基于5G技術的船舶報警系統(tǒng)的設計

許明華，李婷云

基于5G技術的船舶報警系統(tǒng)的設計

許明華，李婷云

（福建船政交通職業(yè)學院，福州 350007）

為提高船舶安全性和報警系統(tǒng)智能化水平，分析5G技術在船舶的應用和船舶報警系統(tǒng)的特點，設計船舶報警系統(tǒng)的方案，以及船舶報警系統(tǒng)的通信分析、現狀、硬件組成和電路設計。該模塊化設計和應用5G技術的船舶報警系統(tǒng)可實現遠程故障診斷等。

5G技術 船舶 報警系統(tǒng) 機艙監(jiān)控 設計

0 引言

船舶安全性要求日益提高。船舶發(fā)生故障原因、種類很多。船舶報警系統(tǒng)的設計就是當船舶設備故障時，應及時地自動發(fā)出警報，使船員及時采取正確措施，減少財產損失，避免船舶災難的發(fā)生和保障生命安全。利用現代網絡，對確保船舶安全具有重要意義。應用5G技術，船舶報警系統(tǒng)的設計更趨完善，其船舶報警系統(tǒng)的視頻監(jiān)控管理和遠程監(jiān)控，是船舶安全航行的保障。

本文根據5G技術在船舶應用中的特點，介紹船舶報警系統(tǒng)的現狀，按照系統(tǒng)設計性能要求，設計了船舶報警系統(tǒng)方案，最后通過操作實現了系統(tǒng)維護和遠程故障診斷。

1 船舶報警系統(tǒng)的通信分析

船舶報警系統(tǒng)是船舶重要系統(tǒng)，現代5G技術、CAN總線和ZigBee技術等應用，對船舶報警系統(tǒng)的設計具有更大的空間，5G技術是一項無線通信技術，通過無線電波傳遞交換數據速度快、系統(tǒng)性強、容量大、傳輸更安全以及成本低等特點，因此5G技術可以實現船舶報警系統(tǒng)實現遠程診斷和視頻監(jiān)控，能實時發(fā)送船舶所有的參數，實現船舶智能化[1]。為了防止船舶電磁和各種無線電電波干擾，所以船舶報警系統(tǒng)的設計，利用網絡安全技術架構和終端模組等，做好電磁干擾和電磁兼容性，提升船舶報警系統(tǒng)故障處理效率，保證網絡通信安全、可靠，因此船舶報警系統(tǒng)的設計應用5G技術是非常合適的。

2 船舶報警系統(tǒng)的現狀

船舶報警系統(tǒng)是船舶安全航行的重要環(huán)節(jié)，隨著網絡技術和計算機技術的飛速發(fā)展，船舶報警系統(tǒng)也有了很大的突破。船舶報警系統(tǒng)的設計，5G技術在船舶先進的數據傳輸技術和數據處理技術的應用，也得到了快速的發(fā)展，實現對船舶的全方位監(jiān)控，進一步推動了船舶報警系統(tǒng)信息化、模塊化、自動化。目前我國船舶報警系統(tǒng)的設計主要是采用中小型計算機集中監(jiān)控和報警，CAN總線和ZigBee網絡技術等[2]，隨著5G網絡科技技術的發(fā)展，船舶報警系統(tǒng)進一步完善，同時還可以實現船舶自動化設備的遠程操作。

3 船舶報警系統(tǒng)設計性能要求

1）船舶報警系統(tǒng)應操作簡便、功能強大、及時、準確，實現船舶報警系統(tǒng)網絡的通用和開放。船舶報警系統(tǒng)在設計和開發(fā)過程中不僅要充分考慮船舶實際工作環(huán)境條件，還能使系統(tǒng)能夠充分反映現場的數據處理的要求。

2）船舶報警系統(tǒng)的人性化操作界面，在監(jiān)控中心，能將所有的視頻信號，通過顯示設備自由地切換顯示，標準性和維護性，是提高系統(tǒng)安全的關鍵[3]。船舶報警系統(tǒng)的設計和開發(fā)的標準化，在系統(tǒng)設計就充分考慮，便于船員的維護，特別是船舶報警系統(tǒng)的數據備份，防止數據的丟失和破壞，并有利于船舶報警系統(tǒng)模塊控制。

