賀銀根，田 堃，劉建朔

(上海新奧新能源技術(shù)有限公司，河北 廊坊 065001)

一種船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

賀銀根，田 堃，劉建朔

(上海新奧新能源技術(shù)有限公司，河北 廊坊 065001)

文章以現(xiàn)有的船舶監(jiān)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)現(xiàn)有的船舶監(jiān)控系統(tǒng)存在的優(yōu)缺點(diǎn)做出了簡(jiǎn)要分析，提出一種可應(yīng)用于遠(yuǎn)洋及近海的船舶航行遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可根據(jù)功能添置或刪減以適應(yīng)幾乎所有類型的船舶，尤其指現(xiàn)在正快速發(fā)展過(guò)程中的LNG運(yùn)輸船，文章從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功能及其工作原理做了詳細(xì)介紹和分析，并從實(shí)際應(yīng)用上做出了明確介紹，最后得出系統(tǒng)的結(jié)論及未來(lái)展望。

船舶；遠(yuǎn)傳監(jiān)控；應(yīng)用研究

在航運(yùn)業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)，因船舶私營(yíng)化的擴(kuò)大和管理體制的老化，船舶管理的弊端也逐漸凸現(xiàn)出來(lái)，如：航運(yùn)管理不完善、資源浪費(fèi)、效率低。因此，如何利用有效的手段將船舶管理上升到有序、合理、高效的管理層面上來(lái)成為航運(yùn)企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。隨著航運(yùn)發(fā)展對(duì)信息化管理的迫切要求，經(jīng)濟(jì)和科技迅速提高，船舶智能化要求越來(lái)越高，無(wú)人機(jī)艙的實(shí)現(xiàn)已成為發(fā)展的必然。伴隨LNG船舶的誕生和廣泛運(yùn)營(yíng)，船舶LNG燃料海上及時(shí)加注問(wèn)題也是現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

現(xiàn)有技術(shù)行業(yè)以船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS系統(tǒng))為成熟、全面、應(yīng)用較廣的一套設(shè)備系統(tǒng)，AIS系統(tǒng)功能強(qiáng)大，能實(shí)時(shí)性接受船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)、船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、船舶航程數(shù)據(jù)，以及發(fā)布實(shí)時(shí)性的天文水文信息，對(duì)船舶行業(yè)技術(shù)發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。然而，AIS系統(tǒng)尚存在功能比較單一，不具備遠(yuǎn)洋通信、應(yīng)急求救預(yù)警及提供應(yīng)急方案功能、遠(yuǎn)程接收信息處理和LNG船舶加注等功能，船舶終端和監(jiān)控管理終端之間在線信息交換量小，且建設(shè)平臺(tái)均基于單獨(dú)的航運(yùn)企業(yè)內(nèi)部或是為保證船舶航行安全的海事部門(mén)，相對(duì)封閉，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，各系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，在線監(jiān)控功能較低，可作為智能船舶的基石，其功能尚存空缺。為此我們提出船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)(RMCSS系統(tǒng))可以接入多種船載終端設(shè)備及移動(dòng)客戶端，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，方便船舶客戶及時(shí)查詢，以解決航運(yùn)企業(yè)近海和遠(yuǎn)洋的監(jiān)督管理、指揮、調(diào)度的實(shí)際需求[1]。

1 船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)，是一種能通過(guò)對(duì)船舶主要設(shè)備運(yùn)行的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的收集，并通過(guò)3G/4G 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)回公司，使公司能夠動(dòng)態(tài)的了解船舶主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。公司也可根據(jù)運(yùn)行船舶發(fā)回的數(shù)據(jù)，及時(shí)分析發(fā)現(xiàn)船舶設(shè)備故障情況，以便船舶設(shè)備得到及時(shí)有效地維修和保養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行船舶的信息化管理。船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)船端和遠(yuǎn)程監(jiān)控公司端2部分組成。船端主要負(fù)責(zé)采集船公司所需設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，并加以處理、存儲(chǔ)，并可通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送回船公司。遠(yuǎn)傳監(jiān)控公司端將船端發(fā)回的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，并回放和分析。

