注銷、殘值鑒定、拆解廠家的確定、拆解監管并上報核備管理等船舶報廢的流程管理功能。

（6）能源管理。實現船舶燃潤消耗管理分析對比。可按照時間、單位、船名、設備分級分類完成消耗的查詢，實現歷年同期數據的對比、能耗統計、定額統計等功能，并可生成查詢和分析結果報表。

2.2 船舶養護管理子系統

實現船舶養護管理，所用配件、備件、工屬具、物料、燃潤油管理等功能。

2.2.1船舶養護管理

船舶養護流程管理，修理單的生成，預防檢修報表的生成，船舶修理單申報審批管理。年度維修計劃、維修保養情況的上報與審批。

專項養護：基于基層管理部門上報的年度養護計劃，編制年度養護計劃，下發養護計劃，按計劃組織項目實施，監管項目執行，驗收，質保，由專項養護單位建立完整的養護檔案。

日常養護：基層局按日常養護計劃組織項目實施，監管項目執行，驗收，由日常養護單位建立完整的養護檔案。

實現船舶設備定期保養提醒，液壓油、潤滑油、易損配件、消耗物料定期保養的提醒。

2.2.2配件、備件、工屬具管理

配件、備件、工屬具采購計劃申報、審批管理;配件、備件、工屬具的采購及申領管理，包括合同簽訂、資金支付、入庫管理、出庫管理、申領管理、臺賬管理等功能。

2.2.3物料管理

物料采購計劃申報、審批管理;物料的采購及申領管理，包括合同簽訂、資金支付、入庫管理、出庫管理、申領管理、臺賬管理等功能。

2.2.4燃潤油管理

燃潤油采購計劃申報、審批管理;燃潤油的采購及申領管理，包括合同簽訂、資金支付，入庫管理，出庫管理，申領管理、臺賬管理等功能。

2.2.5報表與查詢

實現年度維修保養計劃表查詢，維修保養計劃完成情況表查詢，配件、備件、工屬具、物料、燃潤油采購、出入庫、使用情況匯總查詢及報表生成等功能。

報表主要分為兩大部分：第一部分為固定報表的生成、打印，即通過省航道局統一規定的模板格式來打印生成報表，并保存為word或者Excel格式的文檔。第二部分為報表的導出，即根據用戶的要求，將部分報表導出到Word或Excel中以方便用戶編輯處理。文件序號自動生成，并且文件名分類列出，方便查詢。

2.3 船舶動態監管子系統

船舶動態監管子系統通過各類傳感器、采集設備、數據處理終端對全船的各類設備數據進行采集并處理，實現全船數據的集中監測和報警[1]。將采集到的全船船舶位置信息、姿態信息、船舶設備的運行及報警狀態信息通過標準的通信協議實時傳輸給無線遠傳設備，由無線遠傳設備建立船岸通信，將上述信息實時遠傳至岸上的航務船舶管理平臺，使岸上管理人員可以對船舶進行實時監測和遠程管理。通過工業無線路由器完成全船重點區域的無線覆蓋，實現船上移動監測。系統圖結構如圖3所示。

系統在駕駛臺設置船載監測計算機、無線遠傳設備通信網關等，在機艙設置船舶采集單元、傳感器、接口與協議轉換器，并通過以太網連接到船舶動態監管子系統。船舶動態監管子系統機艙監測數據采集和信號處理采用PLC系統實現，監測數據顯示采用船載監測計算機實現。系統布置如圖4所示。

2.3.1船舶運行監測

系統實現船舶當前狀態、運行位置、主要設備運行情況監測、船舶報警管理等功能。船舶動態監管子系統實現船舶狀況的遠程監控，可以幫助岸上航務管理部門掌握船舶動態信息。主要包括衛星定位系統、測深儀、AIS等設備的數據監測，船舶姿態、主機、發電機組、舵機、齒輪箱、配電板、船舶油艙（箱）、水箱液位的監測等。

船舶的監測數據主要包括：

——船舶位置數據;

——船舶所處位置深度數據;

——左右推進主機運行數據;

——發電機組運行數據;

——配電板的電流、電壓、功率數據;

——艉軸溫度，

——推進齒輪箱運行報警數據;

——舵角和舵機運行報警數據;

——船舶姿態數據;

——燃油艙（箱）液位數據;

——淡水箱液位數據;

——火災報警系統數據。

2.3.2數據采集處理、顯示與傳輸

2.3.2.1數據采集處理

通過以太網實時接收來自船舶采集單元的全船設備監測報警數據，加裝通信網關采集的衛星定位系統、測深儀、AIS等設備的數據，加裝接口與協議轉換模塊采集主機、發電機組的數據，并對數據進行采集、處理和轉換。

