海洋地質(zhì)二號船舶綜合信息化系統(tǒng)功能分析

摘" " 要：海洋地質(zhì)二號為天然氣水合物鉆采船（大洋鉆探船）作業(yè)保障船[1]，在綜合信息化系統(tǒng)改造完成后，可滿足該船在海洋探測研究和科學調(diào)查、岸端基地對船舶的安全監(jiān)督管理、科研與物料管理等業(yè)務(wù)信息化需求。本文對綜合信息化系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能和組成進行了分析，可為同類系統(tǒng)的配置提供參考。

關(guān)鍵詞：作業(yè)保障船；綜合信息化

中圖分類號：U665" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Function Analysis of the Comprehensive Information

System of Hai Yang Di Zhi Er Hao Vessel

CHEN Wuxin

（ Jiangmen Hangtong Shipbuilding Co. Ltd. of CCCC Fourth Harbor Engineering Co. Ltd.，" Jianmen 529145， China ）

Abstract： Ocean Geology No.2 vessel is a natural gas hydrate drilling and production ship （ocean drilling ship） as operation support ship [1]. After completion of the comprehensive information system transformation， it can meet the ship's business information requirements in marine exploration research and scientific investigation， ship safety supervision and management at shore bases， scientific research and material management. This paper analyzes the function and composition of the sub-systems of the integrated information system， which can provide reference for the configuration of similar systems.

Key words： operation support ship;" comprehensive informatization

1" " 引言

海洋地質(zhì)二號船的主要任務(wù)是為天然氣水合物鉆采船（大洋鉆探船）提供天然氣水合物勘探試采、大洋科學鉆探等作業(yè)期間的物資保障、應(yīng)急安全保障、井場調(diào)查及環(huán)境監(jiān)測等支撐服務(wù)。綜合信息化系統(tǒng)是該船輻射范圍最廣且最重要的系統(tǒng)之一。

2" " "系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為滿足海洋地質(zhì)二號船的業(yè)務(wù)需要，綜合信息化系統(tǒng)以通信網(wǎng)絡(luò)為聯(lián)通道路，以軟、硬件平臺支撐，以“統(tǒng)一性、先進性、可靠性、適用性、可擴展性、安全保密性”為原則，遵循各種船舶標準規(guī)范，滿足該船在海洋探測研究和科學調(diào)查中的需求，同時滿足岸端基地對船舶的安全監(jiān)督管理、科研與物料管理等業(yè)務(wù)需求。綜合信息化系統(tǒng)的建設(shè)還兼顧大洋鉆探船的信息接入、岸端基地對多船的管理等需求。

本船的綜合信息化系統(tǒng)由6個子系統(tǒng)組成，分別是：4G手機信號放大系統(tǒng)、VSAT通信系統(tǒng)、IPTV衛(wèi)星電視系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)。其系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1。

3" " 子系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1" "視頻監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由不銹鋼球形攝像機、不銹鋼槍機、不銹鋼云臺、交換機、主機、服務(wù)器、可移動硬盤、數(shù)據(jù)解碼器、顯示器等組成，如圖2所示。

通過布置在船上各重要位置的攝像機或云臺獲得各個位置的原始視頻信號后，通過數(shù)字視頻處理技術(shù)進行處理并儲存在船上的服務(wù)器；船舶在進行重要作業(yè)時，還可經(jīng)由衛(wèi)星通信設(shè)備傳遞到岸端，進行畫面的同步顯示；航行時，船上通過監(jiān)控主機來控制船上攝像機或云臺的角度巡回監(jiān)察畫面。為減少船舶設(shè)備遭受外部天氣的影響和海水的腐蝕，視頻監(jiān)控系統(tǒng)室外使用的設(shè)備外殼材料一般為316不銹鋼。視頻監(jiān)控系統(tǒng)對船舶安全的重要作用如下：

1）有利于消除安全隱患，降低船舶在靠離碼頭時碰撞發(fā)生的概率。船舶安裝的雷達，受船體結(jié)構(gòu)、安裝位置、頻率及天氣的影響，會出現(xiàn)一定的掃描盲區(qū)，另外，船舶本身的船體結(jié)構(gòu)也將導(dǎo)致船舶駕駛員產(chǎn)生一定的瞭望盲區(qū)，雷達盲區(qū)和瞭望盲區(qū)則是船舶發(fā)生碰撞事故的重要原因之一，而船舶的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過攝像頭實時轉(zhuǎn)播盲區(qū)的畫面從而消除雷達或瞭望盲區(qū)，進而降低船舶發(fā)生碰撞事故的概率。船舶駕駛員可以通過觀察攝像頭傳輸回來的畫面，掌握船舶與泊位、船舶與平臺或船舶之間的距離情況，從而避免碰撞事故的發(fā)生[2]；

