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(xiàn)狀，提出基于北斗的智慧船舶服務系統(tǒng)的研究方案，通過系統(tǒng)與高精度北斗船載終端、手機APP的配套應用，打破傳統(tǒng)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(tǒng);船舶調(diào)度;監(jiān)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(jīng)濟帶建設的腹地，是西南經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)豐富礦產(chǎn)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(qū)、東盟國家開放和合作的重要物流通道[1]。發(fā)展西江流域航運，對改善沿江地區(qū)投資環(huán)境和交通運輸條件、推動沿江地區(qū)產(chǎn)業(yè)帶的形成、支撐海上絲綢之路和珠江—西江經(jīng)濟帶的建設具有重要戰(zhàn)略意義。然而，隨著水運物流經(jīng)濟的快速發(fā)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(jiān)控與管理，優(yōu)化過閘業(yè)務流程，提升船舶過閘效率與服務質(zhì)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(xiàn)狀，提出基于北斗的智慧船舶服務系統(tǒng)研究方案，并對該研究方案進行相關描述與說明。

1 現(xiàn)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(xiàn)代化信息技術和北斗衛(wèi)星定位技術，結合“互聯(lián)網(wǎng)+”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(tǒng)一規(guī)劃[2]，各部門之間的信息資源還不能很好地實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(zhí)行混亂、過閘擁堵、過閘繳費手續(xù)繁雜、耗費時間過長等問題，不利于航運事業(yè)及航運物流的發(fā)展。

（2）信息共享性弱。西江航運各船閘業(yè)主間處于獨立運行管理狀態(tài)，不同業(yè)主之間管理單位/模式不同、調(diào)度系統(tǒng)不統(tǒng)一，信息資源不共享，極易造成航道水位不穩(wěn)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(diào)整船閘運行狀態(tài)，嚴重影響通航效率。

2 基于北斗的智慧船舶服務系統(tǒng)研究

2.1 系統(tǒng)架構

針對西江流域船閘信息化建設現(xiàn)狀，本文提出了基于北斗的智慧船舶服務系統(tǒng)研究方案。該系統(tǒng)的建設主要通過北斗/GPS衛(wèi)星導航、大數(shù)據(jù)、GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）、物聯(lián)網(wǎng)、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(tǒng)融合，實現(xiàn)全流域船舶調(diào)度與監(jiān)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(tǒng)架構如圖1所示。

2.2 功能實現(xiàn)

2.2.1 全流域船舶調(diào)度與監(jiān)控管理

全流域船舶調(diào)度與監(jiān)控管理功能采用北斗/GPS衛(wèi)星定位技術、GIS技術、智能衛(wèi)星通信技術等，由高精度北斗船載終端、通信傳輸網(wǎng)絡、調(diào)度中心、視頻監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成，視頻監(jiān)控中心可以通過調(diào)度中心以電子海圖的動態(tài)顯示與船舶進行實時通信，實現(xiàn)全流域的船舶調(diào)度、動態(tài)監(jiān)控等功能。具體實現(xiàn)如圖2所示。

（1）全流域船舶調(diào)度。①基于北斗定位系統(tǒng)，對船閘上下游船舶進行定位，通過地理信息系統(tǒng)進行集中展現(xiàn)。調(diào)度中心可根據(jù)船閘上下游水位發(fā)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(lián)網(wǎng)整合相關信息，實現(xiàn)水文、氣象、船閘排隊情況等數(shù)據(jù)的實時匯總，結合電子地圖，實現(xiàn)對全流域船閘運行狀況的總體聯(lián)合調(diào)度。

（2）監(jiān)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(tài)傳感器、攝像頭等終端硬件設備，獲取船舶航行姿態(tài)及影響船舶航行的因素（風速、水流）信息，上傳至數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析。配套GIS電子地圖，實時顯示船舶航行狀態(tài)，實現(xiàn)對全流域航行船舶的監(jiān)控管理。②通過視頻監(jiān)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(wǎng)絡、傳感、圖像識別、現(xiàn)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(tǒng)的信號發(fā)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(nèi)置的內(nèi)部編碼信息（編碼包含船號、船型、船舶賬戶等信息），根據(jù)船舶的貨物種類和實載噸數(shù)，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(yè)務，實現(xiàn)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(tǒng)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(lián)網(wǎng)基本框架，結合北斗衛(wèi)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(wǎng)技術進行研究，實現(xiàn)船舶過閘自身狀態(tài)、船閘、船閘內(nèi)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(wèi)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(shù)據(jù)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(diào)度中心或者監(jiān)控客戶端可實時了解船舶狀態(tài)信息，以便進行船舶過閘調(diào)度與操作。②在閘室內(nèi)安裝監(jiān)控器和多種傳感器，通過Zigbee技術實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。當安裝有Zigbee模塊的船舶進入閘室后，可自動與閘室內(nèi)已有的Zigbee模塊實現(xiàn)自動組網(wǎng)，并通過Zigbee網(wǎng)絡將船舶狀態(tài)信息進行回傳，為調(diào)度中心的過閘排檔提供數(shù)據(jù)信息。

（2）身份識別。當船舶駛?cè)肷漕l識別區(qū)時，系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)統(tǒng)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(tǒng)計與分析功能，為管理人員的分析決策提供數(shù)據(jù)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(tǒng)研究時，將北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)融合應用，利用高精度北斗船載終端和北斗地基增強網(wǎng)聯(lián)合實現(xiàn)船舶精準定位;通過應用地理信息系統(tǒng)龐大的電子地圖功能，將船舶、航道、水文、氣象、船閘排隊等數(shù)據(jù)信息實時顯示在GIS地圖上，并在此基礎上研究與優(yōu)化北斗高精度和GIS的集成應用，最終實現(xiàn)船舶調(diào)度與監(jiān)控管理、信息采集及身份識別等功能。

3.2 流域船舶監(jiān)控與調(diào)度服務模型構建

構建多控點流域船舶監(jiān)控與調(diào)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(shù)據(jù)、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(jiān)控情況。結合船舶監(jiān)控與調(diào)度服務模型，對采集到的數(shù)據(jù)進行精準分析，輔助指揮中心進行綜合決策分析，進而實現(xiàn)對流域船舶的實時動態(tài)監(jiān)控與調(diào)度。

4 應用預期效果

基于北斗的智慧船舶服務系統(tǒng)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(jiān)控、過閘自動繳費等功能的實現(xiàn)，為船舶過閘提供科學、精準的數(shù)據(jù)信息服務，以服務手段的創(chuàng)新促進管理方式的轉(zhuǎn)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(yè)監(jiān)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(tǒng)的融合應用，為船舶航運過程提供智能化服務，實現(xiàn)對船舶位置的精準定位、過閘流程優(yōu)化管理，有效減少船舶航程與待閘時間，幫助物流企業(yè)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(xiàn)狀，針對其存在的過閘方式落后、信息共享性弱等產(chǎn)生的聯(lián)合調(diào)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(tǒng)的建設研究方案，并對該系統(tǒng)各功能架構進行相關描述。目前，該系統(tǒng)已在西江流域部分船閘進行應用。經(jīng)過一年多的試運行，實現(xiàn)了智能化過閘繳費管理和全流域船舶監(jiān)控調(diào)度管理，在提高船舶智能通航效率、降低航運物流企業(yè)運輸成本方面取得較好的應用效果。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]