王 力

船舶管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 力

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

為了加快管理信息化建設(shè)，提高船舶管理過(guò)程的效率，本文設(shè)計(jì)了一種船舶管理信息系統(tǒng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括n個(gè)本地監(jiān)控中心，1個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，按照統(tǒng)一后臺(tái)管理模式進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，通過(guò)VSAT衛(wèi)星通信，實(shí)時(shí)上傳船舶各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，供相關(guān)人員監(jiān)測(cè)平臺(tái)各系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，匯總比較不同平臺(tái)運(yùn)行性能，制作統(tǒng)計(jì)報(bào)表，優(yōu)化運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)各系統(tǒng)的故障診斷、能效管理等。

船舶管理 信息共享 能效管理

0 引言

船舶管理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是信息共享，這一技術(shù)集中體現(xiàn)了該系統(tǒng)的功能和效益。利用有用的信息集成，船舶管理信息系統(tǒng)可以做到信息共享，最終實(shí)現(xiàn)船岸一體化的信息交換，可以對(duì)船舶運(yùn)營(yíng)和管理產(chǎn)生巨大的改善。研究和開(kāi)發(fā)船舶管理信息系統(tǒng)對(duì)于國(guó)防建設(shè)也具有重要意義，可以大大提高海軍艦船的協(xié)調(diào)作戰(zhàn)能力。

1 組成

本方案采用VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)。VSAT是 Very Small Aperture Terminal 的縮字，直譯為甚小口徑衛(wèi)星終端站。所以也稱為衛(wèi)星小數(shù)據(jù)站（小站）或個(gè)人地球站（PES），這里的“小”字指的是VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中小站設(shè)備的天線口徑小，通常為0.3~1.4 M。VSAT系統(tǒng)具有靈活性強(qiáng)，可靠性高，成本低，使用方便以及小站可直接裝在用戶端等特點(diǎn)。VSAT系統(tǒng)由一個(gè)主站及眾多分散設(shè)置在各個(gè)用戶所在地的遠(yuǎn)端VSAT組成，可不借助任何地面線路，不受地形、距離和地面通信條件限制，主站和VSAT間可直接進(jìn)行高達(dá)2 Mbps的數(shù)據(jù)通信。特別適用于有較大信息量和所轄邊遠(yuǎn)分支機(jī)構(gòu)較多的部門(mén)使用。VSAT系統(tǒng)可提供電話、傳真、計(jì)算機(jī)信息等多種通信業(yè)務(wù)。

1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的B/S（瀏覽器/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的集中管理，易于存儲(chǔ)管理和升級(jí)維護(hù)。

系統(tǒng)分設(shè)本地監(jiān)控中心（船端）和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心（岸基）兩大部分。本地監(jiān)控中心面向所在平臺(tái)（n），既作為本地的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理中心，同時(shí)又作為與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通訊聯(lián)絡(luò)的中介。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心面向所有入網(wǎng)平臺(tái)（1），用以管理所有的船舶。兩者具有n：1的關(guān)系，通過(guò)船岸通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)雙向通訊，具有相同的功能和用戶界面，區(qū)別在于數(shù)據(jù)密度（時(shí)間分辨率）不同，本地?cái)?shù)據(jù)密度高，特別是CCTV視頻數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心部署于云服務(wù)器，工況和通導(dǎo)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)，報(bào)警及管理信息存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，擬采用MySQL。通過(guò)WEB服務(wù)器提供對(duì)外服務(wù)，遠(yuǎn)程用戶可通過(guò)IE、Firefox等網(wǎng)絡(luò)瀏覽器使用相關(guān)功能，功能受到用戶名/密碼保護(hù)和控制。

遠(yuǎn)程用戶除了訪問(wèn)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的定時(shí)上傳數(shù)據(jù)，也可臨時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)于遠(yuǎn)程平臺(tái)上的高密數(shù)據(jù)，如其它未上傳的CCTV實(shí)時(shí)視頻，提高系統(tǒng)的靈活性和便利性。

圖1 系統(tǒng)組成

圖2 船端網(wǎng)絡(luò)圖

1.2 船岸通訊

所有監(jiān)控參數(shù)均可定時(shí)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的遠(yuǎn)端服務(wù)器。根據(jù)帶寬需求和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，監(jiān)控參數(shù)實(shí)行分類管理，各自制定數(shù)據(jù)上傳策略。監(jiān)控參數(shù)主要包括設(shè)備運(yùn)行工況、通導(dǎo)參數(shù)、多路CCTV視頻數(shù)據(jù)、音頻通話等4大類，船岸通訊可虛擬成4條傳輸鏈路。

本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的策略側(cè)重于保留細(xì)節(jié)、去除冗余；遠(yuǎn)程上傳的策略側(cè)重于減少帶寬占用，傳遞盡可能多的有效信息至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。遠(yuǎn)程存儲(chǔ)策略在于平衡存儲(chǔ)空間和有效信息，精選測(cè)點(diǎn)?？偨y(tǒng)而言，運(yùn)行工況和通導(dǎo)參數(shù)可優(yōu)選參數(shù)，長(zhǎng)期保存；CCTV視頻由于空間占用巨大，可設(shè)定存儲(chǔ)配額，循環(huán)存儲(chǔ)；音頻通話為臨時(shí)數(shù)據(jù)，無(wú)需保存。

