船舶管理信息系統設計

王 力

船舶管理信息系統設計

王 力

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

為了加快管理信息化建設，提高船舶管理過程的效率，本文設計了一種船舶管理信息系統系統。本系統包括n個本地監控中心，1個遠程監控中心，按照統一后臺管理模式進行設計和實施，通過VSAT衛星通信，實時上傳船舶各系統的運行參數，供相關人員監測平臺各系統的實時運行狀況，匯總比較不同平臺運行性能，制作統計報表，優化運行方式，實現平臺各系統的故障診斷、能效管理等。

船舶管理 信息共享 能效管理

0 引言

船舶管理信息系統的關鍵技術是信息共享，這一技術集中體現了該系統的功能和效益。利用有用的信息集成，船舶管理信息系統可以做到信息共享，最終實現船岸一體化的信息交換，可以對船舶運營和管理產生巨大的改善。研究和開發船舶管理信息系統對于國防建設也具有重要意義，可以大大提高海軍艦船的協調作戰能力。

1 組成

本方案采用VSAT衛星通信系統。VSAT是 Very Small Aperture Terminal 的縮字，直譯為甚小口徑衛星終端站。所以也稱為衛星小數據站（小站）或個人地球站（PES），這里的“小”字指的是VSAT衛星通信系統中小站設備的天線口徑小，通常為0.3~1.4 M。VSAT系統具有靈活性強，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。VSAT系統由一個主站及眾多分散設置在各個用戶所在地的遠端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間可直接進行高達2 Mbps的數據通信。特別適用于有較大信息量和所轄邊遠分支機構較多的部門使用。VSAT系統可提供電話、傳真、計算機信息等多種通信業務。

1.1 遠程監控系統

遠程監控系統采用先進的B/S（瀏覽器/服務器）體系結構，實現數據和應用的集中管理，易于存儲管理和升級維護。

系統分設本地監控中心（船端）和遠程監控中心（岸基）兩大部分。本地監控中心面向所在平臺（n），既作為本地的數據和業務管理中心，同時又作為與遠程監控中心通訊聯絡的中介。遠程監控中心面向所有入網平臺（1），用以管理所有的船舶。兩者具有n：1的關系，通過船岸通訊協議實現雙向通訊，具有相同的功能和用戶界面，區別在于數據密度（時間分辨率）不同，本地數據密度高，特別是CCTV視頻數據。

遠程監控中心部署于云服務器，工況和通導數據存儲于時間序列數據庫，報警及管理信息存儲于關系數據庫，擬采用MySQL。通過WEB服務器提供對外服務，遠程用戶可通過IE、Firefox等網絡瀏覽器使用相關功能，功能受到用戶名/密碼保護和控制。

遠程用戶除了訪問遠程監控中心的定時上傳數據，也可臨時訪問存儲于遠程平臺上的高密數據，如其它未上傳的CCTV實時視頻，提高系統的靈活性和便利性。

圖1 系統組成

圖2 船端網絡圖

1.2 船岸通訊

所有監控參數均可定時上傳到遠程監控中心的遠端服務器。根據帶寬需求和業務特點，監控參數實行分類管理，各自制定數據上傳策略。監控參數主要包括設備運行工況、通導參數、多路CCTV視頻數據、音頻通話等4大類，船岸通訊可虛擬成4條傳輸鏈路。

本地數據存儲的策略側重于保留細節、去除冗余；遠程上傳的策略側重于減少帶寬占用，傳遞盡可能多的有效信息至遠程監控中心。遠程存儲策略在于平衡存儲空間和有效信息，精選測點?？偨y而言，運行工況和通導參數可優選參數，長期保存；CCTV視頻由于空間占用巨大，可設定存儲配額，循環存儲；音頻通話為臨時數據，無需保存。

運行工況包括機器設備的運行參數，如溫度、壓力，以及報警測點。通導參數包括GPS、測深儀、VDR等儀表數據。運行工況和通導參數的船岸通訊為自定義協議，大量采用了IoT（物聯網）等協議規范，高性能、高可靠。CCTV視頻和音頻采用流式協議，如RTMP、RTSP、FLV/HLS等，實現編碼、解碼、轉碼、壓縮等功能。

1.3 船端網絡

為確保整個系統安全可靠運行，船端各子系統間通過光纖連接，通訊協議為TCP/IP，光纖交換機選用西門子SCALANCE X200系列交換機。

光纖環網可以防止網絡中任何一條連接線斷掉，影響連接中的一個區域所帶來的網絡安全隱患。是目前最先進的網絡拓撲結構，它的自愈功能好，具有生存力強，網絡傳輸穩定和可靠性高等優點。

表1 參數存儲和上傳策略

2 能效管理

能效管理系統能夠基于船舶航行設備的實時運行參數數據及船舶能效指標，分析能效影響因素，滿足船舶的能效管理需求。面向船舶營運過程中的船舶能效智能化，通過對航行行為及耗能設備數據的智能感知、自動采集、在線監測等方式使用大數據處理、數值分析及優化等關鍵技術，實現了船舶能耗、排放數據的在線智能監測，具有船舶能效實時評估與預警、船舶運營效率與效益評估等功能；同時，該系統可與公司機務海務、燃油管理、健康保養等管理系統建立標準的數據接口，形成船舶大數據平臺，實現數據共享，提高船舶大數據的使用效率，提高航運管理精度，降低運營成本。幫助船東實現高效節能、經濟航行、減少排放的最優航行目的。

數據采集功能是能效管理系統的基礎，所有其他功能使用的數據，均來自于數據采集。數據采集是通過分布在全船的導航雷達、陀螺羅經、各類傳感器、攝像頭、水平儀、測深儀、主要耗能設備、軸功率監測設備、主要耗能設備的燃料計量裝置、風速風向儀、全球衛星定位系統、計程儀、電子傾斜儀、船舶吃水測量設備等設備將能效系統所需要的數據采集并集中，通過以太網通訊發送到船上數據庫服務器，岸基數據庫服務器和分布在船上各處的監測臺。數據采集功能采集的主要參數如表2所示。

表2 能效管理數據采集主要信息

智能能效管理可以實現以下基本功能：

1）船舶航行狀態、能效及耗能狀況在線監測和數據的自動采集，以及氣象環境數據的獲得；

2）對船舶能效及能耗狀況進行評估、報告和報警；

3）根據分析評估結果，為船舶能效管理提供輔助決策建議；

4）可結合航線特點、燃料消耗、經濟效益等評估結果，提供基于不同目標的航速優化方案；

5）可根據初始裝載及船舶最佳航態分析，提供基于縱傾優化的最佳配載方案。

3 結論

船舶管理信息系統按照統一后臺管理模式進行設計和實施，實時上傳船舶各系統的運行參數，包括平臺運行工況、事件報警等航行參數到管理中心站，供相關人員監測平臺各系統的實時運行狀況，匯總比較不同平臺運行性能，制作統計報表，優化運行方式，實現平臺各系統的故障診斷、能效管理等，并結合大數據技術，挖掘驗證平臺運行規律，進一步推進各系統設計的數字化和精細化。

[1] 趙耀. 船舶信息管理系統的設計與實現[D]. 天津: 南開大學, 2014.

[2] 徐曉東, 楊卓敏, 張森, 李小武. 交通集成指揮平臺與視頻會議系統視頻對接方案探討[J]. 超星期刊, 2017.

[3] 劉微, 尚家發, 智能船舶發展現狀及我國發展策略研究[J]. 艦船科學技術, 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