2）有利于事故原因的調(diào)查與取證。視頻監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)對比，能獲得更加清晰直觀的圖像與音頻，即使外部環(huán)境惡劣，人員不宜進出的位置，視頻監(jiān)控也可以達到親臨現(xiàn)場的效果。與常規(guī)的陸地事故相比，船舶在海上航行時，一旦發(fā)生事故，現(xiàn)場環(huán)境多變、時間長、取證困難、直接證據(jù)難以保留的特點將尤為突出，甚至可能出現(xiàn)當事人員拒絕作證或偽造證據(jù)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自動存儲功能可以將事故發(fā)生時的原始情況記錄于服務(wù)器中，為事故調(diào)查取證提供有力支持，清晰連續(xù)的影像資料能讓人們知曉現(xiàn)場的情況，對事故的調(diào)查、真相的還原及事故責任的判定具有重要意義；

3）有利于船舶公司推行綜合管理模式。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)助下，船長可以更好的對船員進行管理，例如：可以檢查船員對于安全航行及防污染管理規(guī)定的遵守情況，防止船員違規(guī)排放垃圾、廢油、壓載水等污染物；船長及輪機長還可以在休息的時候，通過查看攝像頭傳輸?shù)漠嬅?，檢查船舶周圍狀況及船員的值班狀態(tài)，對船舶進行管理；船舶所屬公司還可以通過衛(wèi)星鏈路，讀取服務(wù)器中存儲的影像了解船員的身體狀況和精神狀態(tài)，更好地保障船舶的正常運行和安全；

4）保障運輸過程中貨物的安全。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對海上運輸?shù)呢浳锘蚣装鍏^(qū)域存放的科考調(diào)查設(shè)備進行全過程的監(jiān)控，防止丟失或碰撞，確保貨物或設(shè)備的安全及完好。由于風浪導(dǎo)致的貨物丟失，也可以通過存儲的視頻找到丟失的原因，方便糾紛事件的處理；

5）有利于船舶保安措施實施和維持。船舶保衛(wèi)工作看似簡單，實際上任務(wù)艱巨、責任重大；但視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以把值守人員從枯燥的工作中解放，在提高工作效率的同時，也可以提高安全性。如：可以對船舶舷邊進行船舶或人員監(jiān)測報警，保安值守狀態(tài)下，對于未允許靠近的船舶和登船的人員進行預(yù)警并報送船舶值班人員。在遭遇海盜襲擊時，高級船員可以通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取海盜在船舶內(nèi)外部的行動及人員部署情況，以便更好制定反擊和應(yīng)對措施。

3.2" "VSAT通信系統(tǒng)

隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新及信息化的發(fā)展，遠洋船舶對通信的要求也越來越高，在航行過程中與陸地的通信方式不再局限于字符數(shù)據(jù)的交互。但是，復(fù)雜的海洋環(huán)境、廣闊的通信范圍，使得海洋通信與陸地通信有著巨大的差異，需要對陸地通信方式進行一定的改進，讓它可以完全適用于遠洋船舶上的通信。

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)源于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，擁有遍布全球的地面站，可為遠洋船舶提供C波段或Ku波段的全覆蓋，使其通信能夠一定程度上突破地理環(huán)境的限制；其次，VSAT通信成本與距離無關(guān)，其成本主要由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)租借費、軟件硬件設(shè)備運行費及維護工人工資組成；最后是組網(wǎng)靈活，容易擴充，維修方便，符合船舶公司的發(fā)展需求。以上優(yōu)勢使得VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)在船舶通信應(yīng)用中脫穎而出。

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有建設(shè)周期短，全范圍覆蓋，不受地理環(huán)境的限制，組網(wǎng)靈活、容易擴充、維修方便等。這些特點和優(yōu)勢使得VSAT為處于環(huán)境多變、通信范圍廣闊的海洋環(huán)境的遠洋船舶提供了高效、高質(zhì)量的通信方式，為水上科考作業(yè)提供了保障[3]。

3.3" "4G手機信號放大系統(tǒng)

當處于近海區(qū)域時，通信網(wǎng)絡(luò)一般依靠運營商的移動網(wǎng)絡(luò)，由于船舶處于基站輻射范圍內(nèi)，船上空曠的地方依舊可以接收到4G信號。但是，由于船殼、船內(nèi)甲板和艙壁板的金屬屏蔽作用，船艙內(nèi)部信號很差，4G/5G網(wǎng)絡(luò)基本處于脫網(wǎng)狀態(tài)，給船艙內(nèi)船員的工作和生活帶來極大的不便。對于此類封閉盲區(qū)或弱覆蓋區(qū)域場景，可通過加4G放大系統(tǒng)將手機信號增強。

如圖3所示，海洋地質(zhì)二號在羅經(jīng)甲板安裝一個室外天線通過饋線連接室內(nèi)主機，并通過室內(nèi)吸頂天線延伸到船上各個區(qū)域，改善船上室內(nèi)的移動、聯(lián)通和電信手機語音和上網(wǎng)信號，實現(xiàn)艙室區(qū)域2G/4G/5G手機信號覆蓋。

3.4" "IPTV系統(tǒng)