船務(wù)公司直接把握著人、機(jī)、環(huán)境3大要素的宏觀控制。海事事故發(fā)生在船舶，根本原因在公司。重視公司的安全管理已成為國(guó)際海事界控制海上事故的重要途徑[2]。船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品的主要功能包括：正常航行時(shí)，實(shí)時(shí)接收陸、海各類信息，合理規(guī)劃船舶航速及航線，以及船舶加注等問(wèn)題，獲得最優(yōu)經(jīng)濟(jì)航運(yùn)方案；特殊航行時(shí)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸船舶的本地視頻監(jiān)控管理、陸地視頻監(jiān)控管理和突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的遠(yuǎn)程調(diào)度指揮，減少財(cái)產(chǎn)損失和保障生命安全，為水上交通安全提供有力的支持和保障；事故航行時(shí)，當(dāng)發(fā)生海事事故或海上突發(fā)事件時(shí)，海上救助打撈船只及時(shí)救援搶險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)陸地應(yīng)急指揮中心對(duì)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)情況的及時(shí)掌控和調(diào)度指揮[2]。

2 船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能

2.1 船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)由船端和數(shù)據(jù)中心組成。船端主要利用船舶已有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和內(nèi)部通信系統(tǒng)，對(duì)分散在各類船載設(shè)備中的船舶參數(shù)、航道和氣象環(huán)境、船舶機(jī)務(wù)狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整合處理、事件檢測(cè)和記錄船舶數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨抖藬?shù)據(jù)中心。岸端數(shù)據(jù)中心接收船端各類信息(包括船端的實(shí)時(shí)設(shè)備信息，音視頻信息和航海信息)，并對(duì)船端數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和綜合分析，通過(guò)調(diào)度和應(yīng)急指揮系統(tǒng)，綜合分析和輔助決策系統(tǒng)生成航行方案或處置方案，將指令發(fā)給船端。同時(shí)，也考慮與現(xiàn)有的企業(yè)船舶安全管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，為后者提供實(shí)時(shí)查詢、異常報(bào)警、航行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。軟件架構(gòu)采用C/S,B/S混合的模式。采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)主要采用C/S模式。對(duì)外發(fā)布一般采用B/S模式，移動(dòng)APP采用C/S模式，如圖1所示。

圖1 船端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

岸端數(shù)據(jù)中心主要分為中央服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器、文件服務(wù)器、web服務(wù)器、VPN路由器。中央服務(wù)器用于統(tǒng)籌處理來(lái)自于船端和海事,港口及航運(yùn)公司的數(shù)據(jù),并提供權(quán)限設(shè)置。數(shù)據(jù)服務(wù)器接收來(lái)自于船端的實(shí)時(shí)航行和設(shè)備信息數(shù)據(jù), 視頻服務(wù)器接收來(lái)自于船端的音視頻信息,文件服務(wù)器其主要功能是接收來(lái)自于航運(yùn)公司、航運(yùn)管理部門(mén)、船端的各類報(bào)表、人員等信息，web服務(wù)器主要是將處理好的數(shù)據(jù)提供給海事、港行管理界面入口,航運(yùn)公司的界面入口。如圖2所示。

圖2 岸端數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)框圖

按照上述功能方案，整個(gè)遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)性能上分為調(diào)度指揮中心、監(jiān)控中心及海上船舶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)。調(diào)度指揮中心、監(jiān)控中心設(shè)置中心管理平臺(tái)及顯示大屏幕系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)把船舶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控信息在一個(gè)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行管理、控制，達(dá)到全面技術(shù)供給的最優(yōu)方案。

2.2 船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的功能

2.2.1 船舶航行特征信息獲取

通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)備或信息渠道，通常在船舶航行前或航行過(guò)程中可以實(shí)時(shí)獲取船舶結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能函數(shù)、動(dòng)力參數(shù)及性能函數(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型及其結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)和工作性能指標(biāo)；船舶正常航行過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃料消耗率、各管路及氣口的不同工質(zhì)的溫度；船舶正常航行中船動(dòng)裝置的工作狀況、性能函數(shù)及參數(shù)關(guān)系；船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、吃水、航速、噸位、客貨載情況、船員數(shù)量、罐液位。