3）船舶報警系統(tǒng)的具有良好的擴展性、先進性和實用性，船舶報警系統(tǒng)是采用5G技術網絡，5G網絡的主要優(yōu)勢在于，通過網絡，能讓多人對分布在各地的船舶進行網絡視頻監(jiān)控，數據傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網絡，流量密度和連接數密度大幅度提高，系統(tǒng)協(xié)同化，智能化水平提升，表現為多用戶，多點等的協(xié)同組網，以及網絡間靈活地自動調整。船舶報警系統(tǒng)在操作上容易簡單，通過計算機技術和5G技術網絡的應用，船舶報警系統(tǒng)技術快速的發(fā)展[4]。

4）船舶報警系統(tǒng)的具備良好的兼容性可擴性和開放性，有利于船舶報警系統(tǒng)系統(tǒng)模塊控制。大大提高系統(tǒng)的通用性，使系統(tǒng)的維護、維修更加簡單。對船舶報警系統(tǒng)更加可靠，使船員能及時監(jiān)控船舶的動態(tài)。通過5G技術實現了船舶報警系統(tǒng)自動計算、現場數據采集以及海量檢測結果的分析和實時回傳等，在5G技術中，有效地分發(fā)大流量的業(yè)務內容，深入與船舶調度業(yè)務整合，完善的業(yè)務管理、統(tǒng)計功能[5]。提供業(yè)務報表的導入、導出、打印等服務，能方便地增加監(jiān)控點及報警等功能。

4 船舶報警系統(tǒng)系統(tǒng)總體設計

船舶報警系統(tǒng)主要是由傳感器、網絡（包括5G網絡）和計算機組成，通過計算機網絡管理，傳感器的信息數據采集，在計算機集中調度管理平臺功能包括系統(tǒng)配置、實時監(jiān)視、信息發(fā)布、視頻查詢、視頻回放、顯示文字、實時控制、報警管理等，使船員很清楚地了解船舶各種設備運行的情況，使船員能進行準確排除故障和操作，確保船舶安全[6]。

4.1 船舶報警系統(tǒng)的核心功能

1）數據的自動采集。最重要的船舶報警系統(tǒng)主要有主機冷卻水溫高、主機和副機的滑油壓力、主機和副機排氣溫度、火災報警以及發(fā)電機各種參數等信息，為了能夠實時的系統(tǒng)監(jiān)控和管理，可以通過有源中繼器可以增加網絡支持節(jié)點，這樣既增強了信號，兼顧了信號的傳輸延時，大大地加速了5G技術網絡中的信息傳輸速度。

2）船舶報警系統(tǒng)信息顯示及處理。把船舶報警系統(tǒng)采集的數據進行綜合顯示，部分的數據要進行處理和分析，還有一些數據通過機艙報警顯示和處理。

3）船舶報警系統(tǒng)數據自動記錄。數據采集的船舶主機、副機、舵機和發(fā)電機信息可保存或打印記錄，數據記錄的設備及周期由操作人員可隨意選定[7]。

4.2 船舶報警系統(tǒng)的硬件結構組成電路設計

船舶報警系統(tǒng)由傳感器、網絡通信技術和顯示器等組成。圖1為船舶報警系統(tǒng)的硬件結構組成電路設計圖。

圖1 船舶報警系統(tǒng)系統(tǒng)硬件結構組成電路設計圖

船舶報警系統(tǒng)數據實時傳輸，便于船舶管理人員查看報警系統(tǒng)數據，將網絡收集到的信息進行分析、打印和顯示。船舶報警系統(tǒng)就是利用各種傳感器采集參數，把船舶所有設備的實時監(jiān)控數據進行分析比較，發(fā)現故障發(fā)出聲光報警。建立數據庫，并將報警數據保存打印，以便查詢和分析等[9]。當船舶報警系統(tǒng)發(fā)出故障排除以后，船舶管理人員可以通過報警系統(tǒng)復位等操作。