船員的娛樂需求是船員管理辦法中一項重要內(nèi)容，也是影響船舶安全性的重要因素。船舶出海無論工作性質(zhì)是作業(yè)還是游輪旅行，在海上漫長的時光中，除了正常工作外，其余時間的合理消遣及安排，也是船舶管理員需要考慮的重要因素。為了增加船員之間的交流，增強船員之間的相互信任與合作，提高船舶運營的安全性，海洋地質(zhì)二號船在改造設(shè)計時增加了一套IPTV系統(tǒng)。配備一臺船用C衛(wèi)星電視天線，作為船舶信息點播IPTV系統(tǒng)的視頻信號接收源；一套接收與解碼設(shè)備，用于實現(xiàn)衛(wèi)星電視節(jié)目信號的接收和解碼；一套編碼設(shè)備將衛(wèi)星電視節(jié)目信號經(jīng)過編碼進入一體化網(wǎng)絡(luò)，并可作為船舶信息點播IPTV系統(tǒng)的視頻信號源。

系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒介，以機頂盒+電視為接收終端的IPTV交互式網(wǎng)絡(luò)電視，與傳統(tǒng)的通過衛(wèi)星接收機+同軸電纜播出電視節(jié)目不同，它能夠響應(yīng)用戶的請求，將視頻、音頻、圖像、文字等信息及時傳輸給用戶，給用戶提供良好的服務(wù)體驗。還可以在電視的基礎(chǔ)服務(wù)上進行業(yè)務(wù)擴展，提供多種新型服務(wù)，信號源含衛(wèi)星電視、重要設(shè)備視頻信息、監(jiān)控視頻信息、指定網(wǎng)頁抓取、任一軟件界面、VGA信號、DVD播放器及自制的音視頻節(jié)目。

本船IPTV系統(tǒng)分為直播和點播兩部分。當需要觀看陸地上的電視直播時，VSAT接收來自陸地的直播信號，經(jīng)過處理后將信號經(jīng)過服務(wù)器在船舶內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)進行轉(zhuǎn)發(fā)與存儲；還可以從服務(wù)器中讀取甲板面攝像頭采集到的實時畫面，進行科考勘探作業(yè)活動的直播。點播包括最新電影、經(jīng)典影片、紀錄片等分類，該影片存儲于服務(wù)器中，可以通過系統(tǒng)管理員進行增加/刪除等操作。其系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖4。

3.5" "信息發(fā)布系統(tǒng)

信息發(fā)布系統(tǒng)由前端動靜態(tài)標識、服務(wù)器終端、可變情報板及后臺發(fā)布系統(tǒng)組成。

為方便船上人員在進行科學考察時了解船舶信息，海洋地質(zhì)二號船在預(yù)處理區(qū)上方布置一面65寸的LED顯示屏。該系統(tǒng)先通過數(shù)據(jù)采集，將船舶航速、航向、航跡線、風速風向、經(jīng)緯度、船舶姿態(tài)、艏向等信息存儲于服務(wù)器中，再通過讀取服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，將其實時顯示在屏幕上，確保在進行科學考察時對當時環(huán)境因素進行記錄和核對。

在科學家起居室、實驗室、駕駛室、主甲板等區(qū)域設(shè)置27寸顯示屏，用于顯示科考任務(wù)布置、科考計劃航行和站點、科考設(shè)備的使用操作流程、設(shè)備情況、人員安排等信息，用于科考作業(yè)時的溝通協(xié)調(diào)，保障科考作業(yè)安全順利進行。

3.6" "視頻會議系統(tǒng)

系統(tǒng)包括：顯示設(shè)備、發(fā)言系統(tǒng)、擴聲系統(tǒng)。

多媒體會議系統(tǒng)部署在會議室，會場配備有音箱、功放、調(diào)音臺、無線麥克、攝像機及接收機等硬件設(shè)備。

本系統(tǒng)可以通過會議室的信號采集設(shè)備、船上的VSAT系統(tǒng)將數(shù)據(jù)流發(fā)送至岸端，岸上通過對應(yīng)的解碼設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲音及視頻信號；該視頻會議系統(tǒng)能夠與基地的視頻會議系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。視頻會議系統(tǒng)通過衛(wèi)星寬帶通信實現(xiàn)視頻與音頻信號的傳輸，保證信息的暢通[4]。該系統(tǒng)的應(yīng)用避免了遠洋船舶科考作業(yè)或出現(xiàn)異常情況時，岸端人員無法進行實時指揮調(diào)度的情況出現(xiàn)。

4" " "結(jié)語

根據(jù)該船使用情況反饋，系統(tǒng)優(yōu)點如下： 1）船舶管理人員在惡劣的海況下，能夠清楚看清室外的情況，做出準確的判斷，保障了船員和設(shè)備的安全；2）通訊便捷，科考作業(yè)時方便岸端管理人員隨時了解船舶狀態(tài)或提供技術(shù)支持；3）豐富了船員的業(yè)余生活，增加船員間的交流；4）科考作業(yè)時，各部門相互配合，使調(diào)查作業(yè)更加順暢。該系統(tǒng)在船舶的管理中具備一定的先進性和優(yōu)越性，可以幫助船舶實現(xiàn)更好的管理，確保船舶的管理工作能夠平穩(wěn)的運行。

參考文獻

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