內(nèi)河航標(biāo)維護(hù)船監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究

摘 要：文章主要講述了內(nèi)河航行標(biāo)志船只數(shù)字化監(jiān)管掌控體系的性能需要，建議由數(shù)據(jù)收集、傳遞以及運(yùn)用這三個方面的體系共同構(gòu)成的整體框架，策劃了船只以及岸邊數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，建造了內(nèi)河航行標(biāo)準(zhǔn)船只船艙內(nèi)監(jiān)管掌控體系以及船只運(yùn)行情況監(jiān)管掌控體系，并且研制了航行標(biāo)志維護(hù)船只資料管制程序。

關(guān)鍵詞：內(nèi)河航道；航標(biāo)工作船；數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)

1 數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1 功能需求分析

為了能夠提升船只在內(nèi)河安全航行的重要助航設(shè)施的自動化、科學(xué)化管制水準(zhǔn)，內(nèi)河航行標(biāo)志維護(hù)船只的數(shù)字化管制體系要擁有船只運(yùn)行監(jiān)管掌控、工作管制、船端機(jī)務(wù)管制、不正常運(yùn)行情況的報警以及預(yù)警等五個關(guān)鍵性能，見圖1

圖1 數(shù)字機(jī)務(wù)管理功能圖

船首或者船尾運(yùn)行中監(jiān)督掌控就是完成對航行標(biāo)志船只自動識別系統(tǒng)的監(jiān)管掌控，使航行標(biāo)志維護(hù)船能夠及時的清楚自身在運(yùn)行時的速度、方向、位置等情況，也能夠清楚自身運(yùn)行的環(huán)境狀況，使航行標(biāo)志船只監(jiān)管掌控完成現(xiàn)場化以及信息化。工作管制體系就是將航行標(biāo)志船只在運(yùn)行工作時收集資料同時把資料經(jīng)過特別的通道傳遞到航道局的體系中，這項體系完成了遠(yuǎn)程監(jiān)督掌控性能，并且在很大的程度上提升了航行標(biāo)志維護(hù)船只的工作水準(zhǔn)。船舶機(jī)務(wù)管理是指對船上機(jī)器的操縱、維修、保養(yǎng)等方面的事務(wù)的管理，船舶機(jī)務(wù)管理系統(tǒng)的本質(zhì)是輔助或者實現(xiàn)船舶機(jī)務(wù)管理的計算機(jī)軟件。機(jī)務(wù)管制體系能夠讓駕駛工作者及時掌握各種運(yùn)行信息，進(jìn)而把它們放在最佳的環(huán)境下運(yùn)用，減少了設(shè)施發(fā)生事故的次數(shù)，機(jī)務(wù)管制體系推動了航行標(biāo)志維護(hù)船只設(shè)施的管制朝著自動化、現(xiàn)場化、數(shù)字化的方向發(fā)展。異常報警功能是通過監(jiān)測航標(biāo)船舶運(yùn)行的各種信息，包括航標(biāo)維護(hù)船自身信息和周圍信息，自身信息主要是指主機(jī)、輔機(jī)、舵機(jī)等信息； 周圍信息主要是指 TCPA 和 DC-PA、橋梁、沉船、水深等信息。反常報警體系能夠讓航行標(biāo)志船只工作者提早清楚本船存在的危險，讓工作者獲取對付危險的措施獲取時間。預(yù)警處置性能就是監(jiān)督管理工作者按照以往的工作經(jīng)驗，完成應(yīng)對現(xiàn)在所面臨的危險情況自主形成的輔助措施的性能。

1.2 整體架構(gòu)

按照上面所講述的航行標(biāo)志維護(hù)船只所具有的機(jī)務(wù)管制性能情況解析能夠清楚，內(nèi)河航行標(biāo)志維護(hù)船只進(jìn)行數(shù)字化的管制體系是建立在各種傳感設(shè)施的收集信息為根本，是由數(shù)據(jù)收集子體系、數(shù)據(jù)傳遞子體系以及數(shù)據(jù)使用子體系這三個部分構(gòu)成，這三者之間相得益彰，缺少任何一個部分都不完整，見圖2。