2.2.2 實(shí)時(shí)定位及信息收集功能

系統(tǒng)能夠提供遙感衛(wèi)星定位功能，同時(shí)也支持GPS定位功能，GPS模塊與LNG船舶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控采集傳輸終端的RS232接口連接，通過(guò)3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)GPS定位功能。使得LNG船舶在大風(fēng)浪、大霧的惡劣海況下，仍可保持一定的航速前行，并通過(guò)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品及天氣海況適時(shí)資料獲取相應(yīng)的氣象、水文信息[3]。

2.2.3 規(guī)劃航速、航線及定期加注功能

根據(jù)船舶反饋的信息，遠(yuǎn)傳系統(tǒng)通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)先對(duì)船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存和預(yù)處理，并將處理好的數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)儲(chǔ)存和處理，系統(tǒng)平臺(tái)接收到反饋信息后，結(jié)合船舶航行的區(qū)域特征，以及不可避免的氣象水文等客觀條件，對(duì)船舶提出更加合理的航行方案，使船舶航行的利潤(rùn)最大化，定時(shí)對(duì)船舶航行過(guò)程中的航行區(qū)域、航行圖及航行特性進(jìn)行分析，驗(yàn)證方案的可實(shí)施性及合理性，確定規(guī)劃航速、航線及加注等問(wèn)題，并將方案提交給船舶。

2.2.4 調(diào)度指揮功能

實(shí)現(xiàn)緊急突發(fā)事件處理過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像采集上報(bào)、實(shí)時(shí)音視頻交互、應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)支持，使得相關(guān)政府部門(mén)對(duì)應(yīng)急突發(fā)事件的情況了解更加全面、對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)更加迅速、對(duì)相關(guān)人員之間的協(xié)調(diào)更加充分、決策更加有依據(jù)。同時(shí)，遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)還大大降低了工作人員的工作難度，在內(nèi)河，可根據(jù)信息反饋，高效過(guò)閘。

2.2.5 緊急報(bào)警信息的采集和聯(lián)動(dòng)管理

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，搶險(xiǎn)人員觸發(fā)LNG船舶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控采集傳輸終端的“視警”按鈕，系統(tǒng)會(huì)以聲音方式通知指揮中心，并在指揮中心大屏幕上彈出現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)畫(huà)面。同時(shí)也可以聯(lián)動(dòng)中心服務(wù)器錄像功能。具有同時(shí)處理多任務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的同時(shí)報(bào)警。

2.2.6 監(jiān)控信息的存儲(chǔ)和備份

通過(guò)設(shè)備自帶錄像功能，實(shí)現(xiàn)本地錄像(功能可選)。也可以直接通過(guò)數(shù)碼攝像機(jī)錄像。啟動(dòng)指揮中心的計(jì)算機(jī)中心管理服務(wù)器錄像功能，前端現(xiàn)場(chǎng)的音視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，編碼壓縮，傳送到應(yīng)急指揮中心的中心管理服務(wù)器，通過(guò)中心管理服務(wù)器進(jìn)行集中錄像。正在運(yùn)行的監(jiān)視器可對(duì)當(dāng)前監(jiān)視的視頻圖像，進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像。該功能利于對(duì)陽(yáng)光執(zhí)法過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，為事后取證提供依據(jù)。同時(shí)可對(duì)典型事件進(jìn)行編輯，為同行提供教材[4]。

2.2.7 電子地圖

系統(tǒng)支持電子地圖訪問(wèn)，以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，將應(yīng)用數(shù)據(jù)與地圖有機(jī)結(jié)合，提供強(qiáng)大的空間分析和查詢功能，豐富的表達(dá)方式直觀地顯示結(jié)果。

