某科考船數字化信息系統的設計

倪 銘，陳嘉偉，倪其軍

（1.國防科技大學，湖南 長沙 410073；2.中國船舶科學研究中心，江蘇 無錫 214082）

0 引言

為實現某科考船科考數據智能化管理、船舶安全智能化管理，需要建立一套全船信息管理系統網絡及現代化的遠程可視化的綜合信息網絡及傳輸系統，實施全船航行及水面、水下作業等重要數據的收集、整理、歸檔，以及船舶管理及遠程協作指揮。

船舶計算機網絡系統為全船的信息傳送、信息存儲和信息處理提供網絡平臺。具有良好的可集成性、可伸縮性和可管理性，滿足日常應用系統運行的需求。

1 系統建設目標與原則

擬建設的信息系統是為實現科考調查船智能化指揮系統的移植，將本船建設成為一個流動的科研所。建設的信息化系統包括：1）保障數字智能化辦公的綜合布線及機房系統網絡硬件設施；2）覆蓋科考船四周水域的視頻監控系統；3）完備的視頻會議遠程協作指揮系統；4）船舶機務、設備數據存儲、處理；5）科考輔助設備監控、調查、測量數據存儲、處理；6）與岸基主管部門無縫對接的移動數字辦公系統；7）無線通信傳輸系統。

擬建設的信息系統建設原則：

1）智能化集成原則。本次系統建設遵循智能化集成原則[1]，保證在最小建設的情況下實現各系統功能的整合，利用一套網絡系統實現所有船載辦公網絡需求，保證實現智能化高度集成，節約建設成本。

2）成熟性原則。船載信息化系統直接影響到科考船的辦公效率，要保證建設后的系統與岸基中心的無縫對接，必須選用成熟的產品和集成方案，實現本次系統的建設目標。能夠最大限度地滿足實際工作的要求，把滿足用戶的業務管理作為第一要素進行考慮，采用集中管理控制的模式[2]，在滿足功能需求的基礎上操作方便、維護簡單、管理簡便，確保系統可長期不間斷運行。

3）先進性原則。信息智能化建設的主要目標是實現數字智能化作業任務，保證系統的先進性才能實現本次建設的目標。采用的系統結構應該是先進的、開放的體系結構[3]，系統使用科學。整個系統能體現當今多媒體信息技術的發展水平。

4）兼容性原則。系統建設應能兼容所有基于國際標準協議開發的設備與應用，兼容其他平臺的網絡設備，保證系統建設完成后，仍可根據未來信息化發展需求，增加其他標準協議開發的設備和系統。

5）可擴容性原則。智能化系統建設隨著網絡技術的發展而發展，更先進的應用系統可能在未來幾年內開發成功[4]，新系統在本船上應用時，能與現有的系統接口對接，保證系統的可擴容性[5]，為系統以后的升級預留空間。

2 系統設計與功能說明

2.1 綜合布線及機房建設

綜合布線系統是本科考船數字化有線應用的基礎，要實現所有應用的接入，必須有完善的布線系統保障。由于船舶空間較小，通信要求較高，故網絡綜合布線系統選用光纖、六類網線及對應的產品組成，保障網絡通信的高效率，與綜合布線相關的其他布線工作全部歸納到船舶電纜敷設系統中。

數據處理中心及機房建設是綜合布線及數據通信的核心，由于科考船工作環境惡劣，工作空間較小，普通的陸用機房在實際使用中老化較快，影響網絡的使用。使用調試密度集成化機房能保障在惡劣環境下的機房應用，同時減少占船面積。

2.2 全船動態數據監控系統

船舶動態信息系統需實時采集、處理船舶的航行動態數據，采集的設備包括電羅經、GPS 及北斗、測深儀、計程儀、氣象儀、AIS。本系統通過AIS，可采集周邊船船位信息。本系統對采集的數據處理后進行存儲，進行實時查看，歷史記錄調用。

本系統可通過機艙報警系統提供的RS485 接口采集有關機電設備的參數，供局域網用戶查看、瀏覽。配備電子海圖顯示系統，可實現本船位置顯示、本船航跡顯示、AIS 接收設備獲取的它船船位信息顯示。

2.3 視頻監控系統

本船設計有視頻監控系統3 套，一套調查實驗區域專用，一套船舶機艙設備區域監控專用，一套上層建筑區域駕駛室監控，每套均有存儲功能。

船舶視頻監控集成于自動化系統中，對全船重要部位進行實時連續監視。攝像機在主要出入口、主機艙、艏/艉側推推進設備艙、主推進系統設備艙、機艙、輔機艙、空調艙、舵機艙、中央液壓泵站艙、機艙集控室、絞車艙、地震空壓機艙、主甲板艉部作業區域（作業及作業管理攝像頭視頻信號，同時在艇甲板艉部作業綜合操控室設置一獨立液晶顯示屏顯示）、各層甲板兩舷側、全船主要出入口適當配置。在駕控臺、集控臺、數據中心、艇甲板艉部作業綜合操控室等配有專門控制及監視器設備。

2.4 船載多媒體會議系統

設置一個大會議室，滿足召開調查研討會、科學實驗協調會及遠程視頻會議的需求，配置一套具有多種會議場景設定功能的辦公會議系統。該會議系統包括網絡數據傳輸、多媒體顯示終端、擴聲系統、圓桌手拉手視頻會議系統。

與數據中心網線接口2 個：一個是遠程會議系統與通過海事衛星相連用于召開兩地遠程視頻會議；另一個與船上局域網相連用于船上信息系統的共享，會議室可作為全船所有信息的顯示終端。

會議系統中配備音響擴聲系統，配置功能先進的音影視頻播放器，滿足船上工作及文化交流需求。船載本地會議系統組成：顯示系統、會議系統、信號處理系統、視頻會議系統、攝像系統、數字中控系統、音響系統、會議照明系統。

