航道測量船遠程監控管理系統的設計

一、引言

隨著經濟社會的發展，長江作為貫通我國東中西部重要的交通運輸通道，已經上升為國家戰略，成為交通運輸綜合體系中的重要組成部分。長江航道的快速發展，需要航道測量作為堅實保障。由于航道測量作業盡在野外，測量作業船舶的維護管理較為困難，作業動態掌握不及時。為提高航道測量船舶的管理效率，提升作業安全性，及時掌握測量船的動態，利用先進的網絡技術、數據庫技術和計算機技術等，構建一套航道測量船遠程監控管理系統，將能夠為長江航道測量提供更加及時可靠的測量保障，為實現長江航運的“暢通高效平安綠色”奠定基礎。本系統緊緊結合航道測量的外業特點，構建一套遠程監控管理系統，實現作業現場船舶、作業人員、生產狀況等的動態監控，提高航道測量船舶的管理水平。

二、系統結構設計

1、系統總體結構

航道測量船遠程監控管理系統將測量船的位置、工作狀態、航道測量數據傳至監控中心，并將數據在監控中心記錄、存儲和分析。系統總體結構由測量船端信息采集與傳輸子系統、中心監控服務器子系統、中心局域網子系統等組成(如圖1)

測量船端信息采集與傳輸子系統位于測量船上，主要設備是PC工控機、數據采集卡、GPS定位設備、傾斜儀傳感器、GPRS收發器、AIS船臺設備等。航道測量信息由現有的航道測量系統提供測量數據接口，通過無線通信網絡實時傳送至監控中心，同時在本地PC工控機上保存在船舶本地數據庫，在設定時間或需要時傳送至監控中心。GPS定位設備用于測量船舶當前位置信息，通過串口送入測量船PC工控機。傾斜儀傳感器用于測量船舶的傾斜角度，及時掌握船舶存在的風險，PC工控機通過數據采集卡連接傾斜儀傳感器。

中心監控服務器子系統，兼作通信服務器、WEB服務器和數據庫服務器，將各測量船狀態數據、測量數據存入數據庫。在數據通信方面，服務器通過GPRS或AIS接收測量船端數據，并下發中心有關命令至測量船。

系統總體架構采用B/S模式，實現用戶端的簡單維護和快捷使用。

圖1 系統邏輯結構圖

2、系統通信結構設計

測量船端信息采集與傳輸子系統負責數據采集，其采集整理的數據將通過無線傳輸系統，實現測量船動態信息與監控中心的實時傳輸。考慮到長江航道上的無線通信現狀和條件，目前可以考慮基于GPRS的公網或基于AIS的專用網實現無線數據遠程傳輸。

2.1 基于GPRS的公網通信網絡結構設計

GPRS通信方式的優點是一次性投資少、安裝簡單，但需要長期支付通信費。系統結構上有中心數據接收端和測量船數據傳輸端組成。中心設置一臺GPRS服務器，中心監控服務器、各用戶客戶端及GPRS服務器均連接到網絡交換機，實現對服務器數據的訪問。測量船上配備GPRS收發器，與船載PC工控機相連，將采集的信息通過移動傳輸網絡與中心服務器實時通信互聯。系統通信結構如圖2所示。

圖2 基于GPRS無線數據傳輸網絡結構邏輯圖

2.2 基于AIS的專網通信網絡結構設計

AIS系統是長江海事局為船舶航行保障提供的一套系統，其優點是使用專網傳輸，系統可靠性強、無通信費，而且可接收領域內AIS船舶信息，對于船舶避碰有輔助作用。但是，AIS直接發送和接收信號的距離有限，短期內，在全長江航道沿線使用還存在障礙。中心服務器可以通過AIS船臺設備或通過光纖與各AIS基站互連，從而實現客戶端的連接和應用。各測量船通過AIS船臺設備與其AIS基站連接，實現測量船采集數據的無線遠程實時傳輸。系統通信結構如圖3所示。

圖3 基于AIS專網的無線數據傳輸網絡結構邏輯圖

為提高無線數據傳輸的效率，保障航道測量船信息的實時傳輸，本系統設計中，將配備GPRS和AIS兩種通信方式，提高通信的穩定性和準確率。

三、系統功能設計

根據面向用戶的不同，系統可以劃分為測量船子系統、中心服務器子系統和中心客戶端子系統三類，其功能根據用戶的不同分別設計。具體功能設計如下。

3.1 測量船子系統功能

實現測量船基礎信息的設置與管理，包括船長、船寬、吃水深度等；

實現測量船的位置信息、傾斜度信息等的實時采集，并實時發送到中心監控服務器；

實現測量船實時采集信息在本地的維護管理和存儲功能。

3.2 中心服務器子系統功能

中心監控服務器接收各測量船數據，并保存到中心數據庫中。

提供WEB服務，處理各客戶端的訪問請求。

3.3 中心客戶端子系統功能

實現客戶端上查詢測量船的位置及實時動態信息；

實現測量船的船舶基本信息、船舶位置、船舶傾斜度、實時測量數據的查詢；

實現測量船歷史任務查詢和監控功能，了解測量船歷史作業狀況；

四、效果分析與展望

系統采用成熟的技術和設備，測量船上的數據采集系統已經運行多年且穩定可靠，GPRS和AIS的無線通信傳輸網絡暢通，建設和實施的相關條件成熟，具有較強的可實施性。系統建成后，將能夠提高航道測量船的動態管理能力，提高測量船作業效率，最終為長江航運發展提供堅實的測繪保障。該系統的遠程監控技術成熟，不僅可以應用到測量船動態監控上，在將來也可以應用到其他外業作業船舶上，以及長江航運船舶上，提高船舶的動態管理能力，提升航運船舶的運行效率，最終為沿江經濟發展提供保障。

參考文獻：

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[4]楊品福，吳曉艷. 基于ArcSDE的長江航道測量數據管理系統設計與實現. 地理空間信息，2008.4

作者簡介

倪軍 ：男 1983.4.25湖北漢川武漢理工大學交通工程本科中鐵港航局二公司助理工程師