3 船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)及工作原理

3.1 遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)原理

船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包含船舶航運(yùn)參數(shù)信息反饋系統(tǒng)、實(shí)時(shí)地理氣象水文信息接收系統(tǒng)、客戶信息收集反饋與存儲(chǔ)系統(tǒng)、岸船(船長(zhǎng))通信系統(tǒng)以及中央信息收集處理系統(tǒng)5大系統(tǒng)，并由中央信息收集處理系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著該監(jiān)控系統(tǒng)的核心工作，掌握著該套系統(tǒng)的運(yùn)行脈絡(luò)，主要指由其它系統(tǒng)反饋過(guò)來(lái)的信息，通過(guò)特定技術(shù)快速轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信息并將信息報(bào)告第一時(shí)間交復(fù)給船長(zhǎng)，從而達(dá)到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)的服務(wù)型目的。

如圖3所示，基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的前提下，對(duì)于船舶A和船舶B各自通過(guò)顯示處理器對(duì)船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和初級(jí)處理，同時(shí)進(jìn)行通訊需求，同時(shí)通過(guò)視頻監(jiān)控器進(jìn)行視頻采集，進(jìn)而采集的數(shù)據(jù)通過(guò)3G/4G/VPN路由器跟數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)可以在云端建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)電信光纖專線供APP用戶、船管部門(mén)和船舶客戶進(jìn)行實(shí)時(shí)性的監(jiān)督、管理和調(diào)看；云端數(shù)據(jù)通過(guò)電信光纖專線和VPN路由器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)核心交換機(jī)，核心交換機(jī)接收數(shù)據(jù)信息后將數(shù)據(jù)信息分別發(fā)送到視頻服務(wù)器、文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，分別進(jìn)行做視頻分析或?qū)崟r(shí)航運(yùn)狀況調(diào)閱、文件處理或存儲(chǔ)查閱及數(shù)據(jù)分析處理或歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，然后將處理后的各類數(shù)據(jù)信息通過(guò)數(shù)據(jù)交換機(jī)將數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)街醒敕?wù)器，由中央服務(wù)器將一部分信息發(fā)送到調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)行船舶調(diào)度，同時(shí)通過(guò)交換機(jī)將相關(guān)信息發(fā)布到web服務(wù)器跟物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)形成互通和共享。

圖3 遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

3.2 遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

如圖4所示，在以中心數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)的前提下，由天文、水文、船舶定位端、海面和地理、自然地理信息接收處理器，形成地理氣象信息接收系統(tǒng)，系統(tǒng)將接受的信息傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)平臺(tái)；由船舶信息接受器、預(yù)計(jì)航線接收器、貨源信息接收器和燃料實(shí)時(shí)價(jià)格接收器、客戶信息處理端形成客戶信息收集反饋與存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將信息全部收集存儲(chǔ)后，進(jìn)行分析，并將分析報(bào)告及結(jié)果發(fā)往中心數(shù)據(jù)平臺(tái)；由船舶儲(chǔ)罐液位監(jiān)控端、船舶結(jié)構(gòu)顯示器、動(dòng)力參數(shù)監(jiān)視器、動(dòng)力設(shè)備性能顯示端和航行工況顯示器、船舶航行信息實(shí)時(shí)接收存儲(chǔ)端組成船舶航運(yùn)參數(shù)信息反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)將信息進(jìn)一步的傳輸?shù)胶竭\(yùn)信息預(yù)處理器，再傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)平臺(tái)；由岸船傳訊器、船長(zhǎng)和船舶航行調(diào)控界面形成岸船通訊系統(tǒng)，系統(tǒng)接受來(lái)自中心處理系統(tǒng)的反饋信息對(duì)船舶航行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整；由航運(yùn)信息預(yù)處理器、中心數(shù)據(jù)平臺(tái)、特殊信息處理端和信息處理報(bào)告輸出端形成中央信息收集處理系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、分類和處理。

4 船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

4.1 船端監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在船端主要應(yīng)用包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)綜合處理模塊、數(shù)據(jù)顯示報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、視頻服務(wù)模塊、管理模塊等。