圖2 數(shù)字化管理系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是獲取航標(biāo)維護(hù)船上安裝的傳感器采集所得數(shù)據(jù)，包括位置數(shù)據(jù)、AIS 數(shù)據(jù)和機(jī)務(wù)數(shù)據(jù) （主機(jī)、齒輪、油壓、溫度、轉(zhuǎn)速、電壓等數(shù)據(jù)），是數(shù)字化管理系統(tǒng)中其他應(yīng)用的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是獲取采集的各種傳感器信息，進(jìn)行分析和處理后，與其他系統(tǒng)的信息 （如 AIS，雷達(dá)信息） 等助航信息進(jìn)行融合，通過無線傳輸上傳到管理中心。數(shù)據(jù)運(yùn)用體系是使用傳感設(shè)施收集資料以及結(jié)合數(shù)據(jù)，為航行標(biāo)志船只以及航道局自身的監(jiān)督管制供應(yīng)了船只、機(jī)務(wù)、運(yùn)行的監(jiān)管掌控、信息預(yù)先警報、專家判斷等運(yùn)用，為在航道內(nèi)運(yùn)行船只的監(jiān)視看管供應(yīng)了更加整體、及時的監(jiān)管掌控資料。

2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)設(shè)計

2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

因為內(nèi)河航行標(biāo)注維護(hù)船只是歸于公共船只的范疇內(nèi)，關(guān)鍵的工作是管制以及保衛(wèi)航行標(biāo)志，所以其檢測位置主要是機(jī)槍資料以及工作資料。這里機(jī)槍資料主要是左右主機(jī)、舵機(jī)、輔機(jī)、電站、探測工作、其他設(shè)施等資料。數(shù)據(jù)檢測位置見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)測點分析示意圖

左主機(jī)檢測點以及右主機(jī)檢測點都是監(jiān)督檢測主機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，例如運(yùn)轉(zhuǎn)速度、主機(jī)水溫度、主機(jī)油壓數(shù)據(jù)、齒輪箱溫度、齒輪油壓強(qiáng)、主機(jī)水溫度、主機(jī)超速情況等。電站檢測點主要是電站電壓以及電流、發(fā)電設(shè)施過載這三種數(shù)據(jù)。輔助機(jī)檢測點主要包含輔助機(jī)水溫以及油壓這兩種資料。舵機(jī)檢測點主要是舵角、油泵電源以及運(yùn)行情況這三種資料。其他檢測點大多是另外一些設(shè)施的檢測資料，例如艉軸轉(zhuǎn)動速度、主配電板失電以及絕緣低、船艙水位等情況。探測也是航行標(biāo)志維護(hù)船只的一項重要工作，檢測水深度以及定位等資料。

2.2 動態(tài)信息采集

根據(jù)以上測點的各自特點，本文通過以下 3 種模式采集船舶的傳感器動態(tài)信息。

1） 開啟量以及關(guān)閉量收集形式。開啟量以及關(guān)閉量收集形式大多是經(jīng)過收集輸入信息的高電平以及低電平，之后通過電平轉(zhuǎn)換設(shè)施開展處置，把它們處置為體系能夠辨別的數(shù)據(jù)，最后把處置好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到體系的收集終端里。在這項檢測點中，發(fā)電設(shè)施超載、油泵電源事故、油泵運(yùn)轉(zhuǎn)反常、主電板以及配電板失電、主電板以及配電板絕緣不高等資料收集都是開啟量以及關(guān)閉量收集形式。

2） 模擬量收集形式。在信息資料收集體系中主要使用模擬量收集形式，很多資料的收集都是使用模擬量收集來實現(xiàn)的。模擬量收集主要有電流以及電壓的收集。這里電流收集占領(lǐng)關(guān)鍵的位置，傳感設(shè)施輸出四到二十毫安電流通過電流收集板開展處置，把電流信息變更為數(shù)字信息，在通過標(biāo)定以及修整處置之后，就能夠獲取傳感設(shè)施的收集資料；電壓收集大多是經(jīng)過運(yùn)輸把電壓信號在零到五伏之內(nèi)進(jìn)行放大或者縮小，先經(jīng)過RC低通濾波增加其抗擾性能降低其受噪音影響，再把經(jīng)過處置之后的信號經(jīng)過模/數(shù)變更為數(shù)字信號，經(jīng)過標(biāo)定以及修整處置，就能夠獲取傳感設(shè)施收集資料，例如上面檢測點中的主機(jī)水溫度、電站電流電壓等。