主要監測設備數據采集接口：

——衛星定位系統、測深儀、AIS等設備數據，由設備提供RS485/RS232通信接口輸出數據，通信協議遵循標準的NEMA183協議。

——左右推進主機運行與報警數據，由主機提供RS485/ RS422/CAN通信接口輸出數據，通信協議遵循標準的Modbus RTU協議。

——發電機組運行與報警數據，由發電機組提供RS485/ RS422/CAN通信接口輸出數據，通信協議遵循標準的Modbus RTU協議。

——配電板的電流、電壓、功率等數據，由配電板廠家在儀表上配置擴展的4～20mA模擬量接口輸出數據。

——推進齒輪箱運行與報警數據，由推進齒輪箱廠家通過數字開關量、模擬量接口輸出數據。

——艉軸溫度，加裝測溫傳感器，輸出4～20mA模擬量數據。

——舵機數據，包括舵角和相關報警數據，由舵機系統通過數字開關量、模擬量接口和通信接口輸出數據。

——燃油艙（箱）和淡水箱液位，配置液位傳感器，將連續液位信號通過4～20mA模擬量輸出。

——船舶姿態數據，由電子傾斜儀輸出船舶縱傾和橫傾角度數據。

——火災報警數據，由火災報警系統通過數字開關量接口或通信接口輸出數據。

——船舶視頻監控系統的視頻圖像，可通過連接硬盤錄像機的以太網接口，遠程訪問查看。

2.3.2.2數據顯示

在船載監測計算機人機界面中通過圖形化方式顯示下列內容：

——船舶經緯度坐標、對地航速、航向等信息;

——測深儀數據;

——信息系統采集的船舶主要設備運行數據。

通過平板電腦和內置的移動監控軟件可監控船舶的運行數據。

2.3.2.3數據傳輸

船舶狀態、主要設備運行狀況的數據通過無線公網進行數據傳輸，與岸上航務船舶管理平臺建立數據連接，并依照相關標準要求的數據格式、傳輸頻率實時傳輸船舶數據。在公網信號覆蓋不到的地方，將監測數據進行本地緩存，待網絡通信暢通時自動延遲上傳。

2.3.3作業管理

針對工作船舶，通過船載監測計算機訪問挖泥船的疏浚管理系統數據服務器，讀取作業數據，實現船舶作業計劃、測量數據、作業位置、作業量、作業軌跡、作業量統計和查詢。

2.3.4視頻影像監控

依靠公網訪問船舶視頻監控硬盤錄像機，讀取硬盤錄像機中的視頻信號，實現圖像的遠程傳輸，協助岸上省航道局、基層航道局掌握船舶所處區域的實時狀況，為緊急、突發事件準確、及時處理提供技術保障。

由于公網通信帶寬有限，對視頻進行壓縮傳輸，保證視頻圖像的流暢性。

2.3.5監測數據查詢統計

實現船舶航行歷史數據、設備運行歷史數據、作業歷史數據查詢，船舶燃潤油消耗數據查詢，累計航行時間、累計航程、平均速度查詢等功能。查詢要提供：按時間段查詢、按船舶名稱查詢、按設備查詢等功能。

按時間、船名、設備提供統計功能。統計的內容包括：船舶技術狀況、船舶機損事故、設備運行情況、設備能耗情況、工作量數據等。

查詢和統計結果能夠打印和導出。

2.4診斷決策子系統

建立工作船舶的故障輔助診斷系統，實現船舶故障診斷網絡化和智能化，提高船舶故障分析和排除能力，保障船舶的高效運營。

2.4.1故障統計分析

實現船舶設備故障管理。故障分類統計;常見故障發生時間、發生工況統計;常見故障發生原因查詢等功能。

基于船舶動態監管子系統上傳的船舶設備運行信息和船舶故障報警信息，對船舶設備的故障進行統計分析。按照設備、類型對故障進行分類統計。

船舶設備管理部門和航務船舶工作人員可以按照船舶名稱、船舶設備名稱、類型查詢船舶的故障時間、發生工況、故障次數，查詢常見故障發生的原因。

2.4.2故障維修預案管理

實現船舶主要設備故障的梳理總結，建立設備故障維修方案或提示信息庫。可根據故障信息，通過查詢方式，獲取故障的預測提示、維修提示，各類型故障發生后的解決方案提示等功能。

2.4.3遠程在線故障診斷

船舶維護、維修人員可直接登錄船載監測計算機，直接查看設備運行數據和故障信息，根據檢測到的故障信息，尋找故障源，并確定故障類型及程度。再根據故障源的部位、信息及結構，將故障對于系統的性能指標、功能的影響等作出判斷或估計，對系統作出早期報警、緊急報警、停機等待修理等相應的決定[2]。

系統預留獨立的端口，作為遠程診斷時使用，當激活遠程診斷功能時，系統暫停文件傳輸和實時信號傳輸。

遠程故障基于以下情況才能使用：

——設備通訊和監測接口正常;

——船舶采集單元工作正常;

——無線傳輸設備工作正常;

——船載監測計算機工作正常。

3 結語

內河航務船舶管理系統完成了對航務船舶的遠程監控與診斷，實現了航務船舶的臺帳備案、使用狀態、修造養維情況、備件能源的集約化、信息化管理，動態跟蹤船舶從購置、使用、養護直至報廢的整個生命周期所產生的各類管理數據，并準確把握船舶主要配件設備的消耗情況。內河航務船舶管理系統經過3年的建設，通過對15艘各類航務船舶的信息化改造，初步實現了對船舶的信息化管理，極大地提高了航務船舶管理和保障能力，對豐富監管手段，提高管理水平具有積極促進作用。同時，通過與航道管理系統的融合，進一步提升了航務船舶調度信息化管理的能力。

參考文獻：

[1]趙江濱，王中朝，尹輝，嚴新平.內河航道維護船隊遠程監測和管理系統設計[J].船海工程，2014，（6）：182-187.

[2]張延慶.信息融合技術在船舶主機檢驗中的應用[D].上海：上海海事大學，2007.