4.1.1 數(shù)據(jù)采集

1)船舶參數(shù)分類。燃料罐數(shù)據(jù)，包括壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、液位數(shù)據(jù)等；排漏氣體數(shù)據(jù)，船舶罐區(qū)、供氣管線區(qū)LNG氣體泄漏，二氧化碳、氮、硫等排放數(shù)據(jù)；通導(dǎo)設(shè)備數(shù)據(jù)，如GPS、測(cè)深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀等；船用設(shè)備數(shù)據(jù)，主機(jī)、輔機(jī)、配電屏等。

2)船舶參數(shù)采集方法。目前船舶設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方式主要采用各類模塊采集,串口通訊采集,網(wǎng)絡(luò)通訊采集等方式：數(shù)據(jù)模塊采集，對(duì)于傳感器信號(hào)，需采用模擬量或開(kāi)關(guān)量模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)提供數(shù)據(jù)綜合處理單元處理；基于通訊的數(shù)據(jù)采集(串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊)，在基于通訊采集的設(shè)備其通信協(xié)議的規(guī)范上，航行通導(dǎo)設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出一般都遵循IEC61162協(xié)議，其他機(jī)艙設(shè)備和貨物設(shè)備的通訊協(xié)議接口規(guī)范一般采用各種不同的協(xié)議(常見(jiàn)的有MODBUS等協(xié)議)，遠(yuǎn)程監(jiān)控前期主要是針對(duì)常見(jiàn)協(xié)議開(kāi)發(fā)通用轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng),后期在分析不同的船舶設(shè)備廠家的通訊規(guī)范的基礎(chǔ)上，制定一套符合船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入輸出接口標(biāo)準(zhǔn)(硬件接口、軟件通訊協(xié)議)[5]。

4.1.2 數(shù)據(jù)綜合處理

數(shù)據(jù)綜合處理模塊將來(lái)將分散在各類船載設(shè)備中的船舶航行參數(shù)、航道和氣象環(huán)境、船舶機(jī)務(wù)狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后,在綜合處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)整合,采集的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的格式進(jìn)行處理(主要是數(shù)據(jù)的有效性檢查,數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一,異常數(shù)據(jù)檢驗(yàn),并生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便岸端數(shù)據(jù)中心使用)[6]。

圖4 遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖

4.1.3 數(shù)據(jù)顯示報(bào)警

1)監(jiān)測(cè)參數(shù)異常預(yù)警、報(bào)警，包括航道水深信息變化預(yù)警，以提醒船舶值班人員進(jìn)行處理，避免事故發(fā)生。

2)通過(guò)岸端數(shù)據(jù)中心或本船的AIS系統(tǒng)獲取周?chē)渌暗腉PS信息，顯示本船一定范圍內(nèi)安裝該系統(tǒng)的其它船舶的位置。

4.1.4 數(shù)據(jù)傳輸

該模塊主要通過(guò)船舶通信設(shè)備，定時(shí)向岸基傳輸，為岸基指揮、調(diào)度和安全管理提供依據(jù)?？紤]到船在內(nèi)河航行，而且因?yàn)榇靶枨?，?duì)數(shù)據(jù)有一定的實(shí)時(shí)性需求，并且船岸需要進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，其主要通訊方式采用了3G/4G通訊,所以我們考慮在船岸直接采用VPN組網(wǎng)的解決方案，利用共享的Internet網(wǎng)建立VPN連接，可以使企業(yè)減少對(duì)昂貴租用線路和復(fù)雜遠(yuǎn)程訪問(wèn)方案的依賴性, 也可以滿足其使用的需要。同時(shí)在岸端加注站周邊和重要水域可利用已布置的公共wifi配合3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全、有效和完整性。具體實(shí)現(xiàn)如下,在岸端建立一個(gè)具有VPN功能(根據(jù)需要選擇固定公網(wǎng)IP地址的寬帶接入服務(wù)器)，船端采用VPN連接入服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)服務(wù)(在設(shè)計(jì)也需考慮船舶航行時(shí)3G/4G信號(hào)不穩(wěn)定的情況下，數(shù)據(jù)的本地化存儲(chǔ)以及通訊重新建立時(shí)，歷史數(shù)據(jù)的上傳和合并)。