運(yùn)行工況包括機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如溫度、壓力，以及報(bào)警測(cè)點(diǎn)。通導(dǎo)參數(shù)包括GPS、測(cè)深儀、VDR等儀表數(shù)據(jù)。運(yùn)行工況和通導(dǎo)參數(shù)的船岸通訊為自定義協(xié)議，大量采用了IoT（物聯(lián)網(wǎng)）等協(xié)議規(guī)范，高性能、高可靠。CCTV視頻和音頻采用流式協(xié)議，如RTMP、RTSP、FLV/HLS等，實(shí)現(xiàn)編碼、解碼、轉(zhuǎn)碼、壓縮等功能。

1.3 船端網(wǎng)絡(luò)

為確保整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，船端各子系統(tǒng)間通過(guò)光纖連接，通訊協(xié)議為T(mén)CP/IP，光纖交換機(jī)選用西門(mén)子SCALANCE X200系列交換機(jī)。

光纖環(huán)網(wǎng)可以防止網(wǎng)絡(luò)中任何一條連接線斷掉，影響連接中的一個(gè)區(qū)域所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)安全隱患。是目前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它的自愈功能好，具有生存力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

表1 參數(shù)存儲(chǔ)和上傳策略

2 能效管理

能效管理系統(tǒng)能夠基于船舶航行設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)及船舶能效指標(biāo)，分析能效影響因素，滿足船舶的能效管理需求。面向船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中的船舶能效智能化，通過(guò)對(duì)航行行為及耗能設(shè)備數(shù)據(jù)的智能感知、自動(dòng)采集、在線監(jiān)測(cè)等方式使用大數(shù)據(jù)處理、數(shù)值分析及優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了船舶能耗、排放數(shù)據(jù)的在線智能監(jiān)測(cè)，具有船舶能效實(shí)時(shí)評(píng)估與預(yù)警、船舶運(yùn)營(yíng)效率與效益評(píng)估等功能；同時(shí)，該系統(tǒng)可與公司機(jī)務(wù)海務(wù)、燃油管理、健康保養(yǎng)等管理系統(tǒng)建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，形成船舶大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高船舶大數(shù)據(jù)的使用效率，提高航運(yùn)管理精度，降低運(yùn)營(yíng)成本。幫助船東實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)航行、減少排放的最優(yōu)航行目的。

數(shù)據(jù)采集功能是能效管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所有其他功能使用的數(shù)據(jù)，均來(lái)自于數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集是通過(guò)分布在全船的導(dǎo)航雷達(dá)、陀螺羅經(jīng)、各類傳感器、攝像頭、水平儀、測(cè)深儀、主要耗能設(shè)備、軸功率監(jiān)測(cè)設(shè)備、主要耗能設(shè)備的燃料計(jì)量裝置、風(fēng)速風(fēng)向儀、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、計(jì)程儀、電子傾斜儀、船舶吃水測(cè)量設(shè)備等設(shè)備將能效系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)采集并集中，通過(guò)以太網(wǎng)通訊發(fā)送到船上數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，岸基數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和分布在船上各處的監(jiān)測(cè)臺(tái)。數(shù)據(jù)采集功能采集的主要參數(shù)如表2所示。

表2 能效管理數(shù)據(jù)采集主要信息

智能能效管理可以實(shí)現(xiàn)以下基本功能：

1）船舶航行狀態(tài)、能效及耗能狀況在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，以及氣象環(huán)境數(shù)據(jù)的獲得；

2）對(duì)船舶能效及能耗狀況進(jìn)行評(píng)估、報(bào)告和報(bào)警；

3）根據(jù)分析評(píng)估結(jié)果，為船舶能效管理提供輔助決策建議；

4）可結(jié)合航線特點(diǎn)、燃料消耗、經(jīng)濟(jì)效益等評(píng)估結(jié)果，提供基于不同目標(biāo)的航速優(yōu)化方案；

5）可根據(jù)初始裝載及船舶最佳航態(tài)分析，提供基于縱傾優(yōu)化的最佳配載方案。

3 結(jié)論

船舶管理信息系統(tǒng)按照統(tǒng)一后臺(tái)管理模式進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，實(shí)時(shí)上傳船舶各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，包括平臺(tái)運(yùn)行工況、事件報(bào)警等航行參數(shù)到管理中心站，供相關(guān)人員監(jiān)測(cè)平臺(tái)各系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，匯總比較不同平臺(tái)運(yùn)行性能，制作統(tǒng)計(jì)報(bào)表，優(yōu)化運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)各系統(tǒng)的故障診斷、能效管理等，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，挖掘驗(yàn)證平臺(tái)運(yùn)行規(guī)律，進(jìn)一步推進(jìn)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)字化和精細(xì)化。

[1] 趙耀. 船舶信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 天津: 南開(kāi)大學(xué), 2014.

[2] 徐曉東, 楊卓敏, 張森, 李小武. 交通集成指揮平臺(tái)與視頻會(huì)議系統(tǒng)視頻對(duì)接方案探討[J]. 超星期刊, 2017.

[3] 劉微, 尚家發(fā), 智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀及我國(guó)發(fā)展策略研究[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2017.

Design of Ship Management Information System

Wang Li

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

U691.1

A

1003-4862（2019）10-0058-03

2019-01-21

王力（1985-），男。研究方向：船舶電氣。E-mail: hbdyw11985@163.com