2.5 船載計算機網絡系統

本船計算機網絡平臺包括：綜合船舶信息網絡、公共信息網絡、科考網絡及綜合信息顯控終端。

綜合船舶信息網絡主要用于管理船舶機務、航行安全船務的數據（導航信息、水文、氣象等）、視頻等圖文信息；公共信息網絡為船員的共享Internet 公網或行業公網信息網絡；科考網絡用于連接科考實驗室及科學家相關艙室，科考調查信息共享，實時監測調用調查數據。各網絡在物理獨立設置，綜合船舶信息網配有2 臺核心交換機（駕駛室-機艙）、科考網絡配有2 臺核心交換機（駕駛室-數據處理中心）分別組成的骨干千兆光纖網絡；每個網絡都具有1 臺服務器作為管理中心，各網絡的劃分通過VLAN 技術劃分；從綜合船舶信息網絡交換機、公共信息網絡交換機、科考網絡交換機均為百兆電纜到房間。網絡中心設在數據處理中心，安裝一套KVM 系統實現對服務器的統一管理，并可以通過無線VPN 與三亞深海科學與工程研究所系統內部網絡連接，信息共享。

2.6 辦公自動化系統

辦公自動化系統（OA）是本數字信息化系統建設的重點。計算機和局域網在利用網絡進行日常辦公管理和運作時，將產生日常辦公文件、圖紙文件、ERP 等企業業務數據資料以及個人的許多文檔資料。傳統的內部局域網內一般都沒有文件服務器，上述數據一般都存放在分散的電腦和服務器上，沒有一個合適的設備作為其備份和存儲的應用。由于個人電腦的安全級別很低，員工的安全意識參差不齊，重要資料很容易被竊取、惡意破壞或者由于硬盤故障而丟失。

從數據存儲的分析中可以看出，要使整個全船內部的數據得到統一管理和安全應用，就必須有一個安全、性價比好、應用方便、管理簡單的物理介質來存儲和備份企業內部的數據資料。NAS 網絡存儲服務器是一款特殊設計的文件存儲和備份的服務器，它能夠將網絡中的數據資料合理有效、安全地管理起來，并且可以作為備份設備將數據庫和其它應用數據實時自動備份到NAS 上。

安裝一套KVM 系統實現對服務器的統一管理。研究中心資源信息專業監控虛擬化桌面用于將岸基調查調度系統轉移到移動的本科考船上，在本科考船上實現與岸基研究中心相同的指揮操作和專業設備數據情況。考慮使用專用的網絡系統，與岸基研究中心內部網絡未聯網，其信號也不可通過網絡進入岸基研究中心內部網絡中，要實現岸基中心與本科考船的一體化操作，首先要在中心建設一臺專用的虛擬桌面服務器，通過隔離網閘將2 個網絡分開，使岸基中心內網只能通過網閘發送數據至船載虛擬桌面服務器，保證資源系統的安全。

2.7 高清電視網絡點播系統

設置一套船用網絡點播衛星電視系統，用于在船上收看衛星電視，各艙室彩色液晶電視機或電腦顯示器，能通過網絡收看點播電視節目。每個房間的電視設置成IPTV，不但能看視頻監控信號及數據監控還能參加本地會議。

C波段衛星電視接收天線設置在艇甲板綜合操控室上方，設置信號功放器，將信號送至首樓甲板艏部機柜間進行電視信號的集中解碼。

網絡點播衛星電視系統，用于在船上收看衛星電視（船靠岸可接入岸上有線電視信號），首樓甲板配備衛星電視控制柜1 套，設置衛星電視接收系統1 套，在餐廳、會議室、小餐廳、居住艙室等艙室彩色液晶電視機或電腦顯示器，能通過網絡收看點播電視節目。

圖1 高清電視網絡點播系統圖

2.8 無線通信系統

遠程通信系統實現局域網內用戶通過船舶上的VSAT 進行遠程數據通信，享受安全和可管理的郵件服務。系統提供船舶電子郵件服務，方便船岸郵件通信。

為本船與岸上機關實時圖像、語音、數據雙向高速傳輸的需要，配置水上衛星寬帶通信（VSAT）系統一套。傳真機安裝在駕駛室指揮區，在船長室、首席科學家室安裝網絡電話機。衛星網控制機設置打印機，該水上寬帶衛星通信系統與GPS、磁羅徑、電羅經、網絡系統以及語音調度平臺有接口。

本船設有INMARSAT“FBB”站，作為本船數據信息及語音通信備用設施。為便于方便船員作業及豐富其業余生活，設置船載公共WIFI 熱點功能；另外可預置一套專用碼頭專網WIFI 熱點，船載內網可在Wi-Fi 布控范圍內接入主管信息中心。

運用Wi-Fi 直連無線顯示設備，通過無線方式分享視頻畫面。本船在每層安裝了無線熱點，便于手機、筆記本或IPAD 接入網絡，無線熱點采用2.4 GHz 吸頂式AP，每個節點提供300 Mbps 的無線接入速度。

3 結語

圖2 無線通信系統圖

科考船是一種數字化、信息化集成度極高的船型，本文設計一套全船信息管理系統網絡及現代化的遠程可視化的綜合信息網絡及傳輸系統，實現了科考船的科考數據智能化管理、船舶安全智能化管理，采用VLAN 的方式為科考建立虛擬局域網，最大限度滿足考察數據的存儲、調用，并使考察數據免受外來病毒的影響。同時為實現科考船舶海上作業數據智能化管理、安全航行信息數據管理，在船上實現所有系統與岸基系統的對接，并實現所有功能雙向可視化管理，為其他先進科考船的數字化信息系統設計提供了借鑒。