4.2 岸端數(shù)據(jù)中心應(yīng)用

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在岸端數(shù)據(jù)中心主要包括初始數(shù)據(jù)的的接收處理，船舶數(shù)據(jù)預(yù)處理分析，形成案例回放以及儲(chǔ)存歸檔，最后通過(guò)數(shù)據(jù)回傳進(jìn)行遠(yuǎn)程性的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)性的監(jiān)督控制，為此從這幾個(gè)方向考慮岸端數(shù)據(jù)中心的實(shí)效性應(yīng)用。①初始數(shù)據(jù)。同步初始報(bào)告，由船上產(chǎn)生，發(fā)送回岸上,主要是船舶端的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。②船舶數(shù)據(jù)回放。岸端數(shù)據(jù)中心接收船舶發(fā)回的數(shù)據(jù)，可用列表和模擬圖方式顯示船上數(shù)據(jù)。通過(guò)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，可查詢過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)的報(bào)警、消警、報(bào)警抑制、傳感器故障記錄。③岸端數(shù)據(jù)回傳。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，將岸端分析后數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱?，遠(yuǎn)程指導(dǎo)船舶工作。

4.2.1 信息管理

1)船舶航行管理。船舶實(shí)施定位、船舶軌跡查詢、區(qū)域警告、到港預(yù)報(bào)、分區(qū)監(jiān)控、重點(diǎn)船舶監(jiān)控，將整理好的航行數(shù)據(jù)反饋船舶備份記錄，形成相應(yīng)的航行報(bào)告，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的統(tǒng)一調(diào)度、加注導(dǎo)航、過(guò)閘、進(jìn)出港等管理。

2)船舶能耗管理。燃料管理：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、液位數(shù)據(jù)等，對(duì)運(yùn)行參數(shù)預(yù)警、報(bào)警等。根據(jù)目標(biāo)船位置，設(shè)定最優(yōu)航線，對(duì)加注船進(jìn)行導(dǎo)航，減少船舶燃料消耗。

3)船舶機(jī)務(wù)管理。包括人員管理、備件管理、設(shè)備管理、證書(shū)管理等功能。

4)航運(yùn)信息管理。天氣預(yù)報(bào)、貨源信息、市場(chǎng)技術(shù)信息、通航信息、船員招聘信息、新聞娛樂(lè)信息、港口信息。

5)事故應(yīng)急救援管理。船舶在正常航行時(shí)，出現(xiàn)氣源不足、機(jī)器故障、機(jī)器異常工作、火災(zāi)、爆炸、觸礁、擱淺、碰撞、溢油以及漏氣等一系列故障，在事件可能要發(fā)生之前，根據(jù)實(shí)時(shí)性的信息、圖像進(jìn)行分析，對(duì)船舶值班人員及船東發(fā)出預(yù)警，提出改進(jìn)方案，避免不正當(dāng)?shù)暮叫蟹绞剑斐少Y金浪費(fèi)、海上污染及人員傷亡等事故的發(fā)生。

6)系統(tǒng)管理。用戶訪問(wèn)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、安全策略管理。

7)門(mén)戶平臺(tái)管理。行業(yè)政策信息、市場(chǎng)技術(shù)信息、招聘信息、投融資信息、船貨信息、航線查詢、在線交易信息。

4.2.2 移動(dòng)APP

通過(guò)數(shù)據(jù)中心，用戶通過(guò)智能終端，瀏覽船端圖像、查詢船舶設(shè)備或貨物信息，查詢船舶位置等。還可實(shí)現(xiàn)加注導(dǎo)航，根據(jù)目標(biāo)船位置，設(shè)定計(jì)劃航線，當(dāng)船到達(dá)航點(diǎn)的報(bào)警圈時(shí)，系統(tǒng)提示到達(dá)航點(diǎn)，并自動(dòng)轉(zhuǎn)入計(jì)劃航線上的下一個(gè)航點(diǎn)開(kāi)始導(dǎo)航。在計(jì)劃航線旁設(shè)置偏航范圍，當(dāng)船位離開(kāi)此范圍時(shí)，系統(tǒng)提示船已偏離引導(dǎo)航線。

