船舶進出港管理信息服務系統設計＊

2016-07-14 06:39:28重慶郵電大學移動通信技術重慶市重點實驗室代海鵬

世界海運 2016年4期

重慶郵電大學移動通信技術重慶市重點實驗室代海鵬余斌

船舶進出港管理信息服務系統設計＊

重慶郵電大學移動通信技術重慶市重點實驗室代海鵬余斌

摘要：船舶在進出港口和航行過程中，陸地監控服務中心需要對船舶位置進行監控，對船舶航行路線進行指揮調度，監控中心和船舶之間需要保持無線通信的長連接狀態。為解決這些問題，提出基于北斗系統的船舶進出港管理系統的方案和設計方法，實現系統硬件與軟件設計。該系統在真實環境下進行測試，系統硬件能夠實時采集、發送船舶的位置信息，系統軟件能夠實時接收、顯示船舶位置信息，并將調度指令發送到監控船舶。測試結果驗證了系統設計的可行性和有效性。

關鍵詞：船舶進出港；監控服務中心；北斗系統；位置監控

近幾年來，隨著航運業務的迅猛發展，進出港口的船舶數量和類型正在快速增長，我們港口的航道、碼頭也在加緊建設，以適應現代航運的需求。［1］船舶進出港管理系統主要完成船舶的位置管理、船員管理和進出港申請等工作。傳統的進出港管理主要通過“船管民警、船管員登記備案”“人工短信告知”或“人工錄入”的方式進行，［2］漏發、延發等情況時有發生，無法全面、及時掌握進出港船舶的動向。這種方式不僅效率低下，而且給海事部門的監管工作帶來了很大的挑戰。隨著信息化和智能化的發展，基于計算機系統的船舶進出港管理信息服務系統應運而生，它提供了更好的人機交互界面，更加智能化地為船舶和港口提供便捷的服務。［3，4］

北斗定位系統作為我國自主研發的全球定位系統，［5］可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務。移動通信蜂窩網絡是目前世界范圍內覆蓋最廣的無線網絡，而基于蜂窩網定位的應用越來越成為研究的熱點。［6］船舶進出港口及作業和運行過程中，需要實現對船舶的定位和指揮調度。本文基于北斗和蜂窩網定位技術設計了一種船舶進出港管理信息服務系統，目標是完成船舶進出港電子報關及港區內船舶安全管理、船舶及船員信息化管理和信息統計等功能。它的特點和優勢如下：

（1）有移動網絡時船載終端實時傳回信息（包括位置和身份信息），無移動網絡時存儲于船載終端上，待時間累積1 h，利用北斗通信系統傳回信息；

（2）有移動網絡時船載終端每隔10 min記錄一次航點，無移動網絡時每隔30 min記錄一次；

（3）船載終端可存儲長達3個月的采集信息；

（4）船載終端實現太陽能和電池雙供電，純電池供電可達10天；

（5）船載終端設備唯一性，實現一機一船身份識別。

一、系統架構設計

船舶進出港管理信息服務系統的結構如圖1所示，其對應功能模塊主要包括：監控服務中心、船載終端、無線網絡。

監控服務中心，完成對終端信息的接收和指令發送，實現對用戶信息的導航、安全管理、信息存儲等功能；客戶可以通過網絡訪問監控服務中心，同時監控服務中心可以將信息發送到指定用戶的計算機或者移動終端上。

船載終端，包括定位導航單元、刷卡器，其具有定位、導航、身份信息采集功能，通過無線網絡實現與監控服務中心的互聯互通。

無線網絡，包括GPRS等移動通信網絡、北斗通信網絡，其完成向船載終端的指令發送及船載終端向監控服務中心的信息傳輸。

圖1 船舶進出港管理信息服務系統的結構

二、船載終端硬件設計

船載終端硬件主要由控制模塊、Zigbee模塊、北斗導航通信模塊、GPRS通信模塊、電源模塊等五大模塊組成。其中，控制模塊選用STM32芯片作為硬件系統的微控器，北斗導航通信模塊選用UM220芯片實現船舶的定位信息采集與短報文通信功能，GPRS模塊選用SIM900A芯片完成船載終端硬件采集信息的實時傳輸。船載終端硬件系統架構如圖2所示。

圖2 船載終端硬件架構

三、監控服務中心軟件設計

1.軟件系統架構

在北斗衛星導航安全管理系統終端軟件中，定義各種外部事件如傳感器電平的跳變、傳感器參數超過某門限以及串口收發數據等由中斷或者查詢方式進行處理。當CPU收到傳感器的警告消息或者人為的報警信息后，就把當前的報警信息發送給特定目標。其中發送的報警信息主要是北斗的定位信息，以及包含用戶具體信息的ID號。對于要發送到哪些特定的目標，由用戶自主選擇，用戶可以通過產品上的按鍵進行設置，軟件架構如圖3所示。

圖3 監控服務中心軟件系統架構

2.功能模塊設計

（1）生成統計報表功能內的航程，以及累計航程直觀地顯示給管理人員。管理人員從統計報表中了解船舶的使用狀況，進而更好地對船舶進行維護和管理。功能原理是每艘船對應一個ID號，船舶在航行過程中將自己的航程信息通過通信接口發送給監控中心，監控中心根據船舶編號和發送日期將信息存儲到數據庫中。系統根據用戶指令，從數據庫中取出待查詢船舶的航程信息，生成統計報表。

（2）用戶管理功能

用戶管理實現用戶權限與管理對象（船舶）的設置，以及用戶基本資料的修改。用戶管理設置是對監控中心所有設定用戶的操作范圍以確保系統數據的運行安全。

（3）船舶信息管理

船舶信息管理用來登記船舶的號碼、終端編號、SIM卡號、所屬分組、發動機號、底盤號、船舶圖標、保險情況、質檢信息、船舶照片、船舶油耗、報警信息、GPS服務信息等，為船舶管理提供依據。

（4）船員信息管理

船員管理完成干部船員（船長、輪機長、駕駛員、輪機員等）基本資料登記、任職記錄登記、報批登記、交接班記錄、在船人員查詢、綜合查詢與輸出用戶所需的各種報表。也可按用戶要求增加船員換班管理功能。

（5）電子報關

電子報關用來監控船舶的航行區域，一旦船舶進入或者超出劃定區域，監控中心即觸發報警，并將報警信息存入數據庫，供用戶隨時查閱。另外，系統還可以將警戒區與船舶編號進行綁定，實現特定船舶的重點管理。

（6）在港船舶數量統計

在港船舶數量統計用來統計當前ID號與警戒區進行綁定的船舶數量，掌握船舶的航行動態。

（7）系統升級

系統升級用來對系統功能進行完善，更好地滿足用戶的需求。