4.3 船舶報警系統(tǒng)總體結構

船舶報警系統(tǒng)為了簡化整個系統(tǒng)的設計，通過5G網絡，模塊化控制，提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性。船舶報警系統(tǒng)處理數據，實現系統(tǒng)的可靠，顯示故障發(fā)出聲光報警等。船舶報警系統(tǒng)部分接線如圖2所示。

圖2 船舶報警系統(tǒng)原理部分接線圖

4.4 船舶報警系統(tǒng)觸摸屏設計

船舶報警系統(tǒng)觸摸屏可顯示模擬量信號（如主機轉速、排溫等），也可顯示開關量信號（報警或運行信號）；界面環(huán)境可根據處于不同系統(tǒng)設置不同界面，可手動切換界面也可循環(huán)依次顯示各個界面；當報警產生時，系統(tǒng)會自動切換到報警界面，報警項會紅色閃爍顯示，并且有報警聲響，聲響也可擴展到外部機艙燈柱；報警產生后，除非按下界面上的‘確認’鍵，否則不能切換界面（手動切換時會自動回到報警界面），按下‘確認’鍵后，報警項不再閃爍，報警聲消除，但報警項會保持紅色平光，直到報警消除，系統(tǒng)觸摸屏設計如圖3所示[10]。

5 結語

船舶報警系統(tǒng)的隨著5G技術的應用，網絡數據傳輸的方式，提高船舶報警系統(tǒng)的智能化水平，可以靈活改變報警系統(tǒng)。船舶報警系統(tǒng)的技術迅速發(fā)展，是保證船舶安全進行全程監(jiān)控和監(jiān)督。船舶報警系統(tǒng)將更加完善，實現船舶現代化、智能化，使船舶報警系統(tǒng)操作方便，結構簡單，安全可靠，運行穩(wěn)定，從而實現船舶報警系統(tǒng)的維護和故障的可診斷等實際問題。

圖3 船舶報警系統(tǒng)觸摸屏界面設計

[1] 林錫坤, 韓顏. 淺析船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)應用現狀及發(fā)展趨勢 [J]. 科技資訊 , 2018, 16(14): 40-42.

[2] 李林, 俞紅杰, 吳墼, 胡即明. 應用于船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)的CAN總線節(jié)點設計[J]. 船海工程2010, 39(4): 78-81.

[3] 嚴新平. 智能船舶的研究現狀與發(fā)展趨勢[J]. 交通與港航, 2016, 3(1): 23-26.

[4] 王延濤，祁貝貝. 船舶機艙監(jiān)測的智能報警系統(tǒng)[J]. 艦船科學技術, 2019: 187-1189.

[5] 周韜, 張顯庫, 李博. 基于CAN總線的船舶自動舵監(jiān)控報警系統(tǒng)設計[J]. 現代電子技術2019, 42(16): 117-121.

[6] 吳笑風, 張鄭海, 許攸, 范維. 基于信息流視角的智能船舶系統(tǒng)模型[J]. 艦船科學技術, 2016, 38(19): 14-19.

[7] 林英獅, 施志鴻. 一種基于北斗衛(wèi)星定位的船舶智能報警系統(tǒng)設計[J]. 無線互聯科技, 2020, 17(7): 5-6.

[8] 樹芳芳. 基于CAN總線的船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)[J]. 中國水運, 2015, 15(6): 38-39.

[9] 趙衛(wèi)麗. 船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的應用現狀及發(fā)展趨勢[J]. 電子技術與軟件工程, 2019, 39(1): 122-123.

[10] 毛攀峰, 張海玲. 船艙排油監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J]. 河南科技, 2013,(13): 19-20.

Design of Ship Alarm System Based on 5G Technology

Xu Minghua, Li Tingyun

(Fujian Chuanzheng Communications college, Fuzhou 350007, Fujian, China)

U664.8

A

1003-4862（2021）06-0109-03

2020-11-27

許明華（1963-），男，教授。研究方向：船舶電氣及自動化。Email：71834643@qq.com