5 結(jié)束語(yǔ)

船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)(RMCSS系統(tǒng))，能有效監(jiān)控船舶在近海或遠(yuǎn)洋中航行，為船舶的安全經(jīng)濟(jì)航行提供更好的航行方案，并且通過(guò)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)有效的達(dá)到船舶高效管理的目標(biāo)，文章從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能及其運(yùn)行模式做了詳細(xì)的介紹，通過(guò)描述，該系統(tǒng)能夠滿足幾乎所有類型的船舶安全管理需求，對(duì)于LNG船舶更是添加了獨(dú)特的監(jiān)控模式，能夠使船東在岸上隨時(shí)性的了解到其船舶的運(yùn)行信息，并且掌握其實(shí)時(shí)性的需求，如燃料不足需加注等一系列問(wèn)題，本文所描述的系統(tǒng)相較于現(xiàn)有成熟的系統(tǒng)船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)有其更加獨(dú)特且全面的功能，最大限度的滿足船員及船東的雙向性需求，大大規(guī)避了船舶潛在的安全問(wèn)題。提高船舶運(yùn)輸安全管理能力、推進(jìn)智能船舶的研究步伐。根據(jù)遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)能有效降低航運(yùn)企業(yè)船舶管理和營(yíng)運(yùn)成本、加強(qiáng)船舶運(yùn)輸信息服務(wù)品質(zhì)及船舶運(yùn)輸所耗燃料和排放缺失監(jiān)管，使船舶與岸上娛樂(lè)設(shè)施同步化；同時(shí)能管理船舶行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，避免現(xiàn)有監(jiān)控產(chǎn)品功能單一、信息交換量小、避免封閉且標(biāo)準(zhǔn)單一的現(xiàn)象，解決異地管理、指揮、調(diào)度的實(shí)際需求。

船舶遠(yuǎn)傳監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)有的監(jiān)控技術(shù)上提出了一套新的監(jiān)控模式和系統(tǒng)，除了現(xiàn)有提出的功能外，還有待繼續(xù)研究，主要包括填寫(xiě)并發(fā)送過(guò)閘申請(qǐng)報(bào)告；當(dāng)船舶在到達(dá)區(qū)域時(shí)，允許手動(dòng)發(fā)送到錨確認(rèn)消息；自動(dòng)接收并即時(shí)顯示管理部門(mén)下發(fā)閘室排擋圖、過(guò)閘調(diào)度計(jì)劃報(bào)警信息、各種指令、消息等。在岸端數(shù)據(jù)中心，可經(jīng)岸端數(shù)據(jù)中心預(yù)留的海事、港行管理接口查詢進(jìn)出港簽證信息，船舶娛樂(lè)功能，也可供參考，即在免費(fèi)wifi公共服務(wù)區(qū)，允許船員通過(guò)船端3G/4G路由器接入互聯(lián)網(wǎng)等等。

[1] 馮思春.船舶遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué),2007.

[2]朱博麟.基于B/S結(jié)構(gòu)的船舶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連海事大學(xué),2008.

[3]呂偉德.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水培花卉智能生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].杭州：浙江大學(xué),2014.

[4]柳晨光.船舶油水分離器運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué),2014.

[5]許艷梅.基于3G技術(shù)的船舶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].大連：大連海事大學(xué),2013.

[6]曾明亮.船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京理工大學(xué),2013.

Taking some existing marine monitoring system as the research object,advantages and disadvantages of the existing monitoring system are analyzed briefly and a remote monitoring system which can be applied for both ocean and coastal ship navigation has been put forward,the functions of which can be added or deleted to adapt to almost all types of ships,especially LNG carriers in rapid development.In this paper,analysis and introduction are given in detail from structural design,functions and working principle,A conclusion and future prospect are drawn finally.

ship;remote monitoring;application research

賀銀根(1993-)，男，江西萍鄉(xiāng)人，大學(xué)本科，主要從事船舶動(dòng)力研究工作。

U664.21

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.01.007

2015-09-06