3） 數(shù)據(jù)總線接口模式。當(dāng)前部分航標(biāo)維護(hù)船的廠家生產(chǎn)的數(shù)字傳感器具有標(biāo)準(zhǔn)的總線接口，如485 總線、422 總線、CAN 總線和以太網(wǎng)，其協(xié)議層大多采用profibus-DP和modbus協(xié)議。通過這些協(xié)議，只需要按照設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議就可直接獲取傳感器的運(yùn)行狀態(tài)信息，如上述測點中的AIS、GPS、測深儀、計程儀等信息。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)架構(gòu)

航行標(biāo)志維護(hù)船只船載體系和安排的機(jī)務(wù)核心位置奮戰(zhàn)開展雙向信息交流，需要時也能夠直接和核心站開展雙向信息交流。信息交流體系框架見圖4。全部的船只和核心站的交流都要經(jīng)過安全檢驗。在運(yùn)送數(shù)據(jù)時要使用高強(qiáng)度加密形式對運(yùn)送的數(shù)據(jù)開展加密，確保數(shù)據(jù)安全完整的運(yùn)送。船首或者船尾的運(yùn)動資料、工作資料、設(shè)施資料都要儲存在核心服務(wù)設(shè)施內(nèi)，全部船只的歷史資料要儲存一年以上。船首或者船尾使用無線移動信息交流措施上傳資料，使用3G信息交流設(shè)施，并且包含2G網(wǎng)絡(luò)。

3 數(shù)字化管理系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 機(jī)艙監(jiān)控子系統(tǒng)

機(jī)艙監(jiān)控子系統(tǒng)采用統(tǒng)一美觀的設(shè)計風(fēng)格，提供豐富的機(jī)艙監(jiān)控功能，運(yùn)行高效、穩(wěn)定。

3.2 船載監(jiān)測子系統(tǒng)

船載監(jiān)測子系統(tǒng)（OMS） 用于獲取待上傳到中心站的數(shù)據(jù)，包括工況、報警、船位和測深數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上做一些匯總計算工作。船載監(jiān)測子系統(tǒng)提供了面向不同機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的接口，是一種內(nèi)部接口，無論是舊船改造，還是新船建造，都經(jīng)由 OMS 對外提供統(tǒng)一編碼的測點數(shù)據(jù)，供機(jī)務(wù)中心的實時監(jiān)視和匯總統(tǒng)計，形成報警匯總表

3.3 機(jī)務(wù)中心子系統(tǒng)

機(jī)務(wù)中心采用 WEB 技術(shù)，在任意計算機(jī)上使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可使用，通過用戶管理控制訪問權(quán)限。航標(biāo)維護(hù)船工作位置監(jiān)視顯示當(dāng)前權(quán)限范圍內(nèi)所有航標(biāo)船的位置及工作狀態(tài)。航標(biāo)維護(hù)船遠(yuǎn)處報警界面可實現(xiàn)實時報警。

4 結(jié)束語

使用數(shù)字化進(jìn)行管制是航道保衛(wèi)設(shè)施的前進(jìn)方向。內(nèi)河最關(guān)鍵的輔助航海設(shè)施就是航行標(biāo)志，航行標(biāo)志維護(hù)船只是保衛(wèi)航行標(biāo)志最關(guān)鍵的設(shè)施。文章主要講述了內(nèi)河航行標(biāo)志維護(hù)船只的數(shù)字化管制措施。對船只監(jiān)管掌控數(shù)據(jù)展開了解析，策劃了船只和陸地信息交流體系，完成了及時傳遞船只關(guān)鍵設(shè)施重要措施數(shù)據(jù)、事故報警資料、運(yùn)行數(shù)據(jù)、探測資料、安全資料等到達(dá)機(jī)務(wù)核心站，完成對船只及時進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管掌控。并且策劃了航行標(biāo)志保衛(wèi)船只事故判斷服務(wù)子體系，按照柴油設(shè)施熱工報警資料初步判斷事故故障，同時建議出相應(yīng)的政策。

參考文獻(xiàn)

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